JPH08335567A - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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JPH08335567A
JPH08335567A JP7166865A JP16686595A JPH08335567A JP H08335567 A JPH08335567 A JP H08335567A JP 7166865 A JP7166865 A JP 7166865A JP 16686595 A JP16686595 A JP 16686595A JP H08335567 A JPH08335567 A JP H08335567A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 プラズマ処理装置において、プロセス中のＶ
DC（自己バイアス電位）を精度良く測定すると共に、装
置構成を複雑化させない。 【構成】 給電棒４２を介して高周波電源４３から処理
室２内のサセプタ５に高周波電力を供給して、上部電極
２１との間にプラズマを発生させ、静電チャック１１上
のウエハＷに対してエッチングする装置において、ウエ
ハＷの外周に位置するフォーカスリング１７に、シリコ
ンからなる測定電極１８を設ける。測定電極１８の下部
はサセプタ５と直接導通させる。給電棒４２から引き出
したリード線４４にＲＦフィルタ４５を介して、ＶDC測
定用電圧計４６を接続する。ウエハＷ上のＶDCと一定の
相関関係を有するＶDCレベルが、ＶDCモニタ４６で検出
される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、被処理体、例えば半導
体ウエハに対してプラズマを利用したエッチング処理を
始めとする、各種のプラズマ処理を行うためのプラズマ
処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば半導体製造プロセスにおいては、
従来から半導体ウエハ（以下、「ウエハ」という）の表
面に対してエッチングなどの処理を行う場合、プラズマ
を利用したエッチング処理が行われている。この場合、
ウエハ上に発生する自己バイアス電位（ＶDC）は、イオ
ンのエネルギーに大きく影響するので、これを測定する
ことはプロセスにとって極めて重要である。
【０００３】前記ＶDCを測定する際、例えばウエハを機
械式のクランプによって保持する場合は、当該クランプ
にＶDC測定用の端子を設置することができるが、ポリイ
ミド樹脂などの絶縁材で導電体を被覆したいわゆる静電
チャックによってウエハを保持する方式では、プラズマ
中に導電物質が露出しないため、そのようなＶDC測定用
の端子をそのまま用いることができない。
【０００４】そのため従来は、処理室外方において高周
波電力を下部電極に供給する経路に適宜のリード線を接
続し、ＲＦフィルタなどを介してＶDC測定用のモニタを
接続していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、下部電
極の外周表面は通常アルマイト処理によって絶縁されて
おり、また下部電極の上面は既述したように、絶縁性を
有する静電チャックが設けられているため、そのように
高周波電力の給電経路からＶDCをそのままモニタして
も、正確なＶDCのモニタは得られない。この点に関し特
開平６−２３２０８８号公報では、給電経路とは全く独
立、絶縁されたモニタ用の端子を被処理体周辺に配置し
て、ＶDCをモニタする技術が開示されているが、下部電
極内に独立したモニタ用の信号線路を形成する必要があ
るため、装置構成上、より簡素化できる装置が望まれて
いた。
【０００６】本発明はかかる要請に鑑みてなされたもの
であり、従来より装置構成をより簡素化でき、しかも正
確なＶDCの値を得ることが可能なプラズマ処理装置を提
供して、前記問題の解決を図ることをその目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明によれば、高周波電力によって処理室内にプ
ラズマを発生させ、この処理室内にある下部電極上の被
