(57)【要約】 【課題】セルフバイアス電圧を低減させることによって誘電体窓４を削ることがなく、被処理体に対するプラズマ処理の品質を向上し、かつプラズマ処理の速度を維持すること。【解決手段】真空容器内にプラズマ生成用のガスを導入すると共に、高周波の交番磁界を真空容器内に作用させてガスをプラズマ化し、真空容器内に配置された被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理方法において、高周波電力の供給により交番磁界を発生するアンテナの中央部分の高さ位置を外周部分の高さ位置よりも高く調整可能とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内にプラズマ生成用のガスを導入すると共に、高周波の交番磁界を前記真空容器内に作用させて前記ガスをプラズマ化し、前記真空容器内に配置された被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置において、
高周波電力の供給により前記交番磁界を発生し、かつ中央部分の高さ位置を外周部分の高さ位置よりも高く調整可能とするアンテナ、
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】
前記アンテナは、前記中央部分に対応する第１のアンテナと、前記第１のアンテナの前記外周部分に対応する第２のアンテナと、前記第１のアンテナの高さ位置を調整する高さ調整機構とを含む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】
前記アンテナ近傍のセルフバイアス電圧を検出する電圧センサと、
前記電圧センサにより検出された前記セルフバイアス電圧を低減するように前記高さ調整機構を制御して前記第１のアンテナの高さ位置を調整する制御部と、
を有することを特徴とする請求項２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記真空容器内に生成されるプラズマの密度を検出するプラズマ密度センサと、
前記プラズマ密度センサにより検出された前記プラズマ密度を維持するように前記第１のアンテナの高さ位置を調整する制御部と、
を有することを特徴とする請求項２記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
真空容器内にプラズマ生成用のガスを導入すると共に、高周波の交番磁界を前記真空容器内に作用させて前記ガスをプラズマ化し、前記真空容器内に配置された被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理方法において、
高周波電力の供給により前記交番磁界を発生するアンテナの中央部分の高さ位置を外周部分の高さ位置よりも高く調整可能とすることを特徴とするプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、高周波電力（ＲＦ電力）の供給によりプラズマを生成して被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程では、エッチングやスパッタ等の各種処理が行われている。これら処理では、例えばＲＩＥやＣＶＤ等のプラズマ処理装置が用いられており、これらプラズマ処理装置としては、誘導結合型のプラズマ処理装置が用いられることが多い。このようなプラズマ処理装置は、真空容器内に反応ガスを供給すると共に、アンテナに高周波電力を供給することにより真空容器内の反応ガスをプラズマ化し、この生成されたプラズマにより真空容器内に配置された半導体基板等の被処理体をプラズマ処理する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３１４６６号公報
【特許文献２】特開２００６−３４４９９８号公報
【特許文献３】特開２００７−３１１１８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
