JPH065555A - プラズマ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 処理室内圧力を検出する圧力検出手段で微少
変動が測定されても、処理室内圧力を微少変動のない圧
力として出力することができるプラズマ装置を提供す
る。 【構成】 プラズマ２５を磁界により回転または移動さ
せる如く設けられた磁界移動手段２２と、上記プラズマ
２５が生成されるプラズマ室３の圧力を検出する如く設
けられた圧力検出手段３１と、上記プラズマ２５の回転
または移動の周期を検出する周期検出手段２６と、この
周期検出手段２６の信号に基づいて、上記圧力検出手段
３１で測定された圧力を平均化して出力する平均化手段
４１とで構成されたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプラズマ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程において、例えば
被処理体上の薄膜にエッチング処理を行なうドライエッ
チング装置として、上下に配置された平行平板電極にお
いて下部電極に被処理体を設けるとともに、ウエハに対
向する上部電極の裏面において磁石を被処理体の中心に
対して回転させながら、両電極間に高周波電力を印加す
ることにより、磁界と電界の相互作用により両電極間に
プラズマが形成され、このプラズマ中のイオン、中性ラ
ジカルなどを用いて被処理体にエッチング処理を施すよ
うに構成されているマグネトロン放電型ドライエッチン
グ装置がある。なお、上記説明したマグネトロン放電型
ドライエッチング装置の技術は、特公昭６４−７１５６
号公報に記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような、マグネト
ロン放電型ドライエッチング装置においては、平行平板
電極によって生成されたプラズマは磁石の磁界と電界が
作用する場所ではプラズマ密度は部分的に高められると
ともに、このプラズマ密度を高められた部分が被処理体
に対して回転されるため、被処理体に対するエッチング
処理が効率的、かつ均一的に実施されることになる。さ
らに、プラズマが生成される処理室内の圧力を所望の圧
力に制御するために、処理室内の圧力を検出するための
圧力検出手段が設けられ、この圧力検出手段からの圧力
信号により処理室内圧力を制御する圧力制御装置が用い
られている。しかしながら、上記磁石が回転されるとこ
の回転に同期してプラズマ密度の高い部分も回転するこ
とになり、このプラズマ密度の高い部分はイオンと電子
が多く存在しているので圧力も高くなり、処理室の固定
箇所に設けられた上記圧力検出手段の検出部である圧力
センサー（例えば、ダイヤフラム真空計，ピラニ真空計
等）において、プラズマの回転又は移動の周期に同期し
て圧力信号が微少変動することになる。さらに、この微
少変動した圧力信号により処理室内圧力を制御する圧力
制御装置は、処理室内圧力を指定圧力にするよう動作す
るが、上記圧力信号の微少変動に同期して処理室内圧力
を微少変動させてしまい、処理室内圧力を一定にするこ
とが出来ないという改善点があることが、本発明者によ
って明らかにされた。

【０００４】本発明の目的は、処理室内圧力を検出する
圧力検出手段で微少変動が測定されても、処理室内圧力
を微少変動のない圧力として出力することができるプラ
ズマ装置を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のうち代表的なも
のの概要を説明すれば、次の通りである。すなわち、プ
ラズマを磁界により回転または移動させる如く設けられ
た磁界移動手段と、上記プラズマが生成されるプラズマ
室の圧力を検出する如く設けられた圧力検出手段と、上
記プラズマの回転または移動の周期を検出する周期検出
手段と、この周期検出手段の信号に基づいて、上記圧力
検出手段で測定された圧力を平均化して出力する平均化
手段とで構成されたものである。

【０００６】

【作用】本発明は、磁界によるプラズマの回転または移
動の周期を検出する如く設けられた周期検出手段からの
信号が、圧力検出手段にて圧力を検出するサンプリング
信号として使用されるため、処理室内圧力を微少変動す
ることなく正確に検出することが出来る。

【０００７】

【実施例】以下、本発明をマグネトロン放電型ドライエ
ッチング装置に適用した第１の実施例について図面に基
づいて詳述する。図１及び図２に示す如く、このマグネ
トロン放電型ドライエッチング装置１は、被処理体、例
えば半導体ウエハ２をプラズマにより処理するためのア
ルミニウム等の金属で上下閉塞した略円筒状に形成され
た処理室３を備えている。この処理室３の側壁には図２
に示すように上記半導体ウエハ２を処理室３に搬入搬出
する如く設けられた開口部５，６が互いに離間した位置
にそれぞれ配置され、この開口部５，６を開閉するゲー
トバルブ７が設けられている。

