(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性材料からなる処理容器と，前記処理容器内を排気するための排気ポンプと，前記処理容器内にガスを導入するためのガス供給手段と，前記処理容器内に設けられ被処理体を載置する載置台と，処理室の外部に絶縁材を介して平面渦巻きコイル状に形成した高周波アンテナと，前記被処理体を下方から支持するための支持機構と，から構成されることを特徴とする誘導結合のプラズマ処理装置において，
前記載置台は，被処理体を載置する面が下を向いたフェイスダウン方式で構成され，
前記平面渦巻きコイル状に形成した高周波アンテナは，前記処理容器の外部に複数設けられ，
前記プラズマ処理装置は，さらに，前記複数の高周波アンテナにそれぞれ接続された複数の高周波電源と，
プラズマ発生時における前記処理容器内の各波長の発光スペクトルを検出する光学センサと，を備え，
前記各高周波電源は，前記光学センサにより検出された各波長の発光スペクトルの変動に基づいて，前記各高周波電源にそれぞれ接続された各高周波アンテナに印加する高周波エネルギをそれぞれフィードバック制御することを特徴とする誘導結合のプラズマ処理装置。
【請求項２】
導電性材料からなる処理容器と，前記処理容器内を排気するための排気ポンプと，前記処理容器内にガスを導入するためのガス供給手段と，前記処理容器内に設けられ被処理体を載置する載置台と，処理室の外部に絶縁材を介して配置された対向する平面渦巻きコイル状に形成した高周波アンテナとから構成されることを特徴とする誘導結合のプラズマ処理装置において，
前記載置台は被処理体を載置する面が鉛直方向に対して平行に構成され，
前記平面渦巻きコイル状に形成した高周波アンテナは，前記処理容器の外部に複数設けられ，
前記プラズマ処理装置は，さらに，前記複数の高周波アンテナにそれぞれ接続された複数の高周波電源と，
プラズマ発生時における前記処理容器内の各波長の発光スペクトルを検出する光学センサと，を備え，
前記各高周波電源は，前記光学センサにより検出された各波長の発光スペクトルの変動に基づいて，前記各高周波電源にそれぞれ接続された各高周波アンテナに印加する高周波エネルギをそれぞれフィードバック制御することを特徴とする誘導結合のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記処理容器は，接地されていることを特徴とする請求項１に記載の誘導結合のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記複数の高周波電源は，前記複数の高周波アンテナの両端子間に高周波エネルギをそれぞれ印加することを特徴とする，請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の誘導結合のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記複数の高周波電源は，前記複数の高周波アンテナの一方の端部にのみ前記高周波エネルギをそれぞれ印加することを特徴とする，請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の誘導結合のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記載置台には、コンデンサを介してバイアス用高周波電源が接続されることを特徴とする，請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載の誘導結合のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記載置台は，サセプタ支持台と、該サセプタ支持台上に着脱自在に設けられたサセプタから構成されていることを特徴とする，請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載の誘導結合のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記載置台は，前記被処理体を載置する面に静電チャックが備えられていることを特徴とする，請求項１乃至請求項７のいずれか一つに記載の誘導結合のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記載置台に，冷却手段および温調用ヒータのうち少なくとも一つを備えることを特徴とする，請求項１乃至請求項８のいずれか一つに記載の誘導結合のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記被処理体の裏面と前記載置台の接合部に熱伝達ガスを供給するための手段を設けたことを特徴とする請求項９に記載の誘導結合のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記載置台には，前記被処理体を囲むようにフォーカスリングを備えたことを特徴とする，請求項１乃至請求項１０のいずれか一つに記載の誘導結合のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
導電性材料からなる処理容器と，前記処理容器内を排気するための排気ポンプと，前記処理容器内にガスを導入するためのガス供給手段と，前記処理容器内に設けられた被処理体を載置する複数の載置台と，処理室の外部に絶縁材を介して配置された対向する複数の平面渦巻きコイル状に形成した高周波アンテナとから構成されることを特徴とする誘導結合のプラズマ処理装置において，
