JP3045444B2 - プラズマ処理装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプラズマ処理装置および
その制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、被処理体、例えば半導体ウェ
ハなどを処理室内においてプラズマ処理するための装置
として、高周波（ＲＦ）を用いた平行平板形のプラズマ
処理装置が広く採用されている。処理室内に平行平板型
の２枚の電極が配置された反応性イオンエッチング（Ｒ
ＩＥ）装置を例にとってみると、いずれか一方の電極又
は両方の電極に高周波を印加することにより、両電極間
にプラズマを発生させ、このプラズマと被処理体との間
の自己バイアス電位差により、被処理体の処理面にプラ
ズマ流を入射させ、エッチング処理を行うように構成さ
れている。

【０００３】しかしながら、上記の平行平板型プラズマ
処理装置の如き従来型のプラズマ処理装置では、半導体
ウェハの超高集積化に伴い要求されるようなサブミクロ
ン単位、さらにサブハーフミクロン単位の超微細加工を
実施することは困難である。すなわち、かかるプロセス
をプラズマ処理装置により実施するためには、低圧雰囲
気において、高密度のプラズマを高い精度で制御するこ
とが重要であり、しかも、そのプラズマは大口径ウェハ
にも対応できる大面積で高均一なものであることが必要
である。また電極を用いたプラズマ処理装置では、プラ
ズマ発生時に電極自体が重金属汚染の発生源となってし
まい、特に超微細加工が要求される場合には問題となっ
ていた。

【０００４】このような技術的要求に対して、新しいプ
ラズマソースを確立するべく、これまでにも多くのアプ
ローチが様々な角度からなされてきており、たとえば欧
州特許公開明細書第３７９８２８号には、高周波アンテ
ナを用いる高周波誘導プラズマ発生装置が開示されてい
る。この高周波誘導プラズマ発生装置は、ウェハ載置台
と対向する処理室の一面を石英ガラスなどの絶縁体で構
成して、その外壁面にたとえば渦巻きコイルからなる高
周波アンテナを取り付け、この高周波アンテナに高周波
電力を印加することにより処理室内に高周波電磁場を形
成し、この電磁場空間内を流れる電子を処理ガスの中性
粒子に衝突させ、ガスを電離させ、プラズマを生成する
ように構成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで上記のように
構成された高周波誘導プラズマ方式の処理装置を使用す
る場合には、高密度かつ均一なプラズマを高い精度で制
御する必要があるが、未だ安定的にかつ高い精度で発生
プラズマを制御する技術は確立されておらず、上記処理
装置を生産ラインで採用するには、かかる制御技術の開
発が急務の課題となっている。

【０００６】また処理容器内に生成するプラズマから発
生する発光スペクトルを処理容器に設けられた観測窓を
通して観測し、その発光スペクトルに含まれる各成分の
発光強度比を制御信号として、各機器構成をフィードバ
ック制御する方法が知られているが、処理時にはプラズ
マに含まれる活性種が被処理体の処理面のみならず観測
窓にも衝突し、場合によっては観測窓自体の透過性を悪
化させ、透過窓を通して観測される発光スペクトルが実
際値と異なり、歪んだ信号値によって正確なフィードバ
ック制御ができないことがあり、問題となっていた。

【０００７】本発明は従来のプラズマ処理装置の有する
上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、その
目的とするところは、高密度かつ高均一のプラズマを処
理容器内で高い精度で制御するための新規かつ改良され
たプラズマ処理装置の制御方法を提供することである。

【０００８】さらに本発明の別の目的は、処理容器内の
プラズマから生じる発光スペクトルを観測窓を介して観
測し、その発光スペクトルに含まれる各成分の発光強度
比に応じて処理装置をフィードバック制御する際に、観
測窓自体の透過性がプラズマ流により悪化した場合であ
っても、正確なフィードバック制御をあるいは観測窓の
メンテナンスを実施することが可能な新規かつ改良され
たプラズマ処理装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の第１の観点によれば、処理室の外部に絶縁
体を介して配置された高周波アンテナに高周波電力を印
加することによりその処理室内に誘導プラズマを励起し
て、その処理室内に配置された被処理体に所定の処理を
施すプラズマ処理装置を制御するにあたり、高周波アン
テナに対する高周波エネルギの供給を間歇的に行うこと
を特徴とする、プラズマ処理装置の制御方法が提供され
る。

