JPH065547A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光透過部材の周辺側部に加熱部材を設けて有
効面積を大きくすると共に組み立て工程数の少ない覗き
窓部を有するプラズマ処理装置を提供する。 【構成】 プラズマ処理装置の容器側壁７６に覗き窓取
付孔６２を形成し、ここに所定の幅を有する光透過部材
６４を設けると共にこの光透過部材６４の周辺側部に加
熱部材６８を形成する。これにより、光の透過面積の大
きな、しかも組み立て工程数の少ない覗き窓部６０を構
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ処理装置の改
良に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体製造工程においては、半
導体ウエハにエッチング等の所望の処理を施す場合に
は、プラズマ処理装置を用いる場合がある。この種のプ
ラズマ処理装置は、内部に所定の間隙を隔てて平行に対
向させて設けられた上部電極と下部電極を有し、これら
の両電極間に例えば１３．５６ＭＨｚの電周波電源を印
加して電極間にプラズマを発生させるようになってお
り、発生したプラズマにより半導体ウエハにプラズマ処
理を施す。

【０００３】ところで、プラズマ処理を行うときには処
理空間に適切にプラズマが発生しているか否か外部から
観察するために、或いはプラズマによるエッチング処理
を行うときにはエッチング終点等を検出するために処理
空間からの光を外部に取り出す必要から処理容器の側壁
には、例えば特開平３−７５３８９号公報に示すような
覗き窓部が形成されており、この窓部には、プラズマ処
理により発生する生成物が窓の内側に付着して曇りを発
生することを防止するための加熱ヒータ等が設けられて
いる。

【０００４】図６は上記した従来のプラズマ処理装置の
覗き窓部を示す断面図である。図示するように処理容器
内には所定の間隙を隔てて上部電極２及び下部電極４が
設けられており、下部電極４上に図示しない静電チャッ
ク部を介して半導体ウエハＷが吸着保持されている。そ
して、これら両電極２、４間にプラズマが立てられて処
理空間Ｓとして構成される。そして、処理空間Ｓに臨む
処理容器の側壁６には覗き窓部用の貫通孔８が設けられ
ている。この貫通孔８には、平板状の２枚のグラス１
０、１２がフランジ１４により取り付けられると共に、
これらの両グラス１０、１２間には、リング状になされ
た熱線ヒータ１６が挟持されており、プラズマ処理時に
このヒータ１６を駆動することによりこれらの両グラス
１０、１２を加熱して処理空間Ｓ側のガラス面に生成物
の付着することを防止している。この覗き窓部の外側に
は、処理空間Ｓからの光を検出するための光学センサ１
８等が設けられている。

【０００５】また、他のプラズマ処理装置の覗き窓部の
構造としては、特開平３−７５３８９号公報に示すよう
に、容器側壁に透明な窓ガラスを設け、この表面に窓穴
を有するシート状のヒータを張設することにより全体を
構成したものが知られており、処理空間の光を上記シー
ト状ヒータの窓穴を介して外部に取り出すようになって
いる。更に、他のプラズマ処理装置の覗き窓部の構造と
しては、特開平３−２３６４８３号公報に示すように、
処理容器の側壁に設けた石英ガラス等よりなる透明ガラ
ス基板の外側表面に、透明導電膜よりなるヒータを張設
し、これらのガラス基板及び透明ヒータを介して処理空
間の光を外部に取り出すようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般的に
は、処理空間内のプラズマ状態を容易に目視するため及
び処理空間内のあらゆるポイントの発光状態をセンサに
より検出し得るようにするために、覗き窓部の実効面積
は大きい程よい。しかしながら、上記した特開平２−２
２４３３０号公報や特開平３−７５３８９号公報に示す
従来装置にあっては、ヒータは透明ガラスに対して平行
に設けた構造であるために、覗き窓部の実効面積を大き
くするとそれに対応させてヒータ部分も大きくなり、覗
き窓部全体の寸法が大型化するという改善点があった。
特に、半導体ウエハの大口径化にともない、これが８イ
ンチもの大きさに達すると、覗き窓部の大型化を余儀な
くされていた。

【０００７】また、図６に示す装置の場合には、熱線ヒ
ータ１６を２枚の平板状のガラス１０、１２により挟持
する複雑な構造のために、取り付け、取り外し時の工程
数が多くなり、メンテナンス上の不便が生ずるという改
善点も有していた。一方、特開平３−７５３８９号公報
及び特開平３−２３６４８３号公報に示す装置にあって
は、透明ガラスにシート状のヒータを接着剤等により貼
り付ける構造が開示してあるが、観察するプラズマの発
光に垂直する面に前記シート状のヒータを付けてあり、
窓が十分加熱されないという問題があった。

