WO2012026117A1 - プラズマ処理装置及び光学モニタ装置 - Google Patents

プラズマ処理装置及び光学モニタ装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2012026117A1
WO2012026117A1 PCT/JP2011/004698 JP2011004698W WO2012026117A1 WO 2012026117 A1 WO2012026117 A1 WO 2012026117A1 JP 2011004698 W JP2011004698 W JP 2011004698W WO 2012026117 A1 WO2012026117 A1 WO 2012026117A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
monitor
light
substrate
mesh
processing apparatus
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/004698
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
野沢　俊久
孝博 仙田
西本　伸也
宗隆 山上
和基 茂山
Original Assignee
東京エレクトロン株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 東京エレクトロン株式会社 filed Critical 東京エレクトロン株式会社
Priority to US13/818,720 priority Critical patent/US8974628B2/en
Priority to CN2011800414514A priority patent/CN103069551A/zh
Priority to KR1020137006702A priority patent/KR101378693B1/ko
Publication of WO2012026117A1 publication Critical patent/WO2012026117A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55—Specular reflectivity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32917—Plasma diagnostics
    • H01J37/32935—Monitoring and controlling tubes by information coming from the object and/or discharge
    • H01J37/32972—Spectral analysis
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
    • H01L21/31105—Etching inorganic layers
    • H01L21/31111—Etching inorganic layers by chemical means
    • H01L21/31116—Etching inorganic layers by chemical means by dry-etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/20—Sequence of activities consisting of a plurality of measurements, corrections, marking or sorting steps
    • H01L22/26—Acting in response to an ongoing measurement without interruption of processing, e.g. endpoint detection, in-situ thickness measurement
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66568—Lateral single gate silicon transistors
    • H01L29/66575—Lateral single gate silicon transistors where the source and drain or source and drain extensions are self-aligned to the sides of the gate
    • H01L29/6659—Lateral single gate silicon transistors where the source and drain or source and drain extensions are self-aligned to the sides of the gate with both lightly doped source and drain extensions and source and drain self-aligned to the sides of the gate, e.g. lightly doped drain [LDD] MOSFET, double diffused drain [DDD] MOSFET
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Definitions

