(57)【要約】【課題】  検出窓のプラズマ光透過部分への反応生成物の付着を削減すると共に、プラズマ光を効率よく受光部へ導くプラズマ処理装置を提供すること。【解決手段】  プラズマ処理を行うプラズマ処理室と、エッチング処理室内にプラズマを発生させるプラズマ生成手段と、プラズマ光の発光強度を測定するためにプラズマ処理室に取り付けられた検出窓と、プラズマ処理室内において検出窓を覆うと共に、複数の貫通孔を有するシールドと、プラズマ処理室外において検出窓に設置されると共に、プラズマ光の強度を測定する受光部と、を有し、複数の貫通孔は、プラズマ光の発光強度が最も大きい点と受光部の受光面の中心とを結ぶ直線に対して平行に延在する、プラズマ処理装置を提供する。【選択図】  図３
2006310472.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理を行うプラズマ処理室と、
前記エッチング処理室内にプラズマを発生させるプラズマ生成手段と、
プラズマ光の発光強度を測定するために前記プラズマ処理室に取り付けられた検出窓と、
前記プラズマ処理室内において前記検出窓を覆うと共に、複数の貫通孔を有するシールドと、
前記プラズマ処理室外において前記検出窓に設置されると共に、プラズマ光の強度を測定する受光部と、を有し、
前記複数の貫通孔は、前記プラズマ光の発光強度が最も大きい点と前記受光部の受光面の中心とを結ぶ直線に対して平行に延在する、ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記貫通孔の長さＬと前記貫通孔の孔径Ｍとの比Ｍ／Ｌは、１以下である、ことを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
プラズマ処理を行うプラズマ処理室と、
前記エッチング処理室内にプラズマを発生させるプラズマ生成手段と、
プラズマ光の発光強度を測定するために前記プラズマ処理室に取り付けられた検出窓と、
前記プラズマ処理室内において前記検出窓を覆うと共に、複数の貫通孔を有するシールドと、
前記プラズマ処理室外において前記検出窓に設置されると共に、プラズマ光の強度を測定する受光部と、を有し、
前記複数の貫通孔は、前記プラズマ光の発光強度が最も大きい点に向かって延在する、ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記貫通孔の長さＬと前記貫通孔の孔径Ｍとの比Ｍ／Ｌは、１以下である、ことを特徴とする請求項３記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
プラズマ処理を行うプラズマ処理室と、
前記エッチング処理室内にプラズマを発生させるプラズマ生成手段と、
プラズマ光の発光強度を測定するために前記プラズマ処理室に取り付けられた検出窓と、
前記プラズマ処理室外において前記検出窓に設置されると共に、プラズマ光の強度を測定する受光部と、を有し、
前記検出窓は、前記プラズマ処理室内側に複数の非貫通孔を有し、
前記複数の非貫通孔は、前記プラズマ光の発光強度が最も大きい点と前記受光部の受光面の中心とを結ぶ直線に対して平行に延在する、ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記非貫通孔の長さＬと前記非貫通孔の孔径Ｍとの比Ｍ／Ｌは、１以下である、ことを特徴とする請求項５記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
プラズマ処理を行うプラズマ処理室と、
前記エッチング処理室内にプラズマを発生させるプラズマ生成手段と、
プラズマ光の発光強度を測定するために前記プラズマ処理室に取り付けられた検出窓と、
前記プラズマ処理室外において前記検出窓に設置されると共に、プラズマ光の強度を測定する受光部と、を有し、
前記検出窓は、前記プラズマ処理室内側に複数の非貫通孔を有し、
