(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空排気装置が接続され内部を減圧可能な誘電体窓と真空容器により密閉された処理室と、該処理室内へガスを供給するガス供給装置と、被処理材を載置可能でかつ温度制御器により温度制御が可能な基板電極と、該誘電体窓よりプラズマを発生するための電磁波を導入するための高周波導入手段と、該プラズマを発生するための磁場を形成する手段と、該高周波導入手段に接続された高周波電源と、該誘電体窓温度をモニターするための赤外線放射温度モニターと、該誘電体窓に温風を導入する温風ヒーターと、該赤外線放射温度モニターにより測定した信号を元に該誘電体窓の温度調節する機能とを有するプラズマ処理装置であって、
該赤外線放射温度モニターを、磁束密度がコイル内の１／１０以下になる位置に配置するため、空洞共振器上面にμ波漏えい防止用の金属メッシュと赤外線透過用の覗き窓とその覗き窓を該赤外線放射温度モニターで覗くために導波管に設けられた垂直な覗き穴と、さらにコイルから距離を離すために該導波管から該赤外線放射温度モニターを支持する支持台を設けることにより、該赤外線放射温度モニターへの磁場影響を低減し、安定した該誘電体窓温度の測定及び制御を行うことができ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、
前記覗き窓の材料は、フッ化カルシウムないし、フッ化バリウムないし、ゲルマニウム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、
コイルに穴を開ける必要がない為、磁界分布に影響なく温度を測定することができることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
コイル外に赤外線放射温度モニターがある為、赤外線放射温度モニター故障時の交換において、メンテナンス性が向上するプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラズマ処理装置に係り、特に有磁場マイクロ波に好適なプラズマ処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体素子の微細化により、リソグラフィーにより形成されたマスクを下層膜に転写するエッチング工程にはより高い精度の寸法精度、つまりＣＤ（Critical  Dimension）精度が要求されている。量産現場において高いＣＤ制御性に加えて、ＣＤの再現性を確保することが重要な課題である。
【０００３】
一般に、エッチング工程においてＣＤが変動する要因としては、エッチングチャンバー内壁に被処理材から発生した反応生成物が付着する、チャンバー内部材が長期的な使用により消耗する、チャンバー内部材の温度等が変動し、チャンバー内壁等へのラジカルの付着確率が変化し、エッチング性能へ影響するプラズマ状態が変動する等の要因が挙げられる。
【０００４】
従来のプラズマ処理装置は、特許文献１に記載のように、チャンバー内温度変動を抑制するために、真空チャンバーを電熱式のヒーターで加熱することにより温度を調整していた。また、μ波の伝播を乱すものを設置できないμ波導波路内にあるプラズマ生成用の電磁波導入用誘電体窓等は、プラズマ処理装置の誘電体窓に温風を吹き付けることによって加熱していた。その際、温度制御する為には制御対象物の温度をモニターすることが必要であるが、温度モニター対象物が、μ波導波路内にある為、μ波を乱す接触式の温度計を使用することが難しく、主に放射温度計を用いて温度をモニターしていた。
【０００５】
また、特許文献２に記載のように、真空容器内部の処理室内に配置された試料台上面に載せられたウエハをプラズマを用いて処理するプラズマ処理装置であって、処理室上方で試料台上面と対向して配置されプラズマを形成するための電界が透過して処理室内に供給される誘電体製の板部材と、板部材の内部に配置され板部材を透過する所定の範囲の電磁波を反射する部材と、部材から放出される電磁波を検知するセンサーと、センサーからの信号に基づいて部材の温度を検出する検出器と、を備え、検出器の検出結果を用いて処理に係る動作を調節するように構成され、プラズマ処理装置の処理室内の耐プラズマ壁材を変えず、同材質が並ぶ配置のままでも耐プラズマ壁材温度を測定し温度制御を行ってウエハ処理特性を安定化するプラズマ処理装置が知られている。
【０００６】
また、特許文献３に記載のように、プラズマ処理装置において、内部壁面部材または内部壁面部材の表面をアルミナとし、プラズマ処理室に石英からなる窓を設け、窓を通して赤外線温度計により内部壁面部材の温度を測定するように構成し、耐プラズマ壁の温度制御を高精度に行い、プラズマ処理の安定化を図る技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１４１１０４号公報
【特許文献２】特開２０１１−５４８０１号公報