  • the present invention relates to a plasma processing apparatus for performing desired processing on a substrate to be processed using plasma generated by microwave discharge.
  • plasma is often used in order to cause a favorable reaction to a processing gas at a relatively low temperature.
  • plasma generated using high frequency discharge in the MHz range or plasma generated using microwave discharge in the GHz range has been widely used for this type of plasma treatment.
  • Plasma generated using microwave discharge has the advantage of being able to generate high-density plasma with a low electron temperature under low pressure, and is particularly advantageous by adopting a slot antenna and a plate-like microwave introduction window structure. A diameter plasma can be generated efficiently. Further, since a magnetic field is not required, the plasma processing apparatus can be simplified.
  • radial line slot antennas in particular, have large plasma density uniformity and controllability by radiating microwaves uniformly and over a wide range from a slot plate having a large number of concentrically arranged slots. A plasma having a diameter can be generated.
  • a process performed in a processing container may be controlled in real time through in-situ monitoring.
  • the optical waveguide for monitoring does not affect the uniformity of the electromagnetic wave radiation characteristics of the slot antenna and thus the uniformity of the plasma density. It is necessary to have a simple device configuration.
  • the optical monitor device mounted on the microwave plasma processing apparatus disclosed in Patent Document 1 is the final section of the microwave transmission line that transmits the microwave generated from the microwave generator toward the processing container.
  • the inner conductor of the coaxial line is constituted by a hollow tube. By passing light through the hollow tube, the process performed in the processing vessel is optically monitored in-situ.
  • This optical monitor device is provided with a hole for an optical waveguide that passes through the center of the slot antenna so as to be continuous with the hollow tube (inner conductor) of the coaxial line.
  • the center of a flat slot antenna is the center of a radial waveguide, and even if a through hole for an optical waveguide is formed at this location, the uniformity of electromagnetic wave radiation characteristics of the slot antenna is not affected. There is no hindrance to density uniformity or controllability.
  • the conventional optical monitor device disclosed in Patent Document 1 has a difficulty in providing an optical waveguide for monitoring in a microwave transmission line (coaxial line).
  • a microwave transmission line coaxial line
  • lamp light when non-coherent light having a wide wavelength range as described above is used as monitor light, an optical waveguide having a sufficiently large aperture, that is, a light amount cannot be obtained.
  • the conventional optical monitor device has a restriction that a hollow tube (internal conductor) of a microwave transmission line (coaxial line) cannot be used as a processing gas supply path.
  • the present invention solves the problems of the prior art as described above, and does not affect the uniformity of the electromagnetic wave radiation characteristics of the flat slot antenna, so that monitor light having a wide wavelength region (particularly non-coherent monitor light) is provided.
  • An optical monitor device and a plasma processing apparatus are provided which can perform optical monitoring on the surface of a substrate to be processed in a processing container with high accuracy.
  • the plasma processing apparatus of the present invention includes a processing container capable of being evacuated, in which at least a part of the top plate is made of a dielectric window, a substrate holding part for holding a substrate to be processed in the processing container,
  • the dielectric includes a processing gas supply unit for supplying a desired processing gas into the processing container, and one or a plurality of slots for radiating microwaves into the processing container, A slot plate of a conductor provided on the window, and a microwave for supplying a microwave into the processing vessel through the slot plate and the dielectric window in order to generate plasma of the processing gas by microwave discharge A supply unit; and an optical monitor unit that optically monitors or measures the surface of the substrate in the processing container via a mesh-shaped through hole formed in the slot plate and the dielectric window. That.
  • the optical monitor device of the present invention accommodates a substrate to be processed in a evacuable processing container in which at least a part of a top plate is made of a dielectric window, supplies a processing gas into the processing container, and A microwave is supplied into the processing vessel through a slot plate of a conductor having one or a plurality of slots provided on the body window and the dielectric window, and plasma of the processing gas is generated by microwave discharge.
  • an optical monitoring apparatus for optically monitoring or measuring the surface of the substrate, the light source generating monitor light
  • a light receiving unit for converting the reflected light from the substrate to the monitor light into an electrical signal, and subjecting the electrical signal from the light receiving unit to predetermined signal processing to monitor information or monitoring
  • a monitor circuit for outputting a data result, a mesh-like through hole formed in the slot plate for passing the monitor light and the reflected light from the surface of the substrate, and the monitor light passing through the mesh of the slot plate.
  • the surface of the substrate on the substrate holding part is irradiated through the through hole and the dielectric window, and the reflected light from the surface of the substrate is taken in through the mesh window of the dielectric window and the slot plate.
  • the microwave supplied from the microwave supply unit is radiated into the processing container from the slot of the slot plate through the dielectric window, and the processing gas is ionized by the microwave electric field.
  • plasma is generated.
  • the plasma generated in the vicinity of the dielectric window diffuses downward in the processing container, and under this plasma, a desired process such as microfabrication or thin film deposition is performed on the substrate surface on the substrate holder.
  • the optical monitor unit or the optical monitor device optically monitors the surface of the substrate to be processed subjected to such plasma processing in-situ via the optical waveguide for monitoring passing through the conductor slot plate and the dielectric window. Or measure.
  • the mesh-shaped through-hole provides an optical waveguide for monitoring, while the microwave supplied from the microwave supply unit makes the mesh-shaped through-hole part the same as other parts other than the slot. Propagate smoothly without leaking. This makes it suitable for propagating monitoring light (especially non-coherent monitoring light) with a wide wavelength range without affecting the uniformity of the electromagnetic wave radiation characteristics of the slot antenna (and hence the uniformity of the plasma density).
  • the desired optical monitoring of the surface of the substrate to be processed can be performed stably and reliably with high accuracy.
  • monitor light having a wide wavelength region can be obtained without affecting the uniformity of electromagnetic wave radiation characteristics of the flat slot antenna.
  • optical monitoring of the surface of the substrate to be processed in the processing container can be performed with high accuracy.
  • FIG. 1 shows the structure of the microwave plasma processing apparatus in one Embodiment of this invention. It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the monitor head and optical waveguide of the optical monitor apparatus in one Embodiment mounted in the plasma processing apparatus of FIG. It is a top view which shows the structure of the mesh-shaped through-hole formed in a slot plate in order to comprise an optical waveguide in the optical monitor apparatus of embodiment. It is sectional drawing which shows the longitudinal cross-section of the light-shielding part in the area
  • FIG. 1 shows the configuration of a microwave plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • This microwave plasma processing apparatus is configured as a flat surface wave excitation type microwave plasma etching apparatus using a flat slot antenna.
  • a cylindrical vacuum chamber (processing container) 10 made of metal such as aluminum or stainless steel is used. have. The chamber 10 is grounded for safety.
  • a disk-shaped susceptor 12 on which a semiconductor wafer W is mounted as a substrate to be processed is horizontally disposed as a substrate holding table that also serves as a high-frequency electrode.
  • the susceptor 12 is made of, for example, aluminum, and is supported by an insulating cylindrical support portion 14 that extends vertically upward from the bottom of the chamber 10.
  • annular exhaust path 18 is formed between the conductive cylindrical support portion 16 extending vertically upward from the bottom of the chamber 10 and the inner wall of the chamber 10.
  • An annular baffle plate 20 is attached to the upper part or the inlet of the exhaust path 18 and one or more exhaust ports 22 are provided at the bottom.
  • An exhaust device 26 is connected to each exhaust port 22 via an exhaust pipe 24.
  • the exhaust device 26 has a vacuum pump such as a turbo molecular pump, and can depressurize the plasma processing space in the chamber 10 to a desired degree of vacuum.
  • a gate valve 28 that opens and closes a loading / unloading port 27 for the semiconductor wafer W is attached.
  • a high frequency power source 30 for RF bias is electrically connected to the susceptor 12 via a matching unit 32 and a power feed rod 34.
  • This high frequency power supply 30 outputs a high frequency of 13.56 MHz, for example, with a predetermined power suitable for controlling the energy of ions drawn into the semiconductor wafer W.
  • the matching unit 32 accommodates a matching unit for matching between the impedance on the high-frequency power source 30 side and the impedance on the load (mainly electrodes, plasma, chamber) side.
  • a blocking capacitor for self-bias generation is included.
  • an electrostatic chuck 36 for holding the semiconductor wafer W by using electrostatic attraction force is provided, and a focus ring that surrounds the periphery of the semiconductor wafer W in a ring shape outside the electrostatic chuck 36 in the radial direction. 38 is provided.
  • the electrostatic chuck 36 is obtained by sandwiching an electrode 36 a made of a conductive film between a pair of insulating films 36 b and 36 c, and a high voltage DC power supply 40 is electrically connected to the electrode 36 a through a switch 42 and a covered wire 43. It is connected.
  • the semiconductor wafer W is attracted and held on the electrostatic chuck 36 by an electrostatic force generated by a DC voltage applied from the DC power supply 40.
  • an annular refrigerant chamber 44 extending in the circumferential direction is provided inside the susceptor 12.
  • a refrigerant having a predetermined temperature such as cooling water cw, is circulated and supplied to the refrigerant chamber 44 via pipes 46 and 48 from a chiller unit (not shown).
  • the processing temperature of the semiconductor wafer W on the electrostatic chuck 36 can be controlled by the temperature of the coolant.
  • a heat transfer gas such as He gas from a heat transfer gas supply unit (not shown) is supplied between the upper surface of the electrostatic chuck 36 and the back surface of the semiconductor wafer W via the gas supply pipe 50.
  • lift pins that can vertically move through the susceptor 12 and a lifting mechanism (not shown) and the like are also provided.
  • a circular dielectric window 52 for introducing microwaves is airtightly attached to the ceiling surface of the chamber 10 facing the susceptor 12 as a top plate.
  • the dielectric window 52 is made of synthetic quartz having a high transmittance with respect to short-wavelength light (especially ultraviolet rays) in a portion 52a through which the optical waveguide 104 for monitoring passes.
  • 52b is made of low-cost fused quartz.
  • a flat slot antenna for example, a circular radial slot antenna 55 is provided on the dielectric window 52.
  • the radial line slot antenna 55 includes a slot plate 54, a dielectric plate (delay plate) 56, and a metal portion on the top surface of the dielectric plate (the bottom surface of the cover plate 72).
  • the slot plate 54 has a large number of slot pairs (54a, 54b) distributed concentrically as slots for radiating microwaves. Further, as will be described in detail later, in the slot plate 54, a mesh-shaped through hole MH is formed in a portion 54c through which the monitoring optical waveguide 104 passes.
  • the radial line slot antenna 55 is electromagnetically coupled to the microwave transmission line 58 via a dielectric plate 56 provided on the slot plate 54.
  • the dielectric plate 56 is made of synthetic quartz having a high transmittance with respect to light having a short wavelength (especially ultraviolet rays) through a portion 56a through which the optical waveguide 104 for monitoring passes.
  • the other portion 56b of the dielectric plate 56 is made of a dielectric having a high dielectric constant suitable for compressing (shortening) the wavelength of the microwave, such as quartz, aluminum oxide, and aluminum nitride.
  • it is made of low-cost fused silica.
  • the microwave transmission line 58 is a line for transmitting, for example, a 2.45 GHz microwave output from the microwave generator 60 at a predetermined power to the radial line slot antenna 55.
  • the waveguide 62 and the waveguide ⁇ A coaxial tube converter 64 and a coaxial tube 66 are provided.
  • the waveguide 62 is, for example, a rectangular waveguide, and transmits the microwave from the microwave generator 60 toward the chamber 10 to the waveguide-coaxial tube converter 64 using the TE mode as a transmission mode.
  • the waveguide-coaxial tube converter 64 couples the end portion of the rectangular waveguide 62 and the start end portion of the coaxial tube 66 to convert the transmission mode of the rectangular waveguide 62 into the transmission mode of the coaxial tube 66.
  • the coaxial tube 66 extends vertically downward from the waveguide-coaxial tube converter 64 to the center of the upper surface of the chamber 10, and the end or lower end of the coaxial line is connected to the center of the slot plate 54 via the dielectric plate 56.
  • the coaxial tube 66 is formed of a cylindrical body, and the microwave propagates in the space between the inner conductor 68 and the outer conductor 70 in the TEM mode.
  • the microwave output from the microwave generator 60 propagates through the waveguide 62, the waveguide-coaxial tube converter 64, and the coaxial tube 66 of the microwave transmission line 58 as described above, and the radial line slot antenna. Power is supplied to 55 dielectric plates 56.
  • the microwave spread in the radial direction while shortening the wavelength in the dielectric plate 56 is a circularly polarized plane wave including two orthogonal polarization components from each slot pair 54a, 54b of the radial line slot antenna 55. Is emitted toward the chamber 10.
  • the microwaves radiated into the chamber 10 ionize the nearby gas and generate a plasma with a high density and a low electron temperature.
  • the microwave electric field (surface wave electric field) propagates in the radial direction along the surface of the dielectric window 52 and the plasma.
  • a cover plate 72 that also serves as an antenna rear plate is provided so as to cover the upper surface of the chamber 10.
  • the cover plate 72 is made of aluminum, for example, and has a function of absorbing (dissipating) heat of dielectric loss generated in the dielectric window 52 and the dielectric plate 56 and heat generated according to the process and adjusting the heat to an arbitrary temperature. is doing.
  • a coolant having a predetermined temperature for example, cooling water cw, is circulated and supplied from a chiller unit (not shown) to the flow path 74 formed inside the cover plate 72 via pipes 76 and 78.
  • the processing gas supply unit 80 includes a processing gas supply source 82 disposed outside the chamber 10, and a manifold or buffer chamber 84 formed in an annular shape in the side wall of the chamber 10 at a position somewhat lower than the dielectric window 52. And a plurality of side wall gas discharge holes 86 provided at equal intervals in the circumferential direction and facing the plasma generation space from the buffer chamber 82, and a gas supply pipe 88 extending from the processing gas supply source 82 to the buffer chamber 84.
  • An MFC (mass flow controller) 90 and an on-off valve 92 are provided in the middle of the gas supply pipe 86.
  • the processing gas sent from the processing gas supply source 82 at a predetermined flow rate is introduced into the buffer chamber 84 in the side wall of the chamber 10 through the gas supply pipe 88, and then into the buffer chamber 84. After the pressure in the circulation direction is made uniform, the gas is discharged from the side wall gas discharge port 86 substantially horizontally toward the center of the chamber 10 and diffuses into the plasma generation space.
  • the control unit 94 includes a microcomputer. Each unit in the plasma etching apparatus, for example, the exhaust device 26, the high-frequency power source 30, the switch 42 for the electrostatic chuck 36, the microwave generator 60, the processing gas supply unit 80, Controls individual operations of the heat transfer gas supply unit (not shown), the optical monitor device 100 described later, and the operation of the entire device.
  • a processing gas that is, an etching gas (generally a mixed gas) is introduced into the chamber 10 from the processing gas supply unit 80 at a predetermined flow rate.
  • the heat transfer gas He gas
  • the switch 42 is turned on to transfer the heat by the electrostatic adsorption force of the electrostatic chuck 36. Hot gas is confined to the contact interface.
  • the microwave generator 60 is turned on, and the microwave output from the microwave generator 60 with a predetermined power is propagated through the microwave transmission line 58 and fed to the radial line slot antenna 55, and the radial line slot is supplied. A microwave is radiated from the antenna 55 into the chamber 10. Further, the high frequency power supply 30 is turned on to output a high frequency for RF bias at a predetermined power, and this high frequency is applied to the susceptor 12 via the matching unit 32 and the power feed rod 34.
  • the etching gas introduced into the chamber 10 from the side wall gas discharge port 86 of the processing gas supply unit 80 diffuses under the dielectric window 52, and gas particles are ionized by a microwave electric field to generate surface-excited plasma.
  • the microwave becomes a surface wave that propagates in the radial direction along the lower surface of the dielectric window 52 (the surface facing the plasma) and the plasma.
  • the plasma generated under the dielectric window 52 diffuses downward, and isotropic etching using radicals in the plasma and vertical using ion irradiation with respect to the film to be processed on the main surface of the semiconductor wafer W. Etching is performed.
  • This microwave plasma etching apparatus is an optical monitoring apparatus for optically monitoring in-situ or in real time the state of an etching process performed in the chamber 10, for example, the film thickness of a film to be processed that decreases with time. 100.
  • the optical monitor device 100 is provided at a position radially inward of the edge of the semiconductor wafer W placed on the susceptor 12 and at a position radially outward of the coaxial tube 66.
  • the optical monitor device 100 includes a monitor head 102 disposed on a cover plate 72, a monitoring optical waveguide 104, and a monitor main body 108 optically coupled to the monitor head 102 via an optical fiber 106. is doing.
  • the monitoring optical waveguide 104 is provided by vertically cutting the cover plate 72, the dielectric plate 56, the slot plate 54 and the dielectric window 52 vertically downward from the monitor head 102.
  • FIG. 2 shows the configuration of the monitor head 102 and the optical waveguide 104.
  • the monitor head 102 has a sealable cap-shaped housing 110 made of a conductor, for example, aluminum, and a light reflector 112 and an optical lens 114 are provided in the housing 110 as optical components for monitoring, for example.
  • the light reflector 112 is made of aluminum, for example, and has an inclined surface of about 45 ° obliquely downward facing the end surface of the optical fiber 106 that terminates in the housing 110 as shown.
  • the monitor light LB emitted horizontally from the optical fiber 106 is reflected vertically downward by the front light reflector 112 and enters the semiconductor wafer W directly below through the optical waveguide 104.