【００１０】また本発明の第２の観点によれば、処理室
の外部に絶縁体を介して配置された高周波アンテナに高
周波電力を印加することによりその処理室内に誘導プラ
ズマを励起して、その処理室内に配置された被処理体に
所定の処理を施すプラズマ処理装置を制御するにあた
り、処理室内に存在するガスの発光スペクトルを観測窓
を介して観測するとともに、その処理室から発せられる
短波長成分、たとえば１００ｎｍないし１０００ｎｍ、
好ましくは２００ｎｍ程度の成分を観測窓を介して観測
し、発光スペクトルに応じて処理装置を制御する制御信
号を、その短波長光の変化に応じて補正するための補正
手段を設けたことを特徴とする、プラズマ処理装置が提
供される。

【００１１】

【作用】従来のプラズマ処理装置の制御方法において
は、処理容器内にプラズマを生成する際に、高周波アン
テナに対して高周波エネルギを連続的に供給し、連続的
にプラズマを励起していたが、本発明者の知見によれ
ば、このように高周波エネルギを連続的に供給した場合
には、プラズマの活性種が活性化し過ぎ、たとえばエッ
チングを行う場合にはエッチング成分が拡散し、かえっ
てエッチング効率が落ちることが判明した。かかる点に
鑑み、本発明によれば、高周波アンテナに高周波エネル
ギを間歇的に供給するので、処理容器内のプラズマが適
度に活性化され最適な処理環境を構築することが可能で
ある。なお高周波エネルギを間歇的に供給する時間間隔
については、必要な処理環境時に応じて実験的に設定し
たり、あるいは各種センサから送られるフィードバック
信号に応じて行うことが可能である。また、高周波エネ
ルギの供給停止時に処理容器内の排気量を加減すること
により、反応生成物の排気を促進することができる。

【００１２】一般に、処理容器内から生じる発光スペク
トルを観測窓を介して観測し、処理容器内の状態を観測
することが行われているが、処理容器内でプラズマ処理
を行った場合には、観測窓についてもプラズマ時にスパ
ッタされたり、あるいはガス成分が付着するなどして、
その透過性が劣化し、処理容器内から生じる発光スペク
トルが劣化した観測窓で濾波され、観測される信号に歪
みが生じ、処理容器内の状態を正確に把握できない場合
がある。しかしながら、本発明によれば、同じ観測窓か
ら、観測窓の透過性劣化の影響を受けやすい短波長成
分、たとえば１００ｎｍないし１０００ｎｍ、好ましく
は２００ｎｍ程度の成分が観測され、透過される短波長
成分の変化により観測窓の劣化の程度を知ることが可能
である。そして、この短波長成分の変化に応じて観測さ
れる発光スペクトル信号に対して補正を加えたり、必要
に応じては観測窓の交換などのメンテナンスを施すこと
が可能である。

【００１３】

【実施例】以下に添付図面を参照しながら本発明に基づ
いて構成されたプラズマ処理装置をエッチング装置に適
用した好適な実施例について詳細に説明する。

【００１４】図１に示すプラズマエッチング装置１は、
導電性材料、たとえばアルミニウムなどからなる円筒あ
るいは矩形状に成形された処理容器２を有しており、こ
の処理容器２の底部にはセラミックなどの絶縁板３を介
して、被処理体、たとえば半導体ウェハＷを載置するた
めの略円柱状の載置台４が収容されている。また載置台
４の載置面とほぼ対向する処理容器の頂部は絶縁材５、
たとえば石英ガラスやセラミックからなり、その絶縁材
５の外壁面に導体、たとえば銅板、アルミニウム、ステ
ンレスなどを渦巻きコイル状に形成した高周波アンテナ
６が配置されている。この高周波アンテナ６の両端子
（内側端子６ａおよび外側端子６ｂ）間には、プラズマ
生成用の高周波電源７よりマッチング回路８を介して、
たとえば１３．５６ＭＨｚの高周波エネルギを印加する
ことが可能なように構成されている。

【００１５】半導体ウェハなどの被処理体Ｗを載置する
ための載置台４は、アルミニウムなどにより円柱状に成
形されたサセプタ支持台４ａと、この上にボルト４ｂな
どにより着脱自在に設けられたアルミニウムなどよりな
るサセプタ４ｃとから主に構成されている。このように
サセプタ４ｃを着脱自在に構成することにより、メンテ
ナンスなどを容易に実施することができる。

【００１６】上記サセプタ支持台４ａには、冷却手段、
たとえば冷却ジャケット９が設けられており、このジャ
ケット９にはたとえば液体窒素などの冷媒が冷媒源１０
より冷媒導入管１１を介して導入される。さらにジャケ
ット内を循環し熱交換作用により気化した液体窒素は冷
媒排出管１２より容器外へ排出される。かかる構成によ
り、たとえば−１９６℃の液体窒素の冷熱が冷却ジャケ
ット９からサセプタ４ｃを介して半導体ウェハＷにまで
伝熱され、その処理面を所望する温度まで冷却すること
が可能である。