前記複数の非貫通孔は、前記プラズマ光の発光強度が最も大きい点に向かって延在する、ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記非貫通孔の長さＬと前記非貫通孔の孔径Ｍとの比Ｍ／Ｌは、１以下である、ことを特徴とする請求項７記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造に使用するプラズマ処理装置に関する。詳細には、本発明は、プラズマの発光強度の検出に使用する検出窓を備えるプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造において、金属配線の加工、穴あけ加工等にはプラズマエッチングが多用されている。プラズマエッチングの終点の検出は、一般に、分光学的に行われている。従来のプラズマ処理装置の模式図を図８に示す。エッチング終了点の分光学的検出方法においては、プラズマ処理室７内において発生させたプラズマの所定波長を、プラズマ処理室７に設けた検出窓１６を介して、検出窓１６のプラズマ処理室７外側に配置した受光部１７によって測定する。受光部１７はエンドポイントモニタに接続され、エンドポイントモニタは、プラズマ光の発光強度が所定強度以下になった時点で、プラズマエッチング処理を終了させる。
【０００３】
プラズマエッチング処理時において、プラズマ処理室７内には、種々の化合物が生成される。この反応生成物が検出窓１６に付着すると、受光部１７へのプラズマ光の入射が阻害されることになり、エッチング終了点の適切な検出ができなくなる。このため、検出窓への付着物が蓄積した場合には、プラズマ処理室７の開放を伴う検出窓１６の洗浄又は交換をしなければならない問題がある。
【０００４】
そこで、検出窓１６に付着した反応生成物を除去するために、検出窓１６のプラズマ処理室７側に電熱ヒータ２１を取り付け、反応生成物を昇華させる装置が知られている（特許文献１参照）。検出窓１６及び電熱ヒータ２１の拡大正面図を図９に示す。
【０００５】
また、別の装置として、検出窓１６に非貫通孔を設けることによって、又は貫通孔を有する部材と透光性を有する部材から検出窓１６を構成することによって、検出窓１６のプラズマ処理室７側の表面積を増大させて、検出窓１６の洗浄又は交換時期を延長することができる装置が知られている（特許文献２及び３参照）。
【０００６】
【特許文献１】特願平１−３１９６８７号公報
【特許文献２】特開平９−３３０９１７号公報
【特許文献３】特開２０００−７７３９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１のように、電熱ヒータを検出窓のプラズマ処理室内側に取り付ける装置においては、プラズマによって電熱ヒータが腐食され、加熱機能が低下するおそれがある。また、電熱ヒータの腐食によって不純物となる化合物（ガス）が発生し、ウェハに付着するおそれもある。さらに、電熱ヒータ加熱時に検出窓が割れるおそれもある。また、電熱ヒータを使用する場合には、電熱ヒータを制御するための温度調節器などの付属機器も必要となる。
【０００８】
特許文献２及び３のように、検出窓のプラズマ処理室側に孔を設けることによって、検出窓のプラズマ光透過部分への反応生成物の付着量を削減することができるが、より効率的に反応生成物の付着を防止するためには、孔の延在方向及び孔の長さと孔径を考慮する必要がある。
【０００９】
したがって、検出窓のプラズマ光透過部分への反応生成物の付着を削減すると共に、プラズマ光を効率よく受光部へ導くプラズマ処理装置を提供することが、所望されている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１視点によれば、プラズマ処理を行うプラズマ処理室と、エッチング処理室内にプラズマを発生させるプラズマ生成手段と、プラズマ光の発光強度を測定するためにプラズマ処理室に取り付けられた検出窓と、プラズマ処理室内において検出窓を覆うと共に、複数の貫通孔を有するシールドと、プラズマ処理室外において検出窓に設置されると共に、プラズマ光の強度を測定する受光部と、を有し、複数の貫通孔は、プラズマ光の発光強度が最も大きい点と受光部の受光面の中心とを結ぶ直線に対して平行に延在する、プラズマ処理装置を提供する。
【００１１】