誘導結合型プラズマ装置では、真空容器に設けられた誘電体窓にアンテナを設け、このアンテナから誘電体窓を介して真空容器内に高周波電力を供給している。ところが、アンテナには、容量結合成分が存在しており、この容量結合成分により誘電体窓に発生するセルフバイアス電圧が高くなり、このセルフバイアス電圧によってプラズマのイオンが誘電体窓に衝突し、この衝突によって誘電体窓が削られてしまう。この誘電体窓の削られることにより生じるダストは、落下して誘電体窓の下方に配置されている被処理体上に付着してしまい、プラズマ処理の品質を低下させてしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態によれば、真空容器内にプラズマ生成用のガスを導入すると共に、高周波の交番磁界を前記真空容器内に作用させて前記ガスをプラズマ化し、前記真空容器内に配置された被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置において、高周波電力の供給により前記交番磁界を発生し、かつ中央部分の高さ位置を外周部分の高さ位置よりも高く調整可能とするアンテナを具備する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施形態のプラズマ処理装置を示す構成図。
【図２】同装置におけるアンテナのｘｙ平面を示す構成図。
【図３】同装置における高さ調整機構を示す構成図。
【図４】同装置のアンテナ中心部である第１のアンテナの高さ位置と誘電体窓の削れ量との関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。  
図１はプラズマ処理装置の構成図を示す。このプラズマ処理装置は、例えば誘導結合型プラズマ装置であり、例えばエッチングやスパッタ等の各種プラズマ処理を行う。  
真空容器１内には、載置台２が設けられている。この載置台２上には、被処理体としての例えば半導体ウエハ３が載置されている。真空容器１の上部には、誘電体窓（天板）４が設けられている。この誘電体窓４の上面には、コイル状のアンテナ５が設けられている。このアンテナ５には、高周波電源（以下、ＲＦ電源と称する）６が接続されている。このアンテナ５は、ＲＦ電源６から高周波電力が供給されることにより高周波の交番磁界を発生する。
【０００８】
ＲＦ電源６は、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を出力するもので、この高周波電力をアンテナ５に供給する。このアンテナ５は、一方の端部がＲＦ電源６に接続され、他方の端部が接地されている。なお、載置台２に代えて下部電極を設け、この下部電極に別の高周波電源（ＲＦ電源）を接続してもよい。
【０００９】
真空容器１は、その内部に反応ガスが導入され、かつアンテナ５にＲＦ電源６からの高周波電力が供給される。これにより、真空容器１内では、アンテナ５により発生する高周波の交番磁界が反応ガスをプラズマ化してプラズマ７を生成し、このプラズマ７によって半導体ウエハ３に対してプラズマ処理、例えばエッチングやスパッタ等の処理が行われる。
【００１０】
アンテナ５は、当該アンテナ５の中央部分の高さ位置をその外周部分の高さ位置よりも高く調整可能になっている。具体的にアンテナ５は、当該アンテナ５の中央部分の第１のアンテナ５ａと、この第１のアンテナ５ａの外周部分に対応する第２のアンテナ５ｂとを有し、第１のアンテナ５ａの高さ位置を第２のアンテナ５ｂの高さ位置よりも高く調整可能になっている。なお、半導体ウエハ３を載置する２次元平面をｘｙ平面とし、このｘｙ平面に対して垂直方向すなわち真空容器１の上下方向をｚ方向とする。
【００１１】
図２はアンテナ５のｘｙ平面の構成図を示す。アンテナ５は、平面状で、四辺形状に巻かれたコイルアンテナに形成されており、上記の通り、第１のアンテナ５ａと第２のアンテナ５ｂとを直列接続して成る。このアンテナ５は、第１のアンテナ５ａを中央部分に配置し、第２のアンテナ５ｂを第１のアンテナ５ａの外周部分に配置している。  
これら第１のアンテナ５ａと第２のアンテナ５ｂとの接続部分には、高さ調整機構５ｃが設けられている。この高さ調整機構５ｃは、第１のアンテナ５ａを高さ方向（ｚ方向）に上下動させるもので、当該第１のアンテナ５ａの高さ位置を第２のアンテナ５ｂの高さ位置よりも高く調整する。なお、第２のアンテナ５ｂは、高さ位置が固定されている。