  • the reflected light HB emitted vertically upward from the semiconductor wafer W irradiated with the monitor light LB hits the light reflecting plate 112 through the optical waveguide 104, is reflected in the horizontal direction from the light reflector 112, and is reflected on the optical fiber 106. Incident.
  • the optical lens 114 radiates the monitor light LB emitted from the optical fiber 106 toward the light reflector 112 at a certain spread angle, condenses the reflected light HB from the light reflector 112, and concentrates it on the optical fiber 106. It comes to capture.
  • the optical lens 114 may be integrally attached to the tip of the optical fiber 106 as shown, or may be separated from the optical fiber 106 and disposed at a predetermined position.
  • the optical fiber 106 is made of, for example, a two-core FO (Fan-out) cable, and an inner forward cable 106a that transmits the monitor light LB and an outer return cable 106b that transmits the reflected light HB are bundled together.
  • the monitor light LB is emitted from the end face of the inner outward cable 106a, and the reflected light HB is incident on the end face of the outer return cable 106b.
  • the optical fiber 106 is connected to the monitor head 102 by being housed in a sleeve 116 made of, for example, aluminum, which is airtightly attached to the housing 110.
  • the inside of the monitor head 102 is electromagnetically shielded from the outside by the housing 110 and the optical fiber sleeve 116 made of a conductor as described above. Therefore, even if the microwave enters the monitor head 102 from the dielectric plate 56 or the radial line slot antenna 55 through the optical waveguide 104, it does not leak out of the monitor head 102.
  • the indoor space of the monitor head 102 is shielded from the atmospheric space and is constantly purged by a purge gas such as nitrogen (N 2 ) gas introduced from a purge gas supply port 118 provided on the upper surface of the housing 110.
  • a purge gas such as nitrogen (N 2 ) gas introduced from a purge gas supply port 118 provided on the upper surface of the housing 110.
  • the purge gas supply port 118 is connected to a purge gas supply source 122 via a gas supply pipe 120.
  • a thick base plate 124 made of a conductor, for example, aluminum is airtightly provided at the bottom of the monitor head 102 in order to fully purse the monitor head 102.
  • a through hole 124 a continuous with the through hole 72 a of the cover plate 72 is formed at a position where the optical waveguide 104 passes, and an exhaust flow path 124 b continuous with the exhaust flow path 72 b of the cover plate 72 is formed.
  • An outlet of the exhaust passage 124b is connected to an exhaust unit 128 made of, for example, an exhaust fan via an exhaust pipe 126.
  • the through-hole 72a which comprises the optical waveguide 104, and the exhaust flow path 72b are connected via the communicating path 72c provided in the lower end.
  • the purge gas (N 2 gas) supplied from the purge gas supply port 118 into the housing 110 is filled in the housing 110, and then the through hole 124a of the base plate 124 ⁇ the through hole 72a of the cover plate 72 ⁇ the communication path 72c ⁇ exhaust. It flows through the sealed space of the flow path 72b ⁇ the exhaust flow path 124b of the base plate 124 and is discharged to the outside exhaust section 128.
  • the optical monitor device 100 in this embodiment is not a single-wavelength coherent laser beam as the monitor light LB for monitoring the film thickness of the film to be processed of the semiconductor wafer W, but a wide range of, for example, 185 nm to 785 nm.
  • the short wavelength (especially 200 nm or less) contained in the monitor light LB is easily absorbed by oxygen, it is significantly attenuated when exposed to the atmosphere.
  • the space in the monitor head 102 and the space in the optical waveguide 104 for monitoring are constantly purged by the purge gas (N 2 gas).
  • the monitor light LB and the reflected light HB before being taken into the optical fiber 106 are not exposed to the atmosphere and are difficult to attenuate.
  • the optical monitoring device 100 improves the monitoring accuracy.
  • a mesh-like portion is provided in a portion or region 54c through which the optical waveguide 104 for monitoring passes in the slot plate 54.
  • the configuration that forms the through holes MH is also very important.
  • the holes MH having a fixed shape and a fixed size are distributed at a fixed density.
  • the opening shape of the through hole MH is preferably a polygonal shape rather than a circular shape, and a regular hexagon, that is, a honeycomb structure is most preferable.
  • the aperture ratio decreases to 60.3%.
  • the opening size of the through hole MH is 1/10 or less of the wavelength in the dielectric window, the leakage of the microwave is remarkably reduced.
  • the wavelength of the microwave (2.45 GHz) in the quartz is 61 mm, and therefore the opening size of the through hole MH is preferably 6 mm or less.
  • the opening size of the slot pair 54a and 54b for radiating microwaves is, for example, 36 mm for the long side and 6 mm for the short side.
  • the optical waveguide passage region (mesh) 54 c is separated and independent from the coaxial tube 66 of the microwave transmission line 58. For this reason, the aperture of the optical waveguide passage region (mesh) 54c can be selected to an arbitrary size within a range that does not affect the uniformity of the electromagnetic wave radiation characteristics of the radial line slot antenna 55. You may choose about 20 mm.
  • the monitor light LB incident on the light shielding part TD is reflected obliquely rather than vertically upward, and therefore returns from the light shielding part TD to the monitor head 102. It is possible to reduce stray light that causes a decrease in the SN ratio. This also greatly contributes to increasing the monitoring accuracy of the optical monitor device 100.
  • FIG. 4 shows a preferred method for creating the mesh-shaped through hole MH as described above in the slot plate 54 in this embodiment.
  • the material of the slot plate 54 is preferably a conductor such as copper or iron-nickel alloy whose surface is gold-plated to ensure good electrical conductivity.
  • the iron-nickel alloy has a low linear expansion coefficient, the displacement of the slot plate can be suppressed.
  • a mesh-shaped through hole MH is formed by punching, for example.
  • the lattice portion of the optical waveguide passage region 54c is still a flat surface.
  • an etching solution as shown in FIG. 4 (c)
  • it is cut off round from the corner of the edge of each through hole MH, and further the upper surface of the lattice portion. The whole is rounded and becomes convex.
  • the etching solution for example, a chemical solution containing an oxidizing agent, an inorganic salt and chlorine ions may be used.
  • the surface of the grating portion or the light shielding portion may be rounded to a convex surface, but there is no particular inconvenience even if it is not (even if it is a flat surface).
  • the mesh-shaped through-hole MH is formed in the conductor slot plate 54 so as to pass through the optical waveguide 104 for monitoring.
  • the portion of the through hole MH is smoothly propagated in the radial direction (without leaking out) in the same manner as the other slot plate portions excluding the slot pairs 54a and 54b.
  • monitoring suitable for propagating non-coherent wide-range (multi-wavelength) monitoring light without affecting the uniformity of the electromagnetic radiation characteristics (and hence the uniformity of plasma density) of the radial line slot antenna 55.
  • An optical waveguide 104 can be constructed. The degree of freedom in setting the position of the optical waveguide passage region (mesh) 54c on the slot plate 54 is large.
  • the optical waveguide passage region (mesh) 54c is guided to an arbitrary position outside the coaxial tube 66 in the radial direction and not interfering with the slot pairs 54a and 54b.
  • a waveguide passage region (mesh) 54c can be provided.
  • the optical monitor device 100 transmits the short wavelength light (especially ultraviolet rays) through the portions 52a and 56a through which the monitoring optical waveguide 104 passes in the dielectric window 52 and the dielectric plate 56. Since it is made of synthetic quartz having a high rate, for example, the accuracy of film thickness monitoring using non-coherent monitor light LB and reflected light HB including a wide range of multiple wavelengths of 185 nm to 785 nm is further improved.
  • FIG. 5 shows the wavelength dependence of the light transmittance of synthetic quartz and fused silica.
  • the light transmittance of fused silica is 90% or more in the wavelength region of 270 nm or more, but decreases when the wavelength is shorter than 270 nm, and particularly significantly (lower than 50%) when the wavelength is shorter than 200 nm.
  • the light transmittance of synthetic quartz is within the range of 85% to 92% over the entire wavelength region (185 nm to 785 nm) of the monitor light LB and the reflected light HB, and the homogeneity is high. stable.
  • the difficulty with synthetic quartz is its high price.
  • synthetic quartz is locally used only in the portions 52a and 56a through which the monitoring optical waveguide 104 passes.
  • the dielectric window 52 having a large thickness (volume) does not increase in cost because the remaining most part 52b excluding the region 52a of the optical waveguide 104 is made of inexpensive fused silica. The same applies to the dielectric plate 56.
  • the boundary between the fused silica portion 52b and the synthetic quartz portion 52a may be vacuum-sealed by welding, for example. Since the dielectric plate 56 does not need to be vacuum-sealed, synthetic quartz having a diameter of the optical waveguide 104 in a circular hole formed in the fused silica plate 56b for passing the optical waveguide 104 for monitoring. The small disk 56a may be simply fitted.
  • FIG. 6 shows a configuration example in the monitor main body 108.
  • the optical monitor device 100 in this embodiment includes a light source 130, a light receiving unit 132, and a monitor circuit 134 in the monitor main body 108 in order to monitor the film thickness of the film to be processed on the surface of the semiconductor wafer W in-situ. .
  • the light source 130 has, for example, a halogen lamp or a xenon lamp, and generates monitor light LB having multiple wavelengths in the region of at least 185 nm to 785 nm.
  • the light source 130 is optically coupled to the forward cable 106a of the optical fiber 106 via an optical lens (not shown), and is turned on (turned on) / off (turned off) in accordance with a control signal RSa from the control unit 94.
  • the light receiving unit 132 has a photoelectric conversion element such as a photodiode, for example, and reflects the reflected light HB from the surface of the semiconductor wafer W sent through the return cable 106b of the optical fiber 106 in a number of spectra in the 185 nm to 785 nm region.
  • a photoelectric conversion element such as a photodiode, for example, and reflects the reflected light HB from the surface of the semiconductor wafer W sent through the return cable 106b of the optical fiber 106 in a number of spectra in the 185 nm to 785 nm region.
  • the monitor circuit 134 includes a reference setting unit 136, a comparison determination unit 138, and a monitor output unit 140.
  • the reference setting unit 136 supplies the monitoring reference value or reference data R HB included in the various setting values RSb supplied from the control unit 94 to the comparison determination unit 138.
  • the reference data R HB gives a set value or a reference value for a predetermined attribute of the spectrum reflectance signal S HB obtained from the light receiving unit 132.
  • the comparison determination unit 138 compares (collates) the spectral reflectance signal S HB received from the light receiving unit 132 with the reference data R HB, and a value or characteristic of a predetermined attribute matches or approximates between the two S HB and R HB. Then, monitor information or a monitor result indicating that the film thickness of the film to be processed on the surface of the semiconductor wafer W has reached the set value (or pre-read and reaches the set value after a predetermined time) is output. Then, a monitor signal MS to that effect is output from the monitor output unit 140, and the control unit 94 (FIG. 1) stops or switches the etching process in response to the monitor signal MS.
  • etching process that can suitably apply the film thickness monitoring function of the optical monitoring apparatus 100 in this embodiment, for example, in the manufacturing process of a MOS transistor, a sidewall is formed for an LDD (Lightly Doped Drain) structure or an ultra-shallow junction structure. There is an etch back process for this purpose.
  • LDD Lightly Doped Drain
  • ultra-shallow junction structure There is an etch back process for this purpose.
  • FIG. 7 shows the procedure of the etch-back process in this embodiment.
  • an SiO 2 film 142 is formed on the surface of the semiconductor wafer W by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method.
  • the thin film 144 under the gate electrode 146 is a gate insulating film, for example, a thermal oxide film (SiO 2 film) having a thickness of about 5 nm. Impurity ions are implanted into the substrate surface on both sides of the gate electrode 146.
  • the film thickness of the remaining film of the SiO 2 film 142 except the side wall portions on the gate electrode 146 and on both sides thereof is set.
  • a second etching step for etching the entire surface is set.
  • etching with weak anisotropy is performed by the following recipe, for example.
  • Etching gas: Ar / CH 2 F 2 360/20 sccm Pressure in chamber: 100mTorr Microwave power: 2000W High frequency power for bias: 75W
  • the film thickness setting value TH s is preferably selected to be a small dimension just before the substrate is exposed, for example, 1 nm.
  • the optical monitor monitors the timing at which the thickness of the SiO 2 film 142 reaches the set value TH s in the first etching process. It is detected or estimated by the film thickness monitoring function of the apparatus 100, and at this timing, the first etching process is stopped and then the second etching process is started.
  • the optical monitor device 100 turns on the light source 130 during the first etching process, and sends the monitor light LB to the semiconductor wafer on the susceptor 12 via the monitor head 102 and the optical waveguide 104. Irradiate the surface of W. Then, the reflected light HB from the surface of the semiconductor wafer W taken in via the optical waveguide 104 and the monitor head 102 is photoelectrically converted using the light receiving unit 132, and further subjected to signal processing of the monitor circuit 134, whereby the surface of the semiconductor wafer W is It is possible to monitor in real time how the thickness of the SiO 2 film 142 decreases with time in the etching process.
  • the SiO 2 film on the surface of the semiconductor wafer W is irradiated with the monitor light LB in the region of 185 nm to 785 nm, and the wavelength dependence characteristic of the spectral reflectance of the reflected light HB obtained thereby is the SiO 2 film.
  • the characteristic which changes according to the film thickness of is shown.
  • the film thickness of the SiO 2 film 142 is based on the reflectance characteristics in a limited wavelength region near 200 nm or based on the reflectance characteristics profile (waveform) in a wide range of wavelengths (185 nm to 785 nm). Can be detected or estimated at a timing when becomes a set value TH s (1 nm).
  • the wavelength dependence characteristic of the reflectance in this embodiment shows that the SiO 2 film 142 is completely removed except for the side wall of the gate electrode 146, that is, the substrate (base) is exposed (FIG. 7).
  • the reflectance obtained in the state equivalent to (c)) is set to a normalization reference value (1.00). In this way, by setting the reflectance obtained at the base when the thin film to be etched is completely removed as a reference value, even a very thin film thickness of about 1 nm can be monitored with high accuracy.
  • the timing at which the second etching process is stopped may use, for example, a timer function, or a known technique (light emission) that detects plasma light by spectroscopy. Monitor).
  • the optical waveguide 104 of the optical monitor device 100 can be used as a window for light emission monitoring.
  • the optical monitoring device 100 in this embodiment can be used for various forms of film thickness monitoring or other optical monitoring.
  • the inner conductor 68 of the coaxial tube 66 constituting the microwave transmission line 58 is formed as a hollow tube, and this hollow tube 68 is used as the central gas supply path of the processing gas supply unit 80. It is also possible.
  • a gas discharge port 150 penetrating the center of the radial line slot antenna 55 is provided so as to be continuous with the hollow tube 68.
  • the center of the radial line slot antenna 55 is the center of the radial waveguide. Even if the gas discharge through-hole 150 is formed at this location, the uniformity of the electromagnetic wave radiation characteristics of the radial line slot antenna 55 may be affected. In addition, there is no conflict or conflict with the optical monitor device 100.
  • part of the processing gas delivered from the processing gas supply source 82 passes through the gas supply pipe 88 as described above from the gas discharge hole 86 on the side wall of the chamber 10 to the chamber 10. Introduced in. Further, another part of the processing gas delivered from the processing gas supply source 82 is introduced into the chamber 10 through the gas supply pipe 152 and the inner conductor 68 of the coaxial pipe 66 through the gas discharge hole 150 at the center of the ceiling.
  • the An MFC (mass flow controller) 154 and an opening / closing valve 156 are provided in the middle of the gas supply pipe 152.
  • the monitoring optical waveguide 104 provided around the radial line slot antenna 55 is divided into an optical waveguide 104L for the forward path (only for the monitor light LB) and an optical waveguide 104R for the return path (only for the reflected light HB).
  • a configuration of division is also possible.
  • Synthetic quartz 52a, mesh-shaped through-hole MH, synthetic quartz 56a, and through-hole 72a are individually provided at a position or part through which waveguide 104R passes.
  • the optical system (112L, 114L) and the housing 110L are individually addressed to the optical waveguide 104L for the outward path (only for the monitor light LB), and the optical waveguide for the return path (only for the reflected light HB).
  • the optical system (112R, 114R) and the housing 110R are individually addressed to 104R.
  • the forward cable 106a is attached to the forward housing 110L via the conductor sleeve 116L, and the return cable 106b is coupled to the backward housing 110R via the conductor sleeve 116R.
  • purge gas is supplied to the housings 110L and 110R from a common purge gas supply source 122 through separate gas supply pipes 120L and 120R and gas inlets 118L and 118R.
  • optical waveguide 104L for the forward path (exclusively for the monitor light LB) and the optical waveguide 104R for the backward path (exclusively for the reflected light HB) may be formed in a V-shape that is slightly inclined with respect to the vertical line.
  • the housings 110L and 110R may be separated from each other.
  • the monitor head 102 and the monitor main body 108 it is possible to omit the optical fiber 106 and use another optical transmission system such as a mirror.
  • the configuration of the microwave discharge mechanism in the microwave plasma processing apparatus of the above embodiment, in particular, the microwave transmission line 58 and the radial line slot antenna 55 are examples, and other types or forms of microwave transmission lines and slot antennas can also be used. It is.
  • synthetic quartz having a high light transmittance with respect to a short wavelength is used for the portion 52a through which the monitoring optical waveguide 104 passes in the dielectric window 52.
  • fused silica or another transparent dielectric may be used for the optical waveguide passage portion 52a.
  • a non-transparent dielectric such as alumina may be used in the dielectric window 52 except for the optical waveguide passage portion 52a.
  • the microwave plasma etching apparatus in the above embodiment generates microwave plasma without a magnetic field, there is no need to provide a magnetic field forming mechanism such as a permanent magnet or an electronic coil around the chamber 10, and its simple apparatus configuration and It has become.
  • the present invention can also be applied to a plasma processing apparatus that uses electron cyclotron resonance (ECR).
  • ECR electron cyclotron resonance
  • the present invention is not limited to the microwave plasma etching apparatus in the above embodiment, but can be applied to other microwave plasma processing apparatuses such as plasma CVD, plasma ALD, plasma oxidation, plasma nitridation, plasma doping, and sputtering. It is. Further, the substrate to be processed in the present invention is not limited to a semiconductor wafer, and various substrates for flat panel displays, photomasks, CD substrates, printed substrates, and the like are also possible.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