本発明の第２視点によれば、プラズマ処理を行うプラズマ処理室と、エッチング処理室内にプラズマを発生させるプラズマ生成手段と、プラズマ光の発光強度を測定するためにプラズマ処理室に取り付けられた検出窓と、プラズマ処理室内において検出窓を覆うと共に、複数の貫通孔を有するシールドと、プラズマ処理室外において検出窓に設置されると共に、プラズマ光の強度を測定する受光部と、を有し、複数の貫通孔は、プラズマ光の発光強度が最も大きい点に向かって延在する、プラズマ処理装置を提供する。
【００１２】
本発明の第３視点によれば、プラズマ処理を行うプラズマ処理室と、エッチング処理室内にプラズマを発生させるプラズマ生成手段と、プラズマ光の発光強度を測定するためにプラズマ処理室に取り付けられた検出窓と、プラズマ処理室外において検出窓に設置されると共に、プラズマ光の強度を測定する受光部と、を有し、検出窓は、プラズマ処理室内側に複数の非貫通孔を有し、複数の非貫通孔は、プラズマ光の発光強度が最も大きい点と受光部の受光面の中心とを結ぶ直線に対して平行に延在する、プラズマ処理装置を提供する。
【００１３】
本発明の第４視点によれば、プラズマ処理を行うプラズマ処理室と、エッチング処理室内にプラズマを発生させるプラズマ生成手段と、プラズマ光の発光強度を測定するためにプラズマ処理室に取り付けられた検出窓と、プラズマ処理室外において検出窓に設置されると共に、プラズマ光の強度を測定する受光部と、を有し、検出窓は、プラズマ処理室内側に複数の非貫通孔を有し、複数の非貫通孔は、プラズマ光の発光強度が最も大きい点に向かって延在する、プラズマ処理装置を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のプラズマ処理装置によれば、シールドに貫通孔を設けることにより、又は検出窓に非貫通孔を設けることにより、プラズマ光を透過させる検出窓部分への反応生成物の入射方向を制限して、プラズマ反応生成物の付着量を削減することができる。これにより、検出窓の清掃又は交換頻度を低減させることができるばかりでなく、プラズマ処理の終了点を検出するエンドポイントモニタの誤作動を防止することもできる。
【００１５】
また、本発明のプラズマ処理装置によれば、プラズマ光を導くための貫通孔又は非貫通孔がプラズマ光の中心方向を向いているので、効率的にプラズマ光を受光部へ導くことができる。このため、プラズマ光を透過させる検出窓部分へのプラズマ反応生成物の付着を防止するために、貫通孔又は非貫通孔の孔径を小さくしたとしても、プラズマ処理の終了点の検出を適切に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明のプラズマ処理装置の模式図を図１に示す。プラズマ処理装置１は、誘導コイル４等のプラズマ生成手段、プラズマ処理室７、検出窓１６、受光部１７、エンドポイントモニタ１８、シールド１９等を有する。プラズマ処理室７内において発生させたプラズマの発光強度を測定するための検出窓１６がプラズマ処理室７に取り付けられ、検出窓１６にはプラズマ光を測定する受光部１７が配置され、受光部１７はエンドポイントモニタ１８に接続されている。検出窓１６は透過性を有する材料からなり、好ましくは石英から作製される。シールド１９は、検出窓１６のプラズマ処理室７側に配置する。シールド１９の材質は、アルミニウム、ステンレス鋼、石英等、プロセスに応じて適宜変更することができる。シールド１９には少なくとも１つの貫通孔が形成されている。本発明のプラズマ処理装置１において、プラズマ処理室７側から見たシールド１９及び検出窓１６部分の拡大正面図を図２に示す。本発明の各実施形態を示す図２のＡ−Ａ断面図を図３〜６に示す。
【００１７】
図３は、本発明の第１の実施形態を示すシールド１９及び検出窓１６の断面図である。シールド１９は複数の貫通孔１９ａを有しており、各貫通孔１９ａは平行に延在している。各貫通孔１９ａの延在方向は、受光部１７の受光面の中心とプラズマ光における発光強度の最も大きい点とを結ぶ線に平行となっている。
【００１８】
