(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理チャンバと、プラズマ源と、被処理物を保持するとともにプラズマ測定用ステージヘッドのデータ通信用端子に接続するウエハステージの周囲側の上面部に設けられたデータ通信用端子を備えたウエハステージを具備するプラズマ処理装置であって、
ウエハステージのデータ通信用端子に接続されプラズマの状態に関するデータを取得するデータ取得装置を処理チャンバの外部に設け、
通常のプラズマ処理中は設置されず、必要に応じてウエハステージ上にプラズマ測定用ステージヘッドを設置し該ステージヘッドに設置されたセンサからの出力を前記各々のデータ通信用端子を介して処理チャンバ外部のデータ取得装置に取り出すことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記データ通信用端子が、電気信号の端子あるいは光信号の端子であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記プラズマ処理装置は被処理物の搬送機能を備え、前記センサが、被処理物と同様に前記搬送機能によって搬送可能であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体、液晶ディスプレイ用基板等の製造において有効なプラズマ処理装置、及び処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンウエハの大口径化及び半導体デバイスの微細化に対応して、プラズマプロセスにおいては、例えば、ガス流量、処理圧力、プラズマ生成用電力、ウエハ温度、バイアス電力等のプロセス制御パラメータについて、所望の処理結果が得られるパラメータの組み合わせの範囲、すなわちプロセスウインドウが年々狭くなってきている。
【０００３】
それによって、装置立上げ時や、あるプロセスの立上げ時に所望のプラズマ処理を満足する条件が得られない、あるいは、初期のプラズマ処理では、所望の処理結果が得られても、処理チャンバの汚れなどに起因する装置状態のシフトが起きると、プロセスウインドウを外れてしまう等の問題が生じてきている。また、逆に処理チャンバを清掃した後は、処理チャンバ内部がきれいになったことや、処理チャンバを大気に開放したことによる内部の表面状態の変化等により、プロセス状態がシフトするので、エージングと呼ばれる空放電をし、装置をコンディショニングすることが必要となるが、このエージングも年々難しくなっており、エージング後、着工していいかどうかの判断も極めて難しくなっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような問題を解決するためには、装置及びプロセスの状態を確実に把握することが必要であり、通常、プロセス中の各種信号、例えば、プラズマの発光やその他のモニタ、プラズマソースやウエハバイアスの電流、電圧、インピーダンス状態を監視することが行われている。これらの値が、ある範囲に入っていなければ、異常な状態と判断するわけである。しかしながら、これらの信号が正常な値だからといって、正常なプラズマ処理が保証されるわけではないので、最終的には実際にウエハを処理してみないと判断できないことが多い。ウエハの大口径化によってこのウエハのコストも深刻な問題となっている。
【０００５】
また、通常のプロセスモニタは、設置する場所が限られており、ウエハ位置でのプラズマ情報を的確に測定できるとは言い難い。本発明の課題は、ウエハ位置におけるプラズマやその他の必要なプロセスの状態を正確に測定し、高精度かつ安定した処理が可能なプラズマ処理装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記のような課題は、各種センサを内蔵したプラズマ測定用ステージヘッドあるいは、各種のセンサを内蔵した専用のテストウエハ（プラズマ測定用ウエハ）をウエハステージ位置に手作業もしくは、自動搬送により設置し、そのセンサの信号を用いて装置の管理を行うことによって解決される。プラズマ測定用ステージヘッドあるいはプラズマ測定用ウエハの出力信号は、ウエハステージに装備されたデータ通信用端子により外部に取り出され、データ収録装置に収録され、装置管理や着工判断等に活用される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は、半導体デバイスの製造の分野に限定されるものではなく、液晶ディスプレイの製造や各種プラズマ表面処理等、様々な分野に適用が可能であるが、ここでは、半導体デバイス製造用のプラズマエッチング装置を例にとって、実施例を示すことにする。
【０００８】
図１に、本発明の一実施例を示す。図中の処理チャンバ１は、例えば、ステンレスまたはアルミニウム等の真空容器であり、バタフライバルブ２を介してポンプ３が接続され、流量コントローラ６を介してエッチングガスが導入され、所望の圧力が保たれる。処理チャンバ１中には、ウエハ２０を載置するためのウエハステージ１３が設置され、このウエハステージ１３を介して、ウエハ２０には、高周波バイアスが印加される。