前記複数の載置台は被処理体を載置する面が鉛直方向に対して平行に構成され，
前記平面渦巻きコイル状に形成した高周波アンテナは，前記処理容器の外部に複数設けられ，
前記プラズマ処理装置は，さらに，前記複数の高周波アンテナにそれぞれ接続された複数の高周波電源と，
プラズマ発生時における前記処理容器内の各波長の発光スペクトルを検出する光学センサと，を備え，
前記各高周波電源は，前記光学センサにより検出された各波長の発光スペクトルの変動に基づいて，前記各高周波電源にそれぞれ接続された各高周波アンテナに印加する高周波エネルギをそれぞれフィードバック制御することを特徴とする誘導結合のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、プラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、被処理体、例えば半導体ウェハなどを処理室内においてプラズマ処理するための装置として、高周波（ＲＦ）を用いた平行平板形のプラズマ処理装置が広く採用されている。処理室内に平行平板型の２枚の電極が配置された反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置を例にとってみると、いずれか一方の電極又は両方の電極に高周波を印加することにより、両電極間にプラズマを発生させ、このプラズマと被処理体との間の自己バイアス電位差により、被処理体の処理面にプラズマ流を入射させ、エッチング処理を行うように構成されている。
【０００３】
しかしながら、上記の平行平板型プラズマ処理装置の如き従来型のプラズマ処理装置では、半導体ウェハの超高集積化に伴い要求されるようなサブミクロン単位、さらにサブハーフミクロン単位の超微細加工を実施することは困難である。すなわち、かかるプロセスをプラズマ処理装置により実施するためには、低圧雰囲気において、高密度のプラズマを高い精度で制御することが重要であり、しかも、そのプラズマは大口径ウェハにも対応できる大面積で高均一なものであることが必要である。また電極を用いたプラズマ処理装置では、プラズマ発生時に電極自体が重金属汚染の発生源となってしまい、特に超微細加工が要求される場合には問題となっていた。
【０００４】
このような技術的要求に対して、新しいプラズマソースを確立するべく、これまでにも多くのアプローチが様々な角度からなされてきており、たとえば欧州特許公開明細書第３７９８２８号には、高周波アンテナを用いる高周波誘導プラズマ発生装置が開示されている。この高周波誘導プラズマ発生装置は、ウェハ載置台と対向する処理室の一面を石英ガラスなどの絶縁体で構成して、その外壁面にたとえば渦巻きコイルからなる高周波アンテナを取り付け、この高周波アンテナに高周波電力を印加することにより処理室内に高周波電磁場を形成し、この電磁場空間内を流れる電子を処理ガスの中性粒子に衝突させ、ガスを電離させ、プラズマを生成するように構成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような高周波誘導プラズマを用いて、たとえばシリコン酸化膜をＣＦ系の処理ガスによりエッチング処理する場合には、高いエッチングレートでエッチング対象物を除去するとともに、エッチング形状を垂直ないし略テーパ形状に正確に形成する必要があり、そのためにはエッチングの始点および終点を高い精度で制御する技術の確立が必須である。
【０００６】
本発明は、高周波誘導方式のプラズマ処理装置により特にエッチング処理を行うに際して生じる上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高周波誘導方式のプラズマ処理装置によりエッチング処理を行うに際して、高いエッチングレートで良好なエッチング形状を確保するための新規かつ改良された制御方法を有するプラズマ処理装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，導電性材料からなる処理容器と，上記処理容器内を排気するための排気ポンプと，上記処理容器内にガスを導入するためのガス供給手段と，上記処理容器内に設けられ被処理体を載置する載置台と，処理室の外部に絶縁材を介して平面渦巻きコイル状に形成した高周波アンテナと，上記被処理体を下方から支持するための支持機構と，から構成されることを特徴とする誘導結合のプラズマ処理装置において，上記載置台は，被処理体を載置する面が下を向いたフェイスダウン方式で構成され，上記平面渦巻きコイル状に形成した高周波アンテナは，上記処理容器の外部に複数設けられ，上記プラズマ処理装置は，さらに，上記複数の高周波アンテナにそれぞれ接続された複数の高周波電源と，プラズマ発生時における上記処理容器内の各波長の発光スペクトルを検出する光学センサと，を備え，上記各高周波電源は，上記光学センサにより検出された各波長の発光スペクトルの変動に基づいて，上記各高周波電源にそれぞれ接続された各高周波アンテナに印加する高周波エネルギをそれぞれフィードバック制御することを特徴とする誘導結合のプラズマ処理装置が提供される。
【０００８】
