(57)【要約】【課題】検出窓の透光性を確保することでプラズマの状態を精度よく検出することを目的とする。【解決手段】内部にてガスから生成されたプラズマにより基板の処理が実行されるチャンバと、前記チャンバの内部にて生成されたプラズマの光を検出するための検出窓と、を有するプラズマ処理装置であって、前記検出窓は、前記チャンバの壁部に設けられ、透光性を有する第１部材と、前記第１部材に隣接して前記チャンバの内部側に配置される第２部材と、を有し、前記第２部材は、前記チャンバの内部のプラズマの光を前記第１部材に導く複数の細孔と、溝と、前記溝に配置される伝熱部材と、を有し、前記伝熱部材の熱伝導率は、前記第１部材の熱伝導率よりも高い、プラズマ処理装置が提供される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にてガスから生成されたプラズマにより基板の処理が実行されるチャンバと、
前記チャンバの内部にて生成されたプラズマの光を検出するための検出窓と、
を有するプラズマ処理装置であって、
前記検出窓は、
前記チャンバの壁部に設けられ、透光性を有する第１部材と、前記第１部材に隣接して前記チャンバの内部側に配置される第２部材と、を有し、
前記第２部材は、前記チャンバの内部のプラズマの光を前記第１部材に導く複数の細孔と、溝と、前記溝に配置される伝熱部材と、を有し、
前記伝熱部材の熱伝導率は、前記第１部材の熱伝導率よりも高い、
プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記伝熱部材は、前記第１部材に接触する、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記伝熱部材は、弾性部材又はシート状部材である、
請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記第２部材は突出部を有し、前記突出部の表面に設けられた溝に前記伝熱部材が配置され、
前記突出部は、前記第１部材に設けられた凹部に挿入される、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
少なくとも前記溝の内部の一部において、前記第２部材をコーティングする膜が除去され、該第２部材の基材である金属が露出する、
請求項１〜４のいずれか一項に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、プラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理装置は、ガスから生成されたプラズマの作用により、ウェハにエッチングやＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等のプラズマ処理を行う。プラズマ処理装置では、生成されたプラズマが安定しているとウェハに均一なプラズマ処理が行える。このため、プラズマの状態を知ることは重要である。
【０００３】
プラズマの状態は、チャンバ内で励起されたブラズマから発せられる光の発光スペクトルをチャンバの外部の検出器が検出することにより知ることができる。検出器は、チャンバ側壁に配置された、例えば石英からなる検出窓を透過したプラズマの光に対する発光スペクトルを検出する（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−７７３９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、プラズマ処理時に生成された反応生成物が検出窓のチャンバ内部側の面に付着すると、ブラズマから発せられる光の検出窓における透光性が徐々に低下し、検出器で検出可能なブラズマの光量が徐々に低下する。その結果、プラズマ処理装置内のプラズマの状態を精度よく検出することが困難になる。
【０００６】
上記課題に対して、一側面では、本発明は、検出窓の透光性を確保することでプラズマの状態を精度よく検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、一の態様によれば、内部にてガスから生成されたプラズマにより基板の処理が実行されるチャンバと、前記チャンバの内部にて生成されたプラズマの光を検出するための検出窓と、を有するプラズマ処理装置であって、前記検出窓は、前記チャンバの壁部に設けられ、透光性を有する第１部材と、前記第１部材に隣接して前記チャンバの内部側に配置される第２部材と、を有し、前記第２部材は、前記チャンバの内部のプラズマの光を前記第１部材に導く複数の細孔と、溝と、前記溝に配置される伝熱部材と、を有し、前記伝熱部材の熱伝導率は、前記第１部材の熱伝導率よりも高い、プラズマ処理装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