図４は、本発明の第２の実施形態を示すシールド１９及び検出窓１６の断面図である。シールド１９は複数の貫通孔１９ａを有しているが、本実施形態においては、各貫通孔１９ａは、プラズマ光における発光強度の最も大きい点の方向を向くように延在している。したがって、各貫通孔１９ａは平行になっていない。
【００１９】
図５は、本発明の第３の実施形態を示す検出窓１６の断面図である。第１及び第２の実施形態においては、シールド１９と検出窓１６はそれぞれ別の部材で作製されているが、本実施形態においては、シールド部分１６ｂと検出窓部分１６ｃを１つの部材で検出窓１６として一体的に作製している。したがって、検出窓１６には、プラズマ処理室側（シールド部分１６ｂ）に複数の非貫通孔１６ａが形成されている。各非貫通孔１６ａの延在方向は、第１の実施形態と同様にして、受光部１７の受光面の中心とプラズマ光における発光強度の最も大きい点とを結ぶ線に平行となっている。
【００２０】
図６は、本発明の第４の実施形態を示す検出窓１６の断面図である。本実施形態においては、第３の実施形態と同様にして、シールド部分１６ｂと検出窓部分１６ｃを１つの部材で一体的に構成している。プラズマ処理室側（シールド部分１６ｂ）に形成された各非貫通孔１６ａは、第２の実施形態と同様にして、プラズマ光における発光強度の最も大きい点の方向を向くように延在している。
【００２１】
図３〜図６に示した本発明の第１〜第４の実施形態において、貫通孔１９ａ又は非貫通孔１６ａは、より多数あるほうが好ましい。また、貫通孔１９ａ又は非貫通孔１６ａの長さをＬ、孔径をＭとすると、孔径Ｍはプラズマ光を受光可能な範囲において、できる限り小さいほうが好ましい。孔径Ｍと長さＬの比Ｍ／Ｌは、好ましくは１以下、より好ましくは０．１以下、さらに好ましくは０．０５以下になるようにする。
【００２２】
シールド１９及び／又は検出窓１６を以上のような構成にすることにより、プラズマによる反応生成物が検出窓１６のプラズマ光透過部分に付着する入射方向を制限することができると共に、プラズマ光を効率的に受光部へ導くことができる。図７に、プラズマ処理時間に対する受光部における受光強度の減衰状態について、本発明のプラズマ処理装置を使用した場合と使用しない場合とを比較する対照図を示す。本発明を使用すれば、単位時間における反応生成物の付着量が減少するので、受光部における受光強度の減衰速度を緩和することができ、エンドポイントの検出に必要な最低受光強度に達するまでのプラズマ処理時間を大幅に延長することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のプラズマ処理装置の第１の実施形態を示す模式図。
【図２】図１のプラズマ処理装置における検出窓（及びシールド）部分の拡大正面図。
【図３】本発明の第１の実施形態を示す図２のＡ−Ａ断面図。
【図４】本発明の第２の実施形態を示す図２のＡ−Ａ断面図。
【図５】本発明の第３の実施形態を示す図２のＡ−Ａ断面図。
【図６】本発明の第４の実施形態を示す図２のＡ−Ａ断面図。
【図７】受光部におけるプラズマ光の受光強度の減衰状態を示す対照図。
【図８】従来のプラズマ処理装置の模式図。
【図９】図８のプラズマ処理装置における検出窓及び電熱ヒータ部分の拡大正面図。
【符号の説明】
【００２４】
１     プラズマ処理装置
２     高周波電源
３     マッチングボックス
４     誘導コイル
５     導入窓
６     防着ガラス
７     プラズマ処理室
８     ゲートバルブ
９     ウェハ
１０   ステージ
１１   ターボ分子ポンプ
１２   ロータリーポンプ
１３   マッチングボックス
１４   高周波電源
１５   成長室外壁
１６   検出窓
１６ａ 非貫通孔
１６ｂ シールド部分
１６ｃ 検出窓部分
１７   受光部
１８   エンドポイントモニタ
１９   シールド
１９ａ 貫通孔
２０   プラズマ処理装置
２１   電熱ヒータ
【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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