本発明の別の観点によれば，導電性材料からなる処理容器と，上記処理容器内を排気するための排気ポンプと，上記処理容器内にガスを導入するためのガス供給手段と，上記処理容器内に設けられ被処理体を載置する載置台と，処理室の外部に絶縁材を介して配置された対向する平面渦巻きコイル状に形成した高周波アンテナとから構成されることを特徴とする誘導結合のプラズマ処理装置において，上記載置台は被処理体を載置する面が鉛直方向に対して平行に構成され，上記平面渦巻きコイル状に形成した高周波アンテナは，上記処理容器の外部に複数設けられ，上記プラズマ処理装置は，さらに，上記複数の高周波アンテナにそれぞれ接続された複数の高周波電源と，プラズマ発生時における上記処理容器内の各波長の発光スペクトルを検出する光学センサと，を備え，上記各高周波電源は，上記光学センサにより検出された各波長の発光スペクトルの変動に基づいて，上記各高周波電源にそれぞれ接続された各高周波アンテナに印加する高周波エネルギをそれぞれフィードバック制御することを特徴とする誘導結合のプラズマ処理装置が提供される。
【０００９】
本発明の観点によれば，導電性材料からなる処理容器と，上記処理容器内を排気するための排気ポンプと，上記処理容器内にガスを導入するためのガス供給手段と，上記処理容器内に設けられ被処理体を載置する載置台と，処理室の外部に絶縁材を介して平面渦巻きコイル状に形成した高周波アンテナと，上記被処理体を下方から支持するための支持機構と，から構成されることを特徴とする誘導結合のプラズマ処理装置において，上記載置台は，被処理体を載置する面が下を向いたフェイスダウン方式で構成され，上記平面渦巻きコイル状に形成した高周波アンテナは，上記処理容器の外部に複数設けられ，上記プラズマ処理装置は，さらに，上記複数の高周波アンテナにそれぞれ接続された複数の高周波電源と，プラズマ発生時における上記処理容器内の各波長の発光スペクトルを検出する光学センサと，を備え，上記各高周波電源は，上記光学センサにより検出された各波長の発光スペクトルの変動に基づいて，上記各高周波電源にそれぞれ接続された各高周波アンテナに印加する高周波エネルギをそれぞれフィードバック制御することを特徴とする誘導結合のプラズマ処理装置によって，比較的大面積の被処理体を処理する大型の処理容器であっても高密度で均一な高周波プラズマを励起することができる。
【００１０】
本発明の別の観点によれば，導電性材料からなる処理容器と，上記処理容器内を排気するための排気ポンプと，上記処理容器内にガスを導入するためのガス供給手段と，上記処理容器内に設けられ被処理体を載置する載置台と，処理室の外部に絶縁材を介して配置された対向する平面渦巻きコイル状に形成した高周波アンテナとから構成されることを特徴とする誘導結合のプラズマ処理装置において，上記載置台は被処理体を載置する面が鉛直方向に対して平行に構成され，上記平面渦巻きコイル状に形成した高周波アンテナは，上記処理容器の外部に複数設けられ，上記プラズマ処理装置は，さらに，上記複数の高周波アンテナにそれぞれ接続された複数の高周波電源と，プラズマ発生時における上記処理容器内の各波長の発光スペクトルを検出する光学センサと，を備え，上記各高周波電源は，上記光学センサにより検出された各波長の発光スペクトルの変動に基づいて，上記各高周波電源にそれぞれ接続された各高周波アンテナに印加する高周波エネルギをそれぞれフィードバック制御することを特徴とする誘導結合のプラズマ処理装置によって，比較的大面積の被処理体を処理する大型の処理容器であっても高密度で均一な高周波プラズマを励起することができる。
【００１１】
さらに本発明の別の観点によれば、エッチング処理時に処理室内に存在する量が相対的に大きく変動する第１のガス成分、たとえばエッチング時に酸化膜などのエッチング対象と反応し処理室内での消費が進み、したがって検出される発光強度が低い水準に止まっているが、エッチングが終了すると消費されなくなりその存在量が増加し、したがって検出される発光強度が増加するような処理ガス活性種、たとえばＣＦやＣＦ２などのＣＦ系処理ガスや、これとは逆に、エッチング時には酸化膜などのエッチング対象と反応して盛んに生成され、したがって検出される発光強度が増加するが、エッチングが終了すると生成されなくなり、したがって検出される発光強度が減少するような反応生成物、たとえばＣＯガスと、エッチング処理時であっても処理室内に存在する量が相対的に変動しない第２のガス成分、たとえばプラズマ安定用に混入されるアルゴンや窒素などの不活性ガスとの発光強度比を観測するが、この発光強度比はリアルタイムで処理室内のプラズマ状態を反映するので、この発光強度比の変動に応じて、高周波アンテナに印加する高周波エネルギをフィードバック制御することにより、処理室内プラズマ状態を最適に維持し、特にエッチングの終了時点を正確に制御することが可能である。なお、高周波エネルギの制御方法としては、高周波電力自体を増減させる方法、あるいはマッチングボックスなどを介して高周波エネルギの大きさ、周波数、位相、振幅を調整する方法などを採用することが可能である。
【００１２】
また本発明の別の観点によれば、処理室内のガス圧力とエッチング速度との相関関係を観測した結果、所定の圧力範囲において高いエッチング速度で安定することに着目し、予めダミーウェハにて最適のエッチング速度を得られる処理圧力範囲を決定し、実際の処理にあたっては、処理室内の圧力変動のみを観測し、予め求めた圧力範囲にあるように制御し、エッチング処理を実施することにより、高いエッチング速度で安定したエッチングを実施することが可能となる。
【００１３】
【実施例】
以下に添付図面を参照しながら本発明に基づいて構成されたプラズマ処理装置の好適な実施例について詳細に説明する。
【００１４】
