(57)【要約】　　　（修正有）【課題】上部電極カバーのメンテナンスコストを低減することができるプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】プラズマエッチング処理装置は、上部に内部チャンバを有し、導電性材料から成るプラズマ処理容器２と、内部チャンバ内の上部に配置された上部電極１２と、上部電極１２に設けられた内視筒１００とを備える。上部電極１２は、Ａｌ等の金属から成る上部電極本体３２と、内部チャンバ内に形成されたプラズマ領域４１に対して上部電極本体３２を隔離するための石英から成る上部電極カバー３１とを備える。上部電極カバー３１は、上部電極本体３２の開口ブッシュ３２ａの対応部位において下部に内側フランジを有し、上部に内側フランジと相補形状である外側フランジを有する孔部を有し、この孔部には、透明な窓部３１ａが嵌められている。【選択図】　　　図２
2004039900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体を収容すると共に処理ガスが導入される真空容器と、前記真空容器の内部に配設され、前記被処理体を載置する下部電極と、前記真空容器においてプラズマ領域を形成すべく前記下部電極の上方に配設され、前記プラズマ領域における前記被処理体のプラズマ処理の進行程度を検出するための光を透過する開口部を有する上部電極本体と、前記上部電極本体の下面に接合された上部電極カバーとを備えるプラズマ処理装置において、前記上部電極カバーは、前記上部電極本体の開口部の対応部位において孔部を有し、この孔部には、透明な窓部が嵌められていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記孔部は、下部に内側フランジを有し、上部に前記内側フランジと相補形状の外側フランジを有す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】
前記上部電極カバーの材質は石英であることを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記窓部の材質は石英であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記窓部の材質はガラスであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記ガラスはサファイアガラス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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスの製造プロセスでは、被処理体である半導体ウエハに対して、エッチングやスパッタリング、ＣＶＤ（化学気相成長）等のプラズマ処理を施す。
【０００３】
このようなプラズマ処理を施すためのプラズマ処理装置としては、種々のものが用いられているが、特に、下記の平行平板プラズマ処理装置が主に用いられている。この平行平板プラズマ処理装置は、半導体ウエハをその内部チャンバにおいてプラズマ処理する円筒形状の真空容器と、当該内部チャンバ内の上部に配置された上部電極及び同下部に配置された下部電極からなる一対の平行平板電極とを備える。
【０００４】
上部電極と対向するように下部電極に載置された半導体ウエハに対して施されるプラズマ処理用のプラズマは、内部チャンバ内に導入された処理ガスに平行平板電極間において高周波電界を印加することによって形成され、このプラズマにより内部チャンバ内にプラズマ領域が形成される。
【０００５】
当該内部チャンバ内の上部に配置された上部電極は、Ａｌ等の金属から成る上部電極本体と、上部電極本体の下面に接合され、内部チャンバ内に形成されたプラズマ領域に対して上部電極本体を隔離するための石英から成る一体型の上部電極カバーとを備える。
【０００６】
当該平行平板プラズマ処理装置によって半導体ウエハ上の膜、例えば酸化膜をエッチングする場合には、内部チャンバ内を中圧にして、中密度プラズマを生成することにより最適ラジカル制御を可能とし、これにより適切なプラズマ状態を得た上で、安定性および再現性の高い半導体ウエハのエッチングを実現している。
【０００７】
この平行平板プラズマ処理装置では、上部電極に後述する図４の内視筒が設けられており、この内視筒を通して上述したエッチングの進行程度を検出する。
【０００８】
図４は、従来のプラズマ処理装置における上部電極に設けられた内視筒の断面図である。
【０００９】
図４において、真空容器５２は、その内部おいて下部電極の上方に配設され、内部チャンバ内に形成されたプラズマ領域７０と隔離するべく下面に上部電極カバー５１が接合された上部電極本体５０を有し、内視筒８０は、上部電極本体５０に設けられた開口ブッシュ５０ａと、この開口ブッシュ５０ａの上方において真空容器５２に設けられ、不図示のセンサを載置すると共に中央に孔を有するセンサ載置台５４と、開口ブッシュ５０ａの上方において真空容器５２に設けられ、開口ブッシュ５０ａとセンサ載置台５４の孔とを接続する管状部材５５とから成る。センサ載置台５４の孔部には、石英等から成る光学ガラス５３が設けられている。