【０００８】また、処理室３の側壁における他の箇所に
は処理ガス（例えば、ＣＨＦ３，ＣＦ４，ＣＣＬ４等）
を上記処理室３に供給すべく接続された処理ガス供給管
８が設けられている。また、上記処理室３の底壁には処
理室３内を排気するための排気口１０が開設されてお
り、この排気口１０には排気能力を変化させる如く設け
られた圧力制御装置６２により制御される開閉弁、例え
ばバタフライバルブ６１が設けられ、このバタフライバ
ルブ６１には真空排気手段、例えば真空ポンプ６０が接
続されている。

【０００９】また、上記処理室３内の上部及び下部には
一対の電極１１，１３が設けられ、一方の上部電極１１
は処理室３の上部に絶縁材料からなるホルダ１２により
固定的に吊持されるとともにアースに接続されている。
他方の下部電極１３には上記半導体ウエハ２が載置され
るとともに、処理室３４を介して挿入された給電棒１５
を介して高周波電源１６が接続されている。

【００１０】また、上記処理室３外の上部には上記半導
体ウエハ２の表面に対して平行な磁界を形成する永久磁
石２４が設けられ、この永久磁石２４の上部には回転軸
２０が接続され、この回転軸２０は磁気の漏洩を防ぐべ
く設けられた磁気シールド部材、例えばパーマロイで形
成されたカバー２１に貫通され回転自在に支承されてお
り、また、この回転軸２０は上記カバー２１の外部に設
置された回転手段としてのモーター２２により回転駆動
されるように構成されている。また、上記磁石２４の回
転により、上記プラズマ２５は同心かつ同回転周期で回
転する。

【００１１】そして、上記回転軸２０には円板形状に形
成されたスリット板２７が同心的、かつ直角に配されて
一体回転する如く固着されており、スリット板２７の外
周には一対のスリット２８が中心を挟んで互いに対向す
る位置に開設されている。さらに、上記スリット２８の
位置を検出する如く設けられたフォトセンサー２９が配
置され、サンプリング信号を発生するための周期検出手
段２６が構成されている。

【００１２】また、上記処理室３の側壁には、上記処理
室３内の圧力を測定すべくための開口部３０が開設さ
れ、図示しない封止部材、例えばＯリングを介して圧力
検出手段３１の圧力検出部としての圧力センサー３２
（例えば、ダイヤフラム真空計，ピラニ真空計等）が接
続されている。また、上記圧力検出手段３１には、上記
圧力センサー３２から出力される圧力信号を上記周期検
出手段２６から出力されるサンプリング信号にてサンプ
リング処理するサンプリング処理部４１が設けられてい
る。また、上記圧力検出手段３１内にはプラズマが発生
し回転または移動する場合は上記サンプリング処理部４
１から出力されるサンプリング処理後の圧力処理信号と
プラズマが発生し回転または移動しない場合またはプラ
ズマが発生していない場合は圧力センサー３２から出力
される圧力信号とを切り替え圧力検出信号として出力す
る切替出力部４６を設けている。また、この切替出力部
４６から出力される圧力検出信号は上記処理室３内圧力
を管理制御する如く設けられたコントロール部４０に接
続されており、さらに、この圧力検出信号は処理室３内
圧力を制御する圧力制御装置６２にも接続されている。
そして、上記コントロール部４０からは処理室３内の圧
力を指示する圧力指示信号が上記圧力制御装置６２に、
処理室３内圧力を表示するための圧力表示信号が表示器
４２に、また、切替えを指示するための切替指示信号が
上記切替手段４６にそれぞれ接続されている。

