JP3153398B2 - プラズマ処理装置 - 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ったり、その他処理中
のプラズマ状態を観察するために、特開平２−２２４３
３０号公報、特開平３−２３６４８３号公報、特開平３
−７５３８９号公報などにおいて開示されているよう
に、気密に構成された処理室の側壁に貫通開口部を形成
し、この貫通開口部に例えば石英ガラスなどによって構
成される光透過部材を設けている。またこれら光透過部
材には、エッチングの際に発生する反応生成物の付着を
抑制するために、適宜の加熱装置が設けられている場合
もある。

【０００３】そして前記光透過部材の側壁への固定構成
については、前記貫通開口部の開口面よりも大きい平板
状の光透過部材を、外方（大気側）から適宜の取付部材
によって、この貫通開口部周辺部に対して押圧固定する
ように構成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが前記処理室内
は、例えば１０^-6Ｔｏｒｒという高い真空度に保つ必要
があるため、前記処理室は例えばアルマイト処理された
厚みのアルミニウムによって堅牢に構成されている。そ
のため前出従来技術のように、平板状の光透過部材を、
単に貫通開口部周辺部に対して外方から固定すると、前
記処理室内側における前記貫通開口部周縁部が角部を形
成したままそのまま残ってしまう。換言すれば、ちょう
ど処理室内周壁に凹部が形成された状態となっている。

【０００５】しかしながらそのように処理室内周壁に前
記した凹部が形成されていると、処理室内部に発生した
プラズマ状態に偏りが発生しやすくなり、また前記角部
への異常放電の可能性もあり、所定のエッチング処理が
行えないおそれがある。

【０００６】さらにプラズマ状態を観察したり、プラズ
マ発光によってプラズマ処理終点を検出するためには、
処理室内の載置台上に載置されたウエハが臨める位置
に、前記光透過部材を設ける必要があり、しかもプラズ
マ処理終点の検出精度を高めるため、透過光の屈折等に
鑑みて、前記光透過部材は、プラズマ発光の外部への光
軸と直角になるような位置に取り付ける必要があるが、
前記した平板状の光透過部材を使用している限りは、必
然的に前記貫通開口部並びに光透過部材の位置が、処理
室側壁のほぼ中央部に限られてしまう。そのため例えば
終点検出器の受光部、その他バルブなどの各種機器、部
材のレイアウトが制限されてしまっていた。

【０００７】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、光透過部材を処理室側壁に形成した貫通開口部に
設けてあっても、処理室内のプラズマ状態に影響を与え
ず、安定したプラズマ処理が行え、しかもこの光透過部
材の取付位置の自由度が大きいプラズマ処理装置を提供
して、前記した問題の解決を図ることを目的とするもの
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め，請求項１によれば，処理室内でプラズマを発生させ
て，この処理室内に設けられた載置台上の被処理体にプ
ラズマ処理を施す如く構成され，かつ前記処理室の側壁
に形成した貫通開口部に，前記載置台の上部空間に臨ん
で前記処理室外方から光透過部材が設けられた処理装置
において，前記光透過部材は，前記貫通開口部に嵌め入
れられる形態であって，前記光透過部材における前記嵌
め入れられる部分の処理室内側の面が，前記処理室側壁
内周面と同一面を形成するように成形され，さらに前記
光透過部材は前記貫通開口部に嵌め入れられる嵌入部
と，処理室外壁に係止される係止部とを有し，当該係止
部はシール材を介して処理室外壁に係止され，さらに前
記嵌入部における内面側に，加熱手段が設けられている
ことを特徴とする，プラズマ処理装置が提供される。

【０００９】この場合，請求項２に記載したように，前
記嵌入部の温度を検出する温度センサと，この温度セン
サの検出信号に基づいて前記加熱手段を制御する温度制
御装置とを有するようにしてもよい。

【００１０】

【作用】請求項１のプラズマ処理装置によれば、処理室
内のプラズマ発光を外部へ透過させるための光透過部材
の処理室内側の面が、この処理室の側壁内周面と同一面
を形成するように成形されているので、処理室内周壁に
凹部を形成させない。従ってこの処理室内に発生したプ
ラズマ状態に影響を与えることなく、プラズマ処理の終
点の検出を行うことが可能である。