【００１７】また略円柱形状に成形された上記サセプタ
４ｃ上面のウェハ載置部には、静電チャック１２がウェ
ハ面積と略同面積で形成されている。この静電チャック
１２は、例えば２枚の高分子ポリイミドフィルム間に銅
箔などの導電膜１３を絶縁状態で挟み込むことにより形
成され、この導電膜１３はリード線により可変直流高圧
電源１４に接続されている。したがってこの導電膜１３
に高電圧を印加することによって、上記静電チャック１
２の上面に半導体ウェハＷをクーロン力により吸着保持
することが可能なように構成されている。

【００１８】上記サセプタ支持台４ａおよびサセプタ４
ｃには、これらを貫通してＨｅなどの熱伝達ガス（バッ
ククーリングガス）をガス源１５から半導体ウェハＷの
裏面やサセプタ４ｃを構成する各部材の接合部などに供
給するためのガス通路１６が形成されている。また上記
サセプタ４ｃの上端周縁部には、半導体ウェハＷを囲む
ように環状のフォーカスリング１７が配置されている。
このフォーカスリング１７は反応性イオンを引き寄せな
い高抵抗体、たとえばセラミックや石英ガラスなどから
なり、反応性イオンを内側の半導体ウェハＷにだけ効果
的に入射せしめるように作用する。

【００１９】さらに上記サセプタ４ｃには、マッチング
用コンデンサ１８を介して高周波電源１９が接続されて
おり、処理時にはたとえば２ＭＨｚの高周波電力をサセ
プタ４ｃに印加することにより、プラズマとの間にバイ
アス電位を生じさせプラズマ流を被処理体の処理面に効
果的に照射させることが可能である。上記サセプタ４ｃ
の上方には、石英ガラスまたはセラミックスなどからな
るガス供給手段２０が配置されている。このガス供給手
段２０は、上記サセプタ４ｃの載置面と略同面積の中空
円板形状をしており、その上部には上記絶縁材５の略中
央を貫通してガス供給手段２０の中空部に連通するガス
供給管２１が取り付けられている。ガス供給手段２０の
下面２２には多数の小孔２３が穿設されており、エッチ
ングガスを下方の処理空間に均一に吹き出すように構成
されている。また上記ガス供給手段２０の中空部には、
中央部にガス供給管２１に向かって突出する突起部２５
が設けられたバッファ円板２６が設けられており、ガス
源２７ａ、２７ｂよりマスフローコントローラ２８を介
して供給されるエッチングガスの混合を促進するととも
に、より均一な流量で処理室内にガスが吹き出すように
構成されている。さらにまた、上記ガス供給手段２０の
下面２２の周囲にはガスを被処理体の処理面に集中させ
るように作用する環状突起２９が下方に向けて取り付け
られている。

【００２０】また、上記処理容器２の底部壁には排気管
３０が接続されて、この処理容器２内の雰囲気を図示し
ない排気ポンプにより排出し得るように構成されるとと
もに、中央部側壁には図示しないゲートバルブが設けら
れており、このゲートバルブを介して半導体ウェハＷの
搬入搬出を行うように構成されている。

【００２１】さらに、上記静電チャック１２と冷却ジャ
ケット９との間のサセプタ下部にはヒータ固定台３１に
収容された温調用ヒータ３２が設けられており、この温
調用ヒータ３２へ電力源３３より供給される電力を調整
することにより、上記冷却ジャケット９からの冷熱の伝
導を制御して、半導体ウェハＷの被処理面の温度調節を
行うことができるように構成されている。

【００２２】次に、上記のように構成された処理装置の
制御系の構成について説明する。上記処理容器２の一方
の側壁には石英ガラスなどの透明な材料から構成される
透過窓３４が取り付けられており、処理室内の発光スペ
クトルおよび短波長成分を光学系３５を介して発光スペ
クトルを検出する光学センサ３６ａおよび短波長成分を
検出する短波長センサ３６ｂに送り、処理室内から発生
する発光スペクトルに関する信号および短波長成分に関
する信号をそれぞれ制御器３７に送ることができるよう
に構成されている。また上記処理容器２には処理室内の
圧力などを検出するためのセンサ３８が取り付けられて
おり、処理室内の圧力などに関する信号を制御器３７に
送ることができるように構成されている。制御器３７
は、これらのセンサからのフィードバック信号あるいは
予め設定された設定値に基づいて、制御信号を、プラズ
マ発生用高周波電源７、バイアス用高周波電源１５、冷
媒源１０、温調用電源３３、バッククーリング用ガス源
１５、処理ガス用マスフローコントローラ２８などに送
り、プラズマ処理装置の動作環境を最適に調整すること
が可能である。

