JP3591252B2

JP3591252B2 - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP3591252B2
Application number: JP32758197A
Authority: JP
Inventors: 智行田村; 主人高橋; 誠縄田; 守薬師寺
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-11-28
Filing date: 1997-11-28
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2017-11-28
Also published as: JPH11162939A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマ処理装置に関し、特にプラズマ処理室の状態を管理するのに有効なプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマ処理装置の代表的な装置、例えば、ドライエッチング装置は、処理室内に反応生成物が堆積すると異物が多発する。このため、エッチング装置の使用者は一定の基準を設けてクリーニング時期を判断し、装置を大気開放して処理室内の堆積物を拭き取るウェットクリーニングを行っている。クリーニング時期の判断方法は、定期的にウエハを処理室に搬入して放電し、ウエハ上に付着する異物の個数で判断したり、エッチング処理室が汚れていないかを外観で判断したりしている。また、異物発生防止のため、あらかじめ決めた処理枚数になった時点でクリーニングをしたりしている。
【０００３】
また、エッチング処理中に発生する反応生成物が堆積する場所にセンサを設置し、該センサ上の堆積物の量をモニタすることによりクリーニング時期を判断する装置が出願（特開平９−１７１９９２号）されている。また、この出願では堆積量をモニタするセンサとして、水晶振動子式膜厚測定器が挙げられ、通常２０〜３０℃で用いられると記述してある。水晶振動子式膜厚測定器は真空蒸着、スパッタリング成膜の膜厚制御に用いられ、一般に冷却水を循環させて温度調節している。
【０００４】
成膜測定の膜厚の測定には、水晶振動子式の他、膜が付いた基板の表面で反射される光の干渉波長の測定によるものがあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
プラズマ処理室内の堆積物の堆積量を測定する場合においては、温度に依存せず付着確率が１に近い値であるような、真空蒸着やスパッタ成膜装置での膜厚測定は別にして、堆積量をモニタする場所を２０〜３０℃で行うと、プラズマ処理室の内壁（２０〜３０℃より高い温度に加熱されている）には堆積しない物質まで堆積し、いろいろな生成物が堆積する可能性があり、実際に知りたい部分の堆積量とは異なることになり、プラズマ処理室の内壁からの異物との相関が取り難かった。
【０００６】
また、水晶振動子式膜厚測定器など、測定できる堆積物の絶対量に限界があったり、多量に堆積した場合に測定値が不正確になる場合には、堆積量が多くなる多数回の処理を安定して測定することが難しかった。本願発明の目的は、簡単な構造で、長期間メンテナンスせずに堆積物をモニタでき、処理室の状態を判断できるプラズマ処理装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
プラズマ処理においては、プラズマ処理中にそれぞれ異なった蒸気圧をもつ多種類のプラズマ処理生成物が発生し、堆積場所の温度によって堆積物の量と組成に違いがあることが判明した。また、プラズマに曝されて高温となる部材表面の堆積物から異物が発生する場合は、異物となる堆積物は高温でも蒸気圧が低い。
【０００８】
上記目的は、処理室内に電磁波を供給してプラズマを形成しこの処理室内に配置された基板を処理するプラズマ処理装置であって、前記処理室内に前記処理の際の反応生成物の堆積量を測定する測定器と、この測定器の測定対象となる表面の温度を前記測定器の設置箇所の温度より高い温度に調節する温度調節手段とを備えたプラズマ処理装置により達成される。さらに、前記測定器は水晶振動子式膜厚測定器であることにより達成される。測定器面の温度を高温に保つことによって蒸気圧の低い（プラズマ処理室の内壁への堆積物に近い）生成物のみを堆積させることができる。
【０００９】
また、特に測定できる堆積物の絶対量に限界が有る場合には、プラズマ処理室程度の高温とすることで一度に堆積する生成物の量が減り長期間堆積量測定面ををメンテナンスせずに使用することができる。堆積量をさらに少なくしたい場合はプラズマ処理室以上の温度にすると良い。
【００１０】