【００１０】
不図示のセンサが発光する光が、光学ガラス５３を介して真空容器５２内に入射する。この入射光は円形の上部電極カバー５１の透明な窓部を介して半導体ウエハ６０まで到達し、半導体ウエハ６０によって反射される。この反射光は上部電極カバー５１の窓部及び光学ガラス５３を介してセンサ載置台５４に載置された不図示のセンサに到達する。
【００１１】
このセンサは、反射光の強度変化を検出して、エッチングの進行程度を検出する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体ウエハ６０へのエッチングが進行し、高周波印加時間が約５０〜７０時間となると、上部電極カバー５１、特に、より透明な窓部に曇りが発生する。このことにより、センサが反射光の強度変化を検出できなくなり、半導体ウエハ６０のエッチングの進行程度を検出することができないという問題が生じていた。
【００１３】
この問題を解決するために、光強度が検出下限値に達したときに、上部電極カバー５１を交換するというメンテナンスが行われているが、このメンテナンスは一体型の上部電極カバー５１全体を新品のものと交換しなければならず、コスト高となってしまう。
【００１４】
本発明の目的は、上部電極カバーのメンテナンスコストを低減することができるプラズマ処理装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、請求項１のプラズマ処理装置は、被処理体を収容すると共に処理ガスが導入される真空容器と、前記真空容器の内部に配設され、前記被処理体を載置する下部電極と、前記真空容器においてプラズマ領域を形成すべく前記下部電極の上方に配設され、前記プラズマ領域における前記被処理体のプラズマ処理の進行程度を検出するための光を透過する開口部を有する上部電極本体と、前記上部電極本体の下面に接合された上部電極カバーとを備えるプラズマ処理装置において、前記上部電極カバーは、前記上部電極本体の開口部の対応部位において孔部を有し、この孔部には、透明な窓部が嵌められていることを特徴とする。
【００１６】
請求項１記載のプラズマ処理装置によれば、上部電極カバーが上部電極本体の開口部の対応部位において孔部を有し、この孔部には、透明な窓部が嵌められているので、窓部に曇りが発生した場合であっても、上部電極カバー全体を取り外すことなく窓部のみを取り外して交換することができ、もって、上部電極カバーのメンテナンスコストを低減することができる。
【００１７】
請求項２記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記孔部は、下部に内側フランジを有し、上部に前記内側フランジと相補形状の外側フランジを有することを特徴とする。
【００１８】
請求項２記載のプラズマ処理装置によれば、孔部は、下部に内側フランジを有し、上部に内側フランジと相補形状の外側フランジを有するので、窓部を上部から容易に嵌め込むことができる。
【００１９】
請求項３記載のプラズマ処理装置は、請求項１又は２記載のプラズマ処理装置において、前記上部電極カバーの材質は石英であることを特徴とする。
【００２０】
請求項４記載のプラズマ処理装置は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記窓部の材質は石英であることを特徴とする。
【００２１】
請求項５記載のプラズマ処理装置は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記窓部の材質はガラスであることを特徴とする。
【００２２】
請求項５記載のプラズマ処理装置によれば、窓部の材質がガラスであるので、窓部のコストを安くすることができる。
【００２３】
請求項６記載のプラズマ処理装置は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記窓部の材質はサファイアガラスであることを特徴とする。
【００２４】
請求項６記載のプラズマ処理装置によれば、窓部の材質がサファイアガラスであるので、窓部のプラズマ耐性を向上させて寿命を長くすることができ、もって窓部の交換の頻度を低下させることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置を詳述する。
【００２６】
図１は、本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す図である。
【００２７】
図１において、プラズマエッチング処理装置１は、所定の直径の第１の円筒をなす下部と、該第１の円筒よりも直径が小さい第２の円筒をなす上部とを有してなるプラズマ処理容器２を備える。プラズマ処理容器２には、その上部において環状の永久磁石３が外嵌されている。
【００２８】
また、プラズマ処理容器２は、その上部の頂部内側に下向きの凹部４を有し、その下部の底部に開口５を有する。このプラズマ処理容器２は導電性材料からなる。