図１に示すプラズマエッチング装置１は、導電性材料、たとえばアルミニウムなどからなる円筒あるいは矩形状に成形された処理容器２を有しており、この処理容器２の底部にはセラミックなどの絶縁板３を介して、被処理体、たとえば半導体ウェハＷを載置するための略円柱状の載置台４が収容されている。また載置台４の載置面とほぼ対向する処理容器の頂部は絶縁材５、たとえば石英ガラスやセラミックなどからなり、その絶縁材５の外壁面に導体、たとえば銅板、アルミニウム、ステンレスなどを渦巻きコイル状に形成した高周波アンテナ６が配置されている。この高周波アンテナ６の両端子（内側端子６ａおよび外側端子６ｂ）間には、プラズマ生成用の高周波電源７よりマッチング回路８を介して、たとえば１３．５６ＭＨｚの高周波エネルギを印加することが可能なように構成されている。
【００１５】
半導体ウェハなどの被処理体Ｗを載置するための載置台４は、アルミニウムなどにより円柱状に成形されたサセプタ支持台４ａと、この上にボルト４ｂなどにより着脱自在に設けられたアルミニウムなどよりなるサセプタ４ｃとから主に構成されている。このようにサセプタ４ｃを着脱自在に構成することにより、メンテナンスなどを容易に実施することができる。
【００１６】
上記サセプタ支持台４ａには、冷却手段、たとえば冷却ジャケット９が設けられており、このジャケット９にはたとえば液体窒素などの冷媒が冷媒源１０より冷媒導入管１１を介して導入される。さらにジャケット内を循環し熱交換作用により気化した液体窒素は冷媒排出管１２より容器外へ排出される。かかる構成により、たとえば−１９６℃の液体窒素の冷熱が冷却ジャケット９からサセプタ４ｃを介して半導体ウェハＷにまで伝熱され、その処理面を所望する温度まで冷却することが可能である。
【００１７】
また略円柱形状に成形された上記サセプタ４ｃ上面のウェハ載置部には、静電チャック１２がウェハ面積と略同面積で形成されている。この静電チャック１２は、例えば２枚の高分子ポリイミドフィルム間に銅箔などの導電膜１３を絶縁状態で挟み込むことにより形成され、この導電膜１３はリード線により可変直流高圧電源１４に接続されている。したがってこの導電膜１３に高電圧を印加することによって、上記静電チャック１２の上面に半導体ウェハＷをクーロン力により吸着保持することが可能なように構成されている。
【００１８】
上記サセプタ支持台４ａおよびサセプタ４ｃには、これらを貫通してＨｅなどの熱伝達ガス（バッククーリングガス）をガス源１５から半導体ウェハＷの裏面やサセプタ４ｃを構成する各部材の接合部などに供給するためのガス通路１６が形成されている。また上記サセプタ４ｃの上端周縁部には、半導体ウェハＷを囲むように環状のフォーカスリング１７が配置されている。このフォーカスリング１７は反応性イオンを引き寄せない高抵抗体、たとえばセラミックや石英ガラスなどからなり、反応性イオンを内側の半導体ウェハＷにだけ効果的に入射せしめるように作用する。
【００１９】
さらに上記サセプタ４ｃには、マッチング用コンデンサ１８を介して高周波電源１９が接続されており、処理時にはたとえば２ＭＨｚの高周波電力をサセプタ４ｃに印加することにより、プラズマとの間にバイアス電位を生じさせプラズマ流を被処理体の処理面に効果的に照射させることが可能である。上記サセプタ４ｃの上方には、石英ガラスまたはセラミックスなどからなるガス供給手段２０が配置されている。このガス供給手段２０は、上記サセプタ４ｃの載置面と略同面積の中空円板形状をしており、その上部には上記絶縁材５の略中央を貫通してガス供給手段２０の中空部に連通するガス供給管２１が取り付けられている。ガス供給手段２０の下面２２には多数の小孔２３が穿設されており、エッチングガスを下方の処理空間に均一に吹き出すように構成されている。また上記ガス供給手段２０の中空部には、中央部にガス供給管２１に向かって突出する突起部２５が設けられたバッファ円板２６が設けられており、ガス源２７ａ、２７ｂよりマスフローコントローラ２８を介して供給されるエッチングガスの混合を促進するとともに、より均一な流量で処理室内にガスが吹き出すように構成されている。さらにまた、上記ガス供給手段２０の下面２２の周囲にはガスを被処理体の処理面に集中させるように作用する環状突起２９が下方に向けて取り付けられている。
【００２０】
また、上記処理容器２の底部壁には排気管３０が接続されて、この処理容器２内の雰囲気を図示しない排気ポンプにより排出し得るように構成されるとともに、中央部側壁には図示しないゲートバルブが設けられており、このゲートバルブを介して半導体ウェハＷの搬入搬出を行うように構成されている。
【００２１】
さらに、上記静電チャック１２と冷却ジャケット９との間のサセプタ下部にはヒータ固定台３１に収容された温調用ヒータ３２が設けられており、この温調用ヒータ３２へ電力源３３より供給される電力を調整することにより、上記冷却ジャケット９からの冷熱の伝導を制御して、半導体ウェハＷの被処理面の温度調節を行うことができるように構成されている。
【００２２】
次に、上記のように構成された処理装置の制御系の構成について説明する。上記処理容器２の一方の側壁には石英ガラスなどの透明な材料から構成される透過窓３４が取り付けられており、処理室内の光を光学系３５を介して光学センサ３６に送り、処理室内から発生する発光スペクトルに関する信号を制御器３７に送ることができるように構成されている。また上記処理容器２には処理室内の圧力を検出するための圧力センサ３８が取り付けられており、処理室内の圧力に関する信号を制御器３７に送ることができるように構成されている。制御器３７は、これらのセンサからのフィードバック信号あるいは予め設定された設定値に基づいて、制御信号を、プラズマ発生用高周波電源７、バイアス用高周波電源１５、冷媒源１０、温調用電源３３、バッククーリング用ガス源１５、処理ガス用マスフローコントローラ２８などに送り、プラズマ処理装置の動作環境を最適に調整することが可能である。
