JP2013008755A

JP2013008755A - 真空処理装置

Info

Publication number: JP2013008755A
Application number: JP2011138925A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Nakamura; 敏幸中村; Toshiya Miyazaki; 俊也宮崎
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2011-06-22
Filing date: 2011-06-22
Publication date: 2013-01-10
Anticipated expiration: 2031-06-22
Also published as: JP5731292B2

Abstract

【課題】内部で行われる処理の状況を把握するといった機能は損なわれることなく、真空雰囲気に接する覗き窓表面を効果的に加熱して生成ガスの付着、堆積を効果的に抑制できるようにした低コストの真空処理装置を提供する。
【解決手段】本発明では、真空チャンバの壁面に設けられる覗き窓８が、内部に導線Ｗが埋め込まれた透光性板材８１を備える。透光性板材の中心Ｃｐからその周囲に向かう方向を径方向とし、この透光性板材の中心と、当該中心から径方向の距離が最短となる透光性板材の周囲までの距離の中点Ｍｐとを結ぶ線を半径とする仮想円領域内で透光性板材の中央領域を除く領域に、前記導線が蛇行させて配置され、その自由端を透光性板材外表面に延出させてなる。
【選択図】図３

Description

本発明は、真空チャンバ内で処理対象物に対して所定処理を施す真空処理装置に関し、より詳しくは、内部で行われる処理状態を把握するための覗き窓が真空チャンバの壁面に設けられたものに関する。

真空蒸着装置やプラズマを用いるエッチング装置またはスパッタリング装置等の真空処理装置においては、真空チャンバ内で行われるプラズマ処理の終点検知、赤外線サーモグラフィによる温度測定や目視確認等、内部で行われる処理の状況を把握するために、真空チャンバの壁面に覗き窓を設けておくことが多い。例えば、特許文献１には、覗き窓を臨んで真空チャンバ外にプラズマ終点検出装置を設けて真空処理装置内のプラズマの発光スペクトル強度を検出し、このスペクトル強度が所定値以下に低下すると、プラズマ処理の終点として検出する（発光スペクトル強度に基づいてプラズマを生成するパラメータを制御し、プラズマ状態を制御する）ことが知られている（例えば、従来技術の欄参照）。

ここで、真空処理装置として、例えばＣＦ_４等のフッ素系ガスを用いてシリコンウエハ等の処理対象物をエッチングするエッチング装置を例に説明すると、エッチング時に生成されたガス（生成ガス）は、真空チャンバ内に設けた防着板だけでなく、覗き窓にも付着、堆積するようになる。生成ガスが付着して堆積すると、覗き窓の透過率が低下し、これに起因してプラズマ終点検出装置に入力されるプラズマ発光強度の絶対値も減少する。その結果、効果的にプラズマ処理の終点を検知できなくなる。このことは、生成ガスの堆積量が時間と共に増加するのに従い、より顕著になる。

上記特許文献１では、覗き窓に加熱手段を設けて当該覗き窓を加熱（真空処理装置内で行われる処理にもよるが、エッチング装置の場合には経験的に２００℃以上）することで、上記生成ガスの堆積を防止することを提案している。具体的には、覗き窓からの電磁波の漏洩を効果的に防止すべく、覗き窓の外側に密着配置した所定材質の多孔質またはメッシュ状の電磁波シールドを加熱手段として兼用し、電磁波シールドに通電したときの当該電磁波シールドからの伝熱で覗き窓を加熱するようにしている。然し、真空チャンバ外側から覗き窓を加熱する構成では、覗き窓から真空チャンバ壁面に熱引けするため、特に覗き窓のうち真空雰囲気に接する表面（即ち、生成ガスが付着、堆積する面）を効果的に所定温度まで昇温することができず、生成ガスの付着、堆積を効果的に抑制できないことが判明した。このような場合、電磁波シールドに例えば大電流を流して覗き窓への伝熱量を増加することも考えられるが、これではコスト高を招く。