【課題】平板スロットアンテナの電磁波放射特性の均一性に影響を与えずに波長領域の広い非コヒーレントなモニタ光を用いて処理容器内の被処理基板の表面に対する光学的なモニタリングを高精度に行う。 【解決手段】このマイクロ波プラズマエッチング装置における光学モニタ装置１００は、サセプタ１２上に載置される半導体ウエハＷのエッジよりも半径方向内側にあって、かつ同軸管６６よりも半径方向外側の位置で、冷却ジャケット板７２の上に配置されるモニタヘッド１０２と、このモニタヘッド１０２から鉛直下方にカバープレート７２、誘電体板５６、スロット板５４および誘電体窓５２を縦断して設けられるモニタリング用の光導波路１０４と、光ファイバ１０６を介してモニタヘッド１０２と光学的に結合されるモニタ本体１０８とを有している。

Description

プラズマ処理装置及び光学モニタ装置
　本発明は、マイクロ波放電によって生成されるプラズマを用いて被処理基板に所望の処理を施すプラズマ処理装置に関する。
　半導体デバイスやＦＰＤ（Flat Panel Display）の製造プロセスにおけるエッチング、堆積、酸化、スパッタリング等の処理では、処理ガスに比較的低温で良好な反応を行わせるためにプラズマがよく利用されている。従来より、この種のプラズマ処理には、ＭＨｚ領域の高周波放電を用いて生成されるプラズマか、もしくはＧＨｚ領域のマイクロ波放電を用いて生成されるプラズマが広く用いられている。
　マイクロ波放電を用いて生成されるプラズマは、低圧下にて電子温度の低い高密度のプラズマを生成できるという利点があり、特にスロットアンテナと平板状のマイクロ波導入窓構造を採ることによって、大口径プラズマを効率的に生成できる。また、磁場を必要としないためプラズマ処理装置の簡略化をはかれるという長所を有している。
　スロットアンテナの中でも、特にラジアルラインスロットアンテナは、同心円状に配列した多数のスロットを備えたスロット板からマイクロ波を均質かつ広範囲に放射することによって、プラズマ密度の均一性ないし制御性に優れた大口径のプラズマを生成することができる。
　ところで、マイクロ波プラズマ処理装置においても、処理容器内にて行われているプロセスをin-situのモニタリングを通じてリアルタイムに制御することがある。上記のようなスロットアンテナを備えるマイクロ波プラズマ処理装置に光学モニタ装置を搭載する場合は、モニタリング用の光導波路がスロットアンテナの電磁波放射特性の均一性ひいてはプラズマ密度の均一性に影響を与えないような装置構成とする必要がある。
　この点に関して、特許文献１に開示されるマイクロ波プラズマ処理装置に搭載される光学モニタ装置は、マイクロ波発生器から発生されるマイクロ波を処理容器に向けて伝送するマイクロ波伝送線路の最終区間がスロットアンテナの中心で鉛直方向に真上から終端する同軸線路であることを利用する。同軸線路の内部導体は、中空管にて構成される。該中空管の中に光を通すことによって、処理容器内で行われるプロセスをin-situで光学的にモニタするようになっている。
　この光学モニタ装置は、同軸線路の中空管（内部導体）と連続するように、スロットアンテナの中心を貫通する光導波路用の孔を設ける。一般に、平板スロットアンテナの中心はラジアル導波路の中心であり、この場所に光導波路用の貫通孔を形成しても、スロットアンテナの電磁波放射特性の均一性に影響を与えることがなく、したがってプラズマ密度の均一性または制御性に支障を来すことはない。
特開２００８－２５１６６０
　上記特許文献１に開示される従来の光学モニタ装置は、マイクロ波伝送線路（同軸線路）の中にモニリタリング用の光導波路を設けることに難点がある。すなわち、電磁波の伝搬モードや特性インピーダンスの面から同軸線路の内部導体としての中空管の口径には限度があり、たとえば膜厚のモニタリングにおいて、レーザ光をモニタ光に用いる場合はともかく、ランプ光のような波長領域の広い非コヒーレントな光をモニタ光に用いる場合は、口径つまり光量の十分大きな光導波路を得ることができない。
　また、上記従来の光学モニタ装置は、マイクロ波伝送線路（同軸線路）の中空管（内部導体）を処理ガスの供給路に利用することができないという制約もある。
　本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するものであり、平板スロットアンテナの電磁波放射特性の均一性に影響を与えずに波長領域の広いモニタ光（特に非コヒーレントなモニタ光）を用いて処理容器内の被処理基板の表面に対する光学的なモニタリングを高精度に行えるようにした光学モニタ装置およびプラズマ処理装置を提供する。
　本発明のプラズマ処理装置は、天板の少なくとも一部が誘電体の窓からなる真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理容器内にマイクロ波を放射するための１つまたは複数のスロットを有し、前記誘電体窓の上に設けられる導体のスロット板と、マイクロ波放電による前記処理ガスのプラズマを生成するために、前記スロット板および前記誘電体窓を介して前記処理容器内にマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、前記スロット板に形成されたメッシュ状の透孔と前記誘電体窓とを介して前記処理容器内の前記基板の表面を光学的に監視または計測する光学モニタ部とを有する。
　本発明の光学モニタ装置は、天板の少なくとも一部が誘電体の窓からなる真空排気可能な処理容器内に被処理基板を収容し、前記処理容器内に処理ガスを供給するとともに、前記誘電体窓の上に設けられた１つまたは複数のスロットを有する導体のスロット板と前記誘電体窓とを介してマイクロ波を前記処理容器内に供給して、マイクロ波放電による前記処理ガスのプラズマを生成し、前記プラズマの下で前記基板に所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、前記基板の表面を光学的に監視または測定するための光学モニタ装置であって、モニタ光を発生する光源と、前記モニタ光に対する前記基板からの反射光を電気信号に変換するための受光部と、前記受光部からの電気信号を所定の信号処理にかけてモニタ情報またはモニタ結果を出力するモニタ回路と、前記モニタ光と前記基板の表面からの反射光とを通すために前記スロット板に形成されたメッシュ状の透孔と、前記モニタ光を前記スロット板のメッシュ状透孔および前記誘電体窓を介して前記基板保持部上の前記基板の表面に照射し、前記基板の表面からの反射光を前記誘電体窓および前記スロット板のメッシュ状透孔を介して取り込むモニタヘッドと、前記光源から前記モニタヘッドまで前記モニタ光を伝送するためのモニタ光伝送部と、前記モニタヘッドから前記受光部まで前記反射光を伝送するための反射光伝送部とを有する。
　上記構成のマイクロ波プラズマ処理装置においては、マイクロ波供給部より供給されるマイクロ波がスロット板のスロットより誘電体窓を介して処理容器内に放射され、そのマイクロ波電界によって処理ガスが電離して、プラズマが生成される。誘電体窓付近で生成されたプラズマは処理容器内で下方に拡散し、このプラズマの下で基板保持部上の基板表面に微細加工または薄膜堆積等の所望の処理が行われる。
　上記光学モニタ部または光学モニタ装置は、導体スロット板および誘電体窓を通過するモニタリング用の光導波路を介して、そのようなプラズマ処理を受ける被処理基板の表面をin-situで光学的に監視または計測する。ここで、スロット板においては、メッシュ状の透孔がモニタリング用の光導波路を与える一方で、マイクロ波供給部より供給されたマイクロ波がメッシュ状透孔の部位をスロット以外の他の部位と同様に漏れなくスムースに伝搬する。これにより、スロットアンテナの電磁波放射特性の均一性（ひいてはプラズマ密度の均一性）に影響を与えずに、波長領域の広いモニタ光（特に非コヒーレントなモニタ光）を伝搬させるのに適したモニタリング用の光導波路を構築し、被処理基板の表面に対する所望の光学的なモニタリングを高い精度で安定確実に行うことができる。
　本発明の光学モニタ装置またはプラズマ処理装置によれば、上記のような構成および作用により、平板スロットアンテナの電磁波放射特性の均一性に影響を与えずに波長領域の広いモニタ光（特に非コヒーレントなモニタ光）を用いて処理容器内の被処理基板の表面に対する光学的なモニタリングを高精度に行うことができる。
本発明の一実施形態におけるマイクロ波プラズマ処理装置の構成を示す図である。 図１のプラズマ処理装置に搭載される一実施形態における光学モニタ装置のモニタヘッドおよび光導波路の構成を示す縦断面図である。 実施形態の光学モニタ装置において光導波路を構成するためにスロット板に形成されるメッシュ状透孔の構成を示す平面図である。 上記スロット板のメッシュ状透孔が分布する領域における遮光部の縦断面構造を示す断面図である。 上記スロット板にメッシュ状透孔を作る方法の手順を示す図である。 合成石英および溶融石英の光透過率の波長依存性を示す図である。 上記光学モニタ装置のモニタ本体内の構成を示すブロック図である。 図１のプラズマ処理装置を用いてＬＤＤ構造の側壁を形成するために行われるエッチバック工程の手順を示す断面図である。 ＬＤＤ構造の側壁形成における不良なエッチバック結果の一例（リセス）を示す図である。 ＬＤＤ構造の側壁形成における不良なエッチバック結果の一例（フッティング）を示す図である。 ＳiＯ2膜における反射率の波長依存特性を示す図である。 図１のプラズマ処理装置の一変形例を示す図である。 実施形態の光学モニタ装置におけるモニタヘッドおよび光導波路の一変形例を示す断面図である。
　以下、添付図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
　図１に、本発明の一実施形態におけるマイクロ波プラズマ処理装置の構成を示す。このマイクロ波プラズマ処理装置は、平板スロットアンテナを用いる平板状表面波励起型のマイクロ波プラズマエッチング装置として構成されており、たとえばアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属製の円筒型真空チャンバ（処理容器）１０を有している。チャンバ１０は保安接地されている。
　先ず、このマイクロ波プラズマエッチング装置においてプラズマ生成に関係しない各部の構成を説明する。
　チャンバ１０内の下部中央には、被処理基板としてたとえば半導体ウエハＷを載置する円板状のサセプタ１２が、高周波電極を兼ねる基板保持台として水平に配置されている。このサセプタ１２は、たとえばアルミニウムからなり、チャンバ１０の底から垂直上方に延びる絶縁性の筒状支持部１４に支持されている。
　筒状支持部１４の外周には、チャンバ１０の底から垂直上方に延びる導電性の筒状支持部１６とチャンバ１０の内壁との間に環状の排気路１８が形成されている。この排気路１８の上部または入口には、環状のバッフル板２０が取り付けられるとともに、底部に１つまたは複数の排気ポート２２が設けられている。各排気ポート２２には排気管２４を介して排気装置２６が接続されている。排気装置２６は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、チャンバ１０内のプラズマ処理空間を所望の真空度まで減圧することができる。チャンバ１０の側壁の外には、半導体ウエハＷの搬入出口２７を開閉するゲートバルブ２８が取り付けられている。
　サセプタ１２には、ＲＦバイアス用の高周波電源３０がマッチングユニット３２および給電棒３４を介して電気的に接続されている。この高周波電源３０は、半導体ウエハＷに引き込むイオンのエネルギーを制御するのに適した一定の周波数たとえば１３．５６ＭＨｚの高周波を所定のパワーで出力する。マッチングユニット３２は、高周波電源３０側のインピーダンスと負荷（主に電極、プラズマ、チャンバ）側のインピーダンスとの間で整合をとるための整合器を収容しており、この整合器の中には、自己バイアス生成用のブロッキングコンデンサが含まれている。
　サセプタ１２の上面には、半導体ウエハＷを静電吸着力を用いて保持するための静電チャック３６が設けられ、静電チャック３６の半径方向外側に半導体ウエハＷの周囲を環状に囲むフォーカスリング３８が設けられる。静電チャック３６は導電膜からなる電極３６ａを一対の絶縁膜３６ｂ，３６ｃの間に挟み込んだものであり、電極３６ａには高圧の直流電源４０がスイッチ４２および被覆線４３を介して電気的に接続されている。半導体ウエハＷは、直流電源４０から印加される直流電圧による静電気力にて静電チャック３６上に吸着保持される。
　サセプタ１２の内部には、たとえば円周方向に延びる環状の冷媒室４４が設けられている。この冷媒室４４には、チラーユニット（図示せず）から配管４６，４８を介して所定温度の冷媒たとえば冷却水ｃｗが循環供給される。冷媒の温度によって静電チャック３６上の半導体ウエハＷの処理温度を制御できる。さらに、伝熱ガス供給部（図示せず）からの伝熱ガスたとえばＨeガスが、ガス供給管５０を介して静電チャック３６の上面と半導体ウエハＷの裏面との間に供給される。また、半導体ウエハＷのローディング／アンローディングのためにサセプタ１２を垂直方向に貫通して上下移動可能なリフトピンおよびその昇降機構（図示せず）等も設けられている。
　次に、このマイクロ波プラズマエッチング装置においてプラズマ生成に関係する各部の構成を説明する。
　チャンバ１０のサセプタ１２と対向する天井面には、マイクロ波導入用の円形の誘電体窓５２が天板として気密に取り付けられる。この誘電体窓５２は、後に詳しく述べるように、モニタリング用の光導波路１０４が通過する部分５２ａを短波長の光（特に紫外線）に対して透過率の高い合成石英にて構成され、他の部分５２ｂをコストの低い溶融石英にて構成されている。
　誘電体窓５２の上には、平板型のスロットアンテナ、たとえば円板形のラジアルラインスロットアンテナ５５が設けられている。このラジアルラインスロットアンテナ５５は、スロット板５４、誘電体板（遅延板）５６および誘電体板上面の金属部（カバープレート７２の下面）によって構成されている。
　スロット板５４は、図３Ａに示すように、マイクロ波を放射するためのスロットとして同心円状に分布する多数のスロットペア（５４ａ，５４ｂ）を有している。さらに、後に詳しく述べるが、スロット板５４において、モニタリング用の光導波路１０４が通過する部分５４ｃにはメッシュ状の透（すかし）孔ＭＨが形成されている。
　このラジアルラインスロットアンテナ５５は、スロット板５４の上に設けられた誘電体板５６を介してマイクロ波伝送線路５８に電磁的に結合されている。誘電体板５６は、モニタリング用の光導波路１０４が通過する部分５６ａを短波長の光（特に紫外線）に対して透過率の高い合成石英にて構成されている。誘電体板５６の他の部分５６ｂは、マイクロ波の波長を圧縮（短縮）するのに適した高誘電率の誘電体たとえば石英、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムにて構成されている。ここでは、誘電体窓５２と同様にコストの低い溶融石英にて構成されている。