【００２９】
プラズマ処理容器２において、底部の開口５は、該底部から立設されたステンレス等の導電性材料製のベローズ７を介して排気プレート９等によって閉鎖されている。ベローズ７は、プラズマ処理容器２の底部に立設された第１のベローズカバー８と、第１のベローズカバー８に嵌合するように排気プレート９に固定された第２のベローズカバー１０とによって保護される。頂部の凹部４は、複数の孔１１があけられ、上部電極１２で閉鎖されている。
【００３０】
排気プレート９は、複数の通気孔１３を有するリング状の円盤であり、その中央部にディスク形状の下部電極１４を有すると共に、プラズマ処理容器２の内部を、上部における内部チャンバ１５と、下部における排気室１６に画成する。このとき、上部電極１２及び排気プレート９は、プラズマ処理容器２の内壁と共に内部チャンバ１５の壁部を構成する。
【００３１】
下部電極１４の中央部は上部電極１２の下方に位置している。
【００３２】
また、下部電極１４の下面には、プラズマ処理容器２の下方から延びると共に、酸化処理されたＡｌ等の導電性材料製の管状部材１７と、管状部材１７内に収容されていると共に下部電極１４を上下方向に昇降させる昇降軸１８が固定されている。下部電極１４は、その下面及び側面が電極保護部材１９で保護され、さらに電極保護部材１９は、その下面及び側面が導電性部材２０で覆われている。昇降軸１８には高周波電源６が接続されている。
【００３３】
下部電極１４の上面周囲にはインシュレータリング２１が配され、インシュレータリング２１の内側において下部電極１４の上面には、静電チャック２２が配されている。また、インシュレータリング２１の上にはフォーカスリング２３が配され、フォーカスリング２３の内側において静電チャック２２の上には、下部電極１４の中央部において被処理物としての半導体ウエハ２４が載置される。
【００３４】
プラズマ処理容器２は、その頂部にガス供給口２５を有し、このガス供給口　には流量調整弁２６及び開閉弁２７を介して内部チャンバ１５内への処理ガス供給のためのガス供給源２８が接続され、且つその底部に排気口２９を有し、この排気口２９には、内部チャンバ１５内を真空引きする真空ポンプ３０が接続されている。
【００３５】
このように構成されたプラズマエッチング処理装置１は、半導体ウエハ２４にプラズマ処理を施す際に、まず、不図示の駆動機構によって昇降軸１８を上方に移動させて半導体ウエハ２４を所定の位置まで移動し、高周波電源６により、高周波電力を下部電極１４に印加する。
【００３６】
次いで、真空ポンプ３０により内部チャンバ１５を所定の真空雰囲気に減圧し、ガス供給源２８からガス供給口２５を介してＣＦ系ガスを含む処理ガスを内部チャンバ１５に導入すると、上部電極１２と下部電極１４との間に形成された高周波電界によりグロー放電が生じて処理ガスから半導体ウエハ２４上においてプラズマが生成され、プラズマ領域を形成する。
【００３７】
当該内部チャンバ１５内の上部に配置された上部電極１２は、Ａｌ等の金属から成る上部電極本体と、上部電極本体の下面に接合され、内部チャンバ１５内に形成されたプラズマ領域に対して上部電極本体を隔離するための石英から成る一体型の上部電極カバーとを備える。
【００３８】
当該プラズマエッチング処理装置１によって半導体ウエハ２４上の膜、例えば酸化膜をエッチングする場合には、内部チャンバ１５内を中圧にして、中密度プラズマを生成することにより最適ラジカル制御を可能とし、これにより適切なプラズマ状態を得た上で、安定性および再現性の高い半導体ウエハ２４のエッチングを実現している。
【００３９】
このプラズマエッチング処理装置１では、上部電極に後述する図２の内視筒が設けられており、この内視筒を通して上述したエッチングの進行程度を検出する。
【００４０】
図２は、図１のプラズマエッチング処理装置１における上部電極１２に設けられた内視筒の断面図である。
【００４１】
図２において、真空容器２は、その内部おいて、内部チャンバ１５内に形成されたプラズマ領域４１と隔離するべく下面に上部電極カバー３１が接合された上部電極本体３２を有し、内視筒１００は、上部電極本体３２に設けられた開口ブッシュ３２ａと、この開口ブッシュ３２ａの上方において真空容器２に設けられ、不図示のセンサを載置すると共に中央に孔を有するセンサ載置台３４と、開口ブッシュ３２ａの上方において真空容器２に設けられ、開口ブッシュ３２ａとセンサ載置台３４の孔とを接続する管状部材３５とから成る。センサ載置台３４の孔部には、石英等から成る光学ガラス３３が設けられている。
【００４２】
上部電極カバー３１は、上部電極本体３２の開口ブッシュ３２ａの対応部位において孔部を有し、この孔部には、透明な窓部３１ａが嵌められている。
【００４３】
不図示のセンサが発光する光が、光学ガラス３３を介して真空容器２内に入射する。この入射光は上部電極カバー３１の孔部に嵌められた透明な窓部３１ａを介して半導体ウエハ２４まで到達し、半導体ウエハ２４によって反射される。この反射光は上部電極カバー３１の窓部及び光学ガラス５３を介してセンサ載置台５４に載置された不図示のセンサに到達する。