【００２３】
次に、上記のような制御系に対して本発明に基づいて構成されたプラズマエッチング装置の制御方法を適用した実施例について説明する。
【００２４】
まず本発明の観点によれば、プラズマ発生時に処理室内から透過窓３４を介して検出される各波長の発光スペクトルを、分光器を含む光学系３５により処理し、光学センサ３６により、エッチング処理時に処理室内に存在する量が相対的に大きく変動する第１のガス成分、たとえばエッチング時に酸化膜などのエッチング対象と反応し処理室内での消費が進み、したがって検出される発光強度が低い水準に止まっているが、エッチングが終了すると消費されなくなりその存在量が増加し、したがって検出される発光強度が増加するような処理ガス活性種、たとえばＣＦやＣＦ２などのＣＦ系処理ガスに関する発光スペクトルを表す信号、ならびに、これとは逆に、エッチング時には酸化膜などのエッチング対象と反応して盛んに生成され、したがって検出される発光強度が増加するが、エッチングが終了すると生成されなくなり、したがって検出される発光強度が減少するような反応生成物、たとえばＣＯガスと、エッチング処理時であっても処理室内に存在する量が相対的に変動しない第２のガス成分、たとえばプラズマ安定用に混入されるアルゴンや窒素などの不活性ガスに関する発光スペクトルを表す信号とが観測され、これらの発光スペクトルに関する信号が制御器３７に送られる。制御器３７においては、これらの２種類のガス成分の発光スペクトルに関する発光強度比が求められる。
【００２５】
なお、発光スペクトルを求めるにあたっては、観測対象のガス成分のピーク波長を適当な干渉フィルタを介して検出して演算処理をすることも可能であり、あるいは発光スペクトルのＳ／Ｎ比が低い場合には、ある波長範囲の発光スペクトルの総和平均をとり、その総和平均値に基づいて演算処理をすることによりノイズの影響を軽減し精度の高い測定値を得ることも可能である。
【００２６】
このようにして観測された発光スペクトルから求められた発光強度比は、リアルタイムで処理室内のプラズマ状態を反映するので、この発光強度比の変動に応じて、高周波アンテナに印加する高周波エネルギをフィードバック制御することにより、処理室内のプラズマ状態を最適に維持し、特にエッチングの終了時点を正確に制御することが可能である。なお、高周波エネルギの制御方法としては、後述するように、高周波電力自体を増減させる方法、あるいはマッチングボックスなどを介して高周波エネルギの周波数、位相、振幅を調整する方法などを採用することが可能である。
【００２７】
また本発明の別の観点によれば、処理室内のガス圧力とエッチング速度との相関関係を観測した結果、図２に示すように、エッチング速度はガス圧力が所定範囲にある場合に高い値で安定するので、エッチング速度が所定範囲（たとえば、ｂ範囲やｃ範囲ではなくａ範囲）に収まる場合の圧力範囲（ａ１ないしａ２）を予めダミーウェハを用いたエッチング処理により求めておき、実際の処理にあたっては、処理室内の圧力変動を圧力センサ３８により観測し、その圧力センサ３８から制御器３７に送られた圧力信号がａ１ないしａ２にあるように、制御器３７から各装置に制御信号を送り、エッチング処理を実施することにより、高いエッチング速度で安定したエッチングを実施することが可能となる。
【００２８】
次に、図３に基づいて、上記プラズマエッチング装置の製造工程における構成について説明する。なお、すでに説明したプラズマエッチング装置と同じ構成については同一番号を付することによりその詳細な説明は省略する。
【００２９】
図示のように、本発明を適用可能な高周波誘導プラズマ処理装置１の処理容器２の一方の側壁には、開閉自在に設けられたゲートバルブ３９を介して隣接するロードロック室４０が接続されている。このロードロック室４０には、搬送装置４１、たとえばアルミニウム製のアームを導電性テフロンによりコーティングして静電対策が施された搬送アームが設けられている。また上記ロードロック室４０には、底面に設けられた排気口より排気管４２が接続され、真空排気弁４３を介して真空ポンプ４４により真空引きが可能なように構成されている。
【００３０】
上記ロードロック室４０の側壁には、開閉自在に設けられたゲートバルブ４５を介して隣接するカセット室４６が接続されている。このカセット室４６には、カセット４７を載置する載置台４８が設けられており、このカセット４７は、たとえば被処理体である半導体ウェハＷ２５枚を１つのロットとして収納することができるように構成されている。また上記カセット室４６には、底面に設けられた排気口より排気管４９が接続され、真空排気弁５０を介して真空ポンプ４４により室内を真空引きが可能なように構成されている。また上記カセット室４６の他方の側壁は、開閉自在に設けられたゲートバルブ５１を介して大気に接するように構成されている。
【００３１】
次に上記のように構成されたプラズマ処理装置１の動作について簡単に説明する。まず、大気との間に設けられたゲートバルブ５１を開口して、被処理体Ｗを収納したカセット４７が図示しない搬送ロボットにより、カセット室４６の載置台４８の上に載置され、上記ゲートバルブ５１が閉口する。上記カセット室４６に接続された真空排気弁５０が開口して、真空ポンプ４４により上記カセット室４６が真空雰囲気、たとえば１０−１Ｔｏｒｒに排気される。
【００３２】