一の側面によれば、検出窓の透光性を確保することでプラズマの状態を精度よく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態に係るプラズマ処理装置の縦断面の一例を示す図。
【図２】チャンバ壁に設けられた検出窓の一例を示す図。
【図３】第１実施形態に係る検出窓の一例を示す図。
【図４】第２実施形態に係る検出窓の一例を示す図。
【図５】第１及び第２の実施形態に係る検出窓の温度分布の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
【００１１】
［プラズマ処理装置の構成］
まず、図１を参照しながら、一実施形態にかかるプラズマ処理装置１００の構成の一例について説明する。本実施形態では、プラズマ処理装置１００の一例として容量結合型プラズマエッチング装置を挙げる。
【００１２】
プラズマ処理装置１００は、例えば表面がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムからなる円筒形のチャンバ１を有している。チャンバ１は、接地されている。チャンバ１は、天壁１ａと側壁１ｂと底壁１ｃとから構成されている。天壁１ａは、取り外し可能となっている。
【００１３】
チャンバ１の内部には半導体ウェハ（以下、「ウェハＷ」ともいう。）を載置する載置台３が設けられている。載置台３は、たとえばアルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等から形成され、支持部２に支持されている。
【００１４】
載置台３には、整合器９を介して高周波電源１０が接続されている。高周波電源１０は、所定周波数（例えば６０ＭＨｚ）のプラズマ生成用の高周波電力を供給する。
【００１５】
チャンバ１の天壁１ａには、ガスシャワーヘッド４が設置されている。ガスシャワーヘッド１６は、カーボン、シリコン等の導電性材料から形成されている。ガスシャワーヘッド１６の内部にはガス拡散室４ａが形成されている。ガス拡散室４ａの下面には、ガス拡散部４ａと連通する多数のガス孔４ｂが形成されている。ガス拡散室４ａの上部中央は、ガス導入管５を介してガス供給源６に接続されている。プラズマ処理時には、ガス供給源６から所定のガスが供給され、ガス導入管５、ガス拡散室４ａを通って多数のガス孔４ｂからチャンバ１内に供給される。
【００１６】
チャンバ１の底壁１ｃには排気管７が設けられ、排気管７を介して排気装置８に接続されている。排気装置８を作動させることにより、チャンバ１内のガスが排気管７から排気され、これにより、チャンバ１内は所定の減圧雰囲気に維持される。
【００１７】
プラズマ処埋時、所定の高周波電力が高周波電源１０から整合器９を介して載置台３に印加される。その結果、チャンバ１内に導入されたガスが電離等してプラズマが生成される。生成されたプラズマによりウェハＷに対してエッチング等のプラズマ処理が施される。
【００１８】
チャンバ１の側壁１ｂの内側には、チャンバ１よりも若干小径の円筒からなるシールド部材１１が取り付けられている。このシールド部材１１は、チャンバ１の天壁１ａを外すことにより取り外し可能となっている。このシールド部材１１は、プラズマ処理時に生じる反応生成物がチャンバ１の側壁１ｂに付着することを防止する。
【００１９】
チャンバ１の側壁１ｂおよびシールド部材１１のプラズマの生成領域に対応する位置には、チャンバ１の内部にて生成されたプラズマの光を検出するための検出窓２００が設けられている。チャンバ１の外部の検出窓２００に対応する位置には検出器１４が設けられている。
【００２０】
検出窓２００は、チャンバ１の側壁１ｂに設けられた第１部材１３と、シールド部材１１に設けられた第２部材１２と、伝熱部材１５とを有する。第１部材１３は、石英で形成され、透光性を有する。第１部材１３は、チャンバ１の側壁１ｂを貫通する貫通口に嵌め込まれている。
【００２１】
第２部材１２は、第１部材１３に隣接してチャンバ１の内部側に配置される。第２部材１２の基材はアルミニウムで形成され、第２部材１２の表面はアルマイト処理されている。第２部材１２には、複数の細孔が設けられ、チャンバ１内のプラズマの光を第１部材１３に導く。つまり、第２部材１２の細孔を通ったプラズマの光は、第１部材１３を透過して検出器１４に到達する。
【００２２】
検出器１４は、受光素子を有し、検出窓２００を透過したプラズマの光に基づき、プラズマの発光スペクトルを検出する。検出器１４は、検出したプラズマの発光スペクトルに基づきエッチングの終点を検出したり、高周波電力によるプラズマ着火を検出したりする。
【００２３】
［検出窓の構成］
