JP3153397B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、プラズマ処理装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】例えば半導体ウエハ（以下、「ウエハ」
という）にプラズマによってエッチング処理を施すよう
に構成されたプラズマエッチング装置を例にとって説明
すると、このようなプラズマエッチング装置において
は、プラズマ処理終点の検出を行うための終点検出装置
が設けられている。そして従来のこの種の終点検出装置
は、一般的に気密に構成された処理室の側壁などに処理
室内をモニターするための窓を設け、この窓を通じて処
理室内のプラズマ発光の発光強度を終点検出器などで測
定して、プラズマ処理終点を検出するように構成されて
いる。

【０００３】ところが処理回数が増加すると、エッチン
グ時の反応性生物が前記窓に付着し、前記終点検出器へ
の入力光が減衰し、その結果終点検出の精度が低下する
という問題が生ずる。そのため適宜前記モニター用の窓
をクリーニングするという煩雑さが伴う。かかる点に鑑
み、従来は例えば特開平３−７５３８９号公報において
開示されているように、前記モニター用の窓を加熱する
手段を当該窓に設け、これによって当該窓を加熱して反
応性生物の付着を抑制することが行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところでプラズマエッ
チング装置などのプラズマ処理装置においては、所定の
減圧雰囲気の下で処理を行うことが必要であるため、そ
の処理室は高度の気密性が要求されている。そのためこ
の処理室の側壁などに前記モニター用の窓を設ける場合
には、例えばＯリングなどのシール材を介して、これを
取り付けるように構成されている。

【０００５】ところが既述の従来技術によれば、単に前
記モニター用の窓を加熱する手段を当該窓に設けてある
ため、加熱に伴って前記Ｏリングなどのシール材が熱変
形を起こすおそれがある。そのようにシール材が熱変形
を起こすと、前記処理室の気密性が阻害され、所定のプ
ラズマ処理が行えず、歩留まりが低下する。またヒータ
などの加熱手段を単に前記モニター用の窓に設けるだけ
では、加熱効率もさほどよくない。

【０００６】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、前記したプラズマ発光をモニターするために設け
られたモニター用の窓などを直接加熱しても、前記Ｏリ
ングなどのシール材が熱変形を起さず、しかも従来より
もモニター用の窓等に対する加熱効率が向上した新しい
プラズマ処理装置を提供して、上記問題の解決を図るこ
とを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１によれば、被処理体に対してプラズマ処理
を行うための気密な処理室と，処理室の壁の一部にシー
ル材を介して気密に設けられ，処理室内で発生するプラ
ズマ発光を透過させる光透過部材を有する窓部とを具備
したプラズマ処理装置において，前記光透過部材に設け
られてこの光透過部材を加熱する加熱装置を有し，前記
シール材と前記加熱装置との間における前記光透過部材
に、溝が設けられたことを特徴とする、プラズマ処理装
置が提供される。

【０００８】また請求項２によれば、前記加熱装置が，
光透過部材における処理室とは反対側に形成された装着
用溝内に設けられており，加熱装置と装着用溝との間に
は，熱伝導性が良好な充填材が充填されているプラズマ
処理装置が提供される。

【０００９】

【作用】請求項１のプラズマ処理装置によれば，シール
材と前記加熱装置との間における光透過部材に、溝が設
けられているので，光透過部材を構成する材質，例えば
瀬気液ガラスを伝ってシール材に直線的に伝導しようと
する加熱装置からの熱は，当該溝によって遮断される。
従って，加熱装置から前記シール材へと伝わる伝導熱は
従来よりも大幅に低下し，シール材が熱によって変形す
ることを防止することが可能である。またそのように伝
導熱は前記溝によって遮断されるので，その分周囲へ放
熱される熱量が低減し，光透過部材を効率よく加熱する
ことが可能になっている。

【００１０】 請求項２によれば，加熱装置と装着用溝
との間には，熱伝導性が良好な充填材が充填されている
ので，光透過部材はなお一層効率よく加熱される。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図に基づいて説明す
れば、図１は本実施例にかかる半導体ウエハ（以下、
「ウエハ」という）のエッチング処理装置の側面断面を
模式的に示しており、気密に閉塞自在に構成された処理
室１は、例えば表面がアルマイト処理されたアルミニウ
ム等によって略円筒状に構成されている。

