JP2000349070A - プラズマ処理装置、プラズマ処理監視用窓部材及びプラズマ処理装置用の電極板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のプラズマ処理装置の場合には、モニタ
ー用の窓が電極に形成されていると、窓の形態によって
は電極間の電界が大きく影響され、しかも電極にガス分
散孔が形成されたものであれば窓の影響でプロセスガス
を均一に供給することができず、均一なプラズマ処理が
難しい。 【解決手段】 本発明のプラズマ処理装置は、処理容器
１内に配置されてその内部にプロセスガスを供給する複
数のガス分散孔２Ｄを有する上部電極２と、上部電極２
との間でプラズマを発生させて被処理体にプラズマ処理
を施す下部電極３と、これら両電極間のプラズマ処理を
監視するための計測光の光路１１を有する窓部材４とを
備え、４個の開口部２Ｆをガス分散孔２Ｄの間にその配
列を犠牲にすることなく介在させて上部電極２に設ける
と共に、光路１１をガス分散孔２Ｄから遮断して開口部
２Ｆに連接したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ処理装置、プ
ラズマ処理監視用窓部材及びプラズマ処理装置用の電極
板に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平４−９４５３３号公報及び特開平
１０−６４８８４号公報では、ウエハを載置する電極に
対向する電極の中央部に光が透過する窓を設け、エッチ
ング装置の外部からウエハに投光した光の反射光を装置
の外部に設けた検出器で検出することによりエッチング
状態をモニターする技術が提案されている。また、特開
平２−２０１９２４号公報では、加熱式アッシング装置
の外部からオゾン分散板に２本の光ファイバーを通し、
一方の光ファイバーを介してオゾン分散板と対向するウ
エハに光を投光し、他方の光ファイバーを介してウエハ
からの反射光を装置の外部に設けた検出器で検出するこ
とによりアッシング状態をモニターする技術が提案され
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
４−９４５３３号公報及び特開平１０−６４８８４号公
報に記載のモニター技術の場合には、モニター用の窓の
形態及び電極の形態によっては電極間の電界が大きく影
響され、均一なプラズマ処理が難しくなるにも拘らず、
これら両者の形態について何等考慮されていない。更
に、後者の公報に記載のように光ファイバーが電極面ま
で達していると、光ファイバーによって電極間の電界が
影響され、しかも光ファイバーに反応生成物が付着し、
光の透過率が低下するにも拘らず、このような点につい
て何等配慮されていない。また、特開平２−２０１９２
４号公報に記載のモニター技術の場合には、光ファイバ
ーがオゾン分散板を貫通し、光ファイバーがアッシング
環境に曝されているため、反応生成物が光ファイバーに
付着し、光の透過率が低下するにも拘らず、このような
点について何等考慮されていない。

【０００４】また、プラズマ処理装置の機種によっては
電極全面にガス供給用の分散孔が形成されたものもあ
る。このような機種のモニター用の窓は、モニターに必
要な光量を確保するためにガス分散孔に比べて大きな監
視用窓が必要になるため、複数のガス分散孔が監視用窓
によって潰されて監視用窓の犠牲になり、犠牲になった
ガス分散孔からプロセスガスを供給することができなく
なるため、電極間のプロセスガス濃度が不均一になり、
ひいてはプラズマ密度が不均一になってプラズマ処理の
均一性が損なわれるという課題があった。また、監視用
窓の口径が大きいと、監視用窓の光路内へプラズマが拡
散してプラズマ中の浮遊粒子や反応生成物が石英ガラス
を短時間（例えば、３０分程度）で曇らし、ウエハＷの
処理状況を短時間で監視できなくなるという課題があっ
た。

【０００５】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、監視用窓を設けても処理容器内にプロセス
ガスを均一に供給することができ、均一なプラズマ処理
を施すことができるプラズマ処理装置、プラズマ処理監
視用窓及びプラズマ処理装置用電極板を提供することを
目的としている。また、長時間に渡って被処理体の処理
状況を監視することができるプラズマ処理装置、プラズ
マ処理監視用窓及びプラズマ処理装置用電極板を併せて
提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
のプラズマ処理装置は、処理容器内に配置されてその内
部にプロセスガスを供給する複数のガス分散孔を有する
第１の電極と、第１の電極と所定間隔を空けて対向し且
つ第１の電極との間でプラズマを発生させて被処理体に
プラズマ処理を施す第２の電極と、これら両電極間で処
理されるプラズマ処理を監視する計測光の光路とを備え
たプラズマ処理装置において、少なくとも一つの開口部
を上記ガス分散孔の間にその配列を犠牲にすることなく
介在させて第１の電極に設けると共に、上記光路を上記
ガス分散孔から遮断して上記開口部に連接したことを特
徴とするものである。