以下では、比較例にかかる検出窓９０の課題について図２を参照しながら説明し、その課題を解決するために、第１及び第２実施形態にかかる検出窓２００について、図３及び図４を参照しながら説明する。
【００２４】
比較例に示す検出窓９０では、図２の断面図及び斜視図に示すように、第２部材１２０の中央部１２２が、第１部材１３に向かって張り出している。中央部１２２には、第２部材１２０を貫通する多数の細孔１２０ａが形成されている。多数の細孔１２０ａは、チャンバ１内のプラズマ光を通し、第１部材１３に導く。比較例に示す第２部材１２０は、第１部材１３と接触していない。
【００２５】
図２の斜視図に示すように、第２部材１２０の上部中央及び下部中央には、ねじ穴１２１ａ、１２１ｂがある。図２に示すねじ１３１ａ、１３１ｂは、ねじ穴１２１ａ、１２１ｂを貫通し、第２部材１２０をシールド部材１１にねじ止めする。
【００２６】
第１部材１３は、石英で形成され、チャンバ１の側壁１ｂに嵌め込まれている。かかる構造では、チャンバ１内の熱が第１部材１３に伝わりにくい。その結果、第１部材１３は、周辺部の温度よりも低くなる。
【００２７】
この状態で、チャンバ１内でプラズマ処理が行われると、処理中に生成された反応生成物が、検出窓９０の第２部材１２０や第１部材１３に付着する。反応生成物には、チタン（Ｔｉ）、酸素（Ｏ）、フッ素（Ｆ）、カーボン（Ｃ）等が含まれる。これらの反応生成物は、第１部材１３や第２部材１２０が低温であると、これらの部材に付着したまま揮発せずに、ブラズマの透光性を徐々に低下させる。このため、検出器において採光するブラズマの発光スペクトルの光量が徐々に低下し、プラズマ処理装置１００内のプラズマの状態を正しく測定することが困難になる。
【００２８】
そこで、以下で説明する第１及び第２実施形態では、第１部材１３に熱が伝わり易い構造とすることで第１部材１３に付着した反応生成物を除去し、検出器１４が検出するブラズマの光量の低下を防ぐことが可能な検出窓２００について説明する。検出器１４は、第１及び第２実施形態にかかる検出窓２００を使用することで、発光スペクトルを精度良く計測することができ、発光スペクトルに基づきプラズマの状態を正しく検出することができる。
【００２９】
＜第１実施形態＞
まず、第１実施形態にかかる検出窓２００について、図３を参照しながら説明する。第２部材１２の中央部１２ａは、第１部材１３に向かって張り出している。中央部１２２には、第２部材１２を貫通する多数の細孔１２ｂが形成されている。多数の細孔１２ｂは、チャンバ１内のプラズマ光を通し、第１部材１３に導く。なお、第２部材１２の中央部１２ａは、第２部材１２に設けられた突出部の一例である。突出部は、第２部材１２の中央に限らず、第２部材１２の上下左右の何れかの位置に設けられてもよい。
【００３０】
図３の斜視図に示すように、第２部材１２の上部中央及び下部中央には、ねじ穴１２１ａ、１２１ｂが設けられている。ねじ１３１ａ、１３１ｂは、ねじ穴１２１ａ、１２１ｂを貫通し、第２部材１２をシールド部材１１にねじ止めする。
【００３１】
第２部材１２の中央部１２ａには、溝が形成されている。溝は、中央部１２ａに形成された多数の細孔１２ｂの左右に位置する短冊状の凹みである。第２部材１２は、表面がアルマイト処理されたアルミニウムから形成され、溝内においてアルミニウムが露出している。
【００３２】
溝の形状は、図５の（ａ）に示す短冊状の溝１２ｃに限られず、例えば、図５の（ｂ）に示すように、中央部１２ａ上の多数の細孔１２ｂを囲むように形成された枠状の溝１２ｃであってもよいし、その他のいずれの形状であってもよい。ただし、細孔１２ｂは、その内部にプラズマの光を通し、第１の部材にその光を導くため、数が多い方がよい。よって、図５の（ａ）に示す第２部材１２の方が、図５の（ｂ）に示す第２部材１２よりも細孔１２ｂの数が多い点で好ましい。
【００３３】
溝１２ｃは、表面のアルマイトを削り、少なくとも溝１２ｃの底部においてアルミニウムが露出するように構成される。なお、第２部材１２の表面を被覆するアルマイト膜は、第２部材をコーティングするコーティング膜の一例であり、第２部材１２のアルミニウムは、第２部材１２の基材を構成する金属の一例である。
【００３４】
伝熱部材１５は、溝１２ｃの内部で露出したアルミニウムに接触するように溝１２ｃに埋め込まれる。図３の斜視図に示す第２部材１２の中央部１２ａの厚さＷＬは、図２の比較例に比べて厚くなっている。アルマイトは伝熱性が低いため、熱を効率よく伝えるためにはアルミニウムと伝熱部材１５とを接触させる必要がある。このため、伝熱部材１５を溝１２ｃの内部に埋め込んだ際に、伝熱部材１５と溝１２ｃ内のアルミニウムとの接触面積が増えるように、中央部１２ａの厚さＷＬを厚くすることで熱伝達の効率を良くすることができる。
【００３５】