【００１３】次に、圧力検出手段３１による処理室３内
圧力の検出動作を説明する。図２に示すように、上記処
理室３にて生成されたプラズマは磁石２４により拘束さ
れ、密度の高いプラズマ２５が形成され、さらに、この
プラズマ２５内において、プラズマ密度の濃い領域５０
とプラズマ密度の薄い領域５１が形成されることにな
り、このプラズマ密度の濃い領域５０と薄い領域５１は
上記磁石２４の回転方向に同期し、かつ同一周期に回転
される。ここで、上記圧力検出手段３１の圧力検出部と
しての圧力センサー３２からの出力波形は、図３に示す
ように、微少変動波形７０が観測される。この微少変動
波形７０は検出部３２が処理室３の側壁の固定箇所に設
置されていることと、上記プラズマ２５の密度の濃い領
域５０と薄い領域５１が上記の如く回転されることのた
め発生する。すなわち、プラズマ密度の濃い領域５０が
上記圧力センサー３２に接近したときに出力が高くな
り、一方薄い領域５１が上記圧力センサー３２に接近し
たときに出力が低く観測される。さらに、上記微少変動
波形７０の一周期の時間Ｔは上記磁石２４の回転一周期
の時間と同じである。また、処理室３の圧力を制御する
圧力制御装置６２がこの微少変動波形７０を基に開閉弁
６１の開閉角度を制御すると図３に示すように処理室３
内圧力を安定させるために±α度変動することになる。
また、この開閉角度の変動により圧力基準値７０ａがレ
ベルシフトするため、さらに複雑に圧力が変動すること
になる。

【００１４】そこで、この微少変動波形７０をサンプリ
ングする一方法としては、図４に示すように、微少変動
波形７０の平均値を順次サンプリングして圧力検出信号
とする方法がある。この方法は、上記微少変動波形７０
の平均値ａ１，ａ２，ａ３を順次微少変動波形７０の１
周期時間の半分（Ｔ／２）で高速サンプリングして圧力
を検出するものである。すなわち、微少変動現象が依存
するプラズマ２５の回転はモーター２２の回転駆動によ
る磁石２４の回転によるため、回転軸２０に固着された
スリット板２７の回転は微少変動波形７０に同期してい
ることになる。したがって、ホトセンサー２９がスリッ
ト板２７の一対のスリット２８を検出することにより、
微少変動波形７０に１／２周期をもって同期したサンプ
リング信号７１が得られることになる。このサンプリン
グ信号７１はフォトセンサー２９から圧力検出手段３１
のサンプリング処理部４１に送信され、このサンプリン
グ処理部４１において、サンプリング信号７１の発生時
における微少変動波形７０の出力値を順次採取すること
により図４に破線で示されるような圧力検出信号７３が
得られる。また、この圧力検出信号７３は上記コントロ
ール部４０より表示部４２に送信され圧力表示される。
さらに、この圧力検出信号７３は上記圧力制御装置６２
にも送信され、この信号と上記コントロール部４０より
指示された圧力値により圧力制御装置６２は開閉弁６１
を制御し、処理室３内圧力を指示圧力にする如く動作さ
れる。

【００１５】前記実施例によれば次の効果が得られる。 （１）プラズマ２５を回転させる回転手段に周期検出手
段２６を設け、この手段からの信号を、処理室３内圧力
を検出する如く設けられた圧力検出手段３１において、
圧力検出のサンプリング信号として使用することによ
り、微少変動のない圧力信号がとりだせる。 （２）上記微少変動のない圧力信号が取り出せることに
より、この信号を基とし処理室３内圧力を所望の圧力に
する圧力制御装置が微少変動の影響を受けることがない
ので処理室３内圧力が安定になる。 （３）処理室３内圧力が安定になることにより、被処理
体のエッチングによる選択比のばらつきを抑制すること
ができ、製品の品質及び信頼性を高めることができる。

【００１６】次に、第２の実施例について説明を行なう
が、第１の実施例と同一部分には同一符合を付けて説明
を省略する。図５に示すように、処理室３の側壁には石
英ガラス８０が図示しない封止体、例えばＯリングを介
して封止され、圧力検出手段３１の検出部３２の隣接に
設けられている。また、この石英ガラス８０を介して処
理室３内のプラズマの生成にともなうプラズマの発光を
モニターする如く設けられた発光検出部８１がある。こ
の発光検出部８１から光強度信号が光学検出装置８２に
送られ、この光学検出装置８２内のＡ／Ｄ変換部にてＡ
／Ｄ変換されサンプリング信号７１が生成され上記詳述
の如く平滑化の信号として使用されている。上記発光検
出部８１は圧力検出手段３１の検出部３２に隣接され設
けられることにより、処理室３内のプラズマ回転状態を
より確実に検出できる。