特開２０１１−３５２６２号公報

本発明は、以上の点に鑑み、内部で行われる処理の状況を把握するといった機能は損なわれることなく、真空雰囲気に接する覗き窓表面を効果的に加熱して生成ガスの付着、堆積を効果的に抑制できるようにした低コストの真空処理装置を提供することをその課題とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は、真空チャンバ内で処理対象物に対して所定処理を施す真空処理装置において、真空チャンバの壁面に覗き窓が設けられ、この覗き窓が、内部に導線が埋め込まれた透光性板材を備え、透光性板材の中心からその周囲に向かう方向を径方向とし、この透光性板材の中心と、当該中心から径方向の距離が最短となる透光性板材の周囲までの距離の中点とを結ぶ線を半径とする仮想円領域内で透光性板材の中央領域を除く領域に、前記導線が蛇行させて配置され、その自由端を透光性板材外表面に延出させてなることを特徴とする。

本発明によれば、覗き窓のうち、内部で行われる処理の状況を把握するために必要な中央領域の周囲に電線をその略全周に亘るように蛇行して内蔵し、これに直流電流を通電して加熱する構成を採用したため、真空チャンバへの熱引けが抑制され、少ない通電電流で覗き窓のうち真空雰囲気に接する表面であってその中央領域を効果的に所定温度（２００℃以上）まで昇温することができる。これにより、真空処理装置内で行われる処理に応じて覗き窓への生成ガスの付着、堆積を効果的に抑制できる。しかも、この中央領域には配線がないため、内部で行われる処理の状況を把握するといった機能は損なわれない。ここで、本発明にいう中央領域とは、例えば、当該中央領域を通したプラズマ終点検知、温度測定や目視確認等、内部で行われる処理の状況を把握するために必要な領域をいい、目的に応じてその面積が設定される。

前記透光性板材は、２枚の石英製の板材を、導線を埋め込んだ状態で溶着して構成され、前記導線が、Ｐｔ、Ａｕ、Ｗ及びＭｏの中から選択された材料製であることが好ましい。これにより、内部の所定領域に導線が埋め込まれた覗き窓を実現できる。この場合、導線をＰｔ、Ａｕ、Ｗ及びＭｏの中から選択されたものとしたため、熱電伝導がよく、しかも、２枚の石英製の板材を、導線を埋め込んだ状態で溶着する際に導線が破損する等の不具合も生じない。

本発明の実施形態の覗き窓を備えたドライエッチング装置の構成を示す模式断面図。図１中、Ａ部の拡大断面図。図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図。

以下、図面を参照して、真空処理装置をＩＣＰ型ドライエッチング装置とした場合を例に本発明の実施形態を説明する。図１は本実施形態のドライエッチング装置ＥＭを示す、ドライエッチング装置ＥＭは、真空雰囲気を形成可能な真空チャンバ１を備える。真空チャンバ１の天板１１は、石英やセラミックスなどの誘電体材料で形成され、天板１１上方には、径の異なる２本のアンテナコイル２ａ、２ｂが同心に配置されている。導電率が高い金属製のアンテナコイル２ａ、２ｂにはマッチングボックス３ａを介して第１の高周波電源３が接続されている。

真空チャンバ１の底板上にはシリコンウエハ等の処理対象物Ｓが保持される基板ステージ４が設けられている。この場合、基板ステージ４上面には、図示省略の基板電極が設けられ、ブロッキングコンデンサ５ａを介して第２の高周波電源５に接続され、エッチング中、処理対象物Ｓに対して所定のバイアス電位を印加できる。真空チャンバ１の底板にはまた、複数の排気口１２が開設され、各排気口１２には、図示省略したターボ分子ポンプやロータリーポンプ等からなる真空排気手段に通じる排気管６が接続されている。真空チャンバ１の側壁には、マスフローコントローラ４ａが介設されたガス導入管４が接続され、処理対象物Ｓに応じて所定のエッチングガス（例えば、ＣＦ_４等のフッ素系ガス）が一定の流量で真空チャンバ１内に導入できるようになっている。真空チャンバ１の側壁にはまた、透孔１３が開設され、覗き窓８が気密保持した状態で取り付けられている。