【０００８】また、特に特開平３−２３６４８３号公報
に示す構造にあっては、接着剤の種類や透明ヒータの材
質が、これを透過する光に影響を与え、エッチング終点
検出等に必要とされる波長の光が吸収されたり或いは反
射したりする場合が生ずるのみならず、特殊な高価なヒ
ータ部材を必要とするという改善点を有していた。本発
明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決
すべく創案されたものであり、その目的は、光透過部材
の周辺側部に加熱部材を設けて有効面積を大きくすると
共に組み立て工程数の少ない覗き窓部を有するプラズマ
処理装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために、被処理体にプラズマ処理を施すための
処理空間からの光を取り出す覗き窓部を有するプラズマ
処理装置において、前記覗き窓部は、前記光の取り出し
方向に沿って所定の幅を有する光透過部材と、前記光透
過部材の周辺側部に設けた加熱部材とにより構成したも
のである。

【００１０】

【作用】本発明は、以上のように構成したので、覗き窓
部を構成する光透過部材はある程度の幅を有しており、
この周辺側部に例えばセラミックスヒータ等の加熱部材
が光の取り出し方向と平行に設けられることになる。従
って、覗き窓部を大型化することなく光透過部材の有効
面積を大きく取ることができ、しかも、組み立て工程数
も少なくすることができる。

【００１１】

【実施例】以下に、本発明に係るプラズマ処理装置の一
実施例を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明に
係るプラズマ処理装置の一実施例を示す断面図、図２は
図１に示す処理装置の覗き窓部の取り付け状態を示す拡
大断面図、図３は図１に示す光透過部材を示す斜視図で
ある。本実施例にあっては、プラズマ処理装置としてプ
ラズマエッチング装置を例にとって説明する。図示する
ようにこのプラズマエッチング装置は、例えばステンレ
ス等により矩形状に成型された処理容器２２と、この処
理容器２２内で被処理体、例えば半導体ウエハＷを吸着
保持する静電チャック部２４と、処理容器２２内のウエ
ハ面と平行する方向に磁界を発生させるためのマグネッ
ト部２６と、処理容器２２内にプラズマを発生させるた
めの高周波電源２８とにより主に構成されている。

【００１２】上記処理容器２２は、天井部を有して下方
が開放された上側容器２２Ａとその開放部を開閉可能に
塞ぐ底部２２Ｂとよりなり、この上側容器２２Ａの下部
側壁には排気口３０が形成されると共にこの排気口３０
には真空ポンプ３２が接続されており、処理容器２２内
を例えば１０^-6Ｔｏｒｒ程度まで真空引きできるように
構成される。また、上側容器２２Ａの上部側壁にはエッ
チングガスを供給するためのガス導入口３４が形成され
ると共にこのガス導入口３４には例えば塩素ガス等のエ
ッチングガスの供給源であるエッチングガス供給ユニッ
ト３６が接続される。

【００１３】また、上記マグネット部２６は、処理容器
２２内の電極間においてウエハ表面に平行な水平磁場を
形成する機能を有し、支持部材３８に支持された永久磁
石４０とこれを水平面内に回転させるモータ４２とによ
り構成されている。上記静電チャック部２４は、上記底
部２２Ｂ上に例えばセラミックス等により容器状に成型
された電気絶縁部４４及び温度調整ブロック４６を介し
て処理容器２２内に位置されている。上記温度調整ブロ
ック４６には冷却流体等を循環させる流体通路５０が形
成される。

【００１４】上記静電チャック部２４は、プラズマ用電
極として、例えばアルミニウム等により中央部が突出成
形された肉厚な円板状の下部電極５２上に設けられ、こ
の下部電極５２は、リード５４を介して前記高周波電源
２８へ接続されている。また、処理容器２２の上側容器
２２Ａは接地されており、上部電極５６として構成され
ている。従って、この上部電極５６と下部電極５２とに
より平行電極が構成されることになり、これら両電極間
がプラズマ処理を行うための処理空間Ｓとして構成され
る。また、静電チャック部２４は、内部に絶縁された導
電層２４Ａを有し、この導電層２４Ａはリード５６を介
して、例えば２ＫＶの高圧直流源５８へ接続されてお
り、この高圧源によってウエハＷに正・負の電荷の分離
を生ぜしめ、ウエハＷを下部電極５２側へクーロン力に
より吸着保持し得るように構成される。

