(57)【要約】【課題】プロセス特性を変化させることなく、また、放電状態を安定化できるようにする。【解決手段】誘電体窓２を有するとともに、内部にウエハＷを収納する真空チャージャ１と、この真空チャージャー１内に反応ガスを供給するガス供給管１１と、高周波電源部５を有し、この高周波電源部５からの高周波を誘電体窓２を介して真空チャージャ内に供給することにより、反応ガスをプラズマ化してウエハＷを処理する高周波供給機構と、真空チャージャ１内に設けられた電極８と、この電極８に任意の直流電圧を印加する直流電源９とを具備する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に被処理基板を収納する真空容器と、
この真空容器内に反応ガスを供給するガス供給手段と、
高周波電源部を有し、この高周波電源部からの高周波を前記真空容器内に供給することにより、前記反応ガスをプラズマ化して前記被処理基板を処理する高周波供給手段と、
前記真空容器内に設けられた電極と、
この電極に任意の直流電圧を印加する電圧印加手段と、
を具備することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記真空容器は、誘電体または誘電体がコーティングされた金属製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】
前記電極は、表面が導体または半導体からな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４】
前記電極は前記反応ガスの流れを制御する整流板として兼用され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５】
内部に被処理基板を収納する真空容器と、
この真空容器内に反応ガスを供給するガス供給手段と、
高周波電源部を有し、この高周波電源部からの高周波を前記真空容器内に供給することにより、前記反応ガスをプラズマ化して前記被処理基板を処理する高周波供給手段と、
前記真空容器内に設けられた電極と、
この電極に任意の直流電圧を印加する電圧印加手段と、
前記電極の電位を測定する電位測定手段と、
この電位測定手段及び前記電圧印加手段を前記電極に対し選択的に接続させる切替手段と、
を具備することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
内部に被処理基板を収納する真空容器と、
この真空容器内に反応ガスを供給するガス供給手段と、
高周波電源部を有し、この高周波電源部からの高周波を前記真空容器内に供給することにより、前記反応ガスをプラズマ化して前記被処理基板を処理する高周波供給手段と、
前記真空容器内に設けられた第１及び第２の電極と、
前記第１の電極に任意の直流電圧を印加する電圧印加手段と、
前記第２の電極の電位を測定する電位測定手段と、
を具備することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】
誘電体窓を有するとともに、内部に被処理基板を収納する真空容器と、
この真空容器内に反応ガスを供給するガス供給手段と、
高周波電源部を有し、この高周波電源部からの高周波を前記誘電体窓を介して前記真空容器内に供給することにより、前記反応ガスをプラズマ化して前記被処理基板を処理する高周波供給手段と、
前記真空容器内に設けられた電極と、
この電極の電位を測定する電位測定手段と、
前記電位測定手段が所定値以上の電位を測定したことに基づいて前記高周波供給手段による高周波の供給を停止させ、或いは警報を発生させる制御手段と
を具備することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記誘電体窓は、絶縁物によりコーティングされる梁により支持される複数の窓部により構成され、
前記複数の窓部間には隙間が形成され、
前記梁は前記隙間を介して前記真空チャンバー内に露出されていることを特徴とする請求項７記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記高周波供給手段による高周波の供給停止、或いは警報を発する電位上昇の閾値は、５Ｖ以上とす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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、半導体素子、液晶ディスプレイなどの薄膜素子の製造或いは、粒子ビーム源や分析装置などとして用いられるプラズマ処理装置及び処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のプラズマ処理装置は反応室を備えているが、この反応室としては、アース電位の金属からなる真空チャンバーが用いられている。そして、真空チャンバーの内壁は絶縁物でコーティングされることが多い。