【特許文献３】特開平８−２５０２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の従来技術は、温度測定の被対象物の位置による磁場の影響については配慮されていない。本発明の目的は、磁場ノイズの影響を受けることなく、温度センサーの測定精度を向上させ、より安定した温度制御が可能なプラズマ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的は、真空排気装置が接続され内部を減圧可能な誘電体窓と真空容器により密閉された処理室と、該処理室内へガスを供給するガス供給装置と、被処理材を載置可能でかつ温度制御器により温度制御が可能な基板電極と、該誘電体窓よりプラズマを発生するための電磁波を導入するための高周波導入手段と、該プラズマを発生するための磁場を形成する手段と、該高周波導入手段に接続された高周波電源と、該誘電体窓温度をモニターするための赤外線放射温度モニターと、該誘電体窓に温風を導入する温風ヒーターと、該赤外線放射温度モニターにより測定した信号を元に該誘電体窓の温度調節する機能とを有するプラズマ処理装置であって、該赤外線放射温度モニターを、磁束密度がコイル内の１／１０以下になる位置に配置するため、空洞共振器上面にμ波漏えい防止用の金属メッシュと赤外線透過用の覗き窓とその覗き窓を該赤外線放射温度モニターで覗くために導波管に設けられた垂直な覗き穴と、さらにコイルから距離を離すために該導波管から該赤外線放射温度モニターを支持する支持台を設けることにより、該赤外線放射温度モニターへの磁場影響を低減し、安定した該誘電体窓温度の測定及び制御を行うことができるプラズマ処理装置により達成される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、磁場ノイズの影響を受けることなく、温度センサーの測定精度を向上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。
【図２】図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置の上部の構成を拡大して示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１３】
以下、本発明の実施例を、図１，２を用いて説明する。図１，２は本発明の実施例に係るプラズマ処理装置を示す図であり、特に本実施例ではマイクロ波ＥＣＲ（Electron  Cyclotron  Resonance）エッチングを行うプラズマ処理装置である。
【００１４】
図１は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。この図において、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置は、円筒形またはこれと見なせる程度の近似した形状を有して、その円筒形の側壁の上部が開放された真空容器１０１の上部に円板形状の誘電体窓１０３（例えば石英製）を設置し、これらの間がシールされて内部が気密に封止されている。
【００１５】
また、誘電体窓１０３の下方には、この真空容器１０１内部の処理室１０４内にエッチングガスを導入するための貫通孔が複数個配置されたシャワープレート１０２（例えば石英製またはイットリア製）が配置されている。処理室１０４は、その天井面が誘電体窓１０３と真空容器１０１の側壁との間で内外が気密に封止された状態で構成されている。また、その下面はシャワープレート１０２により構成されており、このシャワープレート１０２は処理室１０４内部に形成されるプラズマに面することになり、処理中はシャワープレート１０２を介してその上方に配置された誘電体窓１０３にプラズマからの熱が伝達される。
【００１６】
シャワープレート１０２と誘電体窓１０３との間には、これらにより上下を挟まれた空間が配置され、この内部はエッチングガスを流すためのガス供給装置１０５と連通されて、ガス供給装置１０５から供給されたエッチングガスが内部で拡散した後、シャワープレート１０２の貫通孔を通り処理室１０４内に導入される。また、真空容器１０１の下方には真空排気装置（図示省略）が配置され、真空容器１０１内の処理室１０４の底面に配置された真空排気口１０６を介し処理室１０４と連通されている。
【００１７】
プラズマを生成するための電力を処理室１０４に伝送するため、誘電体窓１０３の上方には電磁波を放射する高周波導入手段として導波管１０７（またはアンテナ）が配置されている。この導波管１０７は、誘電体窓１０３の上方に向けて延在する円筒形の管状部分を有し、その内部には誘電体窓１０３下方の処理室１０４内での電磁波の分布を調整するための誘電体板１２１（例えば石英製）が設置されている。
【００１８】
