JP2016189295A - プラズマ処理装置、プラズマ処理方法及び記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】回転テーブル２によりウエハＷを公転させながらプラズマ処理する装置であって、ヒータユニット７の光により明るくなっているプラズマ発生領域におけるプラズマの着火を確実に検出すること。【解決手段】真空容器１の天井面に透過窓３００を設け、光検出部３０１により透過窓３００の下方側のプラズマ発生領域の光を検出する。そしてＲ、Ｇ、Ｂの各光強度の合計に対するＲ、Ｇ、Ｂの各々の比率を求め、更にアンテナ８３に高周波電力を供給する前後における各比率の変化率を求めてそれらを合計した値を評価値とし、評価値と閾値とを比較し、評価値が閾値よりも大きければプラズマの着火が起こり、評価値が閾値以下であればプラズマの着火が起こらなかったと判断する。【選択図】図９

Description

本発明は、基板をプラズマにより処理するにあたって、プラズマの着火の有無を判断する技術に関する。

半導体ウエハ（以下「ウエハ」と言う）などの基板に例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）などの薄膜を成膜する装置として、回転テーブルに周方向に沿って複数枚の基板を載置して成膜を行う、いわばミニバッチ型の成膜装置が知られている（特許文献１）。この成膜装置は、例えば回転テーブルが石英から構成され、下方側に配置されたこのヒータにより基板を加熱し、回転テーブルを回転させることにより、基板を原料ガスの吸着領域、反応ガスの供給領域及びプラズマを用いた改質領域を順番に通過させている。これによりいわゆるＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法により基板に薄膜が成膜され、薄膜がプラズマにより改質される。

プラズマを発生させるためのガスとしては、着火しやすいアルゴン（Ａｒ）ガスが含まれるが、Ａｒガス濃度の分布、ガスの流れ、電力の変動などの微妙な状態の変動によりプラズマが着火しないことがある。プラズマが着火せずにそのまま回転テーブルが回転して処理が進められると、プラズマの改質が行われないので、費やした処理時間が無駄になる。一方、ヒータからの光が回転テーブルを透過するため、プラズマ発生領域にプラズマが発生していなくても明るくなっている。このためプラズマの着火の確認を作業者に任せると、プラズマの着火の有無を確認しづらく、作業者の負担が大きい。

特許文献２には、プラズマを用いた基板のエッチング装置において、プラズマの発光を監視し、プラズマの所定の状態に対応する輝度信号を基準として、カラー成分であるＲ、Ｇ、Ｂのうちの最大値と最小値との差に応じた値に基づいてプラズマの発光の異常を検出する技術が開示されている。しかしながらこの技術は、本発明の課題を解決できるものではない。

特開２０１１−８６６０１

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転テーブルにより基板を公転させながら当該基板に対してプラズマ処理する装置であって、ヒータの光により明るくなっているプラズマ発生領域におけるプラズマの着火を確実に検出できる技術を提供することにある。

本発明のプラズマ処理装置は、真空容器内に設けられた回転テーブルの上面側に基板を載置し、前記回転テーブルを回転させることにより基板を公転させながら当該基板に対してプラズマ処理するプラズマ処理装置において、
前記回転テーブルの下方側に設けられ、基板を加熱するヒータと、
前記回転テーブルの上面側に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記処理ガスをプラズマ化して誘導結合プラズマを発生させるためのアンテナと、
前記プラズマの発生領域における光のカラー成分であるＲ成分、Ｇ成分及びＢ成分の各光強度を検出する光検出部と、
前記光検出部にて検出されたＲ成分、Ｇ成分及びＢ成分の各光強度のうち少なくとも一つの光強度について、前記アンテナに対する高周波電力の供給の前後における変化量に対応する評価値を求める算出部と、
前記算出部により求めた評価値と閾値とを比較し、評価値が閾値を越えていないときにはプラズマの着火が起こっていないと判断する着火判断部と、を備え、
前記回転テーブルは、前記ヒータが発する光を透過する材質により構成されていることを特徴とする。