【０００７】また、本発明の請求項２に記載のプラズマ
処理装置は、請求項１に記載の発明において、上記開口
部及び光路をプラズマが拡散し難い細長形状に形成した
ことを特徴とするものである。

【０００８】また、本発明の請求項３に記載のプラズマ
処理監視用窓部材は、処理容器内に配置された第１の電
極に形成された複数のガス分散孔を介して上記処理容器
内にプロセスガスを供給し、第１の電極と所定間隔を空
けて対向する第２の電極との間で発生するプラズマによ
り被処理体に施されるプラズマ処理を監視する計測光の
光路を有するプラズマ処理監視用窓部材において、少な
くとも一つの開口部を上記ガス分散孔の間にその配列を
犠牲にすることなく介在させて第１の電極に設けると共
に、上記光路を上記ガス分散孔から遮断して上記開口部
に連接したことを特徴とするものである。

【０００９】また、本発明の請求項４に記載のプラズマ
処理監視用窓部材は、請求項３に記載の発明において、
上記開口部及び光路をプラズマが拡散し難い細長形状に
形成したことを特徴とするものである。

【００１０】また、本発明の請求項５に記載のプラズマ
処理装置用の電極板は、プロセスガスを吐出する複数の
ガス分散孔を有するプラズマ処理装置用の電極板であっ
て、少なくともプラズマ処理を監視ための開口部を上記
ガス分散孔の間にその配列を犠牲にすることなく介在さ
せたことを特徴とするものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図４に示す実施形態
の基づいて本発明を説明する。本実施形態のプラズマ処
理装置は、例えば図１に示すように、処理容器１、接地
された上部電極２、及び被処理体（例えば、ウエハ）Ｗ
の載置台を兼ねた下部電極３を備え、下部電極３に高周
波電圧を印加することによりウエハＷのプラズマ処理
（例えばエッチング処理）を行うようにしてある。上部
電極２の中心にはプラズマ処理監視用の窓部材４が設け
られ、この窓部材４を介してウエハＷのエッチング処理
の終点をモニターするようにしてある。終点検出方法と
しては例えば処理容器１内のウエハＷの表面状態をモニ
ターする方法や処理容器１内のプラズマをモニターする
方法等がある。

【００１２】ウエハＷの表面状態をモニターする前者の
方法としては例えば光学的反射によるレーザ干渉を利用
した方法が用いられている。この方法では、図１に示す
ようにエッチング中に例えばレーザ測定器５のＨｅ−Ｎ
ｅ光源から処理容器１内のウエハＷ表面にレーザ光Ｌを
照射しその反射する干渉光をレーザ干渉計により測定
し、干渉光の変化から膜厚のin situ変化を図示しない
終点検出装置を介して検出している。レーザ干渉計は、
例えば、ハーフミラー、ミラー及びフォトセンサを備え
ている。尚、図１において、６はプロセスガスを供給す
るガス供給管、７は処理容器１内のガスを排出するガス
排出管である。

【００１３】また、プラズマのモニターする後者の方法
としては例えば質量分析、発光分光分析等の機器分析手
法が用いられており、それらの中でも比較的簡易で高感
度なプラズマの発光分光分析が終点検出方法として広く
用いられている。この場合には処理容器周面に設けられ
た監視用窓から特定の発光スペクトルを採光し、その特
定波長の発光強度の変化を測定することにより終点を検
出している。例えば、ＣＦ４等のＣＦ系のエッチング用
ガスを用いてシリコン酸化膜をエッチングする場合の終
点検出には反応生成物であるＣＯ*の特定波長（４８３.
５ｎｍ等）を検出している。

【００１４】ところで、本実施形態では、上部電極２及
び窓部材４に特徴を有し、後述するように窓部材４はガ
ス分散孔の配列を乱すことなく、換言すれば本来必要な
ガス分散孔の数を犠牲にするこなく上部電極２に形成さ
れ、エッチング用ガスを上部電極２の各ガス分散孔から
均一に供給し、しかも長時間に渡ってエッチング状況を
モニターできるようになっている。