【０００９】
一方、ウエハ２０と対向する位置には、高周波電源５と接続されるプラズマソース１６があり、導入されたエッチングガスを電離し、プラズマ１２を生成し、ウエハ２０のエッチングを行なう。本発明の特徴は、ウエハステージ１３にデータ通信用端子１４を装備した点であり、プラズマ測定用ステージヘッド１１をウエハステージ１３上に載置してプラズマ１２の測定を行なう。プラズマ測定用ステージヘッド１１には、例えばイオン電流プローブ１５等のプラズマ１２を測定するためのセンサが装備される。
【００１０】
次にウエハステージ１３やプラズマ測定用ステージヘッド１１の構造について説明する。図２に本発明の一実施例となるウエハステージ１３の断面図を示す。一般に、プラズマエッチング装置の場合、ウエハ２０はメカニカルクランプもしくは静電吸着等の手法によってウエハステージ１３に保持される。通常、このウエハステージ１３の周囲にはセラミック等の絶縁体からなるサセプタ２１（電極保護カバー）が備えられている。ここで、サセプタ２１の裏にあたる位置には、電気信号をやり取りするためのデータ通信用端子１４が設けられている。
【００１１】
図３に、図２に示したウエハステージ１３と組み合わせて使うためのイオン電流プローブアレイ内蔵プラズマ測定用ステージヘッド１１を示す。このプラズマ測定用ステージヘッド１１は、図２に示したサセプタ２１を取り外し、代わりに、ウエハステージ１３上に載置する。
【００１２】
表面には、イオン電流プローブ１５が、１つもしくは２つ以上設けられており、例えば、図４に示したように、十字あるいは他の配列によって全面に渡って配置することにより、プラズマ１２の分布特性を把握することができる。
【００１３】
例えば、図５に示すように、各イオン電流プローブ１５には、ＤＣ電源３４を用いて、負の電圧を印加することができ、そのときに各イオン電流プローブ１５にプラズマ１２から流れ込む電流は、ウエハステージ１３上に設けられたデータ通信用端子１４を介して外部に引き出され、ローパスフィルタ３０を用いて高周波成分をカットし、抵抗３１によって電圧に変換され、ＡＤ変換器３２を介してコンピュータ３３に取り込まれる。
【００１４】
図２から図５に示した実施例における一つの問題は、図６に示すように、イオン電流プローブ１５の数を増やすとイオン電流を引き出すためのデータ通信用端子１４の数を同数ウエハステージ１３に用意する必要がある点である。
【００１５】
例えば、図７に示す実施例のように、プラズマ測定用ステージヘッド１１側に回路切り替え用のスイッチ４０を設けることによって、スイッチ４０を駆動するためのスイッチ駆動用信号端子４１と一つのイオン電流を引き出すためのデータ通信用端子１４を用意すればよくなり、ウエハステージ１３の構造が簡略化される。
【００１６】
あるいは、図８に示す実施例のようにプラズマ測定用ステージヘッド１１側にＡＤ変換器３２を内蔵することにより、直接デジタル信号のやり取りを行なっても良い。
【００１７】
ここまでの実施例は、プラズマ測定用ステージヘッド１１をサセプタ２１と交換する方法を用いていたが、この場合、プラズマ測定用ステージヘッド１１をセットするためには、処理チャンバ１を大気開放せざるを得ず、実際の生産ラインなどに適用するには困難がある。プラズマ測定用ステージヘッド１１も、被処理物であるウエハ２０と同様に搬送し、測定可能であることが望ましい。
【００１８】
そこで、そのような要求に対応した実施例を図９に示す。まず、ウエハステージ１３には、ウエハ２０が載置される面に電気信号をやり取りするためのデータ通信用端子１４を設ける。このデータ通信用端子１４は、例えば、ウエハ２０の自重に負ける程度のばね力でウエハ２０の裏面に接触するようにしておけばよい。
【００１９】
プラズマ測定用ウエハ５０（プラズマ測定用ステージヘッド１１に相当）は、ウエハ２０用の搬送システムによって搬送が可能なように、ウエハ２０とほぼ同じ外径寸法であり、また、ある程度の薄さと重量に抑える必要がある。
【００２０】
プラズマ測定用ウエハ５０の裏面には、ウエハステージ１３に設けられたデータ通信用端子１４の位置に、データ通信用端子１４が設けられており、プラズマ測定用ウエハ５０をウエハステージ１３上に置くと、そのデータ通信用端子１４が、ウエハステージ１３側のデータ通信用端子１４と接触して、電気的導通がとれる。また表面には、イオン電流を引き込むためのイオン電流プローブ１５が設けられており、前記データ通信用端子１４とは電気的に繋がっている。したがって、プラズマ１２から入ってくるイオン電流は、処理チャンバ１外部に引き出され、例えば図５に示したような方法で測定可能となる。
【００２１】