本発明のプラズマ処理方法は、真空容器内に設けられた回転テーブルの上面側に基板を載置し、前記回転テーブルを回転させることにより基板を公転させる工程と、
前記回転テーブルの下方側に設けられたヒータにより基板を加熱する工程と、
前記回転テーブルの一面側に処理ガスを供給する工程と、
前記処理ガスをプラズマ化して誘導結合プラズマを発生させるために、アンテナに高周波電力を供給するための信号を出力する工程と、
前記プラズマの発生領域における光のカラー成分であるＲ成分、Ｇ成分及びＢ成分の各光強度を検出する工程と、
前記アンテナに高周波電力を供給する工程の前後において、検出されたＲ成分、Ｇ成分及びＢ成分の各光強度のうち少なくとも一つの光強度の変化量に対応する評価値を求める工程と、
求めた評価値と閾値とを比較し、評価値が閾値を越えていないときにはプラズマの着火が起こっていないと判断する工程と、を備え、
前記回転テーブルは、前記ヒータが発する光を透過する材質により構成されていることを特徴とする。

本発明は、回転テーブルにより基板を公転させながら当該基板に対してプラズマ処理する装置であって、回転テーブルの下方側に配置されたヒータの光によりプラズマ発生領域が明るくなっている装置を対象としている。そしてプラズマの発生領域における光のカラー成分であるＲ成分、Ｇ成分及びＢ成分の各光強度のうち少なくとも一つの光強度について、プラズマ発生用のアンテナに高周波電力を供給する前後における変化量に対応する評価値を求め、評価値と閾値との比較結果によりプラズマの着火の有無を確認している。このため、プラズマの着火の有無を確実に判断できる。

本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を示す縦断面図である。 前記プラズマ処理装置を示す横断平面図である。 前記プラズマ処理装置の一部を拡大して示す縦断面図である。 前記プラズマ処理装置の一部を示す分解斜視図である。 前記プラズマ処理装置の制御部と真空容器の周辺機器とを含む構成図である。 アンテナへの電力供給前後におけるＲ、Ｇ、Ｂの各発光強度と評価値と供給電力との各推移を対応させて示すグラフである。 前記プラズマ処理装置において行われるプラズマ処理のシーケンスを示すフローチャートである。 プラズマ発生領域におけるヒータからの光を光検出部が検出している様子を示す模式図である。 プラズマ発生領域におけるヒータからの光及びプラズマの発光を光検出部が検出している様子を示す模式図である。 プラズマの発生前後において、プラズマ発生領域を撮影した図である。 前記プラズマ処理装置において行われるプラズマ処理のシーケンスの他の例を示すフローチャートである。

本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置について、図１〜図４を参照して説明する。この装置は、真空容器１と、この真空容器１内にて鉛直軸周りに回転自在に構成された回転テーブル２と、を備えており、被処理体であるウエハＷに対してプラズマを用いた成膜処理を行うように構成されている。真空容器１は、容器本体１２と、当該容器本体１２から着脱自在に構成された天板１１とを備えている。天板１１の上面側における中央部には、真空容器１内の中心部領域Ｃに窒素（Ｎ2）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。図１中１３は、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例えばＯリングである。

真空容器１の底面部１４の上方側には、図１に示すように、加熱機構であるヒータユニット７が設けられており、回転テーブル２を介して回転テーブル２上のウエハＷを成膜温度に加熱するように構成されている。このヒータユニット７は、例えばカーボンワイヤに通電することによって昇温するように構成されている。図１中７１ａはヒータユニット７の側方側に設けられたカバー部材、７ａは回転テーブル２の周囲を覆うように概略箱型に配置された覆い部材である。また、図１中７３は、ヒータユニット７に対して下方側から窒素ガスをパージするためのパージガス供給管である。

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、回転軸２２によって鉛直軸周りこの例では時計周りに回転自在に構成されている。この回転テーブル２は、この例では石英により構成されている。図１中２３は回転軸２２を鉛直軸周りに回転させる駆動部（回転機構）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には、回転テーブル２の下方領域に窒素ガスを供給するためのパージガス供給管７２が接続されている。