処理体に対して処理を施す如く構成された装置におい
て、前記被処理体周辺に、前記下部電極と導通した測定
電極を配置すると共に、この測定電極の上面は、この測
定電極が設けられる物体の上面と面一となるように設定
さ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】測定電極を被処理体周辺に配置するにあた
っては、例えばこの種のプラズマ処理装置（特にエッチ
ング装置）において採用されている、フォーカスリング
に測定電極を設け、該フォーカスリングの上面と測定電
極の上面とを面一になるように設定してもよい。
【０００９】測定電極の材質としては、導体はもちろん
のこと、半導体のシリコン、ＳｉＣを用いることができ
るが、プラズマに直接曝されることに鑑みれば、コンタ
ミネーション防止のため、シリコンやＳｉＣが好まし
い。またフォーカスリングに設ける場合、フォーカスリ
ング自体が例えば導体や半導体で形成されている場合に
は、インピーダンスの部分的変化による影響を抑えるた
め、該フォーカスリングと同一の材質で形成する方が好
ましい。
【００１０】
【作用】測定電極は被処理体の周辺に配置されているの
で、被処理体周辺のＶDCレベルを測定することが可能に
なる。またこの測定電極は、下部電極と導通しているの
で、下部電極の電位は測定電極の電位と同レベルにあ
る。従って、下部電極への給電経路から例えば適宜のリ
ード線を介してＶDCモニタを接続することにより、ＶDC
レベルを測定することができる。従って、下部電極内に
ＶDCレベル測定用の信号線路を別途形成する必要はな
く、給電経路をそのままＶDC信号線路として利用するこ
とができる。
【００１１】この場合、測定電極の上面は、この測定電
極が設けられる物体の上面と面一となるように設定され
ているので、下部電極と対向して上部電極が配置されて
いても、異常放電が起こる可能性はなく、また測定特性
も良好である。
【００１２】なお厳密にいえば、測定電極は被処理体上
にはないので、測定電極によって測定されるＶDCの値
は、被処理体上のＶDCレベルとは全く同一ではない。し
かしながら、被処理体周辺のＶDCレベルを実際に測定し
ているので、被処理体上のＶDCレベルとは一定の相関関
係が存在する。従って、例えば予めダミーウエハなどを
用いて、実際の被処理体上のＶDCレベルと測定電極によ
って測定されるＶDCレベルとの間の関係を求めておけ
ば、測定電極によって測定されたＶDCの値によって、直
ちに被処理体上の実際のＶDCレベルを得ることが可能で
ある。
【００１３】
【実施例】以下、本発明をエッチング装置に具体化した
実施例を添付図面に基づき説明すると、図１は本実施例
にかかるエッチング装置１の断面を模式的に示してお
り、このエッチング装置１における処理室２は、気密に
閉塞自在な酸化アルマイト処理されたアルミニウムなど
からなる円筒形状の処理容器３内に形成され、当該処理
容器３自体は接地されている。前記処理室２内の底部に
はセラミックなどの絶縁支持板４が設けられており、こ
の絶縁支持板４の上部に、被処理体例えば直径８インチ
の半導体ウエハ（以下、「ウエハ」という）Ｗを載置す
るための下部電極を構成する略円柱状のサセプタ５が収
容されている。
【００１４】前記サセプタ５の内部には、平面略環状の
冷媒室６が設けられており、この冷媒室６には例えばパ
ーフルオロポリエーテルなどの温度調節用の冷媒が冷媒
導入管７を介して導入可能であり、導入された冷媒はこ
の冷媒室６内を循環し、冷媒排出管８を通じて外部に排
出される。その間生ずる冷熱は冷媒室６から前記サセプ
タ５を介して前記ウエハＷに対して伝熱され、このウエ
ハＷの処理面を所望する温度まで冷却することが可能で
ある。
【００１５】前記サセプタ５の上面中央部には、ウエハ
Ｗと略同形の静電チャック１１が設けられている。この
静電チャック１１は、図２にその詳細を示したように、
２枚の高分子ポリイミド・フィルム１２によって導電層
１３が挟持された構成を有しており、この導電層１３に
対して、処理容器２外部に設置されている高圧直流電源
１４から、例えば１．５ｋＶの直流高電圧を印加するこ
とによって、この静電チャック１１上面に載置されたウ
エハＷは、クーロン力よってその位置で吸着保持される