【００１１】しかもそのように光透過部材の処理室内側
の面が，この処理室の側壁内周面と同一面を形成するよ
うに成形されているので，例えば処理室内周壁が円形の
場合であっても，その全周囲に渡るどの位置において
も，その半径方向に貫通開口部を形成してプラズマ発光
の外部への光軸と直角になるような位置に前記光透過部
材を設けることが可能となる。従って，かかる光透過部
材の取付箇所を処理室の側壁周囲の任意の場所に設定で
き，それに伴って前記光透過部材に臨んで設置される終
点検出器などの配置場所の自由度も大きくなる。そして
前記光透過部材は前記貫通開口部に嵌め入れられる嵌入
部と，処理室外壁に係止される係止部とを有し，当該係
止部はシール材を介して処理室外壁に係止され，さらに
前記嵌入部における内面側に，反応生成物の付着を抑制
する加熱手段が設けられているので，シール材と加熱手
段との間の距離を大きくとることができ，加熱手段によ
るシール材への熱の影響を抑えることが可能である。従
って，熱によるシール材の変形等を抑制して処理室内の
機密性を損なうことを防止できる。

【００１２】

【００１３】また処理室側壁の任意の場所に光透過部材
を設けることが可能であるから、プラズマ状態観察用の
モニタや処理装置に必要なその他の各種機器のレイアウ
トの自由度も向上する。

【００１４】

【実施例】以下、本発明をエッチング処理装置に適用し
た実施例を図に基づいて説明すれば、図１はこのエッチ
ング処理装置１の側面断面を模式的に示しており、この
エッチング処理装置１はいわゆる平行平板型のエッチン
グ処理装置であって、気密に閉塞自在に構成された処理
室２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、平面外形が略方形、内周が円形の形状を
なすように構成されている。

【００１５】前記処理室２内の下部には、セラミックな
どで構成される断面略凹形の絶縁部材３が設けられてお
り、この絶縁部材３の内部に、サセプタ支持台４が収納
されている。このサセプタ支持台４の内部には、例えば
冷却ジャケットなどの冷却室５が形成されており、さら
にこの冷却室５には、前記処理室２の底部に設けられた
冷媒導入管６から導入され、かつ冷媒排出管７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。

【００１６】前記サセプタ支持台４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８が設けられており、
さらにこのサセプタ８の上面には、被処理体である半導
体ウエハ（以下、「ウエハ」という）Ｗが載置、保持さ
れる静電チャック９が設けられている。

【００１７】前記サセプタ８の内部には、ガス導入管１
０と通ずるガス流路１１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１０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冷却された前記サセプタ支持台
４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、前記静電チャック９上に載置、保
持された半導体ウエハＷが所定の温度に維持されるよう
に構成されている。

【００１８】前記サセプタ８は、処理室２外部にて、ブ
ロッキングコンデンサ１２、マッチング回路１３を介し
て高周波電源１４と接続されており、この高周波電源１
４によって、前記サセプタ８には、例えば周波数が１
３．５６ＭＨｚの高周波電力が印加されるように構成さ
れている。

【００１９】前出静電チャック９は、例えば電界箔銅か
らなる導電層１５が上下両側からポリイミド・フィルム
等の絶縁体で挟持された構成を有し、この導電層１５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、例えば２ｋｖの直流電圧が前記導電層１
５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９に吸引保持される
ように構成されている。

【００２０】また前記処理室２内の底部近傍には、排気
管２１が設けられており、さらにこの排気管２１は、例
えば真空ポンプなどの排気手段２２に接続されている。
そして前記排気手段２２の作動によって、前記処理室２
内は、真空引きされて所定の減圧雰囲気、例えば０．５
Ｔｏｒｒに維持できるように構成されている。

【００２１】一方前記処理室２内の上部には、接地線３
１によって接地された上部電極３２が設けられている。
この上部電極３２は中空部３３を有しており、また前記
サセプタ８との対向面３４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
３３に通ずる多数の吐出口３５がこの対向面３４に設け
られ、また一方前記上部電極３２の上部には、前記中空
部３３に通ずるガス導入口３６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３６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３５から、前記
サセプタ８に向けて均一に吐出される構成となってい
る。

【００２２】そして前記処理室２の一側の側壁２ａに
は、図２に示したような窓部４１が設けられており、そ
の構成について詳述すると、まず前記側壁２ａにこの側
壁２ａを貫通した、開口面が略長楕円形状の貫通開口部
４２が形成され、さらにこの貫通開口部４２の外方に前
記貫通開口部４２より大きい凹部４３が形成されてい
る。そしてこの凹部４３における処理室２側壁面におけ
る前記貫通開口部４２の周囲に、嵌め込み溝４４が形成
され、この嵌め込み溝４４内にＯリング４５がはめ込ま
れ、さらに前記貫通開口部４２内に、光透過部材５０の
嵌入部５１が嵌め込まれ、その係止部５２を前記凹部４
３内に係止させて、最後にこの係止部５２の外方から、
適宜の取付部材４６がボルト４７によって前記側壁２ａ
に押圧固定されている。