【００１２】前記処理室１内の下部には、セラミックな
どの絶縁部材２を介して、サセプタ支持台３が設けられ
ており、このサセプタ支持台３の内部には、例えば冷却
ジャケットなどの冷却室４が形成されており、さらにこ
の冷却室４には、前記処理室１の底部に設けられた冷媒
導入管５から導入され、かつ冷媒排出管６から排出され
る冷却冷媒が循環するように構成されている。

【００１３】前記サセプタ支持台３の上面には、例えば
表面がアルマイト処理されたアルミニウム等の材質から
なり下部電極を構成するサセプタ７が設けられており、
さらにこのサセプタ７の上面には、被処理体であるウエ
ハＷが載置される静電チャック８が設けられている。

【００１４】前記サセプタ７の内部には、ガス導入管９
と通ずるガス流路１０が形成されており、別設のガス供
給装置（図示せず）によって例えばＨｅガスをこのガス
導入管９に供給すると、このＨｅガスには前出冷却冷媒
によって所定温度にされた上記サセプタ支持台３の冷熱
が熱伝導される。そしてそのようにして冷却されたＨｅ
ガスにより、上記静電チャック８上に載置、保持された
半導体ウエハＷが所定の温度に冷却されるように構成さ
れている。

【００１５】前記サセプタ７は、処理室１外部にて、ブ
ロッキングコンデンサ１１、マッチング回路１２を介し
て高周波電源１３と接続されており、この高周波電源１
３によって、前記サセプタには、例えば周波数が１３．
５６ＭＨｚの高周波電力が印加されるように構成されて
いる。

【００１６】前出静電チャック８は、例えば電界箔銅か
らなる導電層１４を上下両側からポリイミド・フィルム
等の絶縁体で挟んで接着した構成を有し、この導電層１
４はさらに供給リード線１６を介して処理室１外部の高
圧直流電源１７に接続されている。そしてこの高圧直流
電源１７によって直流電圧が前記導電層１４に印加され
ると、その際に発生するクーロン力によって前記ウエハ
Ｗは前記静電チャック８に吸引保持されるように構成さ
れている。

【００１７】一方前記処理室１内の上部には、接地線２
１によって接地された上部電極２２が設けられている。
この上部電極２２は中空部２３を有しており、また前記
サセプタ７との対向面２４は例えばアモルファス・カー
ボンなどの材質で構成されている。そして前記中空部２
３に通ずる多数の吐出口２５がこの対向面２４に設けら
れ、また一方前記上部電極２２の上部には、前記中空部
２３に通ずるガス導入口２６が設けられている。従っ
て、別設の処理ガス供給装置（図示せず）からエッチン
グ反応ガスをこのガス導入口２６に供給すると、当該エ
ッチング反応ガスは、前記多数の吐出口２５から、前記
サセプタ７に向けて均一に吐出される構成となってい
る。

【００１８】また前記処理室１の排気系についていう
と、前記処理室１内の底部近傍には、排気管３１が設け
られており、さらにこの排気管３１は、例えば真空ポン
プなどの排気手段３２に接続されている。そして前記排
気手段３２の作動によって、前記処理室１内は、真空引
きされて所定の減圧雰囲気、例えば０．５Ｔｏｒｒに維
持できるように構成されている。

【００１９】そして前記処理室１の一側の側壁１ａに
は、図２に示したような窓部４１が設けられている。こ
の窓部４１の構成は次のようになっている。即ち前記側
壁１ａにこの側壁１ａを貫通する開口部４２が設けら
れ、さらにこの開口部４２の外方に前記開口部４２より
大きい凹部４３が設けられ、この凹部４３における処理
室１側壁面における前記開口部４２の周囲に、嵌め込み
溝４４が設けられている。そしてこの嵌め込み溝４４内
に、Ｏリング４５がはめ込まれ、その外方から前記凹部
４３内に、光透過部材４６が嵌め込まれ、最後にこの光
透過部材４６の外方から、適宜の取付部材４７を前記側
壁１ａに押圧固定することにより、前記光透過部材４６
が前記側壁１ａに固定されて、前記窓部４１が構成され
ている。

【００２０】前記光透過部材４６は、例えば石英ガラス
などの材質からなり全体として直方体の形状を有し、ま
た前記凹部４３よりも若干小さい外形を有しており、加
熱された際に膨張しても、その膨張分が許容されてこの
光透過部材４６が損傷するのが防止されている。