回転テーブル２の表面には、図２に示すように、ウエハＷを保持するための凹部２４が基板載置領域として設けられており、この凹部２４は、周方向に沿って複数箇所例えば５箇所に形成されている。凹部２４の通過領域と各々対向する位置には、５本のノズル３１、３２、３４、４１、４２が真空容器１の周方向に互いに間隔をおいて放射状に配置されている。この例では、後述の搬送口１５から見て時計周りに、プラズマ発生用ガスノズル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。第１の処理ガスノズル３１は、第１の処理ガス供給部をなしており、第２の処理ガスノズル３２は、第２の処理ガス供給部をなしている。また、プラズマ発生用ガスノズル３４は、プラズマ発生用ガス供給部をなしている。なお、プラズマ発生用ガスはプラズマ処理を行うための処理ガスであるということができる。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。

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）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、酸素（Ｏ）を含む第２の処理ガスである例えばオゾン（Ｏ3）ガスの供給源に接続されている。プラズマ発生用ガスノズル３４は、酸素ガスと、プラズマ発生用のガス例えばアルゴン（Ａｒ）ガスと、を供給できるようにこれら各ガスの供給源に接続されている。分離ガスノズル４１、４２は、窒素ガスのガス供給源に各々接続されている。これらガスノズル３１、３２、３４、４１、４２の例えば下面側には、図示しないガス吐出孔が各々形成されている。

処理ガスノズル３１、３２の下方領域は、夫々第１の処理ガスをウエハＷに吸着させるための第１の処理領域Ｐ１、及びウエハＷに吸着した第１の処理ガスの成分と第２の処理ガスとを反応させて反応生成物を生成させるための第２の処理領域Ｐ２となる。プラズマ発生用ガスノズル３４の下方側の領域は、プラズマにより前記反応生成物のプラズマ改質処理を行うための第３の処理領域Ｐ３となる。分離ガスノズル４１、４２は、第１の処理領域Ｐ１と、第２の処理領域Ｐ２及び第３の処理領域Ｐ３と、を分離する分離領域Ｄを各々形成するためのものである。この分離領域Ｄにおける真空容器１の天板１１には、図２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内に収められている。

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、環状のサイドリング１００が配置されており、このサイドリング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。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、当該第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との間に形成されている。第２の排気口６２は、第２の処理ガスノズル３２と、当該第２の処理ガスノズル３２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との間に形成されている。

後述の筐体９０が配置される位置におけるサイドリング１００の上面には、当該筐体９０を避けてガスを第２の排気口６２に通流させるための溝状のガス流路１０１が形成されている。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。

真空容器１の側壁には、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、この搬送口１５を臨む位置における回転テーブル２の下方側には、回転テーブル２の貫通口を介してウエハＷを裏面側から持ち上げるための昇降ピン（いずれも図示せず）が設けられている。

次に、既述のプラズマ処理部８０について説明する。このプラズマ処理部８０は、図２〜図４に示すように、金属線からなるアンテナ８３をコイル状に巻回して構成されており、平面で見た時に回転テーブル２の中央部側から外周部側に亘ってウエハＷの通過領域を跨ぐように配置されている。このアンテナ８３は、図２に示すように、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に接続されており、ＩＣＰ（誘導結合性プラズマ、Inductively Coupled Plasma）モードのプラズマをアンテナ８３の下方側のプラズマ発生領域に発生させるように構成されている。図２における８３ａは、アンテナ８３と高周波電源８５との間に設けられたスイッチ部である。

また、アンテナ８３は、真空容器１の内部領域から気密に区画されるように配置されている。即ち、既述のプラズマ発生用ガスノズル３４などの上方側における天板１１は、平面的に見た時に概略扇形に開口しており、例えば石英などからなる筐体９０によって気密に塞がれている。この筐体９０は、上端側周縁部が周方向に亘ってフランジ状に水平に伸び出すと共に、中央部が真空容器１の内部領域に向かって窪むように形成されており、この筐体９０の内側に前記アンテナ８３が収納されている。図１中９１は、筐体９０の周縁部を下方側に向かって押圧するための押圧部材であり、図１中８６は、プラズマ処理部８０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である。また、図１中８７は、アンテナ８３や筐体９０の上方側を覆う覆い部材であり、図１以外では描画を省略している。