【０００３】
真空チャンバーの内壁が絶縁物でコーティングされると、生成されるプラズマは直流的にはアース電位から絶縁された状態となる。このため、プラズマの直流電位は、基準となる電位を持たないことになり、任意の電位になり得る（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３０６８９１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、プラズマの直流電位が基準となる電位を持たない場合には、プラズマ電位はプロセス条件や装置間差で変化し、さらには経時的にも変化し、プロセス特性が変化してしまう一要因となる。
【０００６】
また、真空チャンバーの内壁の絶縁コ一ティングがプラズマのエッチング作用により、一部除去されてアース電位の金属が剥き出しになると、プラズマ電位とアース電位との差が大きい場合には、放電状態が不安定になるという問題もある。
【０００７】
本発明は、上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、プロセス特性を変化させることなく、また、放電状態を安定化できるようにしたプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載のものは、内部に被処理基板を収納する真空容器と、この真空容器内に反応ガスを供給するガス供給手段と、高周波電源部を有し、この高周波電源部からの高周波を例えば、誘電体窓やアンテナ、電極などを介して前記真空容器内に供給することにより、前記反応ガスをプラズマ化して前記被処理基板を処理する高周波供給手段と、前記真空容器内に設けられた電極と、この電極に任意の直流電圧を印加する電圧印加手段とを具備する。
【０００９】
請求項５記載のものは、内部に被処理基板を収納する真空容器と、この真空容器内に反応ガスを供給するガス供給手段と、高周波電源部を有し、この高周波電源部からの高周波を誘電体窓やアンテナ、電極などを介して前記真空容器内に供給することにより、前記反応ガスをプラズマ化して前記被処理基板を処理する高周波供給手段と、前記真空容器内に設けられた電極と、この電極に任意の直流電圧を印加する電圧印加手段と、前記電極の電位を測定する電位測定手段と、この電位測定手段及び前記電圧印加手段を前記電極に対し選択的に接続させる切替手段とを具備する。
【００１０】
請求項６記載のものは、内部に被処理基板を収納する真空容器と、この真空容器内に反応ガスを供給するガス供給手段と、高周波電源部を有し、この高周波電源部からの高周波を誘電体窓やアンテナ、電極などを介して前記真空容器内に供給することにより、前記反応ガスをプラズマ化して前記被処理基板を処理する高周波供給手段と、前記真空容器内に設けられた第１及び第２の電極と、前記第１の電極に任意の直流電圧を印加する電圧印加手段と、前記第２の電極の電位を測定する電位測定手段とを具備する。
【００１１】
請求項７記載のものは、誘電体窓を有するとともに、内部に被処理基板を収納する真空容器と、この真空容器内に反応ガスを供給するガス供給手段と、高周波電源部を有し、この高周波電源部からの高周波を誘電体窓やアンテナ、電極などを介して前記真空容器内に供給することにより、前記反応ガスをプラズマ化して前記被処理基板を処理する高周波供給手段と、前記真空容器内に設けられた電極と、この電極の電位を測定する電位測定手段と、前記電位測定手段が所定値以上の電位を測定したことに基づいて前記高周波供給手段による高周波の供給を停止させ、或いは警報を発生させる制御手段とを具備する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施の形態を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１は本発明の一実施の形態であるプラズマ処理装置を示す概略的構成図である。
【００１４】
図中１は、アルマイト（誘電体）がコートされたアルミニューム製の真空チヤンバー（真空容器）で、この真空チヤンバー（真空容器）の内壁面は絶縁物でコーティングされている。真空チヤンバー１の天井部には誘電体窓を構成する石英板２が設けられ、石英板２の上面部には、プラズマ生成用のコイル３が設置されている。プラズマ生成用のコイル３には、高周波供給手段としての高周波電源５が接続されている。プラズマ生成用のコイル３には、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波パワーが印加されてプラズマが生成されるようになっている。
【００１５】
