JP3184765B2

JP3184765B2 - プラズマ処理装置のプラズマ光の検出窓

Info

Publication number: JP3184765B2
Application number: JP17055696A
Authority: JP
Inventors: 千博田口; 文彦樋口; 幸一長倉
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1996-06-10
Filing date: 1996-06-10
Publication date: 2001-07-09
Anticipated expiration: 2016-06-10
Also published as: JPH09330917A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ処理装置
のプラズマ光の検出窓に関する。

【０００２】

【従来の技術】「以下の説明において、略同一の機能及
び構成を有する構成要素については、同一番号を付する
ことにより、重複説明を省略することにする」。従来よ
りプラズマ処理装置、例えば図１０に示した平行平板型
プラズマエッチング装置１０においては、気密な処理室
１２内に被処理体を載置可能な下部電極１６と、その下
部電極１６に対向した位置に上部電極２６が設けらお
り、処理室１２内に処理ガス供給源３４から所定の処理
ガスが導入され、真空引き手段２４の作動によって所定
の減圧雰囲気が維持された後、下部電極１６に対して高
周波電源１８から高周波電力が印加されると、処理室１
２内にプラズマが発生する。

【０００３】処理容器１４の側壁の一部には検出窓ＤＷ
が設けられており、さらに処理容器１４外部の検出窓Ｄ
Ｗに対向する位置には、終点検出器３８が設けられてい
る。検出窓ＤＷの従来例について詳細に説明すると、従
来の検出窓ＤＷ（以下、従来の検出窓ＤＷについては、
参照番号３６を用いることとする。）は図１２及び１３
に示したように、処理室１２側の面３６ａが処理容器１
４内壁の曲率と実質的に同一な形状で、その周縁部には
Ｏリング４２が設けられており、固定板４４を介して、
例えばボルト４６により締着された際に、処理容器１４
の壁部と密着するように構成されている。

【０００４】プラズマ処理の終点の検出は、処理室１２
内に発生する発光スペクトルを、検出窓３６を介して終
点検出器３８の光受容部に導入し、その発光スペクトル
の変化によって検出するように構成されている。また、
検出窓３６内にはヒータ４０が略環状に設けられてお
り、検出窓３６を加熱することによって、プラズマ処理
時に生じる反応生成物が検出窓１０に付着することを軽
減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】しかしながら、検出窓
３６の処理室１２側の面３６ａは、プラズマ処理時に反
応生成物の付着あるいはエッチングされることにより、
発光スペクトルの透過量が減少するため、所望の発光ス
ペクトルを検出するためには、比較的短時間で洗浄ある
いは交換しなければならなかった。さらに、検出窓３６
の洗浄あるいは交換の際には、プラズマ処理を中断せね
ばならず、生産性の向上が困難であった。

【０００６】本発明は、従来のプラズマ処理装置のプラ
ズマ光の検出窓が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、検出窓への反応生成物の付着あるい
はエッチングされることを抑制することで、検出窓の洗
浄あるいは交換時期を延長し、生産性を向上させること
が可能な、新規かつ改良されたプラズマ処理装置の終点
検出器を提供することを目的としている。

【０００７】

【０００８】

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１によると、処理室内に生成するプラズマの
発光スペクトルを、終点検出器の光受容部に透過するプ
ラズマ処理装置のプラズマ光の検出窓であって、上記処
理室の壁部に設けられた検出窓は、上記処理室の外壁の
一部をなす光透過性の第１部材と、２以上の貫通孔を備
えた第２部材とから成り、上記第１部材は少なくともそ
の貫通孔の底部は透明部材から構成され、さらに上記第
２部材は上記処理室側に開口端が形成されるとともに他
方端が上記第１部材により気密に密封されるように、上
記第１部材に取り付けられることを特徴としている。従
って、第１部材は終点検出器側に構成されているため、
洗浄あるいは交換の作業を容易に行うことができる。ま
た、第２部材を構成する材質として、例えば石英よりも
さらに耐ガス性及び耐プラズマ性である材質、例えばセ
ラミックを用いることが可能となり、第２部材の交換時
期も延長することが可能である。さらに、請求項１によ
れば、貫通孔の終点検出器側の直径が、処理室側の直径
よりも実質的に大きい逆テーパ状であることを特徴とし
ている。また。請求項２によれば、貫通孔の処理室側の
周縁部が曲線を有することを特徴としている。