筐体９０の下面は、当該筐体９０の下方領域への窒素ガスやオゾンガスなどの侵入を阻止するために、図３及び図４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）に向かって垂直に伸び出して、ガス規制用の突起部（区画部材）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、既述のプラズマ発生用ガスノズル３４が収納されている。

筐体９０とアンテナ８３との間には、図３及び図４に示すように、上面側が開口する概略箱型のファラデーシールド９５が配置されており、このファラデーシールド９５は、導電性の板状体である金属板により構成されると共に接地されている。このファラデーシールド９５の底面には、アンテナ８３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側に到達させるために、スリット９７が形成されている。このスリット９７は、アンテナ８３の巻回方向に対して直交する方向に伸びるように形成されており、アンテナ８３の長さ方向に沿うように周方向に亘って当該アンテナ８３の下方位置に設けられている。そして、ファラデーシールド９５におけるアンテナ８３の巻回領域の内側の部位は、下側が見えるように開口している。ファラデーシールド９５とアンテナ８３との間には、これらファラデーシールド９５とアンテナ８３との間の絶縁を取るために、例えば石英からなる絶縁板９４が介在している。

ここで、図２及び図３からも分かるように、アンテナ８３により囲まれた領域を上方側から見ると、真空容器１内のウエハＷと、当該真空容器１に対して上方側に離間した位置との間には、筐体９０、絶縁板９４及びファラデーシールド９５が介在している。これら筐体９０及び絶縁板９４は既述のように透明な石英により構成されており、また前記領域に対応するファラデーシールド９５には開口部が形成されている。従って、プラズマ発生領域を含む真空容器１の内部は、前記領域を介して当該真空容器１の外部から目視できる状態となっている。そして、前記領域を囲むようにアンテナ８３が配置されているので、真空容器１の内部におけるプラズマの発光状態が真空容器１の外部から当該領域を介して確認できる。即ち、前記領域は、真空容器１の内部におけるプラズマの発光状態を確認するための透過窓３００をなしている。

そして、この透過窓３００の上方側（詳しくは既述の覆い部材８７の上方側）には、図１〜図３に示すように、光ファイバー３０２の一端側の端部が位置しており、この光ファイバー３０２の他端側は、真空容器１の内部におけるプラズマの白色の度合いを検出するための光検出部３０１に接続されている。即ち、真空容器１の内部では高温の成膜処理が行われるので、光検出部３０１の熱劣化を抑えるために、光ファイバー３０２を介して当該光検出部３０１を真空容器１から上方側に離間した位置に配置している。光ファイバー３０２の前記端部は、光検出部３０１の検出端３０３をなしている。

この光検出部３０１は、可視波長域における光のカラー成分であるＲ（赤色成分）、Ｇ（緑色成分）及びＢ（青色成分）の夫々の波長の発光強度を測定できるように構成されている。具体的には、光検出部３０１は、例えば分光器により検出光を赤色、緑色及び青色の３色に分光し、分光された各光の光量（発光強度）を受光センサにより受光電流として検出することができる。あるいは、分光器を用いる代わりに、赤色、緑色及び青色の夫々が選択的に透過するフィルタ部を用い、各フィルタ部からの透過光を受光センサにより検出しても良い。光検出部にて検出されたＲ、Ｇ、Ｂの夫々に対応する光強度は、制御部２００に送られる。

制御部２００は、装置全体の動作のコントロールを行うコンピュータからなり、図１１に示すように、ＣＰＵ２１０、入力部２１１、メモリ２１２及びプログラム２１３を備えている。入力部２１１は、後述の閾値を含む各パラメータを入力するためのものである。メモリ２１２は、前記入力部２１１に入力された閾値を記憶するためのものである。プログラム２１３は、成膜処理プログラム２１４と、プラズマ検出プログラム２１５と、割り込みプログラム２１６とにより構成されている。