【００１５】そして、上記上側容器２２Ａの上部側壁に
は、本発明の特長とする覗き窓部６０が設けられる。具
体的には、この上部側壁には、上記処理空間Ｓに臨ませ
て水平方向へ貫通させた矩形状の覗き窓取付孔６２が形
成されている。この取付孔６２の水平方向への長さ及び
垂直方向への高さＬ２は、外部より処理空間Ｓの全域を
略臨み得るように十分な長さ及び高さに設定されてい
る。上記覗き窓部６０は、光の吸収が非常に少ない光透
過性の材料、例えば石英ガラス等により略直方体状に成
形された光透過部材６４を有しており、この光透過部材
６４の一側には、上記覗き窓取付孔６２に精度良く嵌合
する凸状の嵌合凸部６６が形成されている。この嵌合突
部６６の厚さＬ３は、容器側壁の厚さと略同一に設定さ
れており、取り付け時に容器の内側の側壁面と嵌合凸部
６６の内側面とが同一垂直レベルとなり、この部分に生
成物の付着し易い凹凸が発生しないようになされてい
る。

【００１６】そして、上記光透過部材６４の周辺側部に
は、例えば熱線入りの通常のラバーヒータ等よりなる加
熱部材６８がその周方向に沿って必要な熱量を発生し得
る長さだけ巻き付けて設けられており、これにリード７
０を介して接続される温度コントローラ７２により所望
の電力を供給することにより光透過部材６４を所望の温
度、例えば１４０〜１５０℃程度まで加熱し得るように
構成される。本実施例にあっては光透過部材６４の厚さ
Ｌ４、すなわち光の取り出し方向の幅は、この光透過部
材６４の温度を所望の温度まで加熱するに必要とする十
分な量の加熱部材６８を巻回し得るだけの長さ、例えば
３ｃｍ程度に設定されており、また、光透過部材６４の
水平方向の長さＬ５は例えば８ｃｍ程度に設定されてい
る。

【００１７】このように構成された光透過部材６４は、
Ｏリング７４を介して上側容器２２Ａの側壁７６に気密
に取り付けられる。この場合、光透過部材６４の周縁部
は、フランジ７７により押さえ付けられ、ボルト７８等
により上側容器２２Ａ側へ強固に固定される。また、こ
のように構成された覗き窓部６０の外側には、例えばＣ
ＣＤセンサ等よりなる光センサ８０が配置されており、
前記処理空間Ｓから覗き窓部６０を介して放出される光
を検出し、後段の光分光器等（図示せず）へ送出するよ
うになっている。そして、この光センサ８０は、処理空
間Ｓ内の略全域の光を検知するために、Ｚテーブル８
２、Ｙテーブル８４及びＸテーブル８６を順次重ねて構
成した移動機構上に設けられている。尚、この移動機構
に光センサ８０を水平方向へ回動させるθテーブルを含
ませるようにしてもよい。

【００１８】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について説明する。まず、図示しないゲードベン等
を介して処理容器２２内へ搬入されたウエハＷは、静電
チャック部２４上に載置されて、ここに静電チャックさ
れて吸着保持される。そして、エッチングガス供給ユニ
ット３６からエッチングガスを容器内へ供給しつつ真空
ポンプ３２によって処理容器２２内を真空引きする。そ
して、容器内圧力を例えば１０^-2〜１０^-3Ｔｏｒｒ程度
に維持しつつ高周波電源２８により上部及び下部電極５
６、５２間に高周波を印加し、処理空間Ｓにプラズマを
発生させてウエハＷに対してプラズマ処理を施す。

【００１９】この時、処理容器２２の上方の永久磁石４
０を回転させて電極間に水平磁場を形成することによ
り、ここに存在する電子がサイクロン運動を行い、電子
がエッチングガスの分子に衝突することによって分子の
電離が加速されてプラズマ化が促進される。そして、発
生したプラズマ等がウエハ表面に作用し、ケミカルエッ
チングが行われる。このようなプラズマ処理の状態は、
処理空間Ｓにてプラズマから発生する光を側壁７６に設
けた覗き窓部６０を介して外部に取り出し、これを光セ
ンサ８０により検知することによりモニタされている。
この場合、光センサ８０は、これを載置するＸ、Ｙ、Ｚ
テーブル８６、８４、８２を適宜操作することにより覗
き窓部６０に対して移動し、処理空間Ｓ内の所望のポイ
ントに焦点を合わせて光を取り出すことができ、エッチ
ングの終点検出等を行う。

【００２０】プラズマ処理を行っている間は、温度コン
トローラ７２から覗き窓部６０の加熱部材６８に所定の
電力を供給することにより光透過部材６４を加熱する。
この加熱温度は、容器内の処理空間Ｓにて生成するプラ
ズマによる反応生成物が付着して曇りを生ぜしめない温
度、例えば処理空間Ｓに臨ませた光透過部材内面が１４
０〜１５０℃程度になるようにこの光透過部材６４を加
熱する。特に、本実施例にあっては、ウエハの大口径化
に対応させて幅広になる処理空間Ｓの全領域の光を取り
出すことができるように光透過部材６４の水平方向の長
さＬ５或いは嵌合凸部６６の長さを十分に設定してあ
り、そしてこれに対応させて光透過部材６４の幅乃至厚
さＬ４を十分に大きく設定してあるので必要とする大き
な加熱量を発揮するための十分な量或いは長さの加熱部
材６８をその回りに巻回することができる。従って、エ
ッチング処理温度を高くする傾向にある今日の半導体製
造工程に対応させることが可能となる。