図１から図８に示した全ての実施例は、図９に示すような方法で、信号のやり取りを行なうことに特に問題は無い。しかしながら、図６に示したような回路を用いて、多数のイオン電流プローブ１５の信号を外部に取り出そうとする場合、ウエハステージ１３に多数のデータ通信用端子１４を設けることが設計上困難な場合がある。データ通信用端子１４がたとえ一つでも、プラズマ測定用ウエハ５０は、ウエハ２０の自動搬送システムで容易に設置や交換を行なうことが可能であるので、プラズマ１２の分布を測定したいときは次のような方法を用いればよい。
【００２２】
すなわち、図１０に示す実施例のように、表面のイオン電流プローブ１５の位置が異なる複数のプラズマ測定用ウエハ５０を次々と搬送し、同じ条件で測定を行なうことにより、プラズマ１２の分布を知ることができる。
【００２３】
今までの実施例は全てイオン電流の測定を例にとって示したが、本発明はそれに限定されるものではない。今まで示した実施例について、イオン電流プローブ１５の面積をイオン測定用に比べて小さくすることにより、電子を測定することが可能となるし、あるいは、図１１に示す実施例のように、イオンエネルギの測定に対応したプラズマ測定用ステージヘッド１１やプラズマ測定用ウエハ５０との組み合わせも可能である。
【００２４】
図１１は、金属メッシュ５２を重ね、その下にイオン電流測定用の電極１７を設置し、金属メッシュ５２の電位を変えながら、電極１７に流入するイオン電流を測定することにより、イオンエネルギを測定することができる。
【００２５】
以上、図には示さないが、本発明は、温度センサなどあらゆる物理、化学量の測定センサとの組み合わせが可能であり、これら複数の種類のセンサを積載したプラズマ測定用ステージヘッド１１やプラズマ測定用ウエハ５０を用いることも可能である。
【００２６】
本発明は、ウエハステージ１３に信号をやりとりするデータ通信用端子１４を設けたことを最大の特徴とするが、本発明が対象とする信号は、電気信号に限られない。光、電磁波等の信号を含むあらゆる信号端子の装備が本発明に含まれる。
【００２７】
図１２は、本発明の一実施例であり、プラズマ１２からの発光をプラズマ測定用ステージヘッド１１に装備したレンズ６０から取り込み、導光路６１、コリメータ６４等を介して、ウエハステージ１３側に引き出している。また、光スイッチ６２を用いて切り替えることにより複数の位置に入る発光を切り替えてモニタすることができる。プラズマ１２の発光は、プラズマ１２の情報を多く含んでおり、本発明により、ウエハ２０位置に入るプラズマ１２の発光を分析することが可能となる。
【００２８】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、被処理物を保持するウエハステージにデータ通信用の端子を装備し、プラズマ状態を知るためのセンサをウエハステージ上に設置あるいは搬送し、前記データ通信用の端子を通じて信号を外部に取り出し、プラズマに関するデータを得ることにより、ウエハ位置における各種のプロセスに必要な情報を正確に得る事が出来るため、着工判断や装置管理等を的確に行うことが出来る。また、装置やプロセスの立上げを迅速化したり、テストウエハのコストを低減する効果がある。更に、装置状態を安定させることにより、高精度なプラズマ処理の制御が可能となり、微細なエッチング加工や、高品質な成膜加工、表面処理等が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す断面図。
【図２】本発明の一実施例を示す断面図。
【図３】本発明の一実施例を示す断面図。
【図４】本発明の一実施例を示す斜視図。
【図５】本発明の一実施例を示す断面図。
【図６】本発明の一実施例を示す断面図。
【図７】本発明の一実施例を示す断面図。
【図８】本発明の一実施例を示す断面図。
【図９】本発明の一実施例を示す断面図。
【図１０】本発明の一実施例を示す斜視図。
【図１１】本発明の一実施例を示す断面図。
【図１２】本発明の一実施例を示す断面図。
【符号の説明】
１…処理チャンバ、２…バタフライバルブ、３…ポンプ、４…整合器、５…高周波電源、６…流量コントローラ、７…高周波電源、８…整合器、９…圧力計、１０…データ収録装置、１１…プラズマ測定用ステージヘッド、１２…プラズマ、１３…ウエハステージ、１４…データ通信用端子、１５…イオン電流プローブ、１６…プラズマソース、１７…電極、２０…ウエハ、２１…サセプタ、３０…ローパスフィルタ、３１…ＩＶ変換器（抵抗）、３２絶縁アンプ付ＡＤ変換器、３３…コンピュータ、３４…ＤＣ電源、４０…スイッチ、４１…スイッチ駆動用信号端子、５０…プラズマ測定用ウエハ、５１…ばね、５２…金属メッシュ、５３…ＤＣ電源１、５４…ＤＣ電源２、５５…電流計測器、５６…イオンエネルギアナライザ、６０…レンズ、６１…導光路、６２…光スイッチ、６３…プリズム、６４…コリメータ、６５…光ファイバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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