真空チヤンバー１の内底部には載置部として兼用される下部電極６が設けられ、この下部電極６上には被処理基板としてのウエハＷが載置されている。下部電極６には高周波電源７が接続され、下部電極６にも高周波パワーが印加されるようになっている。真空チャンバー１の一側壁部には反応ガスを供給するガス供給手段としてのガス供給管１１及び真空引きするためのガス排気管１２が接続されている。
【００１６】
また、真空チャンバー１の一側内壁面の近傍には、表面が導体または半導体からなる例えば、アルミニューム製の電極８が設置されている。この電極８には直流電源９が接続され、直流電圧が印加できる構造となっている。
【００１７】
次に、ウエハＷをエッチング処理する場合について説明する。
【００１８】
まず、図示しないゲートバルブを開いて図示しない搬送アームによりウエハＷを下部電極６上に載置する。この載置後、ゲートバルブを閉じて真空チャンバー１内を排気して所定の真空度まで真空引きする。こののち、ガス供給管１１からエッチングガスを真空チャンバー１内に供給する。
【００１９】
そして、高周波電源５から例えば１３．５６ＭＨｚの高周波パワーをコイル３に印加すると共に、高周波電源７から下部電極６に例えば１３．５６ＭＨｚの高周波パワーを印加する。
【００２０】
これにより、コイル３から石英板２を介して真空容器１内に高周波が供給され、この高周波によりエッチングガスがプラズマ化されてウエハＷの表面がエッチングされることになる。
【００２１】
図２は、反応ガスとしてＣＦ４と０２の混合ガスを用いて放電を行い、真空チャンバー１内に電極８を配置しない場合、真空チャンバー１内に電極８を配置してこの電極８の電位を０Ｖとした場合、及びこの電極８の電位を−１８Ｖと変化させた場合において、真空チャンバー１内におけるプラズマ浮遊電位の測定を行った結果を示すグラフ図である。
【００２２】
このグラフ図からプラズマ浮遊電位は、電極８を設置しない場合、電極８の電位を０Ｖにした場合、電極８の電位を−１８Ｖにした場合の順に低下していることが分かる。
【００２３】
ところで、プラズマ電位は、電極８を設置しない場合、電極８の電位を０Ｖにした場合、電極８の電位を−１８Ｖのした場合におけるプラズマ浮遊電位より、それぞれ２０Ｖ程度高いと考えられ、プラズマ電位を電極８の印加電圧により制御できることを示している。
【００２４】
上記したように、真空チャージャー１内に電極８を配置し、この電極８に直流電圧を印加することにより、プラズマ電位に対し基準となる直流電圧を与えることができる。従って、プラズマ電位が装置間差、経時変化など不確かな原因により変動することを防ぐことが可能となる。
【００２５】
また、電極８に印加する電圧を変化させることにより、プラズマ電位を制御することが可能である。従って、真空チャンバー１内壁の絶縁コーティングが一部除去されてアース電位の金属が剥き出しになった場合でも、プラズマ電位とアース電位の電位差をコントロールして放電を安定化させることが可能となる。
【００２６】
図３は、本発明の第２の実施の形態であるプラズマ処理装置を示す概略的に構成図である。
【００２７】
なお、図１で示した部分と同一部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００２８】
この第２の実施の形態では、電圧測定手段としての電圧計１５及び切替え手段としての切替えスイッチ１６を備え、切換スイッチ１６の切替え動作により直流電源９と電圧計１５を電極８に選択的に接続できるようになっている。
【００２９】
この第２の実施の形態によれば、プラズマ浮遊電位の変化を電圧計１５によりモニターでき、例えば、装置の異常または経時変化によりプラズマ浮遊電位が変化した場合には、切換スイッチ１５を動作させて直流電圧を電極８に印加することによりプラズマ電位を制御することが可能である。
【００３０】
図４は、本発明の第３の他の実施の形態であるプラズマ処理装置を示すものである。
【００３１】
なお、図１で示した部分と同一部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００３２】
この第３の実施の形態では、真空チャンバー１内に第１及び第２の電極２１，２２を配設し、第１の電極２１には、電圧印加手段としての直流電源２３、第２の電極２２には電位測定手段としての電圧計２４が接続されている。
【００３３】
この第３の実施の形態では、直流電源２３により第１の電極２１に直流電圧を印加したことに基づいて電圧計２４によるプラズマ浮遊電位の測定値が大きく上昇した場合には、真空チャンバー１内壁面の絶縁物のコーティングが剥がれていないと判別され、電圧計２４によるプラズマ浮遊電位の測定値が余り上昇しない場合には、絶縁物のコーティングが剥がれていると判別される。
【００３４】