ようになっている。
【００１６】そして前記静電チャック１１には、前記ウ
エハＷを昇降させるリフターピン（図示せず）用の孔並
びに、伝熱ガス供給孔１５が同心円状に形成されてい
る。また各伝熱ガス供給孔１５には、伝熱ガス供給管１
６が接続されており、所定の圧力に制御された例えばＨ
ｅ（ヘリウム）ガスが、前記ウエハＷ裏面と静電チャッ
ク表面との間に形成される微小空間に供給され、前出冷
媒室６からウエハＷへの伝熱効率を高めることが可能に
なっている。
【００１７】前記サセプタ５の上端周縁部には、静電チ
ャック１１上に載置されたウエハＷを囲むように、環状
のフォーカスリング１７が配置されている。このフォー
カスリング１４は反応性イオンを引き寄せない絶縁性の
材質、例えば石英からなり、プラズマによって発生した
反応性イオンを、その内側のウエハＷにだけ効果的に入
射せしめるように構成されている。
【００１８】そしてフォーカスリング１７には、図２、
図３に示したように、測定電極１８が垂直方向に貫通
し、該測定電極１８の略下半分は、サセプタ５に螺着さ
れている。この測定電極１８は、例えばシリコンの半導
体からなっており、前記螺着によってサセプタ５と導通
している。またこの測定電極１８の上面は、フォーカス
リング１７の上面と面一なるように設定されている。
【００１９】前記測定電極１８の大きさは、その直径φ
が５〜１５mm程度、またその配置位置は、ウエハＷの外
周から約５〜１５mm程度離れた位置、即ち図２中のＬ＝
５〜１５mmとなるように設定されている。
【００２０】前記サセプタ５の上方には、このサセプタ
５と平行に対向して、これより約１５〜２０mm程度離間
させた位置に、上部電極２１が処理容器２の上部内壁に
固着されており、処理容器２と導通して接地されてい
る。この上部電極２１は、前記サセプタ５との対向面
に、多数の拡散孔２２を有する、例えばＳｉＣやアモル
ファスカーボンからなる電極板２３を有し、上部電極２
１全体の内部は中空構造となっている。
【００２１】前記上部電極２１の中央にはガス導入口２
４が設けられ、さらにこのガス導入口２４には、バルブ
２５を介してガス導入管２６が接続されている。このガ
ス導入管２６には、マスフローコントローラ２７を介し
て、所定のエッチング反応ガス、例えばＣＦ4ガスを供
給する処理ガス供給源２８が接続されている。従って、
処理ガス供給源２８のＣＦ4ガスは、ガス導入口２４及
び上部電極２１の中空部を通って、拡散孔２２からウエ
ハＷに向けて均一に吐出されるようになっている。
【００２２】処理容器２の側壁下方には排気口３１が設
けられており、さらにこの排気口３１には、ターボ分子
ポンプなどの真空引き手段３２に通ずる排気管３３が接
続されており、前記真空引き手段３２の作動によって、
処理容器２内は、所定の減圧雰囲気、例えば１０ｍＴｏ
ｒｒ〜２００ｍＴｏｒｒまでの任意の減圧度にまで真空
引きできるように構成されている。
【００２３】前記排気口３１よりも上方でかつ前出フォ
ーカスリング１７よりも下方の位置におけるサセプタ５
の外周には、環状のバッフル板３４が設けられている。
このバッフル板３４には多数の透孔が形成されており、
前記した真空引きやガスの排気はこのバッフル板３４に
よって、サセプタ５の外周から均一になされる構成とな
っている。
【００２４】前記エッチング装置１の処理容器３内にプ
ラズマを発生させるための高周波電力の印加構成は、次
のようになっている。即ち下部電極を構成するサセプタ
５へは、整合器４１、給電棒４２を介して、高周波電源
４３から例えば周波数が１３．５６ＭＨｚの電力が供給
されるように構成され、これによって接地された上部電
極２１との間でプラズマが発生するのである。
【００２５】さらに前記高周波電力の供給経路となる給
電棒４２における、整合器４１の近傍には、リード線４
４が引き出され、ＲＦフィルタ４５を介して、給電棒４
２にＶDC測定用電圧計４６が接続されている。なおこれ
らリード線４４、ＲＦフィルタ４５及びＶDC測定用電圧
計４６は、整合器４１に内蔵することも可能である。
【００２６】そして以上の構成にかかるエッチング装置
１には、ゲートバルブ５１を介して、ロードロック室５
２が隣接しており、このロードロック室５２内に設けら