成膜処理プログラム２１４は、各ノズル３１、３２、３４、４１、４２から各ガスを吐出すると共に、アンテナ８３に給電して、以下に説明する薄膜をウエハＷの表面に成膜するためのプログラムである。プラズマ検出プログラム２１５は、既に詳述したように、光検出部３０１における検出結果と、メモリ２１２に記憶された閾値とに基づいて、プラズマの着火の有無を検出するためのものである。

割り込みプログラム２１６は、プラズマ検出プログラム２１５における検出結果に基づいて、その後の処理を装置に対して指示するためのものである。即ち、このプログラム２１６は、プラズマが着火している場合には、成膜処理（第１の処理ガスの供給）を開始し、一方プラズマが着火していない場合には、後述するように、成膜処理の中止あるいはプラズマの再点火を行うように制御信号を出力するように構成されている。この割り込みプログラム２１６については、装置全体の作用と共に以下に説明する。

以上のプログラム２１３は、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２０１から制御部２００内にインストールされる。

ここで光検出部３０１における検出結果とプラズマの着火の有無の判断との関係について述べておく。真空容器１内には、発熱に基づいて発光する既述のヒータユニット７が設けられており、回転テーブル２は透明な石英により構成されているので、ヒータユニット７の発光が回転テーブル２を透過し、プラズマ発生領域はプラズマが発生する前から明るくなっている。図６（ａ）は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各発光強度の比率（Ｒ、Ｇ、Ｂの発光強度の合計に対する各発光強度の割合）の時間的推移を示している。時刻ｔ０は、図５に示すスイッチ部８３ａをオンにして高周波電力をアンテナ８３に供給した時点、別の言い方をすれば、アンテナ８３への電力供給指令が制御部２００から出力された時点である。

アンテナ３へ高周波電力を供給した後、少し時間が遅れてプラズマの着火が起こるため、プラズマの着火が起こる時刻ｔ１は、時刻ｔ０よりも少し後のタイミングとなっている。図６（ａ）の例では、時刻ｔ１以降の各発光強度の比率はプラズマが着火した状態を示している。また図６（ｃ）は、アンテナ８３に供給される高周波電力の値の時間的推移を示している。なお以降の説明において、記載の煩雑さを避けるためにＲ、Ｇ、Ｂの発光強度を単にＲ、Ｇ、Ｂと言うこともある。

図６（ａ）から分かるように、時刻ｔ１を境にして、Ｒの比率は大きくなり、Ｂの比率は小さくなっている。またＧの比率は、僅かであるが小さくなっている。このため概略的な言い方をすれば、Ｒ、Ｇ、Ｂの各比率の少なくとも一つについて、時刻ｔ０前後における変化量に対応する値を監視することによりプラズマが着火したか否かについて判断することができる。このため、例えば制御部２００では、Ｒ、Ｇ、Ｂの各比率の少なくとも一つについて、アンテナ３へ高周波電力を供給する時刻ｔ０の前における値（比率）を基準値として記憶しておき、時刻ｔ０以降、例えば所定時間が経過した後から、対応する発光強度の比率を求め、例えば求めた比率と基準値との差分である変化量に対応する値を監視する。これにより例えば時刻ｔ０から予め設定した時間経過した時点でプラズマの着火が起こっているか否かを判定することができる。

この例では、Ｒ、Ｂの比率の変化量がＧの比率の変化量よりも大きいことから、時刻ｔ０前後におけるＲ、Ｂのいずれかの変化量（変化量に対応する値）を評価値として用いることが好ましい。この変化量が予め設定した閾値よりも大きければ（より詳しくは変化量の絶対値）が閾値よりも大きければ、プラズマが着火したと判断することができる。