【００１０】また、請求項３または４によると、処理室
内に生成するプラズマの発光スペクトルを、終点検出器
の光受容部に透過するプラズマ処理装置のプラズマ光の
検出窓であって、上記処理室の壁部に２以上の貫通孔を
設け、上記貫通孔の光受容部側に、少なくともその貫通
孔の底部に対応する部分が透明である透明部材を、上記
処理室の外壁に気密に取り付けたことを特徴としてい
る。従って、検出窓の構成が簡素になり、その部材の数
も少なくなることから、検出窓の洗浄、交換あるいは加
工が容易になる。さらに、請求項３によれば、貫通孔の
終点検出器側の直径が、処理室側の直径よりも実質的に
大きい逆テーパ形状であることを特徴としている。ま
た。請求項４によれば、貫通孔の処理室側の周縁部が曲
線を有することを特徴としている。

【００１１】また、請求項５によると、上記検出窓の光
透過部は、上記処理室内の光を集光して、上記終点検出
器の光受容部に導くことが可能であることを特徴として
いるため、終点検出器の光受容部に、より効率的に発光
スペクトルを導入することが可能となり、プラズマ処理
の終点の検出感度を向上させることができる。さらに、
集光手段を光受容部に設けることが不要となるため、狭
いスペースであっても終点検出器を設けることが可能と
なる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照しながら、
本発明にかかるプラズマ処理装置のプラズマ光の検出窓
を平行平板型プラズマエッチング装置に適用した、実施
の一形態について詳細に説明する。

【００１３】図１０に示すプラズマエッチング装置１０
における処理室１２は、処理容器１４内に形成されてい
る。処理容器１４の底部には被処理体、例えば半導体ウ
ェハＷを載置可能な下部電極１６が形成され、この下部
電極１６には、高周波電源１８から発振された高周波電
力が、整合器２０を介して印加されるように構成されて
いる。

【００１４】処理容器１４の側壁下方には排気管２２が
設けられており、さらにこの排気管２２には真空引き手
段Ｐ２４が接続されているため、真空引き手段Ｐ２４の
作動によって、処理容器１４内を所定の減圧雰囲気に維
持することができる。

【００１５】処理容器１４上部の下部電極１６に対向す
る位置には上部電極２６が設けられている。上部電極２
６にはガス導入管２８が接続されており、このガス導入
管２８は、バルブ３０及びマスフローコントローラＭＦ
Ｃ３２を介して、処理ガス供給源３４に接続されてい
る。従って、処理ガス供給源３４から所定の処理ガスが
マスフローコントローラＭＦＣ３２、バルブ３０、ガス
導入管２８及び上部電極２６を介して、処理室１２内に
導入されるように構成されている。

【００１６】処理容器１４の側壁には、検出窓ＤＷが設
けられており、さらに処理容器１４外部の検出窓ＤＷに
対向する位置には、プラズマの発光スペクトルからプラ
ズマ処理の終点を検出する終点検出器３８が設けられて
いる。

【００１７】図１０に示したプラズマエッチング装置１
０の、Ｘ−Ｘ’線に沿う平面において切断した断面図を
図１１に示した。検出窓ＤＷの処理室１２側の面ＤＷａ
の曲率は、処理容器１４の内壁の曲率と実質的に同一で
あり、処理室１２内に盲孔以外の凹凸部分を形成するこ
となく、検出窓ＤＷを処理室１２の壁部に設けることが
可能となり、安定したプラズマを得ることができる。