覗き窓８は、図２及び図３に示すように、内部に導線Ｗが埋め込まれた透光性部材８１とこの透光性部材８１を保持する真空フランジ８２とを備える。透光性部材８１は、同一の輪郭を備えた２枚の板材８１ａ、８１ｂを、気密保持されるように相互に溶着により接合して構成される。本実施形態では、両板材８１ａ、８１ｂは石英製でかつ平面視円形である。一方の板材８１ａのうち他方の板材８１ｂとの接合面（片面）には、板材８１ａの中心Ｃｐと、当該板材８１ａの半径の中点Ｍｐとを結ぶ線を半径Ｒｖとする仮想円領域内で板材８１ａの中央領域を除く領域に、周方向略全体に亘るように蛇行させて所定形状の溝部８１１が形成されている。この場合、溝部８１１の両自由端が幅広となるように形成されている。ここで、溝部８１１の形状は、導線Ｗを収納できるものであれば、特に限定はなく、また、径方向外方に見た溝部８１１の数は、加熱温度または後述の配線の材質や径を考慮して適宜設定される。

上記溝部８１１には所定径の導線Ｗが埋設される。この場合、溝部８１１の自由端に板状電極Ｗ１を埋設し、板状電極Ｗ１に導線Ｗの両自由端を接続している。この状態で、他の板材８１ｂを重ね合わせて溶着される。板材８１ａの他面には板状電極Ｗ１に通じる孔（図示せず）が夫々穿設され、当該孔を通して接続ピンＷ２が板状電極Ｗ１に夫々接続する。この場合、接続ピンＷ２が板材８１ａの外側まで延出する導線Ｗの自由端を構成する。なお、板状電極Ｗ１や接続ピンＷ２を用いることなく、導線Ｗの自由端を直接板材８１ａの外側まで延びるようにしてもよい。そして、後述のように、透光性部材８１を真空フランジ８２に保持させた後、真空チャンバ１の壁面に取り付けるのに際しては、一方の板材８１ａが真空チャンバ１外側に配置され、一方の板材８１aから外側に突出する両接続ピンＷ２には、ＡＣ電源が接続されて通電できるようになっている。

上記により、透光性板材８１の中心Ｃｐと、中心Ｃｐから半径の中点Ｍｐ（径方向の距離が最短となる透光性板材の周囲までの距離の中点）とを結ぶ線を半径Ｒｖとする仮想円領域内で透光性板材８１の中央領域を除く領域に、周方向略全長に亘って導線Ｗが蛇行させて配置される構成となる。透光性板材８１の中心Ｃｐから半径Ｒｃの領域たる中央領域は、例えば、当該中央領域を通したプラズマ終点検知、温度測定や目視確認等、内部で行われる処理の状況を把握するために必要を確保できるように、目的に応じて適宜設定される。また、導線Ｗとしては、熱伝導の良く、しかも、板材８１ａ、８１ｂ相互を溶着する際に特性が変化する等の不具合が生じ難いＰｔ、Ａｕ、Ｗ及びＭｏの中から選択された材料製のものが用いられる。

一方、真空フランジ８２は、透光性部材８１の輪郭より僅かに大きな径の中央開口８２ａを備えた金属製のものである。また、中央開口８２ａのうち、真空チャンバ１と背向する側の内縁部には、径方向内側に向かって延出する、透光性板材８１用の保持部８２ｂが形成されている。そして、真空チャンバ１の壁面（平坦面）に形成した環状溝１ａに嵌合したＯリング９に透光性板材８１の外周縁部をその全面に亘って当接させ、この状態で、保持部８２ｂにより透光性板材８１の外周縁部がＯリング９に押圧されるように、真空フランジ８２に形成した複数の透孔８２ｃを夫々挿通するボルトＢにより真空フランジ８２が取り付けられる。これにより、透光性板材８１が真空チャンバ１の壁面に気密保持された状態で固定される。