またＲ、Ｇ、Ｂのいずれかの比率の変化量そのものの値を評価値とする代わりに、Ｒ、Ｇ、Ｂの比率の変化量に対応した値である、Ｒ、Ｇ、Ｂの比率の変化率を評価値としてもよい。そして評価値として使用する値としては、Ｒ、Ｇ、Ｂの各変化量に対応する値（変化量そのものの値あるいは変化率を含む値）のいずれか２つ、あるいは３つを組み合わせてもよい。本発明の実施形態では、次の値を評価値としている。
評価値＝（Ｒの比率の変化率）^２＋（Ｇの比率の変化率）^２＋（Ｂの比率の変化率）^２ … 式（１）
Ｒの比率の変化率＝（ｔ０前のＲの比率−ｔ０後のＲの比率）^２÷ｔ０前のＲの比率
Ｇの比率の変化率＝（ｔ０前のＧの比率−ｔ０後のＧの比率）^２÷ｔ０前のＧの比率
Ｂの比率の変化率＝（ｔ０前のＢの比率−ｔ０後のＢの比率）^２÷ｔ０前のＢの比率
図６（ｂ）は、式（１）で決めた評価値について、時刻ｔ１以降にプラズマの着火が行われた場合における時刻ｔ０前後の推移を示している。そして評価値を用いてプラズマが着火しているか否かを判断するために、判断基準となる閾値を予め設定する。この閾値としては、例えばプラズマの発生を事前に複数回行い、各回におけるプラズマの着火時に得られるＲ、Ｇ、Ｂの比率の変化率に基づいて評価して決定することができる。プラズマ検出プログラム２１５は、式（１）の演算を行って評価値を求め、評価値と閾値とを比較して、評価値が閾値を越えていればプラズマの着火が行われたと判断し、評価値が閾値を越えていなければプラズマの着火が行われていないと判断するステップ群を備えている。

より具体的には、アンテナ８３に高周波電力を供給した時点ｔ０から予め設定した時間が経過した時点で評価値が閾値以下であればプラズマの着火が行われていないと判断するようにステップ群が組まれる。その判断結果として、例えば後述のように再度着火を試みるステップや、１回の着火の失敗後にあるいは２度目の着火の失敗の後にアラームを出力するステップなどが組み込まれる。
従ってプラズマ検出プログラム２１５は、評価値を算出する算出部及びプラズマの着火の有無を判断する着火判断部に相当する。

なお、既述の説明では、Ｒ、Ｇ、Ｂの比率に着目しているが、Ｒ、Ｇ、Ｂの各発光強度そのものの値の変化量あるいは発光強度そのものの値の変化率に基づいてプラズマの着火の判断を行ってもよい。即ち本発明は、Ｒ、Ｇ、Ｂの変化量に対応する値（Ｒ、Ｇ、Ｂの発光強度そのものの変化量に対応する値、発光強度の比率の変化量に対応する値）を評価値として使用する技術であるということができる。

次に、上述実施の形態の作用について説明する。先ず図１及び図２に示すゲートバルブＧを開放して、回転テーブル２を間欠的に回転させながら、図示しない搬送アームにより搬送口１５を介して回転テーブル２上に例えば５枚のウエハＷを載置する。次いで、ゲートバルブＧを閉じ、真空ポンプ６４により真空容器１内を引き切りの状態にする。そして、回転テーブル２をプロセスレシピに応じた回転数にて回転させると共に、アンテナ８３には給電せずに、即ち処理ガスのプラズマ化は行わずに、第２の処理ガスノズル３２及びプラズマ発生用ガスノズル３４から夫々ガスを真空容器１内に供給する。また、分離ガスノズル４１、４２、分離ガス供給管５１及びパージガス供給管７２、７２からも窒素ガスを所定の流量で吐出する。

次いで、ヒータユニット７によるウエハＷの加熱温度がレシピの成膜温度に落ち着いた後、プラズマの発生を開始する。具体的には、図６（ｃ）に示すように時刻ｔ０にてスイッチ部８３ａをオンにして、アンテナ８３への給電を開始する。ここまでの動作は、図７のフローチャートのステップＳ１及びステップＳ２に相当する。スイッチ部８３ａをオンにした直後では、プラズマが発生しておらず、従って図８に示すように、光検出部３０１にはヒータユニット７の発熱に基づく弱い発光が検出される。なお、この時点では第１の処理ガスの供給は開始されない）。