【００１８】本実施例にかかる検出窓ＤＷについて詳細
に説明すると、検出窓ＤＷ（以下、本実施例にかかる検
出窓ＤＷについては、参照番号１００を用いることとす
る。）は、図１及び２に示したような形状を有し、終点
検出器３８の光受容部の数に合わせて、処理室１２側の
面となる開口面１００ａから、終点検出器３８側の底面
１００ｂに対して略垂直方向に盲孔、例えば４個の盲孔
１００ｃが所定の位置に設けられている。この盲孔１０
０ｃの直径及び深さは、検出窓１００の強度や発光スペ
クトルの透過量、あるいは直径に対する深さの比が大き
いほど反応生成物の付着が少ないこと等を考慮して設定
し、本実施の形態においては直径及び深さを、例えば８
ｍｍ及び２０ｍｍとすることができる。

【００１９】検出窓１００の少なくとも底部１００ｄ
は、耐ガス性及び耐プラズマ性の透明部材、例えば石英
からなり、発光スペクトルがこの底部１００ｄを介し
て、終点検出器３８の光受容部に導入される構成となっ
ている。

【００２０】検出窓１００の周縁部にはＯリング１０６
が設けられており、固定板１０８を介して、例えばボル
ト１１０により締着されると、処理容器１４の壁部と密
着するように構成されている。また、検出窓１００内に
はヒータ１１２が略環状に設けられており、検出窓１０
０を加熱することによって、反応生成物の底部１００ｄ
への付着をさらに軽減するように構成されている。

【００２１】略同一の大きさの本実施例にかかる検出窓
１００（ただし、ヒータ１１２は設けられていない。）
と従来の検出窓３６を使用して、プラズマエッチング処
理の終点の検出を行い、終点検出器の出力電圧を測定し
た結果を図３に示した。高周波電力の印加を開始した直
後の検出窓１００の出力電圧は、従来の検出窓３６の出
力電圧と比較して約２倍ほど高いが、これは検出窓１０
０の厚さに対して、発光スペクトルを透過する底部１０
０ｄの厚さが薄くなり、透過効率が向上したためであ
る。

【００２２】また、検出窓１００と従来の検出窓３６の
出力電圧を比較すると、同一の高周波電力の印加時間、
すなわち同一のプラズマ処理時間においては、検出窓１
００の出力電圧の方が、従来の検出窓３６の出力電圧に
比べて、つねに約２倍の高い電圧を得ることができるた
め、反応生成物の付着率が少ないこと、あるいはエッチ
ングされにくいことが確認できる。そこで、検出窓１０
０内にヒータ１１２を設けることで、さらに反応生成物
の付着を軽減させることが可能となり、検出窓１００の
洗浄あるいは交換時期をさらに延長することができる。

【００２３】他の実施例としては、図４に示した検出窓
１２０のように、処理室１２側に開口を有し、盲孔１２
０ｃと略同型で、実質的に盲孔１０２ｃの大きさより大
きい孔を備えた透明部材、例えば石英からなる第１部材
１２２に、処理室１２側に開口を有する盲孔１２０ｃを
備えた透明部材、例えば石英からなる第２部材１２４を
気密に取り付けたものとしてもよい。この構成による
と、発光スペクトルの透過量が減少した場合には、第２
部材１２４のみを洗浄あるいは交換すればよい。また、
検出窓１２０内にヒータ１１２を設ける場合、ヒータを
第１部材１２２内に設けることで、第２部材１２４内に
はヒータ１１２の配線が不要となり、洗浄あるいは交換
が容易となる。なお、検出窓１２０における処理容器１
４の壁部への取り付け構成は、検出窓１００と略同一と
する。

【００２４】また、図５に示した検出窓１４０のよう
に、貫通孔１４０ｃの底部１４０ｄを有する略平板の透
明部材、例えば石英からなる第１部材１４２に、貫通孔
１４０ｃを有する、例えば石英よりもさらに耐ガス性及
び耐プラズマ性の部材、例えばセラミックからなる第２
部材１４４を気密に取り付けたものでもよい。この構成
によると、発光スペクトルの透過量が減少した場合、第
１部材１４２のみを洗浄あるいは交換すればよく、それ
らの作業をさらに容易に行うことが可能である。また、
第２部材１４４に例えばセラミックを用いることによ
り、第２部材１４４の交換時期も延長することができ
る。なお、検出窓１４０における処理容器１４の壁部へ
の取り付け構成は、検出窓１００と略同一とする。