上記実施形態によれば、覗き窓８のうち、内部で行われる処理の状況を把握するために必要な中央領域の周囲に電線Ｗを周方向略全体に亘り配置し、これに直流電流を通電して加熱する構成を採用したため、真空チャンバ１への熱引けが抑制され、少ない通電電流で覗き窓８のうち真空雰囲気に接する表面であってその中央領域を効果的に所定温度（２００℃以上）まで昇温することができる。これにより、ドライエッチング装置ＥＭによりフッ素含有ガスにて処理対象物Ｓをエッチングする際に、生成ガスが覗き窓８に付着、堆積することを効果的に抑制できる。しかも、この中央領域には導線Ｗがないため、内部で行われる処理の状況を把握するといった機能は損なわれない。

次に、以上の効果を確認するために、図１に示すドライエッチング装置ＥＭを用いて次の実験を行った。この場合、透光性板材８１として、石英製でφ６６ｍｍ、板厚９ｍｍと１ｍｍの２枚の板材を用い、径方向７．５ｍｍ〜１５．５ｍｍの範囲に、全長４３０ｍｍのＰｔ製の導線を周方向全体に跨るように蛇行させて配置したものとした。そして、ドライエッチング装置ＥＭを所定圧力（１０^−５Ｐａ）まで真空引きした後、ＡＣ電源より電圧３０．１Ｖ、電流０．７４Ａの条件で通電し、透光性板材８１の中央領域うち真空雰囲気に接する表面を熱電対にて温度測定したところ、約２００℃に加熱されることが確認された。

比較実験として、透光性板材として、石英製でφ６６ｍｍ、板厚１０ｍｍの板材を用い、これを真空チャンバ１に取り付け、透光性板材の外表面に、電熱ヒータを設けて加熱することとした。この場合、ＡＣ電源より電圧５．２Ｖ、電流６．７Ａの条件で通電し、電熱ヒータの透光性板材の大気側温度を２００℃まで加熱した。このとき、透光性板材の中央領域うち真空雰囲気に接する表面を熱電対にて温度測定したところ、１４６℃であり、２００℃にまで加熱するには、ＡＣ電源より電圧６．１Ｖ、電流７．９Ａ以上の条件で通電する必要があることが確認された。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、真空処理装置としてドライエッチング装置に適用したものを例に説明したが、内部で行われる処理に応じて覗き窓に何らかの生成物が付着、堆積し、これを加熱することで抑制したり、または、除去できるものであれば、本発明の覗き窓は広く適用できる。また、上記実施形態では、石英製の２枚の板材を接合して透光性部材を構成したものを例に説明したが、導線を埋め込むことができるものであれば、その形態は特に問わず、また、導線Ｗを配置するパターン等も上記に限定されるものではない。例えば、インクジェット装置により、透光性部材８１表面に直接電線を形成するようにしてもよい。

更に、上記実施形態では、覗き窓の透光性部材８１が円形の輪郭を有するものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、矩形等種々のものを用いることができる。この場合、透光性板材の中心からその周囲に向かう方向を径方向とし、この透光性板材の中心と、当該中心から径方向の距離が最短となる透光性板材の周囲までの距離の中点Ｍｐとを結ぶ線を半径Ｒｖとする仮想円領域内で中央領域を除く範囲に上記同様に導線を蛇行して配置すればよい。

ＥＭ…ドライエッチング装置（真空処理装置）、１…真空チャンバ、８…覗き窓、８１…透光性部材、８１ａ、８１ｂ…板材、Ｗ…導線、Ｗ２…接続ピン（導線の自由端）、基板Ｓ…処理対象物。

Claims

真空チャンバ内で処理対象物に対して所定処理を施す真空処理装置において、
真空チャンバの壁面に覗き窓が設けられ、この覗き窓が、内部に導線が埋め込まれた透光性板材を備え、透光性板材の中心からその周囲に向かう方向を径方向とし、この透光性板材の中心と、当該中心から径方向の距離が最短となる透光性板材の周囲までの距離の中点とを結ぶ線を半径とする仮想円領域内で透光性板材の中央領域を除く領域に、前記導線が蛇行させて配置され、その自由端を透光性板材外表面に延出させてなることを特徴とする真空処理装置。
前記透光性板材は、２枚の石英製の板材を、導線を埋め込んだ状態で溶着して構成され、前記導線が、Ｐｔ、Ａｕ、Ｗ及びＭｏの中から選択された材料製であることを特徴とする請求項１記載の真空処理装置。