【００１５】即ち、本実施形態の上部電極２は、図１、
図２に示すように、処理容器１の上壁の中央部分を形成
し且つ下面に凹陥部が形成された電極本体２Ａと、この
電極本体２Ａの下面にネジ等の締結部材９で着脱可能に
接合されて凹陥部を被う電極板２Ｂとを有し、凹陥部で
プロセスガスを受け入れる空間２Ｃが形成されている。
電極本体２Ａは例えばアルマイト処理されたアルミニウ
ムにより形成されている。この電極本体２Ａの中心から
偏倚した位置には図１に示すようにガス供給管６が接続
されている。電極板２Ｂは例えばアルマイト処理された
アルミニウム、シリコン、シリコンカーバイトあるいは
カーボンにより消耗品として例えば２５０ｍｍ径で形成
されている。この電極板２Ｂの全面には図１、図２に示
すように例えば０．８ｍｍ径のガス分散孔２Ｄがマトリ
ックス状に配置されて多数形成されている。従って、ガ
ス供給管６から上部電極２Ｂ内へエッチング用ガスを供
給すると、エッチング用ガスは電極板２Ｂの各ガス分散
孔２Ｄから下部電極３に向けて均一に吐出する。

【００１６】また、図３、図４に拡大して示すように電
極本体２Ａの中心には孔２Ｅが形成され、この孔２Ｅに
は本実施形態の窓部材４が着脱可能に装着されている。
この窓部材４には例えば４個の円形の光路１１がレーザ
光の導入出路として形成されている。電極板２Ｂには光
路１１と同一径の開口部２Ｆが４個の光路１１に対応し
てそれぞれの真下に形成され、４箇所の連続する開口部
２Ｆ及び光路１１によりモニターに必要なレーザ光量が
入出射し、レーザ計測器５を用いて処理容器１内で処理
されるウエハＷの膜厚変化をin situで計測するように
してある。開口部２Ｆ及び光路１１はいずれも例えば５
ｍｍ径に形成されている。しかも開口部２Ｆは、図２に
示すように、ガス分散孔２Ｄを潰すことなく隣合うガス
分散孔２Ｄの間に形成され、電極板２Ｂ全面からエッチ
ング用ガスを均一に供給できるようになっている。

【００１７】ところで、上記窓部材４は、図３に示すよ
うに、電極本体２Ａの孔２Ｅに装着された本体４Ａと、
この本体４Ａの上面に形成された凹陥部４Ｂに装着され
た透明部材例えば石英ガラス４Ｃと、この石英ガラス４
Ｃを凹陥部４Ｂ内に固定するリング状の押さえ部材４Ｄ
とを備え、４個の光路１１はそれぞれ本体４Ａを上下方
向に貫通している。本体４Ａはアルマイト処理されたア
ルミニウムやセラミックス等の耐食性材料によって形成
されている。また、本体４Ａは反応生成物の付着により
レーザ測定器５への入射光量が影響を受けないように非
透光性材料によって形成されている。本体４Ａの上面及
び凹陥部４Ｂの底面は同図に示すように互いに平行で、
水平面に対して多少傾斜している。石英ガラス４Ｃは凹
陥部４Ｂの傾斜した底面に固定されているため、石英ガ
ラス４Ｃを入出射するレーザ光は石英ガラス４Ｃにおい
て表面からの反射光を低減し、膜厚変化の計測を阻害し
ないようになっている。また、図示してないが、本体４
Ａは電極本体２Ａに対してネジ等の締結部材で固定さ
れ、押さえ部材４Ｃは本体４Ａに対してネジ等の締結部
材で固定されている。

【００１８】また、上記本体４Ａの下部には円柱状の縮
径部４Ｅが形成され、この縮径部４Ｅの周囲にはフラン
ジ部が形成され、窓部材４を上部電極２に装着した時に
は縮径部４Ｅが上部電極２の孔２Ｅに嵌入すると共にフ
ランジ部が電極本体２Ａと密着するようになている。縮
径部４Ｅの下面は電極本体２Ａの内面と面一になってい
る。この縮径部４Ｅの下面には４箇所の開口部２Ｆにそ
れぞれ対応する４個の円形突起４Ｆが光路１１より大径
に形成され、これらの円形突起４Ｆの中心を光路１１が
それぞれ貫通している。そして、同一口径の開口部２Ｆ
及び光路１１は互いに連接されてレーザ光の光路として
一体化し、光路１１の上端が本体４Ａの凹陥部４Ｂで開
口部している。開口部２Ｆ及び光路１１からなる一体化
した光路の長さと直径の比（アスペクト比）は約９．８
に形成され、処理容器１内で発生したプラズマ中の浮遊
粒子や反応生成物が光路を拡散し難くしてあり、ひいて
浮遊粒子や反応生成物の石英ガラス４Ｃへの付着、堆積
を抑制するようになっている。石英ガラス４Ｃへの浮遊
粒子や反応生成物の付着、堆積を防止するためには、光
路のアスペクト比は少なくとも７以上に設定することが
好ましい。