【００２５】さらに、図６に示した検出窓１６０におい
ては、第２部材１６４の処理室１２側の面１６０ａは検
出窓１４０と略同型で、貫通孔１６０ｃの形状を処理室
１２側に対して逆テーパ状とした構成にすることで、す
なわち貫通孔１６０ｃの終点検出器３８側の直径が、処
理室１２側の直径よりも実質的に大きい構成とすること
で、貫通孔１６０ｃ及び底部１６０ｄの表面積が実質的
に増加する。このため、検出窓１４０よりも反応生成物
の付着がさらに減少し、第１部材１６２の洗浄あるいは
交換時期がさらに延長されるとともに、洗浄、交換ある
いは加工が容易になる。なお、検出窓１６０における処
理容器１４の壁部への取り付け構成は、検出窓１００と
略同一とする。

【００２６】また、図７に示した検出窓１８０において
は、処理容器１４の壁部に直接貫通孔１８０ｃを設け、
底部１８０ｄを有する略平板の透明部材、例えば石英か
らなる部材１８２を気密に取り付けた構成とすること
で、検出窓１８０の構成が本実施例にかかる他の検出窓
と比較して簡潔となり、その部材の数も少なくなるた
め、検出窓１８０の洗浄あるいは交換が容易となる。さ
らに、貫通孔１８０ｃの処理室１２側の周縁部が曲線を
有する構成とすることにより、処理容器１４を形成して
いる素材が、例えばアルマイト処理されたアルミニウム
である場合、電界の集中によって角部がエッチングされ
ることを防止することができる。なお、検出窓１８０に
おける処理容器１４の壁部への取り付け構成は、検出窓
１００と略同一とする。

【００２７】本実施例にかかる検出窓１００、１２０、
１４０、１６０及び１８０の底部１００ｄ、１２０ｄ、
１４０ｄ、１６０ｄ及び１８０ｄを、発光スペクトルを
集光する構成、例えば凸レンズ状の形状にすることで、
終点検出器３８の光受容部に効率的に発光スペクトルを
導入することが可能となり、終点の検出感度を向上させ
ることができる。また、集光手段を光受容部に設けるこ
とが不要となるため、狭いスペースであっても終点検出
器３８を設けることが可能となる。さらに、検出窓１２
０、１４０及び１６０においては、その集光構成を第１
部材１２２、１４２及び１６２内に設けることにより、
第２部材１２４、１４４及び１６４のコストを減少させ
ることが可能となる。

【００２８】本実施例にかかるプラズマ処理装置のプラ
ズマ光の検出窓は以上のように構成されており、例えば
平行平板型プラズマ処理装置に実施例にかかる検出窓１
００適用して、ウェハＷ上の被処理膜、例えばシリコン
酸化膜のエッチングを実施する場合について以下に説明
する。プラズマエッチング処理装置１０においては、ま
ずウェハＷが下部電極１６上に載置後保持される。

【００２９】処理室１２内には、処理ガス供給源３４か
ら所定の処理ガスがマスフローコントローラＭＦＣ３
２、バルブ３０、ガス導入管２８及び上部電極２６を介
して導入されている。また、処理室１２内は、真空引き
手段Ｐ２４の作動により、所定の減圧雰囲気が維持され
ている。

【００３０】高周波電源１８から発振された高周波電力
が、整合器２０を介して下部電極１６に印加されると、
上部電極２６との間でプラズマが発生し、ウェハＷに対
してエッチング処理が行われる。このプラズマの発光ス
ペクトルが検出窓１００を介して終点検出器３８の光受
容部に導入され、終点が検出される。

【００３１】上記終点を検出する際、本実施例にかかる
検出窓１００を用いることで、エッチング処理中におけ
る底部１００ｄへの反応生成物の付着あるいはエッチン
グされることが抑制されるため、終点検出器３８の光受
容部に発光スペクトルを効率よく導入することができ、
さらに検出窓１００の洗浄あるいは交換時期が延長する
ため、生産性を向上させることが可能となる。