　マイクロ波伝送線路５８は、マイクロ波発生器６０から所定のパワーにて出力されるたとえば２．４５ＧＨｚのマイクロ波をラジアルラインスロットアンテナ５５まで伝送する線路であり、導波管６２と導波管－同軸管変換器６４と同軸管６６とを有している。導波管６２は、たとえば方形導波管であり、ＴＥモードを伝送モードとしてマイクロ波発生器６０からのマイクロ波をチャンバ１０に向けて導波管－同軸管変換器６４まで伝送する。
　導波管－同軸管変換器６４は、方形導波管６２の終端部と同軸管６６の始端部とを結合し、方形導波管６２の伝送モードを同軸管６６の伝送モードに変換する。同軸管６６は、導波管－同軸管変換器６４からチャンバ１０の上面中心部まで鉛直下方に延びて、その同軸線路の終端または下端が誘電体板５６を介してスロット板５４の中心部に結合されている。同軸管６６は、円筒体からなり、マイクロ波は内部導体６８と外部導体７０の間の空間をＴＥＭモードで伝播する。
　マイクロ波発生器６０から出力されたマイクロ波は、上記のようなマイクロ波伝送線路５８の導波管６２、導波管－同軸管変換器６４および同軸管６６を伝播して、ラジアルラインスロットアンテナ５５の誘電体板５６に給電される。そして、誘電体板５６内にて波長を短縮しながら半径方向に広げられたマイクロ波はラジアルラインスロットアンテナ５５の各スロットペア５４ａ，５４ｂから２つの直交する偏波成分を含む円偏波の平面波となってチャンバ１０内に向けて放射される。チャンバ１０内に放射されたマイクロ波は、付近のガスが電離させ、高密度かつ電子温度の低いプラズマを生成する。なお、マイクロ波電界（表面波の電界）は、誘電体窓５２の表面とプラズマに沿ってラジアル方向に伝播する。
　誘電体板５６の上には、アンテナ後面板を兼ねるカバープレート７２がチャンバ１０の上面を覆うように設けられている。このカバープレート７２は、たとえばアルミニウムからなり、誘電体窓５２および誘電体板５６にて発生する誘電損失の熱やプロセスに応じ発生する熱を吸収（放熱）し任意の温度に調整する機能を有している。この冷却機能のために、カバープレート７２の内部に形成されている流路７４には、チラーユニット（図示せず）から配管７６，７８を介して所定温度の冷媒たとえば冷却水ｃｗが循環供給される。このカバープレート７２においては、モニタリング用の光導波路１０４が通過する箇所に、板面を垂直に貫通する孔７２ａが形成されている。
　処理ガス供給部８０は、チャンバ１０の外に配置された処理ガス供給源８２と、誘電体窓５２より幾らか低い位置でチャンバ１０の側壁の中に環状に形成されたマニホールドまたはバッファ室８４と、円周方向に等間隔に設けられバッファ室８２からプラズマ生成空間に臨む多数の側壁ガス吐出孔８６と、処理ガス供給源８２からバッファ室８４まで延びるガス供給管８８とを有している。ガス供給管８６の途中にはＭＦＣ（マス・フロー・コントローラ）９０および開閉弁９２が設けられている。
　この処理ガス供給部８０において、処理ガス供給源８２から所定の流量にて送出された処理ガスは、ガス供給管８８を通ってチャンバ１０側壁内のバッファ室８４に導入され、バッファ室８４内にて周回方向の圧力を均一化してから側壁ガス吐出口８６からチャンバ１０の中心に向かって略水平に吐出され、プラズマ生成空間へ拡散するようになっている。
　制御部９４は、マイクロコンピュータを含んでおり、このプラズマエッチング装置内の各部、たとえば排気装置２６、高周波電源３０、静電チャック３６用のスイッチ４２、マイクロ波発生器６０、処理ガス供給部８０、伝熱ガス供給部（図示せず）、後述する光学モニタ装置１００等の個々の動作および装置全体の動作を制御する。
　このマイクロ波プラズマエッチング装置において、エッチングを行なうには、先ずゲートバルブ２８を開状態にして加工対象の半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入して、静電チャック３６の上に載置する。そして、ゲートバルブ２８を閉状態にした後、処理ガス供給部８０から処理ガスつまりエッチングガス（一般に混合ガス）を所定の流量にてチャンバ１０内に導入する。また、伝熱ガス供給部から静電チャック３６と半導体ウエハＷとの接触界面に伝熱ガス（Ｈeガス）を供給するとともに、スイッチ４２をオンにして静電チャック３６の静電吸着力により伝熱ガスを上記接触界面に閉じ込める。そして、マイクロ波発生器６０をオンにし、マイクロ波発生器６０から所定パワーにて出力されるマイクロ波をマイクロ波伝送線路５８を介して伝搬させてラジアルラインスロットアンテナ５５に給電し、ラジアルラインスロットアンテナ５５からチャンバ１０内にマイクロ波を放射させる。さらに、高周波電源３０をオンにして所定のパワーにてＲＦバイアス用の高周波を出力させ、この高周波をマッチングユニット３２および給電棒３４を介してサセプタ１２に印加する。
　処理ガス供給部８０の側壁ガス吐出口８６からチャンバ１０内に導入されたエッチングガスは誘電体窓５２の下へ拡散し、マイクロ波の電界によってガス粒子が電離し、表面励起のプラズマが生成される。プラズマが生成されると、マイクロ波は、誘電体窓５２の下面（プラズマと対向する面）とプラズマに沿ってラジアル方向に伝播する表面波となる。こうして、誘電体窓５２の下で生成されたプラズマは下方に拡散し、半導体ウエハＷの主面の被加工膜に対してプラズマ中のラジカルを用いた等方性エッチングおよびイオン照射を用いた垂直エッチングが行われる。
　このマイクロ波プラズマエッチング装置は、チャンバ１０内にて行われるエッチングプロセスの状況、たとえば時間の経過とともに減少する被加工膜の膜厚をin-situまたはリアルタイムで光学的にモニタリングするための光学モニタ装置１００を備えている。
　この光学モニタ装置１００は、サセプタ１２上に載置される半導体ウエハＷのエッジよりも半径方向内側にあって、かつ同軸管６６よりも半径方向外側の位置に設けられる。光学モニタ装置１００は、カバープレート７２の上に配置されるモニタヘッド１０２と、モニタリング用の光導波路１０４と、光ファイバ１０６を介してモニタヘッド１０２と光学的に結合されるモニタ本体１０８とを有している。モニタリング用の光導波路１０４は、モニタヘッド１０２から鉛直下方にカバープレート７２、誘電体板５６、スロット板５４および誘電体窓５２を縦断して設けられる。
　図２に、モニタヘッド１０２および光導波路１０４の構成を示す。モニタヘッド１０２は、導体たとえばアルミニウムからなる密閉可能なキャップ状のハウジング１１０を有し、このハウジング１１０の中にモニタ用の光学部品として、たとえば光反射体１１２および光学レンズ１１４を設けている。
　光反射体１１２は、たとえばアルミニウムからなり、図示のようにハウジング１１０内にて終端する光ファイバ１０６の端面と対向して斜め下向きに約４５°の傾斜面を有している。光ファイバ１０６から水平に出射されるモニタ光ＬＢは、正面の光反射体１１２にて垂直下方に反射し、光導波路１０４を通って直下の半導体ウエハＷに入射するようになっている。一方で、モニタ光ＬＢが照射された半導体ウエハＷから垂直上方に出る反射光ＨＢは、光導波路１０４を通って光反射板１１２に当たり、光反射体１１２から水平方向に反射して光ファイバ１０６に入射するようになっている。
　光学レンズ１１４は、光ファイバ１０６から出射されるモニタ光ＬＢを光反射体１１２に向けて一定の拡がり角にて放射し、光反射体１１２からの反射光ＨＢを集光して光ファイバ１０６に取り込むようになっている。光学レンズ１１４は、図示のように光ファイバ１０６に先端に一体に取り付けられていてもよく、あるいは光ファイバ１０６から分離して所定位置に配置されてもよい。
　光ファイバ１０６は、たとえば２芯のＦＯ（Fan-out）ケーブルからなり、モニタ光ＬＢを伝送する内側の往路ケーブル１０６ａと反射光ＨＢを伝送する外側の復路ケーブル１０６ｂとを一体に束ねている。モニタ光ＬＢは内側の往路ケーブル１０６ａの端面から出射し、反射光ＨＢは外側の復路ケーブル１０６ｂの端面に入射されるようになっている。光ファイバ１０６は、ハウジング１１０に気密に取り付けられた導体たとえばアルミニウムからなるスリーブ１１６の中に収められることによってモニタヘッド１０２と接続されている。
　モニタヘッド１０２の内部は、上記のように導体からなるハウジング１１０および光ファイバスリーブ１１６によって外部から電磁的に遮蔽されている。これよって、誘電体板５６あるいはラジアルラインスロットアンテナ５５から光導波路１０４を通ってマイクロ波がモニタヘッド１０２内に入って来たとしても、モニタヘッド１０２の外に漏れるようなことはない。
　さらに、モニタヘッド１０２の室内空間は、大気空間から遮断され、ハウジング１１０の上面に設けられたパージガス供給口１１８から導入されるパージガスたとえば窒素（Ｎ2）ガスによって常時パージングされるようになっている。ここで、パージガス供給口１１８は、ガス供給管１２０を介してパージガス供給源１２２に接続されている。
　この実施形態では、モニタヘッド１０２内のパージングを十全に行うために、モニタヘッド１０２の底部には導体たとえばアルミニウムからなる肉厚のベース板１２４が気密に設けられている。このベース板１２４には、光導波路１０４の通る位置にカバープレート７２の貫通孔７２ａと連続する貫通孔１２４ａが形成されるとともに、カバープレート７２の排気流路７２ｂと連続する排気流路１２４ｂが形成されている。排気流路１２４ｂの出口は、排気管１２６を介してたとえば排気ファンからなる排気部１２８に接続されている。カバープレート７２内では、光導波路１０４を構成する貫通孔７２ａと排気流路７２ｂとが下端に設けられた連通路７２ｃを介して繋がっている。
　パージガス供給口１１８からハウジング１１０内に供給されたパージガス（Ｎ2ガス）は、ハウジング１１０内に充満してから、ベース板１２４の貫通孔１２４ａ→カバープレート７２の貫通孔７２ａ→連通路７２ｃ→排気流路７２ｂ→ベース板１２４の排気流路１２４ｂの密閉空間を流れて、外の排気部１２８へ排出されるようになっている。
　この実施形態における光学モニタ装置１００は、半導体ウエハＷの被加工膜の膜厚をモニタリングするためのモニタ光ＬＢとして、単一波長のコヒーレントなレーザ光ではなく、たとえば１８５ｎｍ～７８５ｎｍのワイドレンジな多波長を含む非コヒーレントなランプ光を使用する。ここで、モニタ光ＬＢに含まれる短波長（特に２００ｎｍ以下）は、酸素に吸収されやすいため、大気中に晒されたならば著しく減衰する。
　この実施形態では、上記のように、モニタヘッド１０２内の空間、さらにはモニタリング用の光導波路１０４の空間がパージガス（Ｎ2ガス）によって常時パージングされているので、光ファイバ１０６から出た後のモニタ光ＬＢ、さらには光ファイバ１０６に取り込まれる前の反射光ＨＢは、大気に触れることはなく、減衰し難くなっている。このことによって、光学モニタ装置１００はモニタ精度を向上させている。
　また、光学モニタ装置１００のモニタ精度とラジアルラインスロットアンテナ５５の電磁波放射特性の均一性とを両立させるうえで、スロット板５４においてモニタリング用の光導波路１０４が通過する箇所または領域５４ｃにメッシュ状の透孔ＭＨを形成している構成も非常に重要である。
　図３Ａに示すように、スロット板５４の光導波路通過領域５４ｃ（メッシュ）内には、一定形状および一定サイズの透孔ＭＨが一定の密度にて分布している。モニタ精度を上げるうえで、メッシュ５４ｃの開口率は大きいほどよく、７０％以上が好ましい。ここで、メッシュ５４ｃの開口率を大きくするには、透孔ＭＨの開口形状を円形よりも多角形とするのが好ましく、正六角形つまりハニカム構造が最も好ましい。
　ハニカム構造によれば、たとえば、透孔ＭＨの一辺の長さをｊ（ｍｍ）、対辺の長さをｋ（ｍｍ）とすると、ｊ＝１．０ｍｍ、ｋ＝１．７３ｍｍでは開口率が７６．３％であり、ｊ＝０．８ｍｍ、ｋ＝１．３９ｍｍでは開口率が７１．８％である。しかし、ｊ＝０．５ｍｍ、ｋ＝０．８９ｍｍにすると、開口率は６０．３％に下がる。
　このように、スロット板５４の光導波路通過領域（メッシュ）５４ｃにおいては、透孔ＭＨの寸法が大きいほど、大きな開口率が得られる。しかし、マイクロ波のメッシュからの漏れを少なくするには、透孔ＭＨの開口寸法には上限がある。一般に、透孔ＭＨの開口寸法が誘電体窓内の波長の１／１０以下であると、マイクロ波の漏れが著しく少なくなる。たとえば、誘電体窓５２の材質に石英板を用いる場合は、石英内のマイクロ波（２．４５ＧＨｚ）の波長は６１ｍｍであるから、透孔ＭＨの開口寸法は６ｍｍ以下が望ましい。
　なお、マイクロ波を放射するためのスロットペア５４ａ，５４ｂの開口寸法は、たとえば長辺が３６ｍｍ、短辺が６ｍｍである。
　この実施形態では、光導波路通過領域（メッシュ）５４ｃがマイクロ波伝送線路５８の同軸管６６から分離独立している。このため、光導波路通過領域（メッシュ）５４ｃの口径は、ラジアルラインスロットアンテナ５５の電磁波放射特性の均一性に影響を与えない範囲内において任意のサイズに選ぶことが可能であり、通常は１０ｍｍ～２０ｍｍ程度に選ばれてよい。
　この実施形態においては、メッシュ状透孔ＭＨに付随する更なる特徴として、光導波路通過領域５４ｃ内にて相隣接する透孔ＭＨを隔てる格子部分または遮光部ＴＤの上面を図３Ｂに示すように丸まった凸面に形成している。このように、遮光部ＴＤの上面が凸面に丸まっていると、真上からそこに入射したモニタ光ＬＢは垂直上方にではなく斜めに反射されるため、遮光部ＴＤからモニタヘッド１０２へ戻ってＳＮ比低下の原因となる迷光を少なくすることができる。このことも、光学モニタ装置１００のモニタ精度を上げるのに大いに寄与する。
　図４に、この実施形態においてスロット板５４に上記のようなメッシュ状透孔ＭＨを作成するための好適な方法を示す。なお、スロット板５４の材質は、良好な電気伝導度を確保するために表面に金メッキを施した導体たとえば銅や鉄－ニッケル合金が好ましい。特に鉄－ニッケル合金は、線膨張率が低いためスロット板の変位を抑制することができる。
　先ず、図４の（ａ），（ｂ）に示すように、スロット板５４上に設定された光導波路通過領域５４ｃに、たとえばパンチング加工によってメッシュ状の透孔ＭＨを形成する。この段階では、まだ光導波路通過領域５４ｃの格子部分が平坦面になっている。次に、スロット板５４の光導波路通過領域５４ｃをエッチング液に浸けると、図４の（ｃ）に示すように、各透孔ＭＨの縁部の角から丸く削られ、さらには格子部分の上面全体が丸く削られて凸面になる。エッチング液には、たとえば酸化剤、無機塩および塩素イオンを含む薬液を使用してよい。なお、光導波路通過領域５４ｃの裏面（下面）においても、格子部分または遮光部の表面を凸面に丸めてよいが、そうでなくても（平坦面であっても）特段の不都合はない。
　この実施形態における光学モニタ装置１００は、上記のように、モニタリング用の光導波路１０４を通過させるために、導体のスロット板５４にメッシュ状の透孔ＭＨを形成しているので、マイクロ波はメッシュ状透孔ＭＨの部位をスロットペア５４ａ，５４ｂを除く他のスロット板部位と同様にラジアル方向に（外へ漏れることなく）スムースに伝搬する。これにより、ラジアルラインスロットアンテナ５５の電磁波放射特性の均一性（ひいてはプラズマ密度の均一性）に影響を与えずに、非コヒーレントなワイドレンジ（多波長）のモニタ光を伝搬させるのに適したモニタリング用の光導波路１０４を構築することができる。スロット板５４上における光導波路通過領域（メッシュ）５４ｃの位置設定の自由度は大きく、基本的には、同軸管６６の径方向外側であってスロットペア５４ａ，５４ｂと干渉しない任意の位置に導波路通過領域（メッシュ）５４ｃを設けることができる。