【００２１】そしてこの光透過部材４６の外方側には、
２本の装着用溝５１、５２が上下二段に設けられ、これ
ら各装着用溝５１、５２内に、加熱装置として棒状のカ
ートリッジヒータ５３が夫々装着されている。かかる装
着にあたっては、図３に示したように、カートリッジヒ
ータ５３の両端部に夫々シリコンラバー５４、５５をあ
てがって、そのまま各装着用溝５１、５２内に納入し、
さらに図２に示したように、納入したカートリッジヒー
タ５３と各装着用溝５１、５２内壁との間の隙間を埋め
るようにして伝熱セメント５６で充填、固定されてい
る。この伝熱セメント５６は、約４００゜Ｃの耐熱性を
有しており、しかも熱伝導性が極めて良好な材質からな
っている。

【００２２】前記光透過部材４６には、さらに熱電対な
どによって構成された温度検出装置５７が設けられてお
り、検出した信号は図１に示したように温度制御装置５
８に入力され、それに基づいてこの温度制御装置５８は
前記カートリッジヒータ５３を制御して、前記光透過部
材４６を、例えば＋１００゜Ｃ〜＋３００゜Ｃまでの間
の任意の値に設定、維持することが可能なように構成さ
れている。

【００２３】そして前記光透過部材４６の処理室１内側
面には、図２、図４、図５に示したように、伝熱分離溝
５９が設けられている。この伝熱分離溝５９は、図５に
示したように、２つのカートリッジヒータ５３を囲むよ
うにして、前出Ｏリング４５の当接位置Ａ（図５におけ
る斜線部）とこれらカートリッジヒータ５３との間に位
置するように設けられている。

【００２４】以上のような構成が施された前出窓部４１
の外方には、図１に示したように、前記の光透過部材４
６を介して、処理室１内のサセプタ７と上部電極２２と
の間に発生するプラズマ発光を受光する受光部６０を具
備した終点検出器６１が配置されている。

【００２５】本実施例にかかるプラズマ処理装置として
のエッチング処理装置は以上のように構成されており、
次にその動作について説明すると、まず処理室１の側面
に設けられたゲートバルブ（図示せず）が開かれ、搬送
アームなどの搬送装置（図示せず）によって、ウエハＷ
がこの処理室１内に搬入されて静電チャック８上の所定
の位置に載置され、前記搬送装置が処理室１外へ待避し
た後、高圧直流電源１７からの直流電圧の印加によっ
て、前記ウエハＷはこの静電チャック８上に吸着保持さ
れる。

【００２６】そして別設の処理ガス供給装置から供給さ
れる、エッチング反応ガス例えばＣＦ₄ガスが、ガス導
入口２６から上部電極２２の吐出口２５を経て、上記ウ
エハＷに向かって吐出され、それと同時に排気手段３２
が作動してこの処理室１内の圧力は例えば０．５Ｔｏｒ
ｒに維持される。次いで高周波電源１３によって、例え
ば周波数が１３．５６ＭＨｚ、電力が１ｋｗに夫々設定
された高周波電力を前出サセプタ７に印加させると、上
部電極２２とサセプタ７との間にプラズマが発生し、前
記ウエハＷに対して所定のエッチング処理がなされる。

【００２７】このときのプラズマ発光は前記窓部４１の
光透過部材４６を通じて前記終点検出器６１の受光部６
０で受光されて、例えばプラズマ定常状態における発光
強度を１００とした場合、これが６０に低下した時点で
プラズマ処理終点として判断される。その間、前記光透
過部材４６の処理室１側面に反応生成物が付着しないよ
うに、前記カートリッジヒータ５３によってこの光透過
部材４６は例えば２００゜Ｃまで加熱されており、その
ときの熱は伝導によって、前記光透過部材４６と処理室
１の側壁１ａとの間の気密性を確保しているＯリング４
５にも直線的に伝わろうとする。

【００２８】ところが、前記カートリッジヒータ５３と
このＯリング４５との間には、伝熱分離溝５９が設けら
れているので、かかる熱伝導はこの伝熱分離溝５９の部
分で遮断される。従って、このＯリング４５に伝わる熱
量は大幅に低減し、その結果、このＯリング４５の温度
はさほど上昇することなく、熱変形も起こさない。従っ
て、光透過部材４６と処理室１の側壁１ａとの間の気密
性は良好に維持される。