れた搬送アームなどの搬送手段５３によって、被処理体
であるウエハＷは、前記処理容器２とこのロードロック
室５２との間で搬送されるようになっている。
【００２７】本実施例にかかるエッチング装置１は以上
のように構成されており、例えば、このエッチング装置
１を用いて、ウエハＷ上のシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）
のエッチングを実施する場合について説明すると、まず
被処理体であるウエハＷは、ゲートバルブ５１が開放さ
れた後、搬送手段５３によってロードロック室５２から
処理容器２内へと搬入され、静電チャック１１上に載置
される。そして高圧直流電源１４の印加によって前記ウ
エハＷは、この静電チャック１１上に吸着保持される。
その後搬送手段５３がロードロック室５２内へ後退した
のち、処理容器２内は真空引き手段３２によって真空引
きされていく。
【００２８】他方バルブ２５が開放されて、マスフロー
コントローラ２７によってその流量が調整されつつ、処
理ガス供給源２８からＣＦ4ガスが、ガス導入管２６、
ガス導入口２４を通じて上部電極２１の中空部へと導入
され、さらに電極板２３の拡散孔２２を通じて、このＣ
Ｆ4ガスは図１中の矢印に示される如く、前記ウエハＷ
に対して均一に吐出される。
【００２９】そして処理容器２内の圧力は例えば５０ｍ
Ｔｏｒｒに設定、維持された後、高周波電源４３からサ
セプタ５に対して、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電
力が供給されると、上部電極２１とサセプタ５との間に
プラズマが発生し、処理容器２内に導入されたＣＦ4ガ
スを解離させて生じたラジカル成分によって、ウエハＷ
表面のシリコンの酸化膜（ＳｉＯ2）がエッチングされ
ていく。
【００３０】この場合、フォーカスリング１７に設けら
れた測定電極１８にもＶDCが発生するが、この測定電極
１８はサセプタ５と導通しているので、該ＶDCは給電棒
４２を介してＶDC測定用電圧計４６によって測定でき
る。このＶDC測定用電圧計４６によって測定されるＶDC
の値は、ウエハＷ上のＶDCレベルとは全く同一ではない
が、ウエハＷ周辺のプラズマ中の実測値であるから、ウ
エハＷ上のＶDCレベルとは一定の相関関係が認められ
る。
【００３１】従って、例えば予めダミーウエハなどを用
いて、実際のウエハＷ上のＶDCレベルと測定電極１８に
よって測定されるＶDCレベルとの間の関係を事前に求め
ておけば、測定電極１８によって測定されたＶDCの値に
よって、直ちにウエハＷ上の実際のＶDCレベルを正確に
知ることが可能である。
【００３２】そしてもしウエハＷ上のＶDCレベルが、レ
シピの値と異なっている場合には、適宜の制御装置によ
って高周波電源４３を制御し、自動的に所定のＶDCレベ
ルを維持するようにすれば、常に所期のエッチングを実
施することができ、歩留まりを向上させることができ
る。
【００３３】また測定電極１８の上面は、それが設けら
れているフォーカスリング１７の上面と面一になってい
るので、異常放電の危険はなく、しかも特性のよいＶDC
測定作業を実施することができる。即ち、仮に測定電極
１８の上面がフォーカスリング１７の上面よりも突出し
ていると、当該突出部分の電界が他の部分と大きく異な
ってしまうため、当該突出部分で放電が起こりやすくな
り、また逆に測定電極１８の上面がフォーカスリング１
７内に陥没していると、ウエハＷ上のＶDCレベルとは一
定の相関関係が成立しづらい特性となってしまう。この
点、本願発明では、既述したように、測定電極１８の上
面はフォーカスリング１７の上面と面一であるから、異
常放電の危険はなく、しかもＶDCの測定特性も良好であ
る。
【００３４】そしてＶDCを測定する際の信号は、サセプ
タ５、給電棒４２を介して得ているので、サセプタ５内
に独立した専用の信号線路の形成は不要である。従っ
て、サセプタ５や絶縁支持板４周りの構造が複雑化する
ことはない。
【００３５】前記実施例では、フォーカスリング１７は
絶縁性を有していたが、導電性を有するフォーカスリン
グに測定電極を設けることもできる。即ち図４に示した
装置は、静電チャック１１の外周に導電性を有する材