　さらに、この光学モニタ装置１００は、上記のように、誘電体窓５２および誘電体板５６においてモニタリング用の光導波路１０４が通過する部分５２ａ，５６ａを短波長の光（特に紫外線）に対して透過率の高い合成石英で構成しているので、たとえば１８５ｎｍ～７８５ｎｍのワイドレンジな多波長を含む非コヒーレントなモニタ光ＬＢおよび反射光ＨＢを用いる膜厚モニタリングの精度を一層向上させている。
　図５に、合成石英と溶融石英の光透過率の波長依存性を示す。図示のように、溶融石英の光透過率は、２７０ｎｍ以上の波長領域では９０％以上であるが、波長が２７０ｎｍより短いと低下し、特に２００ｎｍより短くなると著しく（５０％以下に）低下する。これに対して、合成石英の光透過率は、モニタ光ＬＢおよび反射光ＨＢの全波長領域（１８５ｎｍ～７８５ｎｍ）に亘って８５％～９２％の範囲内に収まっており、均質性が高くて安定している。
　合成石英の難点は価格が高いことである。しかし、この実施形態では、モニタリング用の光導波路１０４が通過する部分５２ａ，５６ａに限って局所的に合成石英を使用する。特に、大きな厚み（体積）を有する誘電体窓５２は、光導波路１０４の領域５２ａを除いた残りの大部分５２ｂを安価な溶融石英にて構成するので、コスト高になることはない。誘電体板５６においても同様である。
　なお、誘電体窓５２においては、溶融石英部分５２ｂと合成石英部分５２ａとの境界はたとえば溶着により真空封止されてよい。誘電体板５６においては、真空封止する必要性はないので、モニタリング用の光導波路１０４を通すために溶融石英の板体５６ｂに形成した円形の孔に、光導波路１０４の口径を有する合成石英の小円板５６ａを嵌め込むだけでもよい。
　図６に、モニタ本体１０８内の構成例を示す。この実施形態における光学モニタ装置１００は、半導体ウエハＷ表面の被加工膜の膜厚をin-situでモニタリングするために、モニタ本体１０８内に光源１３０、受光部１３２およびモニタ回路１３４を備えている。
　光源１３０は、たとえばハロゲンランプまたはキセノンランプを有し、少なくとも１８５ｎｍ～７８５ｎｍ領域の多波長のモニタ光ＬＢを発生する。光源１３０は、図示しない光学レンズを介して光ファイバ１０６の往路ケーブル１０６ａに光学的に結合されており、制御部９４からの制御信号ＲＳａにしたがってオン（点灯）／オフ（消灯）する。
　受光部１３２は、たとえばフォトダイオード等の光電変換素子を有し、光ファイバ１０６の復路ケーブル１０６ｂを介して送られてきた半導体ウエハＷ表面からの反射光ＨＢを１８５ｎｍ～７８５ｎｍ領域内の多数のスペクトラムに分解して、各スペクトラム毎に反射光強度つまり反射率を表わす電気信号（反射率信号ＳHB）を生成する。
　モニタ回路１３４は、リファレンス設定部１３６、比較判定部１３８およびモニタ出力部１４０を有している。リファレンス設定部１３６は、制御部９４から与えられる各種設定値ＲＳｂに含まれるモニタリング用の基準値またはリファレンスデータＲHBを比較判定部１３８に与える。膜厚モニタリングの場合、リファレンスデータＲHBは、受光部１３２から得られるスペクトラム反射率信号ＳHBの有する所定の属性について設定値または基準値を与える。
　比較判定部１３８は、受光部１３２から受け取るスペクトラム反射率信号ＳHBをリファレンスデータＲHBと比較（照合）し、両者ＳHB，ＲHBの間にて所定の属性の値または特性が一致または近似したときに、半導体ウエハＷ表面の被加工膜の膜厚が設定値に達した（あるいは先読みし所定時間後に設定値に達する）ことを示すモニタ情報またはモニタ結果を出力する。すると、モニタ出力部１４０からその旨のモニタ信号ＭＳが出力され、このモニタ信号ＭＳに応答して制御部９４（図１）がエッチングプロセスの停止または切換を行うようになっている。
　この実施形態における光学モニタ装置１００の膜厚モニタリング機能を好適に適用できるエッチングプロセスの一例として、たとえばＭＯＳトランジスタの製造工程の中においてＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造や極浅接合構造のため側壁を形成するためのエッチバック工程がある。
　図７に、この実施形態におけるエッチバック工程の手順を示す。なお、エッチバックに先立って、図７の（ａ）に示すように、半導体ウエハＷの表面にはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によるＳiＯ2膜１４２が形成されている。ここで、ゲート電極１４６の下層の薄膜１４４は、ゲート絶縁膜であり、たとえば、５ｎｍ程度の膜厚を有する熱酸化膜（ＳiＯ2膜）である。ゲート電極１４６の両側の基板表面には不純物のイオンが注入されている。
　この実施形態における側壁形成のためのエッチバック工程は、図７の（ｂ）に示すようにゲート電極１４６の上およびその両側の側壁部分を除いたＳiＯ2膜１４２の残膜の膜厚が設定値ＴＨsになるまで全面エッチングする第１のエッチング工程と、図７の（ｃ）に示すようにゲート電極１４６の両側に側壁１４２ｗを残してＳiＯ2膜１４２の残膜を完全に除去するまで全面エッチングする第２のエッチング工程とからなる。
　第１のエッチング工程では、たとえば次のようなレシピにより異方性の強いエッチングを行う。
　　エッチングガス：　Ａr／Ｏ2／ＣＨ2Ｆ2＝１０００／２／５sccm
　　チャンバ内の圧力：　２０mTorr
　　マイクロ波パワー：　２０００Ｗ
　　バイアス用高周波電力：　１２０Ｗ
　第２のエッチング工程では、たとえば次のようなレシピにより異方性の弱いエッチングを行う。
　　エッチングガス：　Ａr／ＣＨ2Ｆ2＝３６０／２０sccm
　　チャンバ内の圧力：　１００mTorr
　　マイクロ波パワー：　２０００Ｗ
　　バイアス用高周波電力：　７５Ｗ
　上記のようなエッチバック工程において、図８Ａに示すようなリセス、あるいは図８Ｂに示すようなフッティングを起こさずに、図７の（ｃ）に示すような理想的な側壁構造を作成するためには、上記膜厚設定値ＴＨsは基板が露出するぎりぎり手前の小さな寸法に選ばれるのが好ましく、たとえば１ｎｍに選ばれる。
　この実施形態のマイクロ波プラズマエッチング装置は、上記のような２段階エッチバックのプロセスを行う場合に、第１のエッチング工程においてＳiＯ2膜１４２の膜厚が設定値ＴＨsに達するタイミングを光学モニタ装置１００の膜厚モニタリング機能によって検出または推定し、このタイミングで第１のエッチング工程を停止し、次いで第２のエッチング工程を開始するようにしている。
　この場合、光学モニタ装置１００は、第１のエッチング工程が行われている最中に、光源１３０をオンにして、モニタ光ＬＢをモニタヘッド１０２、光導波路１０４を介してサセプタ１２上の半導体ウエハＷの表面に照射する。そして、光導波路１０４およびモニタヘッド１０２を介して取り込まれる半導体ウエハＷ表面からの反射光ＨＢを受光部１３２を用い光電変換し、さらにモニタ回路１３４の信号処理にかけることにより、半導体ウエハＷ表面のＳiＯ2膜１４２の膜厚がエッチングプロセスの時間経過とともに減少していく様子をリアルタイムでモニタすることができる。
　図９に、光学モニタ装置１００において、半導体ウエハＷ表面のＳiＯ2膜に１８５ｎｍ～７８５ｎｍ領域のモニタ光ＬＢを照射し、それによって得られる反射光ＨＢのスペクトラム反射率の波長依存特性がＳiＯ2膜の膜厚に応じて変化する特性を示す。
　図示のように、ＳiＯ2膜の場合は、概して膜厚が薄くなるほど全波長領域で反射率が低くなり、特に２００ｎｍ以下の短波長領域では膜厚依存特性の差が顕著になる。したがって、たとえば２００ｎｍ付近の限られた波長領域の反射率特性に基づいて、あるいは広範囲な全波長領域（１８５ｎｍ～７８５ｎｍ）の反射率特性のプロファイル（波形）に基づいて、ＳiＯ2膜１４２の膜厚が設定値ＴＨs（１ｎｍ）になるタイミングを検出または推定することができる。
　この実施形態における反射率の波長依存特性（図９）は、ゲート電極１４６の側壁を除いてＳiＯ2膜１４２が完全に除去されている状態つまり基板（下地）が露出している状態（図７の（ｃ））と等価な状態）で得られるときの反射率を正規化の基準値（１．００）にしている。このように、エッチング対象の薄膜が完全に除去されているときの下地にて得られる反射率を基準値にすることで、１ｎｍ程度の非常に薄い膜厚でも高精度にモニタリングすることができる。
　なお、上記２段階のエッチバック工程において、第２のエッチング工程を停止させるタイミング（終点検出）は、たとえばタイマ機能を利用してもよく、あるいはプラズマ光を分光して検出する公知の手法（発光モニタ）を用いることができる。その場合、光学モニタ装置１００の光導波路１０４を発光モニタ用の窓に利用することも可能である。このように、この実施形態における光学モニタ装置１００は、様々な形態の膜厚モニタリングあるいは他の光学的モニタリングに利用可能である。
　以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限るものではなく、その技術的思想の範囲内で他の実施形態または種種の変形が可能である。
　たとえば、図１０に示すように、マイクロ波伝送線路５８を構成する同軸管６６の内部導体６８を中空管に構成し、この中空管６８を処理ガス供給部８０の中心ガス供給路に用いることも可能である。この場合、中空管６８と連続するように、ラジアルラインスロットアンテナ５５の中心を貫通するガス吐出口１５０を設ける。ラジアルラインスロットアンテナ５５の中心はラジアル導波路の中心であり、この場所にガス吐出用の貫通孔１５０を形成しても、ラジアルラインスロットアンテナ５５の電磁波放射特性の均一性に影響を与えることがなく、しかも光学モニタ装置１００との抵触または相反関係は一切ない。
　この構成例の処理ガス供給部８０においては、処理ガス供給源８２から送出される処理ガスの一部は、上記のようにガス供給管８８を通ってチャンバ１０側壁のガス吐出孔８６からチャンバ１０内に導入される。また、処理ガス供給源８２から送出される処理ガスの他の一部は、ガス供給管１５２および同軸管６６の内部導体６８を通って天井中心部のガス吐出孔１５０からチャンバ１０内に導入される。なお、ガス供給管１５２の途中にはＭＦＣ（マス・フロー・コントローラ）１５４および開閉弁１５６が設けられている。
　光学モニタ装置１００を構成する各部においても種種の変形が可能である。たとえば、図１１に示すように、ラジアルラインスロットアンテナ５５周りに設けるモニタリング用の光導波路１０４を往路用（モニタ光ＬＢ専用）の光導波路１０４Ｌと復路（反射光ＨＢ専用）の光導波路１０４Ｒとに分割する構成も可能である。この場合、誘電体窓５２、スロット板５４、誘電体板５６およびカバープレート７２において、往路用（モニタ光ＬＢ専用）の光導波路１０４Ｌが通過する位置または部位と復路（反射光ＨＢ専用）の光導波路１０４Ｒが通過する位置または部位とに、合成石英５２ａ、メッシュ状透孔ＭＨ、合成石英５６ａ、貫通孔７２ａがそれぞれ個別に設けられる。
　また、モニタヘッド１０２においては、往路用（モニタ光ＬＢ専用）の光導波路１０４Ｌに対して光学系（１１２Ｌ，１１４Ｌ）およびハウジング１１０Ｌが個別に宛がわれ、復路（反射光ＨＢ専用）の光導波路１０４Ｒに対して光学系（１１２Ｒ，１１４Ｒ）およびハウジング１１０Ｒが個別に宛がわれる。
　光ファイバ１０６は、往路ケーブル１０６ａが往路側のハウジング１１０Ｌに導体スリーブ１１６Ｌを介して取り付けられ、復路ケーブル１０６ｂが復路側のハウジング１１０Ｒに導体スリーブ１１６Ｒを介して結合される。また、ハウジング１１０Ｌ，１１０Ｒには、共通のパージガス供給源１２２から別々のガス供給管１２０Ｌ，１２０Ｒおよびガス導入口１１８Ｌ，１１８Ｒを介してパージガスが供給される。
　なお、往路用（モニタ光ＬＢ専用）の光導波路１０４Ｌと復路（反射光ＨＢ専用）の光導波路１０４Ｒとは、鉛直線に対して幾らか斜めに傾いたＶ字状に形成されていてもよく、ハウジング１１０Ｌ，１１０Ｒが互いに分離していてもよい。
　また、モニタヘッド１０２とモニタ本体１０８との間では、光ファイバ１０６を省いて、ミラー等の他の光伝送系を用いることも可能である。
　上記実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置におけるマイクロ波放電機構の構成、特にマイクロ波伝送線路５８およびラジアルラインスロットアンテナ５５は一例であり、他の方式または形態のマイクロ波伝送線路およびスロットアンテナも使用可能である。
　上記実施形態では、誘電体窓５２において、モニタリング用の光導波路１０４を通過させる部分５２ａに短波長（特に２００ｎｍ以下）に対して光透過率の高い合成石英を用いた。しかし、モニタ光ＬＢがそのような短波長を含まない場合は、その光導波路通過部分５２ａに溶融石英あるいは他の透明誘電体を用いてもよい。また、誘電体窓５２において、光導波路通過部分５２ａを除く部分には、アルミナ等の非透明な誘電体を用いてもよい。
　上記実施形態におけるマイクロ波プラズマエッチング装置は、無磁場でマイクロ波プラズマを生成するので、チャンバ１０の周りに永久磁石や電子コイル等の磁界形成機構を設ける必要がなく、そのぶん簡易な装置構成となっている。もっとも、本発明は、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Resonance）を利用するプラズマ処理装置にも適用可能である。
　本発明は、上記実施形態におけるマイクロ波プラズマエッチング装置に限定されるものではなく、プラズマＣＶＤ、プラズマＡＬＤ、プラズマ酸化、プラズマ窒化、プラズマドーピング、スパッタリング等の他のマイクロ波プラズマ処理装置にも適用可能である。また、本発明における被処理基板は半導体ウエハに限るものではなく、フラットパネルディスプレイ用の各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等も可能である。
　１０　　チャンバ
　　１２　　サセプタ（下部電極）
　　２６　　排気装置
　　３０　　（ＲＦバイアス用）高周波電源
　　５２　　誘電体窓（天板）
　　５２ａ　　合成石英（光導波路通過部分）
　　５４　　スロット板
　　５４ａ，５４ｂ　　スロットペア
　　５４ｃ　　光導波路通過領域（メッシュ）
　　ＭＨ　　メッシュ状透孔
　　５５　　ラジアルラインスロットアンテナ
　　５６　　誘電体板
　　５８　　マイクロ波伝送線路
　　６０　　マイクロ波発生器
　　６６　　同軸管
　　７２　　カバープレート
　　７２ａ　　貫通孔（光導波路通過部分）
　　８０　　処理ガス供給部
　　９４　　制御部
　１００　　光学モニタ装置
　１０２　　モニタヘッド
　１０８　　モニタ本体