【００２９】またそのように前記伝熱分離溝５９の部分
で熱伝導が大きく遮断されるので、熱伝導による放熱は
抑えられ、その結果前記伝熱分離溝５９で囲まれた内側
のエリアに対する加熱効率は向上している。換言すれ
ば、前記伝熱分離溝５９で囲まれた領域はいわば加熱領
域となり、前記カートリッジヒータ５３はこの加熱領域
のみを主として加熱しているのである。従って、従来よ
りも加熱効率が大きく向上しているものである。

【００３０】さらにまたこのカートリッジヒータ５３と
光透過部材４６の装着用溝５１、５２との間には、熱伝
導性が良好な伝熱セメント５６が充填されているので、
このカートリッジヒータ５３が直接発生する熱は、効率
よく光透過部材４６に熱伝導され、このカートリッジヒ
ータ５３による前記加熱領域に対する加熱効率はなお一
層向上しているものである。

【００３１】また前記カートリッジヒータ５３の両端部
には、シリコンラバー５４、５５が設けられているの
で、前記した伝熱セメント５６の充填と相俟って、各カ
ートリッジヒータ５３は前記装着用溝５１、５２内でぐ
らつくことはなく、安定して装着されている。

【００３２】しかもそのように前記カートリッジヒータ
５３の両端部にシリコンラバー５４、５５が設けられて
いるから、加熱作動時のカートリッジヒータ５３自体の
膨張は、これらシリコンラバー５４、５５によって吸収
されるので、カートリッジヒータ５３の膨張によって、
装着用溝５１、５２内壁に過大な圧力がかかって、光透
過部材４６が損傷することもない。

【００３３】以上のように、本実施例によれば光透過部
材４６に簡易な構成を施すことにより、光透過部材４６
と処理室１の側壁１ａとの間の気密性を確保しているＯ
リング４５に対する熱変形が防止され、しかもカートリ
ッジヒータ５３による加熱効率も大きく向上しているも
のである。

【００３４】なお上記実施例は、エッチング処理装置に
適用した例であったが、これに限らず例えばアッシング
装置やＣＶＤ装置など、本発明は処理室内にプラズマを
発生させる他のプラズマ処理装置に対して適用すること
が可能である。

【００３５】

【発明の効果】請求項１〜２のプラズマ処理装置によれ
ば、プラズマ発光を測定するための光透過部材を加熱装
置で加熱しても、この光透過部材と処理室の側壁との間
に介在して気密性を確保しているシール材が、熱変形す
ることが防止される。従って、前記処理室内の気密性を
良好に維持できる。しかも従来よりも効率よく光透過部
材を加熱することが可能である。

【００３６】請求項１のプラズマ処理装置では，溝がい
わば熱遮蔽手段であり，その形成が容易である。さらに
請求項２のプラズマ処理装置によれば、前記したシール
材の熱変形が防止されるとともに、請求項１よりもさら
に効率よく、光透過部材を加熱することが可能になって
いる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を使用したエッチング処理装置
の断面を模式的に示した説明図である。

【図２】本発明の実施例の構成を示すための、前記エッ
チング処理装置の要部拡大断面図である。

【図３】本発明の実施例における光透過部材の斜視図で
ある。

【図４】本発明の実施例における光透過部材の正面図で
ある。

【図５】本発明の実施例における光透過部材の背面図で
ある。

【符号の説明】

１ 処理室 ７ サセプタ １３ 高周波電源 ２２ 上部電極 ４１ 窓部 ４５ Ｏリング ４６ 光透過部材 ５３ カートリッジヒータ ５６ 伝熱セメント ５９ 伝熱分離溝 ６０ 受光部 ６１ 終点検出器 Ｗ ウエハ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理体に対してプラズマ処理を行うた
   めの気密な処理室と，処理室の壁の一部にシール材を介
   して気密に設けられ，処理室内で発生するプラズマ発光
   を透過させる光透過部材を有する窓部とを具備したプラ
   ズマ処理装置において，前記光透過部材に設けられてこの光透過部材を加熱する
   加熱装置を有し， 前記シール材と前記加熱装置との間における前記光透過
   部材に、溝が設けられた ことを特徴とする、プラズマ処
   理装置。
2. 【請求項２】 加熱手段は，光透過部材における処理室
   とは反対側に形成された装着用溝内に設けられており，
   加熱装置と装着用溝との間には，熱伝導性が良好な充填
   材が充填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。