【００３２】以上、本発明の好適な実施例について、半
導体ウェハＷ上のシリコン酸化膜をエッチング処理する
平行平板型プラズマエッチング処理装置を例に挙げて説
明したが、本発明はかかる構成に限定されるものではな
い。当業者であれば、特許請求の範囲の技術的思想の範
疇において、各種修正例及び変更例に想到し得るはずで
あり、それらについても本発明の技術的範囲に当然属す
るものと解される。

【００３３】上記実施の形態において、検出窓１００及
び１２０では盲孔を４個、検出窓１４０、１６０及び１
８０では貫通孔を２個有した例を挙げて説明したが、本
発明はかかる構成に限定されず、本発明を実施するプラ
ズマ処理装置及びその終点検出器の光受容部に応じて、
１または２以上の盲孔あるいは貫通孔を設ける構成、例
えば図８に示した検出窓２００のように、処理室側の面
２００ａから底部２００ｄに対して略垂直方向に１個の
盲孔あるいは貫通孔２００ｃを設ける構成としてもよ
く、また図９に示した検出窓２２０のように、処理室側
の面２２０ａから底部２２０ｄに対して略垂直方向に７
個の盲孔あるいは貫通孔２２０ｃを設ける構成としても
よい。この検出窓２２０の盲孔２２０ｃは、１個の光受
容部に対応したものであるが、このように盲孔の直径に
対する深さの比を大きくすることで、反応生成物が底部
に付着することを、さらに抑制することが可能である。

【００３４】上記実施の形態において、検出窓２００及
び２２０の盲孔２００ｃ及び２２０ｃは、１個の光受容
部を有する終点検出器に対応したものであるが、本発明
はかかる構成に限定されず、２個以上の光受容部に対応
させた盲孔を検出窓に設けた構成としてもよい。また、
上記実施の形態において、盲孔及び貫通孔の形状を略円
形としたが、本発明はかかる構成に限定されず、本発明
を実施するプラズマ処理装置及び終点検出器の光受容部
に応じた形状あるいは大きさにすることが可能である。

【００３５】上記実施の形態において、検出窓１００、
１２０、１４０、１６０及び１８０内にヒータ１１２及
び集光手段を設けたが、発明はかかる構成に限定され
ず、本発明の実施においては必ずしも必要な構成ではな
い。また、本発明にかかるプラズマ処理装置のプラズマ
光の検出窓は、いかなるプラズマ処理装置にも適用する
ことが可能であり、例えばプラズマエッチング処理装
置、プラズマアッシング処理装置にも適用可能であり、
ＬＣＤ用ガラス基板等を被処理体に用いることも可能で
ある。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
プラズマ処理装置のプラズマ光の検出窓において、終点
検出器の光受容部の構成により、検出窓の処理室側に開
口を有する１または２以上の盲孔を設け、その盲孔の底
部からプラズマ光の発光スペクトルを透過させる構成と
することで、底部への反応生成物の付着の減少、あるい
はエッチングされることを抑制することが可能となり、
検出窓の洗浄あるいは交換時期を延長して、生産性の向
上及び生産コストの削減を行うことができる。また、検
出窓を複数の部材から構成した場合は、洗浄あるいは交
換が必要となった部材を限定することが可能となり、検
出窓の洗浄あるいは交換がさらに容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用可能な検出窓の一実施例を示す概
略的な断面図である。