【００２３】前記光透過部材５０は、図３、図４、図５
に示した形態を有しており、これら各図からわかるよう
に、前記係止部５２とこの係止部５２から直角に突出し
た前記嵌入部５１とによって全体の外形が構成され、そ
の材質は、例えば石英ガラスによって構成されている。

【００２４】そして前記嵌入部５１における処理室２側
の端面５１ａは、図５に示したように、この処理室２の
側壁２ａの内周面２ｂと同一の曲率をもった湾曲面に成
形されており、この嵌入部５１を前記貫通開口部４２内
に嵌入した際に、前記端面５１ａと前記側壁２ａの内周
面２ｂとが同一面を形成するように構成されている。

【００２５】前記嵌入部５１における内面には、その上
下に夫々係止ピン５３、５４が適宜数、例えば４本ずつ
各々対向するようにかつ、嵌入部５１の端壁５１ｂに沿
って所定の間隔をもって設けられている。そして前記端
壁５１ｂとこれら各係止ピン５３、５４との間に位置す
るように、夫々にテープ状のヒータ５５が前記端壁５１
ｂ内面に貼り付けられ、さらにその上から、シリコンラ
バー５６、例えばステンレスの薄板からなる押え板５７
が、各々各係止ピン５３、５４との間に圧入されるよう
にして、設けられている。各ヒータ５５はこのようにし
て光透過部材５０に設けられているため、位置ズレする
ことはない。

【００２６】また嵌入部５１の前記端壁５１ｂには、図
４に示したように、非貫通の孔５８が設けられ、この孔
５８に温度センサ５９が設けられている。そしてこの温
度センサ５９の検出信号は、温度制御装置６０に入力さ
れ、それに基づいてこの温度制御装置６０は前記ヒータ
５５を制御して、前記光透過部材５０における嵌入部５
１の端壁５１ｂ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。

【００２７】以上のような構成が施された光透過部材５
０を有する前出窓部４１の外方には、図１、図６にに示
したように、前記の光透過部材５０の嵌入部５１の端壁
５１ｂを通じて、処理室２内の処理空間Ｓ、即ちサセプ
タ８と上部電極３２との間の空間を臨んで、この処理空
間Ｓに発生するプラズマ発光を受光するための受光部６
１を具備した終点検出器６２が配置されている。本実施
例では図６に示したように、受光部６１の受光軸がちょ
うど前記処理空間Ｓの中央に位置するように、即ちウエ
ハＷの半径の延長線上に受光部６１が位置するように、
前記終点検出器６２が配置されている。

【００２８】本実施例にかかる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２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２内に搬入さ
れて静電チャック９上の所定の位置に載置され、前記搬
送装置が処理室９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。

【００２９】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３６から上部電極３２の吐出口３５を通じて、前記
ウエハＷに向かって吐出され、それと同時に排気手段２
２が作動してこの処理室２内の圧力は例えば０．５Ｔｏ
ｒｒに維持される。次いで高周波電源１４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８に印加させると、
上部電極３２とサセプタ８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。

【００３０】このときのプラズマ発光は前記光透過部材
５０の嵌入部５１の端壁５１ｂを通じて前記終点検出器
６２の受光部６１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
低下した時点がプラズマ処理終点として判断される。

【００３１】そしてそのようにプラズマ発光を受光して
プラズマ処理終点を検出するために、処理室２の側壁２
ａに設けられた前記光透過部材５０の嵌入部５１の端面
５１ａは、既述の如く側壁２ａの内周面２ｂと同一面を
形成するように成形されているので、エッチング処理を
行うために発生させたプラズマ状態に影響を及ぼすこと
はなく、所期のエッチング処理をウエハＷに対して行う
ことが可能である。

【００３２】しかも図６に示したように、前記光透過部
材５０は処理室２の側壁２ａの中央部に設けられていな
くとも、プラズマ発光の光軸は前記光透過部材５０の嵌
入部５１の端壁５１ｂを直角に通過するので、光の屈折
等が起こらず、プラズマ処理終点の検出精度が低下する
ことはない。従って、従来よりも光透過部材５０や終点
検出器６２の配置場所の自由度が向上し、その分エッチ
ング処理装置１全体の設計や各種機器のレイアウトが容
易となっている。

【００３３】一方、前述のエッチング処理の間は、前記
光透過部材５０における嵌入部５１の端面５１ａに反応
生成物が付着しないように、前記ヒータ５５によって前
記端壁５１ｂは例えば２００゜Ｃまで加熱されている
が、そのときの熱は、前記光透過部材５０の係止部５２
と処理室２の側壁２ａとの間に設けられているＯリング
４５にも熱伝導される。