【００１９】また、上記電極板２Ｂの内面には４箇所の
開口部２Ｆを囲む溝２Ｇがそれぞれ形成され、これらの
溝２ＧにはＯリング等のシール部材２Ｈが装着されてい
る。また、電極本体２Ａの外面には孔２Ｅを囲む溝２Ｉ
が形成され、この溝２ＩにはＯリング等のシール部材２
Ｊが装着されている。従って、窓部材４を上部電極２に
装着して本体４Ａの縮径部４Ｆが上部電極２の孔２Ｅに
嵌入すると、本体４Ａのフランジ部及び円形突起４Ｆが
それぞれ電極本体２Ａの外面及び電極板２Ｂの内面に接
触し、それぞれの箇所のシール部材２Ｉによって上部電
極２の空間２Ｃを処理容器１の内部空間から遮断してい
る。更に、窓部材４の凹陥部４Ｂの底面には４個の光路
１１を囲む溝４Ｇが形成され、この溝４ＧにはＯリング
等のシール部材４Ｈが装着され、処理容器１内を外部か
ら遮断している。

【００２０】次に、動作について説明する。処理容器１
内を所定の真空度に保ち、ウエハＷを下部電極３に載置
した状態でエッチング用ガスを上部電極２の空間２Ｃ内
に供給すると、図１の矢印で示すようにエッチング用ガ
スは電極板２Ｂの各ガス分散孔２Ｄから処理容器１内へ
吐出する。ガス分散孔２Ｄは開口部２Ｆの犠牲になるこ
となく、マトリックス状に電極板２Ｂ全面に均等に配置
されているため、上部電極２の電極板２Ｂ全面から処理
容器１内へ均一に供給され、処理容器１内の上部電極２
と下部電極３の間でプラズマを発生する。この際、開口
部２Ｆは径が小さいため、電極板２Ｂの電界に悪影響を
及ぼすことがなく、均一なプラズマを発生し、ウエハＷ
に対して均一なエッチングを施すことができる。

【００２１】この際、ウエハＷ表面をモニターするため
のレーザ光は窓部材４の光路１１及び電極板２Ｂの開口
部２Ｆを介して処理容器１内のウエハＷ表面へ入射し、
その反射光が開口部２Ｆ及び光路１１から出射してレー
ザ干渉計へ入射しウエハＷの膜厚のin situ変化をモニ
ターすることができる。連続する光路１１及び開口部２
Ｆからなる光路はアスペクト比が大きいため、プラズマ
中の浮遊粒子、反応生成物は光路内を拡散し難く、これ
らが石英ガラス４Ｃへ付着、堆積するのを抑制すること
ができ、石英ガラス４Ｃを透明度を長時間に渡って維持
し、レーザ干渉計を長時間使用することができ、ひいて
は長時間に渡ってエッチングの終点検出を行うことがで
きる。

【００２２】エッチングを長時間に渡って実施し、電極
板２Ｂに反応生成物等が付着した場合には電極板２Ｂを
電極本体２Ａから取り外してクリーニングすることがで
き、また、長時間の実施により電極板２Ｂがプラズマの
スパッタリング作用により損傷した場合には新規の電極
板２Ｂと交換することができる。

【００２３】以上説明したように本実施形態によれば、
必要光量を確保できる４個の開口部２Ｆをガス分散孔２
Ｄの間にその配列を犠牲にすることなく介在させて上部
電極２に設け、これらの開口部２Ｆを窓部材４の４個の
光路１１にそれぞれ連接したため、電極板２Ｂにモニタ
ー用の開口部２Ｆを設けても電極板２Ｂから処理容器１
内にエッチング用ガスを均一に供給することができ、ひ
いてはウエハＷに対して均一なエッチングを施すことが
できる。

【００２４】また、本実施形態によれば、窓部材４の本
体４Ａと電極板２Ｂの接合面にシール部材２Ｈを介在さ
せ、窓部材４の光路１１を周囲の分散孔２Ｄから遮断し
てあるため、上部電極２の内部空間２Ｃから窓部材４の
光路１１内へプロセスガスが入り込むことがなく、エッ
チング用ガスを上部電極２内から処理容器１内へ漏れな
く確実に供給することができ、エッチング用ガスを電極
板２Ｂから更に均一に供給することができる。

【００２５】また、本実施形態によれば、測定光の光路
がアスペクト比の高い、プラズマの拡散し難い細長形状
の開口部２Ｆ及び光路１１から形成されているため、プ
ラズマ中の浮遊粒子や反応生成物が窓部材４の石英ガラ
ス４Ｃに付着、堆積し難く、石英ガラス４Ｃの透明度を
長時間に渡って維持することができ、ウエハの処理状況
を長時間に渡って監視することができる。