ついで、ロードロック室４０とカセット室４６の間のゲートバルブ４５が開口して、搬送アーム４１により被処理体Ｗが上記カセット室４６に載置されたカセット４７より取り出され、保持されて上記ロードロック室４０へ搬送され、上記ゲートバルブ４５が閉口する。上記ロードロック室４０に接続された真空排気弁４３が開口して、真空ポンプ４４により上記ロードロック室４０が真空雰囲気、たとえば１０−３Ｔｏｒｒに排気される。
【００３３】
ついで、ロードロック室４０と処理容器２との間のゲートバルブ３９が開口して、上記搬送アーム４１により被処理体Ｗが上記処理容器２へ搬送され、サセプタ４ｃ上の図示しないプッシャーピンに受け渡され、上記搬送アーム４１がロードロック室４０に戻った後、ゲートバルブ３９が閉口する。その後、静電チャック１２に高圧直流電圧を印加し、プッシャーピンを下げて被処理体Ｗが静電チャック１２上に載置すると、半導体ウェハＷがサセプタ４ｃ上に載置固定される。この間上記処理容器２内は、真空排気弁５２を開口することにより、真空ポンプ４４を介して真空雰囲気、たとえば１０−５Ｔｏｒｒに排気されている。
【００３４】
さらに、冷却ジャケット９から冷熱を供給し、半導体ウェハＷの処理面を所望の温度にまで冷却する。しかる後、ガス供給手段２０を介してＨＦ３などの処理ガスを処理容器２内に導入し、本発明に基づいてダミーウェハを用いて予め求められた最適なエッチング速度を得るために最適な圧力雰囲気に到達したことが圧力センサ３８により検出された後、高周波電源７からマッチング回路８を介して高周波アンテナに、たとえば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が印加されることにより処理容器２内にプラズマを励起し、半導体ウェハＷの裏面および載置台４の各接合部に伝熱用のバッククーリング用ガスを供給し、さらに載置台４にバイアス電位をかけることにより、被処理体Ｗに対してたとえばエッチングなどのプラズマ処理が施される。なおこの間、処理室の内壁の温度を、５０℃ないし１００℃、好ましくは６０℃ないし８０℃に加熱することにより反応生成物が内壁に付着することを防止することができる。
【００３５】
さらに本発明によれば、エッチング時に処理容器２内から発生する発光スペクトルは透過窓３４を介して、光学センサ３６により検出されており、本発明に基づいて、プラズマ反応により存在量が相対的に大きく変化する第１のガス成分とプラズマ反応によっても存在量が相対的に変化しない第２のガス成分との発光強度比が最適な値になるように、高周波アンテナに印加される高周波エネルギの周波数、位相、振幅などが適宜制御される。また、検出される発光強度比が所定値に到達した場合には、エッチングが終了したと判断され、高周波エネルギの印加が停止されるとともに処理ガスの供給も停止され、プラズマ処理動作が終了する。
【００３６】
ついで、上記処理容器２内の処理ガスや反応生成物を置換するために、窒素などの不活性ガスを上記処理容器２内に導入するとともに、真空ポンプ４４による排気が行われる。上記処理容器２内の残留処理ガスや反応生成物が十分に排気された後に、上記処理容器２の側面に設けられたゲートバルブ３９が開口され、隣接するロードロック室４０より搬送アーム４１が処理容器２内の被処理体Ｗの位置まで移動し、プッシャーピンにより載置台４から持ち上げられた被処理体Ｗを受け取り、上記ロードロック室４０に搬送し、上記ゲートバルブ３９を閉口する。このロードロック室４０において、必要ならば被処理体Ｗはヒータにより室温、たとえば１８℃まで昇温され、その後上記ロードロック室４０よりカセット室４６を介して大気に搬出されることにより一連の動作を終了する。
【００３７】
なお図１に示す実施例においては、図４に示すように渦巻きコイルの内側端６ａおよび外側端６ｂの間に高周波電源７およびマッチング回路８を接続しているが、本発明はかかる構成に限定されない。たとえば図５に示すように、渦巻きコイルの外側端６ｂにのみ高周波電源７およびマッチング回路８を接続する構成を採用することも可能である。かかる構成により、より低圧雰囲気であっても、良好な高周波誘導プラズマを処理容器２内に発生させることが可能となる。
【００３８】
次に図６ないし図１５を参照しながら、処理容器２内に高周波アンテナ６を介して励起されるプラズマの状態を最適に制御するための様々な装置構成に関する実施例について説明する。なお本明細書に添付される各図面において、同一の機能を有する構成要素については同一の参照番号を付することにより詳細な説明は省略することにする。
【００３９】
図６には、絶縁材５の外壁面に取り付けられる高周波アンテナ６の他の実施例が示されている。この実施例においては、渦巻きコイルからなる高周波アンテナ６の一部６ｃが２重巻きにされ、その重複部分６ｂおよび６ｃからより強い電磁場を形成することが可能なように構成されている。このように渦巻きコイルの巻き数を部分的に可変にすることにより、処理容器２内に励起されるプラズマの密度分布を調整することができる。なお図示の例では、高周波アンテナ６の重複部分を外周部分に設定したが、重複部分は必要なプラズマの密度分布に応じて高周波アンテナ６の任意の部分に設定することが可能である。また図示の例では、高周波アンテナ６の重複部分を単に２重巻きに構成したが、必要なプラズマの密度分布に応じて任意の巻き数に設定することが可能である。
【００４０】
図７には、処理容器２の内部に、載置台４を囲むように同間隔で放射状にたとえばアルミニウム製の第２の電極５３ａ、５３ｂを配置した実施例が示されている。これらの電極５３ａ、５３ｂにはそれぞれマッチング回路５４ａ、５４ｂを介して高周波電源５５ａ、５５ｂが接続されている。かかる構成により、載置台４に印加されるバイアス用高周波エネルギに加えて、被処理体Ｗの被処理面を半径方向外周から同間隔で放射状に囲む第２の電極５３ａ、５３ｂにもバイアス用高周波エネルギを印加することが可能なので、各高周波エネルギの大きさ、振幅、位相、周波数などを調整することにより、処理容器２内に励起されるプラズマの状態を最適に制御することが可能である。