【００２３】次に、上記のような制御系に対して本発明
に基づいて構成されたプラズマエッチング装置の制御方
法を適用した実施例について説明する。

【００２４】まず本発明の第１の観点によれば、発光ス
ペクトル信号などに応じてあるいは予め設定された値に
応じて高周波アンテナに対して高周波エネルギがオンオ
フ制御されて間歇的に供給される。このように間歇的に
プラズマを発生させることにより、プラズマの活性種の
拡散を防止し、プラズマ流を被処理体の処理面に集中さ
せることが可能となるので、エッチング効率を高めるこ
とが可能である。またプラズマ停止中には反応生成物の
排気が促進されるので、さらにエッチングレートを高め
ることが可能である。また必要に応じて、プラズマ停止
中に排気量を加減調整する構成とすることも可能であ
る。

【００２５】また、プラズマ処理時に処理容器内から発
生される発光スペクトルが石英ガラスなどからなる観測
窓３４から分光器などを含む光学系３５を介して光学セ
ンサ３６により観測され、その発光スペクトルの変化に
応じて、たとえば高周波アンテナに供給される高周波エ
ネルギのオンオフ制御などが行われる。しかしながら、
プラズマ処理時にはプラズマ流の一部が観測窓３４にも
衝突するので、観測窓３４自体をエッチングされたり、
あるいはガス成分が付着するなどして、その透過性が劣
化するおそれがある。かかる場合には、処理容器内で発
生した発光スペクトルの観測窓３４の通過が妨げられる
ため、正確な信号を得ることができず、かかる歪んだ信
号に基づいて装置をフィードバック制御した場合には、
誤作動と同様に正確な処理を行うことができない。

【００２６】そこで本発明の第２の観点によれば、発光
スペクトルを観測する観測窓３４と同じ観測窓３４を介
して、同時に処理室内から生じる短波長成分たとえば１
００ｎｍないし１０００ｎｍ、好ましくは２００ｎｍ程
度の成分についても観測を行う。このような短波長成分
は観測窓３４の透過性の劣化に対する感度が高く、した
がって観測窓３４を介して送られてくる短波長成分の変
化を短波長センサ３６ｂにて観測することにより、観測
窓３４の透過性の劣化を把握することが可能である。そ
こでこの劣化の程度に応じて、上記光学センサ３６ａに
より検出された発光スペクトルに関する信号に補正を加
えることにより正確なフィードバック制御を行うことが
可能である。また、短波長成分の観測の結果、観測窓３
４の劣化の程度が甚だしい場合には、観測窓３４自体を
交換するなどのメンテナンスを実施することができる。

【００２７】次に、図２に基づいて、上記プラズマエッ
チング装置の製造工程における構成について説明する。
なお、すでに説明したプラズマエッチング装置の同じ構
成については同一番号を付することによりその詳細な説
明は省略する。

【００２８】図示のように、本発明を適用可能な高周波
誘導プラズマ処理装置１の処理容器２の一方の側壁に
は、開閉自在に設けられたゲートバルブ３９を介して隣
接するロードロック室４０が接続されている。このロー
ドロック室４０には、搬送装置４１、たとえばアルミニ
ウム製のアームを導電性テフロンによりコーティングし
て静電対策が施された搬送アームが設けられている。ま
た上記ロードロック室４０には、底面に設けられた排気
口より排気管４２が接続され、真空排気弁４３を介して
真空ポンプ４４により真空引きが可能なように構成され
ている。

【００２９】上記ロードロック室４０の側壁には、開閉
自在に設けられたゲートバルブ４５を介して隣接するカ
セット室４６が接続されている。このカセット室４６に
は、カセット４７を載置する載置台４８が設けられてお
り、このカセット４７は、たとえば被処理体である半導
体ウェハＷ２５枚を１つのロットとして収納することが
できるように構成されている。また上記カセット室４６
には、底面に設けられた排気口より排気管４９が接続さ
れ、真空排気弁５０を介して真空ポンプ４４により室内
を真空引きが可能なように構成されている。また上記カ
セット室４６の他方の側壁は、開閉自在に設けられたゲ
ートバルブ５１を介して大気に接するように構成されて
いる。