導波管１０７は、その上下方向に延在した導波管１０７の円筒形の管状部分が上端部において水平方向に延在する断面矩形状の管状部分の一端部と連結されて向きが変えられ、さらに断面矩形状の管状部分の他端側には導波管１０７内へ伝送される電磁波を発振して形成するための電磁波発生用電源１０９が配置されている。この電磁波の周波数は特に限定されないが、本実施例では２．４５ＧＨｚのマイクロ波が用いられる。
【００１９】
処理室１０４の外周部であって誘電体窓１０３の上方及び真空容器１０１の円筒状部分の側壁の外周側には、磁場を形成する磁場発生コイル１１０が配置され、電磁波発生用電源１０９により発振され、導波管１０７及び誘電体窓１０３、シャワープレート１０２を介して処理室１０４内に導入された電界は、直流電流が供給されて磁場発生コイル１１０により形成され処理室１０４内に導入された磁場との相互作用により、エッチングガスの粒子を励起して処理室１０４内のシャワープレート１０２の下方の空間にプラズマを生成する。また、本実施例では、処理室１０４内の下部であって、シャワープレート１０２の下方に、その下面に対向して配置されたウエハ載置用電極１１１が配置されている。
【００２０】
ウエハ載置用電極１１１は、本実施例では略円筒形状を有しており、その上面の処理対象のウエハ１１２が載せられる面には溶射によって形成された誘電体製の膜（図示省略）が配置されており、その誘電体の膜内部に配置された膜状の少なくとも１つの電極には高周波フィルター１１５を介して直流電源１１６が接続され、直流電力が供給可能に構成されている。さらに、ウエハ載置用電源１１１の内部には、円板形状の導体製の基材が配置されており、マッチング回路１１３を介して高周波電源１１４が接続されている。
【００２１】
このようなプラズマ処理装置において、図示されていない真空容器１０１の側壁に連結された真空容器１０１であって、その減圧された搬送室の内部にロボットアーム等の搬送手段が配置された真空搬送容器の当該搬送室を搬送されて処理室１０４内に搬入されたウエハ１１２は、直流電源１１６から印加される直流電圧の静電気力でウエハ載置用電極１１１上に吸着された後、ガス供給装置１０５から所定のエッチングガスが処理室１０４内に供給される。処理室１０４内部の圧力が処理に適した圧力に調節された後、上記電界及び磁界が処理室１０４内に供給され、ウエハ載置用電極１１１及びシャワープレート１０２との間の処理室１０４内の空間にプラズマが形成される。プラズマが形成された状態で、ウエハ載置用電極１１１に接続された高周波電源１１４から高周波電力が印加されてウエハ１１２上方にバイアス電位が形成され、プラズマ中の荷電粒子がウエハ１１２表面に引き込まれてウエハ１１２表面上に配置された処理対象の膜がエッチング処理される。
【００２２】
また、処理中に誘電体窓１０３、およびシャワープレート１０２の温度制御を行うため、誘電体窓１０３の上方でこれと導波管１０７との間に配置され内部が円筒形の空間を有した空洞共振器１０８の円筒の上面に相当する天井面を構成する部材に、常温のドライエアが通流するガスラインに接続され、供給されたドライエアを所望の温度に加熱して円筒形上の密閉された空間１２８内に供給し誘電体窓１０３及びシャワープレート１０２とを加熱する加熱手段である温風ヒーター１１７が配置されている。また、温風ヒーター１１７は温風ヒーター制御器１１８に接続されている。
【００２３】
温風ヒーター１１７で加熱されたドライエアは、空洞共振機１０８の天井面を構成する部材に配置されたガス導入穴を通して導波路内に導入される。その加熱されたドライエアは、誘電体窓１０３と接触して熱エネルギーが伝達され、誘電体窓１０３が加熱され、その下方に配置されたシャワープレート１０２も熱の伝導によって加熱される。
【００２４】
また、空洞共振器１０８の天井面には内部を水が通流する冷却水流路１２０を構成するリング状の溝を有するリング状の部材が配置され、温風ヒーター１１７でドライエアを加熱せずに常温で導入すること及び冷却水流路１２０を通る冷却水にからの排熱により、誘電体窓１０３を冷却することも出来る。その為、温風ヒーター１１７をＯＮ−ＯＦＦすることにより、誘電体窓１０３の加熱と冷却が可能となる。
【００２５】
なお、空間１２８内に導入されたドライエアは、空間１２８の中央上方でこれに連結されている導波管１０７の円筒形上部内を上方に流れ、導波管１０７の断面矩形状部分と円筒形状部との連結部の上面に配置された排気ポート１２２を通して導波管１０７外部に排出される。このため、導波管１０７の円筒形状部内に配置された誘電体板１２１はドライエアが通過可能に構成されている。
【００２６】
本実施例では、誘電体窓１０３の温度を計測・監視するため、赤外線放射温度モニター１１９が、導波管１０７の外側に設置されている。赤外線放射温度モニター１１９にて検出された温度を示す信号は、温風ヒーター制御器１１８に通信手段を介して伝送される。温度ヒーター制御器１１８は、受信した当該信号に基づいて誘電体窓１０３またはシャワープレート１０２の温度を検出した結果を所期の設定温度と比較し、この結果に応じて誘電体窓１０３またはシャワープレート１０２が所望の温度になるように、温風ヒーター１１７にＯＮまたはＯＦＦを命じる信号を発振して温風ヒーター１１７の動作を調節する。ここで、本実施例では、温風ヒーター１１７により調整する誘電体窓１０３の温度の範囲を室温〜１００℃とすることで、より効果的な温度調節が可能である。