質、例えばシリコンからなる内側フォーカスリング７１
と、この内側フォーカスリング７１の外周にさらに絶縁
性を有する材質、例えば石英からなる外側フォーカスリ
ング７１を設け、ウエハＷ周辺部のエッチングレートの
均一化を図ったものであるが、この場合には、内側フォ
ーカスリング７１と同一の材質からなる測定電極７３
を、内側フォーカスリング７１に貫設させ、その下端部
をサセプタ５に螺着した構成とすればよい。かかる構成
により、ウエハＷ上のＶDCレベルと一定の相関関係を有
するＶDCレベルを測定することができる。
【００３６】ところで、図５に示したように、静電チャ
ック８１の上面をウエハの外周形状と合致した形状と
し、静電チャック８１の外周に設けるフォーカスリング
８２の高さを、ちょうどウエハの厚みと同一に設定した
サセプタ８３も提案されている。この場合、フォーカス
リング８２の内周は真円ではなく、ウエハのオリフラに
対応した弦部８２ａが内周の一部に形成された形状とな
っており、ウエハはフォーカスリング８２によって形成
された凹部内に落とし込むような状態で保持されるよう
になっている。
【００３７】この場合には、図６に示したように、当該
弦部８２ａに応対した箇所に近接して、前記の測定電極
１８を設ければよい。そうすれば、測定電極１８の位置
は、ウエハＷの半径で形成される円形のエリアの内部に
位置することになり、より実際のウエハＷ上のＶDCレベ
ルに近い値のＶDCを測定することが可能になる。
【００３８】なお前記した実施例は、シリコンの半導体
ウエハ表面のシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）をエッチング
するプロセスを実施する装置として構成されていたが、
これに限らず、本発明はポリシリコンやタングステンな
どをエッチングする場合にも極めて有効である。
【００３９】また前記実施例は、エッチング装置に具体
化した例であったが、本発明はそれに限らず、他のプラ
ズマ処理、例えばアッシング、ＣＶＤ、スパッタリング
などを行うプラズマ処理装置にも適用することができ
る。
【００４０】
【発明の効果】本発明によれば、下部電極への給電経路
をそのまま、ＶDCレベル測定用の信号線路として利用で
きるので、装置構成が簡素化できる。しかも測定電極に
よって測定されるＶDCの値は、被処理体上の実際のＶDC
レベルと一定の相関関係がある値なので、極めて正確な
被処理体上のＶDCレベルを検出することが可能である。
また測定電極を設けたことによる異常放電の危険性もな
く、さらに測定特性も良好なものとなっている。
【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装置の断面
の説明図である。
【図２】図１のエッチング装置における測定電極近傍の
拡大説明図である。
【図３】図１のエッチング装置における静電チャックと
フォーカスリングの平面説明図である。
【図４】導電性を有する内側フォーカスリングに測定電
極を設けた様子を示す断面の説明図である。
【図５】内周がウエハに対応した形態を有するフォーカ
スリングに測定電極を設けた様子を示す斜視図である。
【図６】内周がウエハに対応した形態を有するフォーカ
スリングに測定電極を設けた様子を示す平面図である。
【符号の説明】
１ エッチング装置 ２ 処理室 ３ 処理容器 ５ サセプタ １１ 静電チャック １７ フォーカスリング １８ 測定電極 ２１ 上部電極 ４１ 整合器 ４２ 給電棒 ４３ 高周波電源 ４６ ＶDC測定用電圧計 Ｗ ウエハ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高周波電力によって処理室内にプラズマ
    を発生させ、この処理室内にある下部電極上の被処理体
    に対して処理を施す如く構成された装置において、 前記被処理体周辺に、前記下部電極と導通した測定電極
    を配置すると共に、この測定電極の上面は、この測定電
    極が設けられる物体の上面と面一となるように設定され
    たことを特徴とする、プラズマ処理装置。
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