堆積量測定面を有する堆積部品とは、最小限度、高温に保つ必要がある堆積量測定面を直接有する部品のみであっても良いし、堆積量測定面を直接有する部品を保持する部分を含んだものでも良い。例えば、図２、図３に示した堆積量測定器に水晶振動子式膜厚測定器を使用した実施例では、堆積部品は、堆積量測定面を直接有する部品である水晶振動子とそれを保持するホルダなどを纏めて堆積部品とした。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明のプラズマ処理装置では、エッチング処理室中で堆積量を測定する堆積量測定面を高温にしており、高温にするヒーターは電気式、赤外線式が利用できる。また高温に保つ方法は、高温にした液体を循環させても良い。この場合は、高温の液体を循環するための設備が必要となる。また、既に高温に温度調節してあるプラズマ処理室内の部分に接触するように堆積部品を取り付けても堆積量測定面を高温に保つことができる。また、ヒータを設置し出力を制御して高温に保つ方法では、温度を熱電対、赤外線温度計または蛍光温度計を用いて測定し、温度に基づく出力制御は、スライダックを用いて人間の判断で出力を制御しても良いし、ＰＩＤ制御で行っても良い。また、温度測定場所も堆積量測定面の温度と対応が取れればよく、堆積部品の一部の温度で良い。また、ヒータは、堆積量測定面を直接加熱しなくても良く、堆積部品を加熱すれば良い。
【００１３】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明のプラズマ処理装置、特に水晶振動子式膜厚測定器を用いて堆積量を測定し、堆積量測定面を高温の温調液によって高温に保ったドライエッチング装置の断面図である。ここでは、有磁場マイクロ波エッチング装置のみ示したが、プラズマ処理装置はこれに限らず、ヘリコン波エッチング装置、ヘリカル型エッチング装置、誘導結合プラズマエッチング装置の他、プラズマＣＶＤ装置にも本発明は利用できる。
【００１４】
全体を符号１０１で示す有磁場マイクロ波エッチング装置において、水晶振動子式膜厚測定器のセンサ部分（以後、膜厚センサ１０２と称す。）は、本発明の堆積量測定面を有する堆積部品に当たり、これは、プラズマ処理に影響が少ないエッチング処理室１０３の下方から、真空導入部１０４を介して導入し、アース１０５の下の辺りの壁面近くに設置している。高温の液体を循環するための温調液パイプ１０６は、膜厚センサ１０２に温調液を流すためにあり、真空室内では膜厚センサ１０２を支持する役割もしている。また、温調液パイプ１０６の大気側は、高温に耐える配管１０７を用いて、液体を高温に保ち循環する循環器１０８に接続している。膜厚センサ１０２からは、堆積量の情報を測定器本体に送るための信号ケーブル１０９が出て，真空導入部１０４を介して、大気側のケーブル１１０とつながり、さらに発振器１１１を介して、膜厚測定器本体１１２に繋がっている。
【００１５】
水晶振動子式膜厚測定器は、一般に真空蒸着やスパッタリングで使われるものが使用でき、真空導入部も同一構造のものを使用できる。但し、材質に関しては、蒸着やスパッタリングではあまり問題とならないが、エッチング処理では考慮を必要とし、エッチング処理で用いるガスに対して耐腐食性の高い材質を用いるか、表面をカバーして腐食を防ぐ必要がある。また、高温にするため、膜厚センサを構成する材質も、耐熱性のあるものが良く、例えば、高温に加熱することが可能な仕様のセンサを用いると良い。
【００１６】
堆積量測定面１１３の温度は、３０℃より高く（例えば、４０℃〜１００℃）保ち、プラズマ条件や設置場所の関係で堆積量が多い場合は、さらに高い温度（例えば１００℃〜３００℃）に設定する。
【００１７】
図２、図３に、堆積量測定器が水晶振動子式膜厚測定器である場合のヒータ及び温度センサ取り付け例を示した。
【００１８】
図２（ａ）が正面からの外観図、図２（ｂ）が側面からの断面図である。この例では、ヒータ２０１と温度センサ２０２を設置したホルダ２０３に、膜厚センサ２０４を入れ、蓋２０５により抑えて固定したものを、プラズマ処理室の壁２０６にホルダ固定用ネジ２０７で固定するようにしている。ヒータ２０１はホルダ２０３全体を加熱するようにホルダ２０３に固定され，温度センサ２０２は膜厚センサ２０４の取り外しに邪魔にならないようホルダ２０３に取り付けているが、なるべく膜厚センサ２０４の温度に近い値を測定できるように、膜厚センサ２０４がホルダに接触する所に近い位置に取り付けてある。
【００１９】
真空室内にヒータの電力を供給する時は、プラズマにより、絶縁被覆がやられたりしないように十分配慮する必要がある。蓋２０５はネジ２０８でホルダ２０３に固定され，ヒータ電力供給線２０９や信号ケーブル２１０が活性な腐食性ガスに曝されるのを防いでいる。また、ヒータ電力供給線２０９は、絶縁被膜（図示省略）で覆っている。また、膜厚センサ２０４からでる信号ケーブル２１０と、ヒータ電力供給線２０９と温度センサ２０２は、プラズマに曝されないように、真空導入部（図示省略）までステンレス製の保護カバー２１１の中を通している。