【００３０】次に上記のように構成されたプラズマ処理
装置１の動作について簡単に説明する。まず、大気との
間に設けられたゲートバルブ５１を開口して、被処理体
Ｗを収納したカセット４７が図示しない搬送ロボットに
より、カセット室４６の載置台４８の上に載置され、上
記ゲートバルブ５１が閉口する。上記カセット室４６に
接続された真空排気弁５０が開口して、真空ポンプ４４
により上記カセット室４６が真空雰囲気、たとえば１０
^-1Ｔｏｒｒに排気される。

【００３１】ついで、ロードロック室４０とカセット室
４６の間のゲートバルブ４５が開口して、搬送アーム４
１により被処理体Ｗが上記カセット室４６に載置された
カセット４７より取り出され、保持されて上記ロードロ
ック室４０へ搬送され、上記ゲートバルブ４５が閉口す
る。上記ロードロック室４０に接続された真空排気弁４
３が開口して、真空ポンプ４４により上記ロードロック
室４０が真空雰囲気、たとえば１０^-3Ｔｏｒｒに排気さ
れる。

【００３２】ついで、ロードロック室４０と処理容器２
との間のゲートバルブ３９が開口して、上記搬送アーム
４１により被処理体Ｗが上記処理容器２へ搬送され、サ
セプタ４ｃ上の図示しないプッシャーピンに受け渡さ
れ、上記搬送アーム４１がロードロック室４０に戻った
後、ゲートバルブ３９が閉口する。その後、静電チャッ
ク１２に高圧直流電圧を印加し、プッシャーピンを下げ
て被処理体Ｗを静電チャック１２上に載置することによ
り半導体ウェハＷがサセプタ４ｃ上に載置固定される。
この間上記処理容器２内は、真空排気弁５２を開口する
ことにより、真空ポンプ４４を介して真空雰囲気、たと
えば１０^-5Ｔｏｒｒに排気されている。

【００３３】さらに、半導体ウェハＷの裏面および載置
台４の各接合部に伝熱用のバッククーリング用ガスを供
給しながら、冷却ジャケット９から冷熱を供給し、半導
体ウェハＷの処理面を所望の温度にまで冷却する。しか
る後、ガス供給手段２０を介してＣＨＦ₃などの処理ガ
スを処理容器２内に導入し、本発明に基づいてダミーウ
ェハを用いて予め求められた最適なエッチング速度を得
るために最適な圧力雰囲気に到達したことが圧力センサ
３８により検出された後、高周波電源７からマッチング
回路８を介して高周波アンテナに、たとえば１３．５６
ＭＨｚの高周波電力が印加されることにより処理容器２
内にプラズマを励起し、さらに載置台４にバイアス電位
をかけることにより、被処理体Ｗに対してたとえばエッ
チングなどのプラズマ処理が施される。その際に、本発
明によれば処理室の内壁の温度を５０℃〜１００℃、好
ましくは６０℃〜８０℃に加熱することにより反応生成
物が内壁に付着するのを防止することができる。

【００３４】さらに本発明によれば、エッチング時に処
理容器２内から発生する発光スペクトルは透過窓３４を
介して、光学センサ３６により検出されており、観測さ
れた発光スペクトルの変化に応じてあるいは予め設定さ
れた値に基づいて、たとえば高周波アンテナに印加され
る高周波エネルギがオンオフ制御される。またその際本
発明によれば、同じ透過窓３４を介して処理容器内から
発生する短波長成分の変化が観測され、透過窓３４の透
過性の劣化の程度に応じて上記発光スペクトル信号が補
正されるので、より正確なフィードバック制御を行うこ
とができる。このようにして、検出される発光スペクト
ルが所定値に到達した場合には、エッチングが終了した
と判断され、高周波エネルギーの印加が停止されるとと
もに処理ガスの供給も停止され、プラズマ処理動作が終
了する。

【００３５】ついで、上記処理容器２内の処理ガスや反
応生成物を置換するために、窒素などの不活性ガスを上
記処理容器２内に導入するとともに、真空ポンプ４４に
よる排気が行われる。上記処理容器２内の残留処理ガス
や反応生成物が十分に排気された後に、上記処理容器２
の側面に設けられたゲートバルブ３９が開口され、隣接
するロードロック室４０より搬送アーム４１が処理容器
２内の被処理体Ｗの位置まで移動し、プッシャーピンに
より載置台４から持ち上げられた被処理体Ｗを受け取
り、上記ロードロック室４０に搬送し、上記ゲートバル
ブ３９を閉口する。このロードロック室４０において、
被処理体Ｗはヒータにより室温、たとえば１８℃まで昇
温され、その後上記ロードロック室４０よりカセット室
４６を介して大気に搬出されることにより一連の動作を
終了する。