この第３の実施の形態によっても、上記した第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００３５】
図５は、本発明の第４の実施の形態であるプラズマ処理装置を示す概略的に構成図である。
【００３６】
なお、図１で示した部分と同一部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００３７】
この第４の実施の形態では、真空チャンバー１内に下部電極６を取り囲むように反応ガスを整流するための整流板３１が設けられ、この整流板３１が電極として兼用され、この整流板３１に直流電源３２が接続されて直流電圧が印加されるようになっている。
【００３８】
この第４の実施の形態によっても、上記した第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００３９】
また、この第４の実施の形態では、整流板３１が電極として兼用されるため、、部品点数が削減されてコストの低減が図ることができる。
【００４０】
図６は、本発明の第５の他の実施の形態であるプラズマ処理装置を示すものである。
【００４１】
なお、図１で示した部分と同一部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００４２】
この第５の実施の形態では、真空チャンバー１の内部に、電位測定用の電極３５を設け、この電極３５には電圧印加手段としての電圧計３６が接続されている。
【００４３】
真空チャンバー１の天井部には誘電体窓３８が設けられ、この誘電体窓３８は大型化され、複数の窓部３８ａ…によって構成されている。これら窓部３８ａ…はアルミナ板３９及び石英板４０によって構成されている。複数枚のアルミナ板３９は、アルミ／アルマイト製の梁４１によって支持され、石英板４０は梁４１にネジ止め固定されている。石英板４０間には隙間が形成され、この隙間からは梁４１が露出されている。
【００４４】
アルミナ板３９の上面部には、誘導結合プラズマ生成用のコイル３が設置されており、プラズマが生成されるようになっている。
【００４５】
図７は図６において、プラズマフローティング電位をペンレコーダによりモニターした結果を示すものである。
【００４６】
放電を継続することにより、アルミ／アルマイト製梁４１のアルマイトがプラズマによりエッチングされ、アルミが露出されると、プラズマフローティング電位が−８．５Ｖ（通常の電位）から２７Ｖにまで上昇することが分かる。
【００４７】
このようにプラズマ電位が上昇し始めると、目視により、アーク放電がアルミ／アルマイト製梁４１の部分で発生しているのが確認された。
【００４８】
このように電圧計３６が所定値以上の電位を測定することに基づいて制御手段４５によりプラズマの発生が停止され、或いは警報が発せられるようになっている。
【００４９】
また、プラズマの発生停止、或いは警報を発する電位上昇の閾値は、５Ｖ以上となっている。
【００５０】
この第５の実施の形態によれば、梁４１におけるアーク放電を事前に回避することが可能となる。
【００５１】
なお、本発明は、上記した実施の形態に限られることなく、その要旨の範囲内で種々変形実施可能なことは勿論である。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、プラズマの電位をコントロールしてプロセス特性及び放電状態を安定化させるプラズマ処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態であるプラズマ処理装置を概略的に示す構成図。
【図２】図１のプラズマ処理装置におけるプラズマ浮遊電位の変化を示すグラフ図。
【図３】本発明の第２の実施の形態であるプラズマ処理装置を概略的に示す構成図。
【図４】本発明の第３の実施の形態であるプラズマ処理装置を概略的に示す構成図。
【図５】本発明の第４の実施の形態であるプラズマ処理装置を概略的に示す構成図。
【図６】本発明の第５の実施の形態であるプラズマ処理装置を概略的に示す構成図。
【図７】図６のプラズマ処理装置におけるプラズマ浮遊電位の変化を示すグラフ図。
【符号の説明】
Ｗ…ウエハ（被処理基板）、１…真空チャンバー（真空容器）、３…コイル、５…高周波電源（高周波供給手段）、８…電極、９…直流電源（電圧印加手段）、１１…ガス供給管（ガス供給手段）、１５…電位測定手段、１６…切替えスイッチ（切替手段）、２１…第１の電極、２２…第２の電極、２３…直流電源（電圧印加手段）、２４…電圧計（電位測定手段）、３１…整流板、３５…電池、３６…電位測定手段、３８…誘電体窓、３８ａ…窓部、４１…梁。
【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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