【００４１】
図８には、処理容器２の内部に、ガス供給手段２０のガス吹き出し面の下方かつ載置台４の上方にたとえばシリコンまたはアルミニウムからなるメッシュ状の電極５６が配置された実施例が示されている。この電極５６には可変電源５７が接続されており、適当な電流をこの電極５６に流すことにより、処理容器２内に高周波アンテナ６の作用により形成された電界の分布を制御し、処理容器２内に所望の密度分布を有するプラズマを励起することが可能となる。
【００４２】
また図１に示す実施例においては、処理容器２の上面に石英ガラスなどの絶縁材５を介して高周波アンテナ６を配しているが、本発明はかかる実施例に限定されない。たとえば図９に示すように、処理容器２の側壁の一部を石英ガラスやセラミックスなどの絶縁材５８から構成し、その絶縁材５８の外壁面に第２の高周波アンテナ５９を取り付けた構成を採用することも可能である。これらの第２の高周波アンテナ５９は好ましくはコイル状に配置され、マッチング回路６０を介して接続された高周波電源６１より高周波エネルギを印加することが可能なように構成されている。かかる構成により処理容器２の側壁部分からもプラズマを励起することが可能となるので、各アンテナに印加される高周波エネルギを調整することにより、高密度で均一なプラズマを所望の密度分布で処理容器２内に発生させることが可能となり、より精度の高いプラズマ処理が可能となる。
【００４３】
また図１０に示すように載置台４の一部を石英ガラスなどの絶縁材６２から構成し、その下面に高周波アンテナ６３を配し、マッチング回路６７を介して接続された高周波電源６８より高周波エネルギを高周波アンテナ６３に印加する構成とすることも可能である。かかる構成によって処理容器２の載置台４の下面からもプラズマを励起することが可能となるので、各アンテナに印加される高周波エネルギを調整することにより、高密度で均一なプラズマを所望の密度分布で処理容器２内に発生させることが可能となり、より精度の高いプラズマ処理が可能となる。
【００４４】
また図１１に示すように載置台４の上面周囲に配置されるフォーカスリングを石英ガラスやセラミックスなどの絶縁材６９から構成し、その周囲に高周波アンテナ７０を配し、その高周波アンテナ７０にマッチング回路７１を介して接続された高周波電源７２より高周波エネルギを印加する構成とすることも可能である。かかる構成によって処理容器２の載置台４の周囲からもプラズマを励起することが可能となるので、各アンテナに印加される高周波エネルギを調整することにより、高密度で均一なプラズマを所望の密度分布で処理容器２内に発生させることが可能となり、より精度の高いプラズマ処理が可能となる。
【００４５】
またＬＣＤなどの比較的大面積の被処理体をプラズマ処理する場合には、図１２に示すように複数の高周波アンテナ７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７４ｄを処理容器２の上面に配置された絶縁材５の外壁部に取り付け、それぞれの高周波アンテナにマッチング回路７５ａ、７５ｂ、７５ｃ、７５ｄを介して接続された高周波電源７６ａ、７６ｂ、７６ｃ、７６ｄより高周波エネルギを印加する構成を採用することも可能である。かかる構成により、比較的大面積の被処理体を処理する大型の処理容器２であっても高密度で均一な高周波プラズマを励起することが可能となる。
【００４６】
また上記実施例においては、被処理体Ｗを載置台４の上面に載置して、処理容器２の上面に配置された高周波アンテナ６によりプラズマを励起する構成を採用しているが、本発明はかかる構成に限定されない。たとえば、図１３に示すようなフェイスダウン方式を採用することも可能である。この装置構成は、図１に示す処理装置の各構成要素をほぼ天地逆転して配置したものであり、図１に示す各構成要素と同一の機能を有するものについては同一の参照番号を付するとともに、図１の構成要素と識別するために「’」を付して示すことにする。ただし図１３に示すフェイスダウン方式の装置の場合には、被処理体Ｗを下方から支持するための上下動可能な支持機構７６および被処理体Ｗを静電チャック１２より外すための上下動可能なプッシャーピン機構７７を設けることが好ましい。かかる構成を採用することにより、被処理体Ｗの処理面を微粒子などの汚染から保護することが可能なので、歩留まりおよびスループットのより一層の向上を図ることができる。
【００４７】
あるいは図１４に示すように、略円筒形状の処理容器２”を垂直方向に配置し、その両面に絶縁材５”を配し、各絶縁材５”の外壁面にそれぞれ高周波アンテナ６”を取り付ける構成とし、処理容器２”の中央に略垂直に配置された載置台４”の両面に静電チャック１２”を介して被処理体Ｗを吸着固定する構成を採用することも可能である。なお図１４に示す装置の各構成要素は、図１に示す処理装置の各構成要素とほぼ同様のものであり、図１に示す各構成要素と同一の機能を有するものについては同一の参照番号を付するとともに、図１の構成要素と識別するために「”」を付して示すことにする。かかる構成を採用することにより、複数の被処理体Ｗを同時に処理することが可能となるとともに、被処理体Ｗの被処理面が垂直に配されるので、被処理面が微粒子などの汚染から保護され、歩留まりおよびスループットのより一層の向上を図ることができる。