次いでプラズマの着火が起こったか否かについて次のようにして判断される（ステップＳ１３）。制御部２００は、スイッチ部８３ａをオンにする時刻ｔ０の前の時点からＲ、Ｇ、Ｂの各光強度の比率を求めておき、これらの値を基準値としてメモリ２１２に記憶しておく。アンテナ８３への給電を開始した後、しばらくしてからプラズマの着火が起こることから、例えばこの遅れ分を見込んで、時刻ｔ０から所定時間だけ遅れた時刻（例えば図６（ｂ）に示すように時刻ｔ１）から、Ｒ、Ｇ、Ｂの各光強度を予め設定したサンプリング間隔でサンプリングし、各光強度の比率を求める。そして式（１）で表される評価値を求め、評価値と閾値とを比較し、時刻ｔ０から予め経過した時点に至るまでに評価値が閾値を越えていなければ、プラズマの着火が起こらなかったと判断する。予め経過した時点とは、プラズマが通常着火する時点に少しマージンを見込んだ時間を考慮して決定される。

プラズマの着火が起こっている（プラズマが発生している）と判断されると、第１の処理ガスの供給が開始される（ステップＳ１４）。図９は、プラズマが発生し、プラズマの光とヒータユニット７の光とが光検出部３０１にて検出される様子を模式的に示している。回転テーブル２上の各ウエハＷの表面には、第１の処理領域Ｐ１にて第１の処理ガスの成分が吸着し、第２の処理領域Ｐ２にて当該成分が酸化されて反応生成物が生成する。そして、第３の処理領域Ｐ３では、ウエハＷ上の反応生成物がプラズマによって改質処理を受ける。具体的には、前記反応生成物に含まれている不純物が除去されたり、当該反応生成物の緻密化が進行したりする。こうして各ウエハＷは、処理領域Ｐ１〜Ｐ３を順番に通過することにより、反応生成物が積層されて薄膜が形成される。

一方、第１の処理ガスを供給する前に、プラズマの着火が起こらなかったと判断された場合には、プラズマの再点火作業が行われる（ステップＳ１５）。具体的には、スイッチ部８３ａを介して、アンテナ８３への給電を停止して、次いで再度アンテナ８３への給電を再開する。この再点火作業によりプラズマの着火が起こった場合には（ステップＳ１６）、同様に成膜処理が開始され、一方プラズマの着火が依然として起こらなかった場合には、後続の処理を中止する（ステップＳ１７）。即ち、アンテナ８３への給電を停止すると共に、各ガスの供給やヒータユニット７への通電を停止する。その後、例えばメンテナンスを行うことにより、アンテナ８３の交換などが行われる。
なお、図１０は、回転テーブル２を４００℃に加熱した状態で、透過窓３００側から真空容器１内を撮像した写真であり、図１０（ａ）はプラズマが発生していない状態、図１０（ｂ）はプラズマが発生している状態を示している。

上述の実施の形態は、回転テーブルによりウエハＷを公転させながら当該ウエハＷに対してプラズマ処理する装置において、プラズマの発生領域におけるＲ、Ｇ、Ｂの各光強度を検出している。そして各光強度の合計に対するＲ、Ｇ、Ｂの各々の比率を求め、更にアンテナに高周波電力を供給する前後における各比率の変化率を求めてそれらを合計した値を評価値とし、評価値と閾値との比較結果によりプラズマの着火の有無を確認している。プラズマの発生領域は、ヒータユニット７の光により明るくなっているが、このような評価値を利用することにより、プラズマの着火の有無を確実に判断でき、プラズマの着火が起きていない状態でプロセスが行われて無駄な時間が発生することを防止できる。

更に、光検出部３０１としては、分光器が設けられたセンサに代えて、分光器、フォトダイオード及び電流検出部からなる、画像撮像用のＣＣＤカメラを用いても良い。この場合にも、カメラにて撮像された画像に基づいて赤色、緑色及び青色が分離されると共に、各色の発光強度が測定される。