【００４４】
このセンサは、反射光の強度変化を検出して、エッチングの進行程度を検出する。
【００４５】
半導体ウエハ２４へのプラズマ処理が進み、高周波印加時間が約５０〜７０時間となると、上部電極カバー３１の孔部に嵌められた透明な窓部３１ａに曇りが発生し、センサが反射光の強度変化を検出できなくなり、センサにエラー表示が出た場合には、上部電極カバー３１のメンテナンスが行われている。このメンテナンスの間隔は高周波の印加時間によって決定されるが、窓部３１ａの材質が石英の場合は約７０ｈである。
【００４６】
ここで、窓部３１ａに曇りが発生した場合であっても、上部電極カバー３１の孔部には、透明な窓部３１ａが嵌められているので、上部電極カバー３１全体を取り外すことなく窓部３１ａのみを取り外して交換することができ、もって、上部電極カバー３１のメンテナンスコストを低減することができる。
【００４７】
図３は、図２における上部電極カバー３１の概略構成を示す図である。
【００４８】
図３において、上部電極カバー３１は、上部電極カバー３１が上部電極本体３２の開口ブッシュ３２ａの対応部位において孔部を有する。この孔部は、下部に直径Ｃが１４ｍｍ、厚さＤが１．５ｍｍの内側フランジを有し、上部に内側フランジと相補形状であり、直径Ａが１７ｍｍ、厚さＢが１．４５ｍｍの外側フランジを有し、この孔部には窓部３１ａが嵌め込まれている。
【００４９】
また、上部電極カバー３１の孔部の内周縁部Ｅには幅Ｇ１．５ｍｍの段深さ０．１５ｍｍの段差部が設けられ、この内周縁部Ｅから窓部３１ａの外側フランジに亘ってカプトンテープ４０が接着され、窓部３１ａが上部電極カバー３１に固定されている。
【００５０】
上述したように、本実施の形態によれば、上部電極カバー３１が上部電極本体３２の開口ブッシュ３２ａの対応部位において孔部を有し、この孔部には、透明な窓部３１ａが嵌められているので、窓部３１ａに曇りが発生した場合であっても、上部電極カバー３１全体を取り外すことなく窓部３１ａのみを取り外して交換することができ、もって、上部電極カバー３１のメンテナンスコストを低減することができる。
【００５１】
本実施の形態によれば、孔部は、下部に内側フランジを有し、上部に内側フランジと相補形状の外側フランジを有するので、窓部３１ａを上部から容易に嵌め込むことができる。
【００５２】
本実施の形態では、窓部３１ａの材質は上部電極カバー３１の材質と同じ石英であるが、これに限定されるものではなく、ガラス、例えばプラズマ耐性の高いサファイアガラス等であってもよい。
【００５３】
ここで、窓部３１ａの材質がサファイアガラスである場合、上部電極カバー３１のメンテナンスの間隔を約２７０ｈ以上と材質が石英の場合のメンテナンスの間隔約７０ｈよりも長くすることができる。
【００５４】
本実施の形態では、上部電極カバー３１の材質は石英であるが、これに限定されるものではなく、ガラス、例えばプラズマ耐性の高いサファイアガラス等であってもよい。
【００５５】
また、窓部３１ａの寸法は本実施の形態で示した値に限定されるものではなく、プラズマが漏れない程度の精度があればよい。
【００５６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、請求項１記載のプラズマ処理装置によれば、上部電極カバーが上部電極本体の開口部の対応部位において孔部を有し、この孔部には、透明な窓部が嵌められているので、窓部に曇りが発生した場合であっても、上部電極カバー全体を取り外すことなく窓部のみを取り外して交換することができ、もって、上部電極カバーのメンテナンスコストを低減することができる。
【００５７】
請求項２記載のプラズマ処理装置によれば、孔部は、下部に内側フランジを有し、上部に内側フランジと相補形状の外側フランジを有するので、窓部を上部から容易に嵌め込むことができる。
【００５８】
請求項５記載のプラズマ処理装置によれば、窓部の材質がガラスであるので、窓部のコストを安くすることができる。
【００５９】
請求項６記載のプラズマ処理装置によれば、窓部の材質がサファイアガラスであるので、窓部のプラズマ耐性を向上させて寿命を長くすることができ、もって窓部の交換の頻度を低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１のプラズマ処理装置１における上部電極１２に設けられた内視筒の断面図である。
【図３】図２における上部電極カバー３１の概略構成を示す図である。
【図４】従来のプラズマ処理装置における上部電極に設けられた内視筒の断面図である。
【符号の説明】
１　プラズマエッチング処理装置
２　真空容器
１２　上部電極
１５　内部チャンバ
３１　上部電極カバー
３１ａ　窓部
３２　上部電極本体
３２ａ　開口ブッシュ
４１　プラズマ領域
１００　内視筒
【図１】
2004039900.tif 000003
【図２】
2004039900.tif 000004
【図３】
2004039900.tif 000005
【図４】
2004039900.tif 000006