【００１２】
図３は高さ調整機構５ｃの構成図を示す。この高さ調整機構５ｃは、摺動部材５ｄが高さ方向に沿って設けられている。この摺動部材５ｄの下端は、例えば第２のアンテナ５ｂに固定されている。摺動部材５ｄは、高さ方向に摺動する摺動端５ｅを備え、この摺動端５ｅに第１のアンテナ５ａが設けられている。この摺動部材５ｄには、モータ等の駆動源５ｅが設けられている。この駆動源５ｅは、モータ等の駆動によって摺動端５ｅを摺動部材５ｄに対して高さ方向に摺動させることによって第１のアンテナ５ａの高さ位置を調整する。
【００１３】
第１のアンテナ５ａと第２のアンテナ５ｂとは、摺動部材５ｄを通して電気的に接続されている。又、第１のアンテナ５ａは、給電部材５ｇを介してＲＦ電源６に接続されている。給電部材５ｇは、第１のアンテナ５ａと同一部材で、この第１のアンテナ５ａと連続して形成されている。第２のアンテナ５ｂは、接地部材５ｈを介して接地されている。この接地部材５ｈは、第２のアンテナ５ｂと同一部材で、この第２のアンテナ５ｂと連続して形成されている。  
なお、アンテナ５は、四角形状に限らず、円形形状や他の形状でもよく、第１のアンテナと第２のアンテナとに分けられ、中央部分のアンテナの高さ位置を調整可能であればよい。  
又、アンテナ５は、第１のアンテナと第２のアンテナとに分けなくてもよく、当該アンテナ５の中心部分の高さ位置を高くすると、これに伴ってアンテナ５の中心部分から離れるに従って高さが連続的に低くなるようにしてもよい。
【００１４】
真空容器１内には、電圧センサとしてのプローブ８が挿入されている。このプローブ８は、アンテナ５に存在する容量結合成分により誘電体窓４に発生するアンテナ近傍のセルフバイアス電圧を検出し、このセルフバイアス電圧に応じた検出信号を出力する。  
真空容器１内には、プラズマ密度センサ９が挿入されている。このプラズマ密度センサ９は、真空容器１内に生成されるプラズマ７の密度を検出し、この密度に応じた検出信号を出力する。
【００１５】
制御部１０は、真空容器１の内部に反応ガスを供給し、ＲＦ電源６を制御してアンテナ５に高周波電力を供給し、真空容器１の内部にプラズマ７を生成し、このプラズマ７によって半導体ウエハ３に対してプラズマ処理、例えばエッチングやスパッタ等の処理を行うための制御を行う。  
制御部１０は、プローブ８から出力される検出信号を入力し、この検出信号に応じてセルフバイアス電圧を低減するように高さ調整機構５ｃを制御して第１のアンテナ５ａの高さ位置を調整する。すなわち、アンテナ５の第１のアンテナ５ａと第２のアンテナ５ｂとが同一のｘｙ平面上に配置されていると、このとき、アンテナ５に存在する容量結合成分により誘電体窓４に発生するセルフバイアス電圧は、アンテナ５の中央部分に対応する領域でその周囲領域の電圧よりも高くなる。すなわち、セルフバイアス電圧は、第１のアンテナ５ａに対応する領域でその周囲の第２のアンテナ５ｂに対応する領域の電圧よりも高くなる。  
従って、制御部１０は、プローブ８から出力される検出信号に応じてセルフバイアス電圧を低減するように高さ調整機構５ｃを制御して第１のアンテナ５ａを上昇させ、当該第１のアンテナ５ａの高さ位置を高く調整する。第１のアンテナ５ａの高さ位置を高く調整すると、アンテナ５の中央部分に対応する領域のセルフバイアス電圧は低下し、その周囲の第２のアンテナ５ｂに対応する領域の電圧と略同一にできる。
【００１６】
図４はアンテナ５における第１のアンテナ５ａの高さ位置と誘電体窓４の削れ量との関係を示す。同図は第１のアンテナ５ａの高さ位置Ｈが高くなるに従って誘電体窓４の削れ量Ｓが少なくなっていることを示す。すなわち、第１のアンテナ５ａの高さ位置Ｈが高くなるに従って当該第１のアンテナ５ａに対応する領域のセルフバイアス電圧が低下するので、当該領域における誘電体窓４の削れ量が減少する。  
制御部１０は、プラズマ密度センサ９により検出されたプラズマ密度を維持するように例えば反応ガスの供給量を制御したり、ＲＦ電源６の出力電圧を調整する。
【００１７】
次に、上記の如く構成された装置におけるプラズマ処理制御について説明する。  