また、既述のアンテナ８３としては、ウエハＷ上に形成された反応生成物のプラズマ改質処理を行う例について説明したが、第２の処理ガスをプラズマ化するために使用しても良い。この場合には、第２の処理ガスは、プラズマ発生用ガスノズル３４から吐出される。そして、ウエハＷ上に吸着した第１の処理ガスの成分は、第２の処理ガスのプラズマ化によって得られたプラズマによって反応（酸化）して反応生成物を生成する。また、アンテナ８３としては、既に反応生成物が別の成膜装置にて形成されたウエハＷに対してプラズマ改質処理を行うために用いても良い。

Ｗ ウエハ
１ 真空容器
２ 回転テーブル
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３ 処理領域
３１、３２、３４ ガスノズル
７ ヒータユニット
８０ プラズマ処理部
８３ アンテナ
８３ａ スイッチ部
２００ 検出部
３０１ 光検出部

Claims (7)

1. 真空容器内に設けられた回転テーブルの上面側に基板を載置し、前記回転テーブルを回転させることにより基板を公転させながら当該基板に対してプラズマ処理するプラズマ処理装置において、
   前記回転テーブルの下方側に設けられ、基板を加熱するヒータと、
   前記回転テーブルの上面側に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
   前記処理ガスをプラズマ化して誘導結合プラズマを発生させるためのアンテナと、
   前記プラズマの発生領域における光のカラー成分であるＲ成分、Ｇ成分及びＢ成分の各光強度を検出する光検出部と、
   前記光検出部にて検出されたＲ成分、Ｇ成分及びＢ成分の各光強度のうち少なくとも一つの光強度について、前記アンテナに対する高周波電力の供給の前後における変化量に対応する評価値を求める算出部と、
   前記算出部により求めた評価値と閾値とを比較し、評価値が閾値を越えていないときにはプラズマの着火が起こっていない判断する着火判断部と、を備え、
   前記回転テーブルは、前記ヒータが発する光を透過する材質により構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記評価値は、Ｒ成分、Ｇ成分及びＢ成分の各光強度のうち少なくとも一つの光強度の比率の変化量に対応する値であることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
3. 前記光強度の比率の変化量に対応する値は、光強度の比率の変化率に対応する値であることを特徴とする請求項２記載のプラズマ処理装置。
4. 前記アンテナとプラズマ発生領域との間にはファラデーシールドが介在して設けられ、前記光検出部は、ファラデーシールドの開口部を通じてプラズマ発生領域の光を検出するように設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つ記載のプラズマ処理装置。
5. 前記着火判断部によりプラズマの着火が起こっていないと判断された時、前記アンテナへの給電を一旦中止して、その後当該給電を再開するように制御信号を出力する制御部を備えたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
6. 真空容器内に設けられた回転テーブルの上面側に基板を載置し、前記回転テーブルを回転させることにより基板を公転させる工程と、
   前記回転テーブルの下方側に設けられたヒータにより基板を加熱する工程と、
   前記回転テーブルの一面側に処理ガスを供給する工程と、
   前記処理ガスをプラズマ化して誘導結合プラズマを発生させるために、アンテナに高周波電力を供給する工程と、
   前記プラズマの発生領域における光のカラー成分であるＲ成分、Ｇ成分及びＢ成分の各光強度を検出する工程と、
   検出されたＲ成分、Ｇ成分及びＢ成分の各光強度のうち少なくとも一つの光強度について、前記アンテナに高周波電力を供給する工程の前後における変化量に対応する評価値を求める工程と、
   求めた評価値と閾値とを比較し、評価値が閾値を越えていないときにはプラズマの着火が起こっていないと判断する工程と、を備え、
   前記回転テーブルは、前記ヒータが発する光を透過する材質により構成されていることを特徴とするプラズマ処理方法。
7. 真空容器内に設けられた回転テーブルの上面側に基板を載置し、前記回転テーブルを回転させることにより基板を公転させながら当該基板に対してプラズマ処理するプラズマ処理装置に用いられるコンピュータプログラムを記憶した記憶媒体であって、
   前記コンピュータプログラムは、請求項６に記載のプラズマ処理方法を実行するようにステップ群が組まれていることを特徴とする記憶媒体。

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