【００２１】また、覗き窓部における光の通る実効面積
を大きく取ることができ、しかも、加熱によりその内側
面に反応生成物が付着することを防止することができる
ので、処理空間Ｓ内の任意のポイントの光を取り出すこ
とができ、しかも、例えばエッチング終点の検出等を行
うために経時変化の少ない安定した光を取り出すことが
できる。また、本実施例においては、光透過部材６４に
嵌合凸部６６を設けてこれを容器側壁７６の覗き窓取付
孔６２へ嵌合させるようにしたので、この取付部におけ
る容器内壁面には反応生成物の付着の原因となる凹凸が
発生せずにフラットな面となり、反応生成物の付着を一
層効果的に防止することができる。

【００２２】更には、メンテナンスを行うために光透過
部材６４の取り外しを行う場合には、この光透過部材６
４の周辺側部に加熱部材６８が一体的に取り付けられて
いるので、ボルト７８を緩めてフランジ７７を取り外す
だけでよく、例えば図６に示す従来装置と比較してメン
テナンス効率を大幅に向上させることができる。また、
加熱部材６８としては、透明ヒータ等のような特殊な高
価なヒータを用いることなく通常の安価な熱線ヒータや
セラミックスヒータで良く、コストの削減に寄与するこ
とが可能となる。また、加熱部材としてセラミックスヒ
ータを用いる場合には、図４に示すように光透過部材６
４の周辺側部に平板状のセラミックスヒータ８２を適当
量だけ接着剤等により貼り付け固定する。この場合、周
辺側部はプラズマ光の透過面を構成していないので、接
着剤の材質は、規制されることがなく、耐熱性を備えて
いればどのような接着剤も使用することが可能である。

【００２３】また、本実施例にあっては、光透過部材６
４の一側に覗き窓取付孔６２と嵌合する嵌合凸部６６を
形成して容器内壁面に凹凸の発生を防止するようにした
が、これに限定されず、この嵌合凸部６６を設けないよ
うにしてもよい。更に、光透過部材６４の熱容量を調整
するために、例えば図５に示すように光透過部材６４の
外側面にその断面積が覗き窓取付孔６２よりも大きくな
された断面矩形状の凹部８４をその厚さ方向途中まで設
けるように構成してもよい。この場合、上記凹部８４は
大気側から真空容器側に向けて凹部状になされており、
また、加熱部材６８は凹部８４の透過光に平行な四面に
貼られており、透過光の透過を妨げないようになされて
いる。図５において図３に示す部材と同一部分について
は同一符号を付してある。尚、本実施例にあっては、本
発明をプラズマエッチング装置に適用した場合について
説明したが、これに限定されず、プラズマＣＶＤ装置、
スパッタリング装置、アッシング装置等にも適用し得る
のは勿論である。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば次
のような優れた作用効果を発揮することができる。光透
過部材の周辺側部に加熱部材を設けるようにしたので、
占有面積を大きくすることなく光透過用の有効面積を大
きくとることができ、処理空間内の任意のポイントから
の光をモニタすることができる。また、透明ヒータ等の
高価な特殊な加熱部材を必要としないので、コストを大
幅に削減することができる。更には、加熱部材を光透過
部材の周辺に取り付けた簡単な構造のため、メンテナン
ス作業を迅速に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るプラズマ処理装置の一実施例を示
す断面図である。

【図２】図１に示す処理装置の覗き窓部の取り付け状態
を示す拡大断面図である。

【図３】図１に示す光透過部材を示す斜視図である。

【図４】本発明に使用する他の光透過部材を示す斜視図
である。

【図５】本発明に使用する更に他の光透過部材を示す斜
視図である。

【図６】従来のプラズマ処理装置の覗き窓部を示す断面
図である。

【符号の説明】

２２ 処理容器 ２８ 高周波電源 ５２ 下部電極 ６０ 覗き窓部 ６２ 覗き窓取付孔 ６４ 光透過部材 ６６ 嵌合凸部 ６８ 加熱部材 ７６ 容器側壁 ８０ 光センサ Ｓ 処理空間 Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理体にプラズマ処理を施すための処
   理空間からの光を取り出す覗き窓部を有するプラズマ処
   理装置において、前記覗き窓部は、前記光の取り出し方
   向に沿って所定の幅を有する光透過部材と、前記光透過
   部材の周辺側部に設けた加熱部材とにより構成されるこ
   とを特徴とするプラズマ処理装置。