真空容器１の内部に反応ガスが導入されると、アンテナ５にはＲＦ電源６から高周波電力が供給される。これにより、真空容器１内では、アンテナ５により発生する高周波の交番磁界が反応ガスをプラズマ化してプラズマ７を生成し、このプラズマ７によって半導体ウエハ３に対してプラズマ処理、例えばエッチングやスパッタ等の処理が行われる。
【００１８】
このプラズマ処理中、上記のようにアンテナ５の第１のアンテナ５ａと第２のアンテナ５ｂとが同一のｘｙ平面上に配置されていると、当該アンテナ５に存在する容量結合成分により誘電体窓４に発生するセルフバイアス電圧は、アンテナ５の中央部分に対応する領域でその周囲領域の電圧よりも高くなる。この高くなったセルフバイアス電圧によってプラズマ７のイオンが誘電体窓４に衝突し、この衝突によって誘電体窓４が削られるおそれがある。この誘電体窓４が削られるとすると、そのダストは、落下して誘電体窓４の下方に配置されている半導体ウエハ３上に付着してしまい、プラズマ処理の品質を低下させてしまう。
【００１９】
これに対して本装置では、プローブ８は、アンテナ５に存在する容量結合成分により誘電体窓４に発生するアンテナ近傍のセルフバイアス電圧を検出し、このセルフバイアス電圧に応じた検出信号を出力する。  
制御部１０は、プローブ８から出力される検出信号に応じてセルフバイアス電圧を低減するように高さ調整機構５ｃを制御する。この高さ調整機構５ｃは、図３に示すようにモータ等の駆動源５ｅが駆動することによって、摺動端５ｅが摺動部材５ｄに対して高さ方向に摺動する。この摺動端５ｅによって第１のアンテナ５ａが高さ方向に上昇し、第１のアンテナ５ａと誘電体窓４との間隔が広がる。これにより、第１のアンテナ５ａに対応する領域のセルフバイアス電圧は低下し、その周囲の第２のアンテナ５ｂに対応する領域の電圧と略同一にできる。  
この結果、アンテナ５の中央部分に対応する領域のセルフバイアス電圧が低減されることにより、当該セルフバイアス電圧によってプラズマ７のイオンが誘電体窓４に衝突することが無くなり、誘電体窓４が削られるおそれがなくなる。これにより、プラズマ処理された半導体ウエハ３の品質が低下することがなくなる。
【００２０】
又、プラズマ密度センサ９は、真空容器１内に生成されるプラズマ７の密度を検出し、この密度に応じた検出信号を出力する。制御部１０は、プラズマ密度センサ９により検出されたプラズマ密度を維持するように例えば反応ガスの供給量を制御したり、ＲＦ電源６の出力電圧を調整する。
【００２１】
このように上記実施の形態によれば、アンテナ５を第１のアンテナ５ａと第２のアンテナ５ｂとに分け、このうちアンテナ５の中央部分の第１のアンテナ５ａの高さ位置をセルフバイアス電圧が低減するように調整可能としたので、第１のアンテナ５ａに対応する領域のセルフバイアス電圧を低下でき、その周囲の第２のアンテナ５ｂに対応する領域の電圧と略同一にできる。この結果として、セルフバイアス電圧によってプラズマ７のイオンが誘電体窓４に衝突することが無くなって誘電体窓４が削られるおそれがなくなってダストを生じることなく、プラズマ処理された半導体ウエハ３の品質を向上できる。  
又、プラズマ密度を維持することで、半導体ウエハ３に対するプラズマ処理の速度を低下することもない。
【００２２】
この実施形態によれば、セルフバイアス電圧を低減させることによって誘電体窓４を削ることがなく、被処理体に対するプラズマ処理の品質を向上し、かつプラズマ処理の速度を維持できるプラズマ処理装置及びその方法を提供できる。
【００２３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００２４】
１：真空容器、２：載置台、３：半導体ウエハ、４：誘電体窓（天板）、５：アンテナ、６：高周波電源（ＲＦ電源）、７：プラズマ、５ａ：第１のアンテナ、５ｂ：第２のアンテナ、５ｃ：高さ調整機構、５ｄ：摺動部材、５ｅ：摺動端、５ｆ：駆動源、５ｇ：給電部材、５ｈ：接地部材、８：プローブ、９：プラズマ密度センサ、１０：制御部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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