【００３６】なお図１に示す実施例においては、図３に
示すように渦巻きコイルの内側端６ａおよび外側端６ｂ
の間に高周波電源７およびマッチング回路８を接続して
いるが、本発明はかかる構成に限定されない。たとえば
図４に示すように、渦巻きコイルの外側端６ｂにのみ高
周波電源７およびマッチング回路８を接続する構成を採
用することも可能である。かかる構成により、より低圧
雰囲気であっても、良好な高周波誘導プラズマを処理容
器２内に発生させることが可能となる。

【００３７】次に図５ないし図１４を参照しながら、処
理容器２内に高周波アンテナ６を介して励起されるプラ
ズマの状態を最適に制御するための様々な装置構成に関
する実施例について説明する。なお本明細書に添付され
る各図面において、同一の機能を有する構成要素につい
ては同一の参照番号を付することにより詳細な説明は省
略することにする。

【００３８】図５には、絶縁材５の外壁面に取り付けら
れる高周波アンテナ６の他の実施例が示されている。こ
の実施例においては、渦巻きコイルからなる高周波アン
テナ６の一部６ｃが２重巻きにされ、その重複部分６ｂ
および６ｃからより強い電磁場を形成することが可能な
ように構成されている。このように渦巻きコイルの巻き
数を部分的に可変にすることにより、処理容器２内に励
起されるプラズマの密度分布を調整することができる。
なお図示の例では、高周波アンテナ６の重複部分を外周
部分に設定したが、重複部分は必要なプラズマの密度分
布に応じて高周波アンテナ６の任意の部分に設定するこ
とが可能である。また図示の例では、高周波アンテナ６
の重複部分を単に２重巻きに構成したが、必要なプラズ
マの密度分布に応じて任意の巻き数に設定することが可
能である。

【００３９】図６には、処理容器２の内部に、載置台４
を囲むように同間隔で放射状にたとえばアルミニウム製
の第２の電極５３ａ、５３ｂを配置した実施例が示され
ている。これらの電極５３ａ、５３ｂにはそれぞれマッ
チング回路５４ａ、５４ｂを介して高周波電源５５ａ、
５５ｂが接続されている。かかる構成により、載置台４
に印加されるバイアス用高周波エネルギに加えて、被処
理体Ｗの被処理面を半径方向外周から同間隔で放射状に
囲む第２の電極５３ａ、５３ｂにもバイアス用高周波エ
ネルギを印加することが可能なので、各高周波エネルギ
の大きさ、振幅、位相、周波数などを調整することによ
り、処理容器２内に励起されるプラズマの状態を最適に
制御することが可能である。

【００４０】図７には、処理容器２の内部に、ガス供給
手段２０のガス吹き出し面の下方かつ載置台４の上方に
たとえばシリコンまたはアルミニウムからなるメッシュ
状の電極５６が配置された実施例が示されている。この
電極５６には可変電源５７が接続されており、適当な電
流をこの電極５６に流すことにより、処理容器２内に高
周波アンテナ６の作用により形成された電界の分布を制
御し、処理容器２内に所望の密度分布を有するプラズマ
を励起することが可能となる。

【００４１】また図１に示す実施例においては、処理容
器２の上面に石英ガラスなどの絶縁材５を介して高周波
アンテナ６を配しているが、本発明はかかる実施例に限
定されない。たとえば図８に示すように、処理容器２の
側壁の一部を石英ガラスやセラミックスなどの絶縁材５
８から構成し、その絶縁材５８の外壁面に第２の高周波
アンテナ５９を取り付けた構成を採用することも可能で
ある。これらの第２の高周波アンテナ５９は好ましくは
同間隔で放射状に配置され、マッチング回路６０を介し
て接続された高周波電源６１より高周波エネルギを印加
することが可能なように構成されている。かかる構成に
より処理容器２の側壁部分からもプラズマを励起するこ
とが可能となるので、各アンテナに印加される高周波エ
ネルギを調整することにより、高密度で均一なプラズマ
を所望の密度分布で処理容器２内に発生させることが可
能となり、より精度の高いプラズマ処理が可能となる。