【００１７】尚、本発明は前記実施例に限定されるもの
ではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可
能である。図６に示すように周期検出手段におけるフォ
トセンサー２９からの信号をサンプリング信号７１とし
て利用する方法は、図５に示されているように、微少変
動波形７０のピーク点ｃ１とボトム点ｂ１とをサンプリ
ングして、その間の平均値を演算化することにより、破
線で示されるように平滑化してもよいことはもちろんで
あり、図６に示されているように、同期信号を得るため
のスリットはスリット板に１８０度の位相差をもって一
対開設するに限らず、互いに周方向に等間隔になるよう
に偶数個開設したことにより、微少変動波形７０の変動
一周期を複数サンプリングして、その間の平均値を演算
化することにより、破線で示されるように平滑化しても
よいし、また、プラズマを回転または移動させる手段に
用いられる磁界は永久磁石でも電磁石でもよいし、ま
た、周期信号検出器はモーターの回転数の検出に使用さ
れるエンコーダ等から得るように構成してもよい。前記
実施例では、マグネトロン放電型ドライエッチング装置
について説明をおこなったが、プラズマＣＶＤ装置やＬ
ＣＤ装置やＥＣＲ装置等のプラズマ処理装置にも応用で
きるのは当然のことである。さらに、半導体製造装置に
限らず、プラズマを用いた処理装置であればいずれにも
適用できる。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の代表的な
ものによって得られる効果を簡単に説明すれば、磁界に
よるプラズマの回転または移動の周期を検出する如く設
けられた周期検出手段からの信号が、圧力検出手段にお
いて圧力検出のサンプリング信号として使用されるた
め、微少変動のない処理室内圧力を検出でき、さらに、
処理室内圧力を安定させることができるという顕著な効
果がある。

【００１９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１の実施例のマグネトロン放電
型ドライエッチング装置を示す縱概略断面図である。

【図２】第１の実施例の横概略断面図である。

【図３】第１の実施例の作用を説明するための特性図で
ある。

【図４】第１の実施例の作用を説明するための特性図で
ある。

【図５】第２の実施例を説明する縱概略断面図である。

【図６】サンプリング方法の変形例を説明するための特
性図である。

【図７】サンプリング方法の変形例を説明するための特
性図である。

【符合の説明】

１ マグネトロン放電型ドライエッチング装置 ２ 被処理体（半導体ウエハ） ３ 処理室 ６ 開閉弁 ２０ 回転軸 ２２ 回転手段 ２４ 磁石 ２５ プラズマ ２６ 周期検出手段 ２７ スリット板 ２８ スリット ２９ フォトセンサー ３１ 圧力検出手段 ３２ 圧力検出部 ４０ コントロール部 ４１ 平滑化処理部 ６２ 圧力制御装置 ７０ 微少変動波形 ７１ サンプリング信号 ７３ 平滑化信号 ８０ 石英ガラス ８１ 発光検出部 ８２ 光学検出装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラズマを磁界により回転または移動さ
   せる如く設けられた磁界移動手段と、上記プラズマが生
   成されるプラズマ室の圧力を検出する如く設けられた圧
   力検出手段と、上記プラズマの回転または移動の周期を
   検出する周期検出手段と、この周期検出手段の信号に基
   づいて、上記圧力検出手段で測定された圧力を平均化し
   て出力する平均化手段とで構成されていることを特徴と
   するプラズマ装置。
2. 【請求項２】 上記平均化手段により出力される圧力信
   号を基として処理室内圧力を制御する圧力制御装置が設
   けられたことを特徴とするプラズマ処理装置。
3. 【請求項３】 上記周期検出手段が上記回転手段の回転
   軸と一体回転するスリット板と、このスリット板に開設
   されているスリットと、このスリットを検出するスリッ
   ト検出装置とを設け構成したことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のプラズマ装置又は特許請求の範囲第
   ２項記載のプラズマ処理装置。
4. 【請求項４】 上記周期検出手段が上記プラズマの発光
   量を測定することにより回転周期を検出する光学検出装
   置を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   のプラズマ装置又は特許請求の範囲第２項記載のプラズ
   マ処理装置。