【００４８】
図１５には、本発明に基づくプラズマ処理装置のさらに別の実施例が示されている。この実施例においては、サセプタ４が処理容器２の壁面とは完全に別体として、すなわち上下動可能な昇降機構７８の上に載置され、サセプタ４に冷熱源や伝熱ガスを供給する管路または各種電気的回線はこの昇降機構７８の内部に配置されている。かかる構成を採用することにより、サセプタ４の被処理面をプラズマ発生源である高周波アンテナ６に対して上下動させ調整することにより、最適なプラズマ密度分布を有する空間に被処理面を移動させて処理を行うことが可能となる。
【００４９】
以上本発明の好適な実施例について、プラズマエッチング装置を例に挙げて説明したが、本発明はかかる実施例に限定されることなく、プラズマＣＶＤ装置、プラズマアッシング装置、プラズマスパッタ装置などの他のプラズマ処理装置にも適用することが可能であり、被処理体についても半導体ウェハに限らずＬＣＤ基板その他の被処理体にも適用することが可能である。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の観点によれば、被処理体の処理面を微粒子などの汚染から保護することが可能なので、歩留まりおよびスループットのより一層の向上を図ることがすることが可能となる。
【００５１】
本発明の別の観点によれば，複数の被処理体Ｗを同時に処理することが可能となるとともに、被処理体Ｗの被処理面が垂直に配されるので、被処理面が微粒子などの汚染から保護され、歩留まりおよびスループットのより一層の向上を図ることが実現される。
【００５２】
さらに本発明の別の観点によれば，処理容器内のプラズマ状態をリアルタイムで反映する、エッチング処理時に処理室内に存在する量が相対的に大きく変動する第１のガス成分と、これとは逆に、エッチング処理時であっても処理室内に存在する量が相対的に変動しない第２のガス成分との発光強度比を観測し、この発光強度比の変動に応じて、高周波アンテナに印加する高周波エネルギをフィードバック制御することにより、高い精度で処理室内のプラズマ状態を最適に維持し、特にエッチングの終了時点を正確に制御することが可能となるので、精度の高いプラズマエッチングを実施できる。
【００５３】
また本発明の別の観点によれば、処理容器内のガス圧力を観測し、ガス圧力に応じて処理容器内のプラズマの状態をフィードバック制御するのみで、安定した高いエッチング速度で被処理体のプラズマ処理を行うことが可能なので、制御システムを簡略することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づいて構成されたプラズマエッチング処理装置の制御方法を適用可能なプラズマ処理装置の概略的な断面図である。
【図２】ダミーウェハにより求められるエッチング速度と処理容器内のガス圧力との関係を示すグラフである。
【図３】図１に示すプラズマ処理装置を組み込んだ製造システムの構成図である。
【図４】図１の処理装置に適用可能な高周波アンテナ部分の一実施例を示す平面図である。
【図５】図１の処理装置に適用可能な高周波アンテナ部分の他の実施例を示す平面図である。
【図６】さらに別の構成の高周波アンテナを取り付けた処理装置の実施例を示す概略的な断面図である。
【図７】処理容器内に第２の電極を取り付けた処理装置の実施例を示す概略的な断面図である。
【図８】処理容器内に第２の電極を取り付けた処理装置の他の実施例を示す概略的な断面図である。
【図９】処理容器の側壁に第２の高周波アンテナを取り付けた処理装置の実施例を示す概略的な断面図である。
【図１０】処理容器の載置台内に第２の高周波アンテナを取り付けた処理装置の実施例を示す概略的な断面図である。
【図１１】処理容器の載置台のフォーカスリングの周囲に第２の高周波アンテナを取り付けた処理装置の実施例を示す概略的な断面図である。
【図１２】処理容器の絶縁材の外壁面に複数の高周波アンテナを配した処理装置の実施例を示す概略的な断面図である。
【図１３】フェイスダウン方式処理装置の実施例を示す概略的な断面図である。
【図１４】被処理体を垂直に配した処理装置の実施例を示す概略的な断面図である。
【図１５】載置台を処理容器と別体に構成した処理装置の実施例を示す概略的な断面図である。
【符号の説明】
１    プラズマ処理装置
２    処理容器
４    載置台
５    絶縁材
６    高周波アンテナ
７    高周波電源
８    マッチング回路
２０  ガス供給手段
３４  透過窓
３６  光学センサ
３７  制御器
３８  圧力センサ
Ｗ    半導体ウェハ
【図１】
0003662212.tif 000002
【図２】
0003662212.tif 000003
【図３】
0003662212.tif 000004
【図４】
0003662212.tif 000005
【図５】
0003662212.tif 000006
【図６】
0003662212.tif 000007
【図７】
0003662212.tif 000008
【図８】
0003662212.tif 000009
【図９】
0003662212.tif 000010
【図１０】
0003662212.tif 000011
【図１１】
0003662212.tif 000012
【図１２】
0003662212.tif 000013
【図１３】
0003662212.tif 000014
【図１４】
0003662212.tif 000015
【図１５】
0003662212.tif 000016