【００４２】また図９に示すように載置台４の一部を石
英ガラスなどの絶縁材６２から構成し、その下面に高周
波アンテナ６３を配し、マッチング回路６７を介して接
続された高周波電源６８より高周波エネルギを高周波ア
ンテナ６３に印加する構成とすることも可能である。か
かる構成によって処理容器２の載置台４の下面からもプ
ラズマを励起することが可能となるので、各アンテナに
印加される高周波エネルギを調整することにより、高密
度で均一なプラズマを所望の密度分布で処理容器２内に
発生させることが可能となり、より精度の高いプラズマ
処理が可能となる。

【００４３】また図１０に示すように載置台４の上面周
囲に配置されるフォーカスリングを石英ガラスやセラミ
ックスなどの絶縁材６９から構成し、その周囲に高周波
アンテナ７０を配し、その高周波アンテナ７０にマッチ
ング回路７１を介して接続された高周波電源７２より高
周波エネルギを印加する構成とすることも可能である。
かかる構成によって処理容器２の載置台４の周囲からも
プラズマを励起することが可能となるので、各アンテナ
に印加される高周波エネルギを調整することにより、高
密度で均一なプラズマを所望の密度分布で処理容器２内
に発生させることが可能となり、より精度の高いプラズ
マ処理が可能となる。

【００４４】またＬＣＤなどの比較的大面積の被処理体
をプラズマ処理する場合には、図１１に示すように複数
の高周波アンテナ７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７５ｄを処
理容器２の上面に配置された絶縁材５の外壁部に取り付
け、それぞれの高周波アンテナにマッチング回路７５
ａ、７５ｂ、７５ｃ、７５ｄを介して接続された高周波
電源７６ａ、７６ｂ、７６ｃ、７６ｄより高周波エネル
ギを印加する構成を採用することも可能である。かかる
構成により、比較的大面積の被処理体を処理する大型の
処理容器２であっても高密度で均一な高周波プラズマを
励起することが可能となる。

【００４５】また上記実施例においては、被処理体Ｗを
載置台４の上面に載置して、処理容器２の上面に配置さ
れた高周波アンテナ６によりプラズマを励起する構成を
採用しているが、本発明はかかる構成に限定されない。
たとえば、図１２に示すようなフェイスダウン方式を採
用することも可能である。この装置構成は、図１に示す
処理装置の各構成要素をほぼ天地逆転して配置したもの
であり、図１に示す各構成要素と同一の機能を有するも
のについては同一の参照番号を付するとともに、図１の
構成要素と識別するために「’」を付して示すことにす
る。ただし図１２に示すフェイスダウン方式の装置の場
合には、被処理体Ｗを下方から支持するための上下動可
能な支持機構７６および被処理体Ｗを静電チャック１２
より外すための上下動可能なプッシャーピン機構７７を
設けることが好ましい。かかる構成を採用することによ
り、被処理体Ｗの処理面を微粒子などの汚染から保護す
ることが可能なので、歩留まりおよびスループットのよ
り一層の向上を図ることができる。

【００４６】あるいは図１３に示すように、略円筒形状
の処理容器２”を垂直方向に配置し、その両面に絶縁材
５”を配し、各絶縁材５”の外壁面にそれぞれ高周波ア
ンテナ６”を取り付ける構成とし、処理容器２”の中央
に略垂直に配置された載置台４”の両面に静電チャック
１２”を介して被処理体Ｗを吸着固定する構成を採用す
ることも可能である。なお図１３に示す装置の各構成要
素は、図１に示す処理装置の各構成要素とほぼ同様のも
のであり、図１に示す各構成要素と同一の機能を有する
ものについては同一の参照番号を付するとともに、図１
の構成要素と識別するために「”」を付して示すことに
する。かかる構成を採用することにより、複数の被処理
体Ｗを同時に処理することが可能となるとともに、被処
理体Ｗの被処理面が垂直に配されるので、被処理面が微
粒子などの汚染から保護され、歩留まりおよびスループ
ットのより一層の向上を図ることができる。

【００４７】図１４には、本発明に基づくプラズマ処理
装置のさらに別の実施例が示されている。この実施例に
おいては、サセプタ４が処理容器２の壁面とは完全に別
体として、すなわち上下動可能な昇降機構７８の上に載
置され、サセプタ４に冷熱源や伝熱ガスを供給する管路
または各種電気的回線はこの昇降機構７８の内部に配置
されている。かかる構成を採用することにより、サセプ
タ４の被処理面をプラズマ発生源である高周波アンテナ
６に対して上下動させ調整することにより、最適なプラ
ズマ密度分布を有する空間に被処理面を移動させて処理
を行うことが可能となる。