【００３４】しかしながら前記端壁５１ｂを加熱してい
るヒータ５５は、前記係止部５２から突出した嵌入部５
１の先端部にあるため、前記Ｏリング４５と接触してい
る前記係止部５２までの距離は、図５に示したように、
当該突出部分を形成する嵌入部５１の側壁５１ｃ、５１
ｄによって大きく隔てられている。もともとこの光透過
部材５０の材質である石英ガラス自体は熱伝導率が低い
ものであるから、そのように側壁５１ｃ、５１ｄによっ
て隔てられていると、これら側壁５１ｃ、５１ｄがいわ
ば伝熱隔離壁となって、Ｏリング４５への熱伝導は大幅
に抑えられる。

【００３５】例えば前記端壁５１ｂ自体の温度が２００
゜Ｃであっても、前記係止部５２の温度を１００゜Ｃ程
度に抑えることが可能である。それゆえこのＯリング４
５の温度はさほど上昇することなく、熱変形も起こさな
い。またＯリング４５の耐久性も向上する。従ってヒー
タ５５によって光透過部材５０を加熱しても処理室２の
側壁１ａの気密性が損なわれることはなく、処理室２内
の気密性は良好に維持され、所定のエッチング処理を行
うことが可能である。

【００３６】なお前記実施例における光透過部材５０に
おける嵌入部５１は、係止部５２から直角に突出する形
態であったが、これに代えて、例えば図７に示したよう
に、係止部７１から所定の角度をもって突出させて、そ
の端壁７２ａが処理空間Ｓの略中央部を臨むようにして
嵌入部７２を構成した光透過部材７３を用いてもよい。
かかる場合には、光透過部材７３をさらに側壁２ａの端
に寄せて取り付けることが可能であり、しかもプラズマ
処理終点の検出精度は、前記実施例で使用した光透過部
材５０の場合と変わらない。またそのような光透過部材
７３を用いれば、前記実施例よりもさらにエッチング処
理装置１全体の設計や各種機器のレイアウトが容易とな
る。

【００３７】なお前記実施例は、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も適用するこ
とが可能である。

【００３８】

【発明の効果】請求項１、２のプラズマ処理装置によれ
ば、処理中のプラズマ状態を外部からモニタすることが
可能であると同時に、処理室内周壁に凹部が形成されて
いないので、処理室内のプラズマ状態が影響を受けるこ
とはなく、所定のプラズマ処理を被処理体に施すことが
可能であり、歩留まりが向上する。しかも装置設計上の
自由度が大きいものである。

【００３９】さらに処理室の気密性を良好に維持しつ
つ，光透過部材への反応生成物の付着を抑制できるもの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例にかかる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】図４のＡ−Ａ線断面図である。

【図６】本発明の実施例の作用を示すための前記エッチ
ング処理装置の平面断面の様子を示す説明図である。

【図７】他の光透過部材の例を用いた場合の作用を示す
ための前記エッチング処理装置の平面断面の様子を示す
説明図である。

【符号の説明】

１ エッチング処理装置 ２ 処理室 ２ａ 側壁 ２ｃ 内周面 ８ サセプタ １４ 高周波電源 ３２ 上部電極 ４１ 窓部 ４２ 貫通開口部 ５０ 光透過部材、 ５１ 嵌入部 ５１ａ 端面 ６１ 受光部 ６２ 終点検出器 Ｗ ウエハ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 処理室内でプラズマを発生させて，この
   処理室内に設けられた載置台上の被処理体にプラズマ処
   理を施す如く構成され，かつ前記処理室の側壁に形成し
   た貫通開口部に，前記載置台の上部空間に臨んで前記処
   理室外方から光透過部材が設けられた処理装置におい
   て， 前記光透過部材は，前記貫通開口部に嵌め入れられる形
   態であって， 前記光透過部材における前記嵌め入れられる部分の処理
   室内側の面が，前記処理室側壁内周面と同一面を形成す
   るように成形され，さらに前記光透過部材は前記貫通開口部に嵌め入れられ
   る嵌入部と，処理室外壁に係止される係止部とを有し，
   当該係止部はシール材を介して処理室外壁に係止され，
   さらに前記嵌入部における内面側に，加熱手段が設けら
   れている ことを特徴とする，プラズマ処理装置。
2. 【請求項２】 前記嵌入部の温度を検出する温度センサ
   と，この温度センサの検出信号に基づいて前記加熱手段
   を制御する温度制御装置とを有す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。