【００２７】
図２は、図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置の上部の構成を拡大して示す縦断面図である。特に、この図では、本実施例における誘電体窓１０３の温度を測定する構成を拡大して図示している。
【００２８】
本図において、本実施例の赤外線放射温度モニター１１９は、磁場発生コイル１１０により形成される磁束密度が当該コイル内の１／１０以下（２００Ｇａｕｓｓ）になる位置に配置する。本実施例では、このために空洞共振器１０８の天井面を構成する部材の上面にμ波の漏えい防止用の金属メッシュ１２４及びこの金属メッシュ１２４の上方に赤外線を透過させるための円板形状の部材である覗き窓１２３が配置され、更には当該覗き窓１２３の上方に配置されその内部をセンサーで覗くための垂直方向に軸を有して延在し覗き穴１２６及びこの上方で接続されて配置され同様に垂直方向に軸を有して延在した断面の大きさが小さくされた覗き穴１２５が、導波管１０７の円筒形上部を構成する部材の内部に配置されている。更に、覗き穴１２５の上方には、赤外線放射温度モニター１１９が、コイル上面より磁束密度がコイル内の１／１０以下になる位置になるように、導波管１０７の円筒形状部を構成する部材の上方に載せられた支持台１２７が配置されている。
【００２９】
円筒形状部の部材の上方に配置されて当該部材にボルトやねじで締結された支持台１２７は、その上端部の上方に赤外線放射温度モニター１１９を載せて固定している。図示していないが、覗き穴１２５，１２６、内部空間、金属メッシュ１２４を通して下方の誘電体窓１０３から放射された赤外線が赤外線放射温度モニター１１９まで到達できるように支持台１２７は覗き穴１２５の上方の開口と赤外線放射温度モニター１１９の受光部との間を結ぶ赤外線の通過空間を遮ることが無いように構成されている。
【００３０】
測定する誘電体窓１０３の温度は、室温〜１００℃であることから、その最大放射波長領域は８μｍ〜１０μｍとなる。そのことから、赤外線放射温度モニター１１９の測定波長域は８μｍ〜１０μｍを測定できるものが望ましい。また、覗き窓１２３も８μｍ〜１０μｍを透過する材料、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、ゲルマニウム等、が望ましい。また、本実施例では、覗き窓１２３の厚みは、厚みに比例して減衰量が大きくなることから、５ｍｍ以下とした。
【００３１】
また、本実施例では、覗き穴１２５，１２６は円筒形状を有してこれらと覗き窓１２３との各々の上下方向の軸がその軸の上下方向から見て同一の位置に重なるように（同心となるように）配置されている。さらに、覗き穴１２５と覗き穴１２６の直径は赤外線放射温度モニター１１９の視野径に対してその直径の１．５倍以上の大きさになるようにすることが望ましい。視野径は、赤外線放射温度モニター１１９から距離が離れる程、広くなるため赤外線放射温度モニター１１９から離れている覗き穴１２６は、覗き穴１２５に対して直径が大きい方が望ましい。また、覗き窓１２３の直径についても、視野径の１．５倍以上の大きさになることが望ましい。
【００３２】
上記のように構成されたプラズマ処理装置では、磁場ノイズの影響を受けなくなり赤外線放射温度モニター１１９の測定精度が向上する。また、コイルの中心の穴を利用している為、コイルに穴を開ける必要がない為、磁界分布に影響なく温度を測定することができる。加えて、コイル外に赤外線放射温度モニター１１９がある為、赤外線放射温度モニター１１９の故障時の交換等において、メンテナンス性が向上する。
【００３３】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分りやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３４】
１０１  真空容器
１０２  シャワープレート
１０３  誘電体窓
１０４  処理室
１０５  ガス供給装置
１０６  真空排気口
１０７  導波管
１０８  空洞共振器
１０９  電磁波発生用電源
１１０  磁場発生コイル
１１１  ウエハ載置用電極
１１２  ウエハ
１１３  マッチング回路
１１４  高周波電源
１１５  フィルター
１１６  静電吸着用直流電源
１１７  温風ヒーター
１１８  温風ヒーター制御器
１１９  赤外線放射温度モニター
１２０  冷却水流路
１２１  誘電体板
１２２  排気ポート
１２３  覗き窓
１２４  金属メッシュ
１２５  覗き穴
１２６  覗き穴
１２７  支持台
１２８  空間
【図１】
0005800757.tif 000002
【図２】
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