【図２】図１の検出窓１００を終点検出器側から見た正
面図である。

【図３】プラズマエッチング処理における本実施例にか
かる図１の検出窓１００と従来の図１２の検出窓３６を
用いた場合の終点検出器の出力電圧を表したものであ
る。

【図４】本発明を適用可能な検出窓の一実施例を示す概
略的な断面図である。

【図５】本発明を適用可能な検出窓の一実施例を示す概
略的な断面図である。

【図６】本発明を適用可能な検出窓の一実施例を示す概
略的な断面図である。

【図７】本発明を適用可能な検出窓の一実施例を示す概
略的な断面図である。

【図８】本発明を適用可能な検出窓の一実施例を示す処
理室側から見た概略的な正面図である。

【図９】本発明を適用可能な検出窓の一実施例を示す処
理室側から見た概略的な正面図である。

【図１０】本発明を適用可能な検出窓の用いた平行平板
型プラズマエッチング装置の一実施例を示す概略的な断
面図である。

【図１１】図１０の平行平板型プラズマエッチング装置
１０のＸ−Ｘ’線に沿う平面において切断した概略的な
断面図である。

【図１２】従来の検出窓の一実施例を示す概略的な断面
図である。

【図１３】図１２の検出窓３６を終点検出器側から見た
正面図である。

【符号の説明】

１０プラズマエッチング装置１２処理室１４処理容器１６下部電極１８高周波電源２４真空引き手段２６上部電極３２マスフローコントローラ３４処理ガス供給源３６（ＤＷ）検出窓３８終点検出器４０ヒータ４２Ｏリング４４固定板４６ボルト１００（ＤＷ）検出窓１００ａ処理室側の面１００ｂ底面１００ｃ盲孔１００ｄ底部１０６Ｏリング１０８固定板１１０ボルト１１２ヒータ１２０検出窓１２０ｃ盲孔１２０ｄ底部１２２第１部材１２４第２部材１４０検出窓１４０ｃ貫通孔１４０ｄ底部１４２第１部材１４４第２部材１６０検出窓１６０ａ処理室側の面１６０ｃ貫通孔１６０ｄ底部１６２第１部材１６４第２部材１８０検出窓１８０ｃ貫通孔１８０ｄ底部１８２透明部材ＤＷ検出窓Ｗウェハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平５−160111（ＪＰ，Ａ) 特開平８−106992（ＪＰ，Ａ) 特開平４−136746（ＪＰ，Ａ) 特開平５−299382（ＪＰ，Ａ) 特開平６−204181（ＪＰ，Ａ) 特開平２−21620（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3065 C23C 16/509 H01L 21/205

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】処理室内に生成するプラズマの発光スペ
クトルを、終点検出器の光受容部に透過するプラズマ処
理装置のプラズマ光の検出窓であって、前記処理室の壁部に設けられた検出窓は、前記処理室の
外壁の一部をなす光透過性の第１部材と、２以上の貫通
孔を備えた第２部材とから成り、前記第１部材は少なく
ともその貫通孔の底部は透明部材から構成され、さらに
前記第２部材は前記処理室側に開口端が形成されるとと
もに他方端が前記第１部材により気密に密封されるよう
に、前記第１部材に取り付けられ、前記貫通孔の前記終
点検出器側の直径が、前記処理室側の直径よりも実質的
に大きい逆テーパ状であることを特徴とする、プラズマ
処理装置のプラズマ光の検出窓。
【請求項２】前記貫通孔の前記処理室側の周縁部が曲
線を有することを特徴とする、請求項１に記載のプラズ
マ処理装置のプラズマ光の検出窓。
【請求項３】処理室内に生成するプラズマの発光スペ
クトルを、終点検出器の光受容部に透過するプラズマ処
理装置のプラズマ光の検出窓であって、前記処理室の壁部に２以上の貫通孔を設け、前記貫通孔
の光受容部側に、少なくともその貫通孔の底部に対応す
る部分が透明である透明部材を、前記処理室の外壁に気
密に取り付け、前記貫通孔の前記終点検出器側の直径
が、前記処理室側の直径よりも実質的に大きい逆テーパ
状であることを特徴とする、プラズマ処理装置のプラズ
マ光の検出窓。
【請求項４】前記貫通孔の前記処理室側の周縁部が曲
線を有することを特徴とする、請求項３に記載のプラズ
マ処理装置のプラズマ光の検出窓。
【請求項５】前記検出窓の光透過部は、前記処理室内
の光を集光して、前記終点検出器の光受容部に導くこと
が可能であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれ
かに記載のプラズマ処理装置のプラズマ光の検出窓。