Claims (22)

  1. 　少なくとも一部に誘電体窓を備えた真空排気可能な処理容器と、
    　前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、
    　前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
    　前記処理容器内にマイクロ波を放射するための１つまたは複数のスロットを有し、前記誘電体窓の上に設けられる導体のスロット板と、
    　マイクロ波放電による前記処理ガスのプラズマを生成するために、前記スロット板および前記誘電体窓を介して前記処理容器内にマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、
    　前記スロット板に形成されたメッシュ状の透孔と前記誘電体窓とを介して前記処理容器内の前記基板の表面を光学的に監視または計測する光学モニタ部と
    　を有するプラズマ処理装置。
  2. 　前記スロット板の前記メッシュ状透孔が分布する領域は、前記スロットと干渉しない位置に設けられる、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 　前記光学モニタ部は、
    　モニタ光を発生する光源と、
    　前記モニタ光に対する前記基板からの反射光を電気信号に変換するための受光部と、
    　前記受光部からの電気信号を所定の信号処理にかけてモニタ情報またはモニタ結果を出力するモニタ回路と、
    　前記モニタ光を前記スロット板のメッシュ状透孔および前記誘電体窓を介して前記基板保持部上の前記基板の表面に照射し、前記基板の表面からの反射光を前記誘電体窓および前記メッシュ状透孔を介して取り込むモニタヘッドと、
    　前記光源から前記モニタヘッドまで前記モニタ光を伝送するためのモニタ光伝送部と、
    　前記モニタヘッドから前記受光部まで前記反射光を伝送するための反射光伝送部と
    　を有する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  4. 　前記光学モニタ装置は、前記基板表面の被加工膜の膜厚を監視または計測する、請求項３に記載のプラズマ処理装置。
  5. 　前記モニタ光は、２００ｎｍ以下の波長を含む、請求項３に記載のプラズマ処理装置。
  6. 　前記モニタ光は、１８５ｎｍ～７８５ｎｍ帯域の波長を含む、請求項５に記載のプラズマ処理装置。
  7. 　前記モニタヘッドは、
    　前記スロット板の上方に配置された密閉可能な導体からなるハウジングと、
    　前記ハウジング内で前記モニタ光または前記反射光が通る位置に配置されている所定の光学部品と、
    　前記ハウジング内にパージングガスを供給するパージングガス供給部と、
    　前記ハウジング内を排気する排気部と
    　を有する、請求項３に記載のプラズマ処理装置。
  8. 　前記モニタヘッドと前記誘電窓の間には、前記マイクロ波供給部からのマイクロ波を径方向に伝搬させながらその波長を短くするための誘電体板と前記誘電体板の上方にカバープレートが設けられ、
    　前記カバープレートにおいて、前記スロット板の前記メッシュ状透孔が分布する領域と重なる位置には、前記モニタヘッドの前記ハウジングと連通する貫通孔が形成されている、
    　請求項７に記載のプラズマ処理装置。
  9. 　前記パージングガス供給部より前記ハウジング内に供給されたパージングガスは、前記カバープレートの貫通孔を通って前記排気部へ送られる、請求項８に記載のプラズマ処理装置。
  10. 　前記スロット板の前記メッシュ状透孔が分布する領域の遮光部の上面が丸められている、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  11. 　前記メッシュ状透孔の遮光部の上面はウエットエッチングによって丸められている、請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
  12. 　前記スロット板の前記メッシュ状透孔が分布する領域の開口率は７０％以上である、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  13. 　前記メッシュ状透孔は多角形の開口形状を有する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  14. 　前記メッシュ状透孔はハニカム構造を有する、請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
  15. 　前記スロット板は、ラジアルラインスロットアンテナを構成する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  16. 　前記誘電体窓において、前記スロット板の前記メッシュ状透孔が分布する領域と重なる部分は少なくとも合成石英からなる、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  17. 　前記誘電体窓において、前記スロット板の前記メッシュ状透孔が分布する領域と重ならない部分は溶融石英からなる、請求項１６に記載のプラズマ処理装置。
  18. 　前記誘電体板において、前記スロット板の前記メッシュ状透孔が分布する領域と重なる部分は少なくとも合成石英からなる、請求項８に記載のプラズマ処理装置。
  19. 　少なくとも一部に誘電体窓を備えた真空排気可能な処理容器内に被処理基板を収容し、前記処理容器内に処理ガスを供給するとともに、前記誘電体窓の上に設けられた１つまたは複数のスロットを有する導体のスロット板と前記誘電体窓とを介してマイクロ波を前記処理容器内に供給して、マイクロ波放電による前記処理ガスのプラズマを生成し、前記プラズマの下で前記基板に所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、前記基板の表面を光学的に監視または測定するための光学モニタ装置であって、
    　モニタ光を発生する光源と、
    　前記モニタ光に対する前記基板からの反射光を電気信号に変換するための受光部と、
    　前記受光部からの電気信号を所定の信号処理にかけてモニタ情報またはモニタ結果を出力するモニタ回路と、
    　前記モニタ光と前記基板の表面からの反射光とを通すために前記スロット板に形成されたメッシュ状の透孔と、
    　前記モニタ光を前記スロット板のメッシュ状透孔および前記誘電体窓を介して前記基板保持部上の前記基板の表面に照射し、前記基板の表面からの反射光を前記誘電体窓および前記スロット板のメッシュ状透孔を介して取り込むモニタヘッドと、
    　前記光源から前記モニタヘッドまで前記モニタ光を伝送するためのモニタ光伝送部と、
    　前記モニタヘッドから前記受光部まで前記反射光を伝送するための反射光伝送部と
    　を有する光学モニタ装置。
  20. 　前記スロット板には、前記モニタ光を通すための第１のメッシュ状透孔と、前記基板の表面からの反射光を通すための第２のメッシュ状透孔とが形成され、
    　前記モニタヘッドは、前記モニタ光を前記スロット板の前記第１のメッシュ状透孔および前記誘電体窓を介して前記基板保持部上の前記基板の表面に照射し、前記基板の表面からの反射光を前記誘電体窓および前記スロット板の前記第２のメッシュ状透孔を介して取り込む、
    　請求項１９に記載の光学モニタ装置。
  21. 　前記モニタヘッドは、
    　密閉可能な導体からなるハウジングと、
    　前記ハウジング内で前記モニタ光または前記反射光が通過する位置に配置されている光学部品と、
    　前記ハウジング内にパージングガスを供給するパージングガス供給部と、
    　前記ハウジング内を排気する排気部と
    　を有する、請求項１９に記載の光学モニタ装置。
  22. 少なくとも一部に誘電体窓を備えた真空排気可能な処理容器内に被処理基板を収容し、前記処理容器内に処理ガスを供給するとともに、前記処理容器内にエネルギーを供給して、前記エネルギーを用いて前記処理ガスのプラズマを生成し、前記プラズマの下で光学モニタ装置から得られた信号に基づき前記基板に所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
    　前記光学モニタ装置は、
    　モニタ光を発生する光源と、
    　前記モニタ光に対する前記基板からの反射光を電気信号に変換するための受光部と、
    　前記受光部からの電気信号を所定の信号処理にかけてモニタ情報またはモニタ結果を出力するモニタ回路と、
    　前記モニタ光を前記基板保持部上の前記基板の表面に照射し、前記基板の表面からの反射光を取り込むモニタヘッドと、
    　前記光源から前記モニタヘッドまで前記モニタ光を伝送するためのモニタ光伝送部と、
    　前記モニタヘッドから前記受光部まで前記反射光を伝送するための反射光伝送部と
    　を有し、
    　前記モニタヘッドは、
    　前記処理容器に配置された密閉可能なハウジングと、
    　前記ハウジング内にパージングガスを供給するパージングガス供給部と、
    　前記ハウジング内を排気する排気部と
    　を有するプラズマ処理装置。
PCT/JP2011/004698 2010-08-26 2011-08-24 プラズマ処理装置及び光学モニタ装置 WO2012026117A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/818,720 US8974628B2 (en) 2010-08-26 2011-08-24 Plasma treatment device and optical monitor device
CN2011800414514A CN103069551A (zh) 2010-08-26 2011-08-24 等离子体处理装置和光学监视装置
KR1020137006702A KR101378693B1 (ko) 2010-08-26 2011-08-24 플라즈마 처리 장치 및 광학 모니터 장치