【００２０】
図３に別の実施例を示す。図３（ａ）に側面からの断面図、図３（ｂ）に大気側から見た外観図を示した。この例では、大気と真空を隔てるプラズマ処理室の壁面３０１に、円形の穴を開け、フランジ型ホルダ３０２に組み込んだ膜厚センサ３０３を大気側から設置している。このホルダ３０２は、Ｏリング３０４によって真空をシールしている。また、ホルダ３０２の大気側にヒータ３０５を貼り付けてあり、ホルダ３０２の伝熱を利用して堆積量測定面３０６を加熱している。また、ホルダ３０２から壁３０１に熱が逃げる量を少なくするために溝３０７を設けている。なお、図には示していないが大気側に保温カバーを設けることも熱の逃げを少なくするのに有効である。大気側にヒータ３０５があることで、ヒータ電力供給線３０８の腐食性ガスによる腐食やプラズマによる短絡の心配がない。また、信号ケーブル３０９も処理室内にないため腐食の心配がない。また、堆積量測定面３０６の温度は、ホルダ３０２の内部の温度を温度センサ３１０で測ってホルダ温度を高温に保つことにより、一定温度の高温に保っている。
【００２１】
図４に堆積量測定面をヒータによって高温に温度調節する方法を示した。その方法とは、まず、堆積量測定面および堆積部品４０１の温度の設定（Ｔ_２）を、設置場所４０２の温度（Ｔ_１）より高い温度にする。堆積量測定面および堆積部品４０１が設定温度（Ｔ_２）のときは、設置場所４０２の温度（Ｔ_１）の方が低いため、堆積量測定面および堆積部品４０１から設置場所４０２に熱４０３が逃げ温度が下がろうとする。堆積量測定面または堆積部品４０１の温度情報４０５をヒータ出力制御器４０６に送り、温度の低下に応じてヒータ４０４の出力を調節することで、堆積部品に適度な熱４０７が与えられ、堆積量測定面及び堆積部品４０１の温度を一定に保つことができる。
【００２２】
本発明を実施することにより、簡単な構造で、長期間メンテナンスせずに堆積物をモニタでき、処理室の状態を管理でき、クリーニング時期の判断ができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明のプラズマ処理装置は、堆積量測定器を有し、堆積量測定面を高温に温度調節することにより、長期間メンテナンスせずに処理室内の堆積物をモニタすることができる。これによって、処理室の状態を管理でき、クリーニング時期の判断ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体基板の製造に用いられる有磁場マイクロ波エッチング装置の断面図である。
【図２】堆積量測定器のセンサ部分の設置の仕方の実施例を示す正面からの外観図（ａ）及び側面からの断面図（ｂ）である。
【図３】堆積量測定器のセンサ部分の設置の仕方の実施例を示す側面からの断面図（ａ）及び大気側から見た外観図（ｂ）である。
【図４】堆積量測定面を高温に温度調節する方法の説明図である。
【符号の説明】
１０１…有磁場マイクロ波エッチング装置、１０２…水晶振動子式膜厚測定器のセンサ（膜厚センサ）、１０３…エッチング処理室、１０４…真空導入部、１０５…アース、１０６…温調液パイプ、１０７…高温用配管、１０８…循環器、１０９…信号ケーブル、１１０…大気側信号ケーブル、１１１…発信器、１１２…膜厚測定器本体、１１３…堆積量測定面、２０１…ヒータ、２０２…温度センサ、２０３…ホルダ、２０４…膜厚センサ、２０５…蓋、２０６…プラズマ処理室の壁、２０７…ホルダ固定用ネジ、２０８…ネジ、２０９…ヒータ電力供給線、２１０…信号ケーブル、２１１…保護カバー、３０１…プラズマ処理室の壁、３０２…ホルダ、３０３…膜厚センサ、３０４…Ｏリング、３０５…ヒータ、３０６…堆積量測定面、３０７…溝、３０８…ヒータ電力供給線、３０９…信号ケーブル、３１０…温度センサ、４０１…堆積量測定面及び堆積部品、４０２…設置場所、４０３…堆積量測定面及び堆積部品から設置場所に伝わる熱、４０４…ヒータ、４０５…温度情報、４０６…ヒータ出力制御器、４０７…ヒータから堆積量測定面及び堆積部品に伝わる熱。

Claims

処理室内に電磁波を供給してプラズマを形成しこの処理室内に配置された基板を処理するプラズマ処理装置であって、前記処理の際の反応生成物の堆積量を測定する測定器と、この測定器の測定対象となる表面の温度を前記測定器の設置箇所の温度より高い温度に調節する温度調節手段とを備えたプラズマ処理装置。
請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記測定器は水晶振動子式膜厚測定器であるプラズマ処理装置。