【００２６】尚、本発明は上記実施形態に何等制限され
るものではなく、必要に応じて各構成部材を適宜設計変
更することができる。例えば、本実施形態では上部電極
２の中央に一つの窓部材４を設けた場合について説明し
たが、窓部材は他の場所に設けても良く、また、窓部材
を複数箇所に設けても良い。本実施形態では４個の開口
部２Ｆを設けた場合について説明したが、光量に応じて
その数を増減することができ、また、電極板２Ｂにはガ
ス分散孔２Ｄをマトリックス状に配列した場合について
説明したが、それ以外の配列であっても良い。また、上
記実施形態では終点検出用としてレーザ光を照射する場
合について説明したが、その他の白色光等の測定光とし
て使用できるものであれば良く、また、ウエハをエッチ
ングするプラズマ処理装置について説明したが、本発明
はエッチング以外でプラズマを使用するプラズマ処理装
置に広く適用することができる。また、本発明はウエハ
以外の処理装置にも適用することができる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１、
請求項３及び請求項５に記載の発明によれば、監視用窓
を設けても処理容器内にプロセスガスを均一に供給する
ことができ、均一なプラズマ処理を施すことができるプ
ラズマ処理装置、プラズマ監視用窓部材及びプラズマ処
理装置用の電極板を提供することができる。

【００２８】また、本発明の請求項２または請求項４に
記載の発明によれば、請求項１または請求項３に記載の
発明において、長時間に渡って被処理体の処理状況を監
視することができるプラズマ処理装置、プラズマ監視用
窓部材及びプラズマ処理装置用の電極板を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプラズマ処理装置の一実施形態を示す
概念図である。

【図２】図１に示すプラズマ処理装置の上部電極の電極
板を示す平面図である。

【図３】図１に示すプラズマ処理装置の上部電極の要部
を拡大して示す断面図である。

【図４】図３の下方からの平面図である。

【符号の説明】

１ 処理容器 ２ 上部電極（第１の電極） ２Ｂ 電極板（プラズマ処理装置用の電極） ２Ｄ ガス分散孔 ２Ｆ 開口部 ３ 下部電極（第２の電極、他の電極） ４ 窓部材 １１ 光路 Ｗ ウエハ（被処理体）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F004 AA01 AA15 BA04 BB13 BB28 BC01 CB02 CB10 DA01 DB03 5F045 AA08 BB01 DP03 EB10 EC03 EF05 EH13 GB09

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 処理容器内に配置されてその内部にプロ
   セスガスを供給する複数のガス分散孔を有する第１の電
   極と、第１の電極と所定間隔を空けて対向し且つ第１の
   電極との間でプラズマを発生させて被処理体にプラズマ
   処理を施す第２の電極と、これら両電極間のプラズマ処
   理を監視するための計測光の光路を有する窓部材とを備
   えたプラズマ処理装置において、少なくとも一つの開口
   部を上記ガス分散孔の間にその配列を犠牲にすることな
   く介在させて第１の電極に設けると共に、上記光路を上
   記ガス分散孔から遮断して上記開口部に連接したことを
   特徴とするプラズマ処理装置。
2. 【請求項２】 上記開口部及び光路をプラズマが拡散し
   難い細長形状に形成したことを特徴とする請求項１に記
   載のプラズマ処理装置。
3. 【請求項３】 処理容器内に配置された第１の電極に形
   成された複数のガス分散孔を介して上記処理容器内にプ
   ロセスガスを供給し、第１の電極と所定間隔を空けて対
   向する第２の電極との間で発生するプラズマにより被処
   理体に施されるプラズマ処理を監視する計測光の光路を
   有するプラズマ処理監視用窓部材において、少なくとも
   一つの開口部を上記ガス分散孔の間にその配列を犠牲に
   することなく介在させて第１の電極に設けると共に、上
   記光路を上記ガス分散孔から遮断して上記開口部に連接
   したことを特徴とするプラズマ処理監視用窓部材。
4. 【請求項４】 上記開口部及び光路をプラズマが拡散し
   難い細長形状に形成したことを特徴とする請求項３に記
   載のプラズマ処理監視用窓部材。
5. 【請求項５】 プロセスガスを吐出する複数のガス分散
   孔を有するプラズマ処理装置用の電極板であって、少な
   くともプラズマ処理を監視ための開口部を上記ガス分散
   孔の間にその配列を犠牲にすることなく介在させたこと
   を特徴とするプラズマ処理装置用の電極板。