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010-189435 2010-08-26
JP2010189435A JP5385875B2 (ja) 2010-08-26 2010-08-26 プラズマ処理装置及び光学モニタ装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012026117A1 true WO2012026117A1 (ja) 2012-03-01

Family

ID=45723139

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2011/004698 WO2012026117A1 (ja) 2010-08-26 2011-08-24 プラズマ処理装置及び光学モニタ装置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8974628B2 (ja)
JP (1) JP5385875B2 (ja)
KR (1) KR101378693B1 (ja)
CN (1) CN103069551A (ja)
TW (1) TWI437634B (ja)
WO (1) WO2012026117A1 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104347338A (zh) * 2013-08-01 2015-02-11 中微半导体设备(上海)有限公司 等离子体处理装置的冷却液处理系统及方法
AT517982A1 (de) * 2015-12-07 2017-06-15 Universität Linz Vorrichtung zur Abgasanalyse einer Verbrennungskraftmaschine
TWI618140B (zh) * 2015-12-31 2018-03-11 Advanced Micro Fab Equip Inc Inductively coupled plasma processor

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010016225A (ja) * 2008-07-04 2010-01-21 Tokyo Electron Ltd 温度調節機構および温度調節機構を用いた半導体製造装置
DE102010027224A1 (de) * 2010-07-15 2012-01-19 Forschungszentrum Jülich GmbH Elektrode zur Erzeugung eines Plasmas, Plasmakammer mit dieser Elektrode und Verfahren zur in situ-Analyse oder -in situ-Bearbeitung einer Schicht oder des Plasmas
US9134257B2 (en) * 2013-03-14 2015-09-15 Graphic Packaging International, Inc. Method and apparatus for identifying defects in susceptors of microwave food containers
US9867269B2 (en) * 2013-03-15 2018-01-09 Starfire Industries, Llc Scalable multi-role surface-wave plasma generator
CN103515486A (zh) * 2013-10-25 2014-01-15 浙江光普太阳能科技有限公司 一种板式pecvd制备背面点接触太阳能电池的方法
CN103646840A (zh) * 2013-11-29 2014-03-19 上海华力微电子有限公司 用于离子注入机预冷腔的晶片固定装置
KR102108318B1 (ko) * 2013-12-23 2020-05-11 세메스 주식회사 기판 처리 장치
JP6366383B2 (ja) * 2014-06-27 2018-08-01 株式会社ディスコ 加工装置
JP2016092102A (ja) * 2014-10-31 2016-05-23 東京エレクトロン株式会社 有機膜をエッチングする方法
KR20180042400A (ko) * 2016-09-20 2018-04-25 루마센스 테크놀로지스 홀딩스, 인코포레이티드 온도 프로브
US11022877B2 (en) * 2017-03-13 2021-06-01 Applied Materials, Inc. Etch processing system having reflective endpoint detection
KR20190005029A (ko) * 2017-07-05 2019-01-15 삼성전자주식회사 플라즈마 처리 장치
KR101893035B1 (ko) * 2017-09-27 2018-08-30 비씨엔씨 주식회사 플라즈마 공정 챔버의 커버링 어셈블리
CN108018536A (zh) * 2017-11-10 2018-05-11 上海华力微电子有限公司 物理气相沉积设备以及方法
US11437224B2 (en) * 2019-09-09 2022-09-06 Shibaura Mechatronics Corporation Plasma processing apparatus
US11557825B2 (en) 2019-10-15 2023-01-17 Huawei Technologies Co., Ltd. Antenna integrated display screen
CN110850690B (zh) * 2019-11-19 2023-05-23 上海华力微电子有限公司 去胶设备、顶针监控方法和去胶工艺
JP7479207B2 (ja) * 2020-06-09 2024-05-08 東京エレクトロン株式会社 エッチング方法及び基板処理装置
JP7458292B2 (ja) * 2020-10-20 2024-03-29 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
KR102543670B1 (ko) * 2020-11-30 2023-06-16 주식회사 더웨이브톡 탁도계
KR20230033984A (ko) * 2021-09-02 2023-03-09 주식회사 원익아이피에스 기판처리장치
JP2024017373A (ja) * 2022-07-27 2024-02-08 日新電機株式会社 プラズマ処理装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004518272A (ja) * 2000-10-23 2004-06-17 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 反射放射線を用いる基板処理の監視
JP2007067423A (ja) * 2006-09-29 2007-03-15 Toshiba Corp 光学式プロセスモニタ装置、光学式プロセスモニタ方法及び半導体装置の製造方法
JP2008251660A (ja) * 2007-03-29 2008-10-16 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置
JP2010034393A (ja) * 2008-07-30 2010-02-12 Tokyo Electron Ltd 基板処理制御方法及び記憶媒体

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3376921D1 (en) * 1982-09-10 1988-07-07 Nippon Telegraph & Telephone Ion shower apparatus
US6390019B1 (en) * 1998-06-11 2002-05-21 Applied Materials, Inc. Chamber having improved process monitoring window
US6870123B2 (en) * 1998-10-29 2005-03-22 Canon Kabushiki Kaisha Microwave applicator, plasma processing apparatus having same, and plasma processing method
TW580735B (en) * 2000-02-21 2004-03-21 Hitachi Ltd Plasma treatment apparatus and treating method of sample material
US6831742B1 (en) 2000-10-23 2004-12-14 Applied Materials, Inc Monitoring substrate processing using reflected radiation
JP3735329B2 (ja) 2002-08-22 2006-01-18 三菱重工業株式会社 マイクロ波励起放電ランプ
US7033518B2 (en) * 2003-06-24 2006-04-25 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Method and system for processing multi-layer films
US20060075968A1 (en) * 2004-10-12 2006-04-13 Applied Materials, Inc. Leak detector and process gas monitor
JP4718189B2 (ja) 2005-01-07 2011-07-06 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理方法
US7537671B2 (en) * 2006-09-29 2009-05-26 Tokyo Electron Limited Self-calibrating optical emission spectroscopy for plasma monitoring
CN101647101B (zh) 2007-03-29 2012-06-20 东京毅力科创株式会社 等离子加工设备
JP5058084B2 (ja) 2007-07-27 2012-10-24 株式会社半導体エネルギー研究所 光電変換装置の作製方法及びマイクロ波プラズマｃｖｄ装置
JP2009054818A (ja) 2007-08-28 2009-03-12 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置、プラズマ処理方法および終点検出方法
JP5149610B2 (ja) * 2007-12-19 2013-02-20 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマ処理装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004518272A (ja) * 2000-10-23 2004-06-17 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 反射放射線を用いる基板処理の監視
JP2007067423A (ja) * 2006-09-29 2007-03-15 Toshiba Corp 光学式プロセスモニタ装置、光学式プロセスモニタ方法及び半導体装置の製造方法
JP2008251660A (ja) * 2007-03-29 2008-10-16 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置
JP2010034393A (ja) * 2008-07-30 2010-02-12 Tokyo Electron Ltd 基板処理制御方法及び記憶媒体

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104347338A (zh) * 2013-08-01 2015-02-11 中微半导体设备(上海)有限公司 等离子体处理装置的冷却液处理系统及方法
AT517982A1 (de) * 2015-12-07 2017-06-15 Universität Linz Vorrichtung zur Abgasanalyse einer Verbrennungskraftmaschine
AT517982B1 (de) * 2015-12-07 2017-11-15 Universität Linz Vorrichtung zur Abgasanalyse einer Verbrennungskraftmaschine
TWI618140B (zh) * 2015-12-31 2018-03-11 Advanced Micro Fab Equip Inc Inductively coupled plasma processor

Also Published As

Publication number Publication date
CN103069551A (zh) 2013-04-24
JP2012049299A (ja) 2012-03-08
TWI437634B (zh) 2014-05-11
JP5385875B2 (ja) 2014-01-08
KR20130136451A (ko) 2013-12-12
US8974628B2 (en) 2015-03-10
KR101378693B1 (ko) 2014-03-27
US20130180660A1 (en) 2013-07-18
TW201230188A (en) 2012-07-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5385875B2 (ja) プラズマ処理装置及び光学モニタ装置
US10734197B2 (en) Plasma process apparatus
KR100886473B1 (ko) 플라즈마 처리 방법
JP4553995B2 (ja) リモートマイクロ波プラズマ装置
JP4777717B2 (ja) 成膜方法、プラズマ処理装置および記録媒体
JP2006128000A (ja) プラズマ処理装置
JPWO2008026531A1 (ja) プラズマ酸化処理方法
JP2006244891A (ja) マイクロ波プラズマ処理装置
JP4504511B2 (ja) プラズマ処理装置
JP2570090B2 (ja) ドライエッチング装置
JP5522887B2 (ja) プラズマ処理装置
JP5700032B2 (ja) プラズマドーピング装置、およびプラズマドーピング方法
TW201415549A (zh) 電漿處理裝置及電漿處理方法
JP2001167900A (ja) プラズマ処理装置
JP4261236B2 (ja) マイクロ波プラズマ処理装置および処理方法
TWI423336B (zh) 半導體元件及其製造方法，以及製造半導體元件之裝置

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201180041451.4

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11819593

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20137006702

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13818720

Country of ref document: US

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11819593

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1