【００４８】以上本発明の好適な実施例について、プラ
ズマエッチング装置を例に挙げて説明したが、本発明は
かかる実施例に限定されることなく、プラズマＣＶＤ装
置、プラズマアッシング装置、プラズマスパッタ装置な
どの他のプラズマ処理装置にも適用することが可能であ
り、被処理体についても半導体ウェハに限らずＬＣＤ基
板その他の被処理体にも適用することが可能である。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の第１の観
点によれば、処理装置からのフィードバック信号あるい
は予め設定された値に基づいて、高周波アンテナに高周
波エネルギが間歇的に供給されるので、プラズマの拡散
が生じにくく、被処理体の処理面にプラズマ流を集中さ
せることが可能である。またプラズマ停止時に反応生成
物の排気が促進されるので、プラズマ処理の効率を高め
ることができる。

【００５０】また本発明の第２の観点によれば、観測窓
を介して処理室内から発生する発光スペクトルと同時に
短波長成分も観測するので、短波長成分の変動に応じ
て、観測窓の透過性の劣化を知ることが可能となり、そ
の劣化の程度に応じて発光スペクトル信号を補正するこ
とができるので、より正確なフィードバック信号を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づいて構成されたプラズマ処理装置
をエッチング装置に適用した一実施例の概略的な断面図
である。

【図２】図１に示すプラズマ処理装置を組み込んだ製造
システムの構成図である。

【図３】図１の処理装置に適用可能な高周波アンテナ部
分の一実施例を示す平面図である。

【図４】図１の処理装置に適用可能な高周波アンテナ部
分の他の実施例を示す平面図である。

【図５】さらに別の構成の高周波アンテナを取り付けた
処理装置の実施例を示す概略的な断面図である。

【図６】処理容器内に第２の電極を取り付けた処理装置
の実施例を示す概略的な断面図である。

【図７】処理容器内に第２の電極を取り付けた処理装置
の他の実施例を示す概略的な断面図である。

【図８】処理容器の側壁に第２の高周波アンテナを取り
付けた処理装置の実施例を示す概略的な断面図である。

【図９】処理容器の載置台内に第２の高周波アンテナを
取り付けた処理装置の実施例を示す概略的な断面図であ
る。

【図１０】処理容器の載置台のフォーカスリングの周囲
に第２の高周波アンテナを取り付けた処理装置の実施例
を示す概略的な断面図である。

【図１１】処理容器の絶縁材の外壁面に複数の高周波ア
ンテナを配した処理装置の実施例を示す概略的な断面図
である。

【図１２】フェイスダウン方式処理装置の実施例を示す
概略的な断面図である。

【図１３】被処理体を垂直に配した処理装置の実施例を
示す概略的な断面図である。

【図１４】載置台を処理容器と別体に構成した処理装置
の実施例を示す概略的な断面図である。

【符号の説明】

１ プラズマ処理装置 ２ 処理容器 ４ 載置台 ５ 絶縁材 ６ 高周波アンテナ ７ 高周波電源 ８ マッチング回路 ２０ ガス供給手段 ３４ 透過窓 ３６ａ 光学センサ ３６ｂ 短波長センサ ３７ 制御器 ３８ 圧力センサ Ｗ 半導体ウェハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/205 Ｈ０１Ｌ 21/205 21/3065 Ｈ０５Ｈ 1/00 Ａ Ｈ０５Ｈ 1/00 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ Ｅ Ａ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05H 1/46 C23C 16/50 C23F 4/00 H01L 21/3065 H05H 1/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 処理室の外部に絶縁体を介して配置され
   た高周波アンテナに高周波電力を印加することによりそ
   の処理室内に誘導プラズマを励起して、その処理室内に
   配置された被処理体に所定の処理を施すプラズマ処理装
   置を制御するにあたり、 前記高周波アンテナに対する高周波エネルギの供給を間
   歇的に行うことを特徴とする、プラズマ処理装置の制御
   方法。
2. 【請求項２】 処理室の外部に絶縁体を介して配置され
   た高周波アンテナに高周波電力を印加することによりそ
   の処理室内に誘導プラズマを励起して、その処理室内に
   配置された被処理体に所定の処理を施すプラズマ処理装
   置を制御するにあたり、 前記処理室内に存在するガスの発光スペクトルを観測窓
   を介して観測するとともに、前記処理室から発せられる
   短波長成分を前記観測窓を介して観測し、前記発光スペ
   クトルに応じて前記処理装置を制御する制御信号を、そ
   の短波長光の変化に応じて補正するための補正手段を設
   けたことを特徴とする、プラズマ処理装置。