伝熱部材１５の材質の一例としては、アルミニウム、ステンレス、ハステロイ、ベリリウム（Ｂｅ）、銅（Ｃｕ）等の金属が挙げられる。ただし、伝熱部材１５の熱伝導率は、第１部材１３の熱伝導率よりも高くなるようにする。本実施形態では、伝熱部材１５の材質は、第１部材１３の石英よりも熱伝導率が高ければどんな部材であってもよい。
【００３６】
本実施形態では、伝熱部材１５は、スパイラル状に形成された弾性部材である。図３のＡに示すように、伝熱部材１５は、第１部材１３と接触する。かかる構成によれば、図２の第１部材１３と接触していない第２部材１２０と比べて、第２部材１２の熱が、伝熱部材１５を介して第１部材１３に伝達され易い構造となっている。
【００３７】
伝熱部材１５は、第１部材１３と確実に接触するために弾性部材であることが好ましい。ただし、伝熱部材１５は、第１部材１３と確実に接触できれば必ずしもスパイラル状等である必要はない。伝熱部材１５は、第２部材１２の熱を効率よく第１部材１３に伝達することができればどのような形状でもよい。
【００３８】
例えば、伝熱部材１５は、シート状部材（以下、「伝熱シート」ともいう。）であってもよい。この場合、溝１２ｃは浅くてもよい。ただし、溝１２ｃの内部では、第２部材１２の表面を覆う数十μｍ程度のアルマイト膜が削られ、第２部材１２の基材であるアルミニウムが露出する程度（数十μｍ程度）の深さが必要である。本実施形態では、アルマイトは伝熱性が低くなるため、熱を効率よく伝えるためにアルミニウムと伝熱シートとを接触させる構造とする。伝熱シートは少なくとも溝１２ｃに収められ、溝１２ｃの外側まで出ていていもよい。伝熱シートを使用する場合にも、溝１２ｃの少なくとも一部のアルミニウムの露出部分に伝熱シートが接触するようにする。
【００３９】
図１に示すように、電源２０には、側壁１ｂ（天壁１ａでもよい）に埋め込まれたヒータ２１が接続されている。ヒータ２１は、電源２０からの電流値に応じて側壁１ｂを介して伝熱部材１５を所定の温度に加熱する。伝熱部材１５は第１部材１３よりも熱伝導率が高いため、伝熱部材１５を介して第１部材１３が昇温される。よって、第１部材１３の石英が９０℃〜１００℃程度になるように電源２０から出力される電流値が制御される。これにより、プラズマ処理時に生成され、第１部材１３の表面に付着した反応生成物を揮発させて第１部材１３から除去することができる。この結果、第１部材１３の石英の透光性を確保することができる。この結果、検出器１４は、第２部材１２の細孔１２ｂを通って第１部材１３に導かれたプラズマの光量を正しく検出でき、検出したプラズマの発光スペクトルに基づきプラズマ処理装置１００内のプラズマの状態を正しく測定することができる。
【００４０】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態にかかる検出窓２００について、図４を参照しながら説明する。図４の断面図及び斜視図に示すように、第２部材１２の中央部１２ａは、第１部材１３に向かって張り出している。中央部１２２には、第２部材１２を貫通する多数の細孔１２ｂが形成されている。多数の細孔１２ｂは、チャンバ１内のプラズマ光を通し、第１部材１３に導く。
【００４１】
図４の断面図に示すように、第２部材１２は、ねじ１３１ａ、１３１ｂによりシールド部材１１にねじ止めされる。第２部材１２の中央部１２ａには、溝１２ｃが形成されている。溝１２ｃは、多数の細孔１２ｂの左右に形成された凹みである。第２部材１２は、表面がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムから形成されている。溝１２ｃは、表面のアルマイトを削り、少なくとも溝１２ｃの底部においてアルミニウムが露出するように構成される。
【００４２】
伝熱部材１５は、溝１２ｃの底部や側部に露出したアルミニウムに接触するように溝１２ｃに埋め込まれる。アルマイトは伝熱性が低くなるため、熱を効率よく伝えるためにアルミニウムと伝熱部材１５とを接触させる。図４の斜視図に示す第２部材１２の中央部１２ａの厚さＷＬは、図３の第１実施形態の場合に比べて厚くなっている。これにより、第２実施形態では、伝熱部材１５を溝１２ｃの内部に埋め込んだ際に、伝熱部材１５と溝１２ｃ内のアルミニウムとの接触面積が増え、熱伝達の効率をさらに良くすることができる。
【００４３】
中央部１２ａの側壁にも溝が設けられ、その溝に伝熱部材１６が配置されている。伝熱部材１６の材質は、伝熱部材１５と同様に石英よりも熱伝導率が高ければよい。また、伝熱部材１６の形状に限定はなく、例えばスパイラル状やシート状であってもよい。
【００４４】
これにより、伝熱部材１５に加えて伝熱部材１６を用いて、伝熱部材１５と溝１２ｃ内のアルミニウムとの接触面積が増え、第２部材１２から第１部材１３への熱伝達効率を更に高めることができる。
【００４５】
特に、図４の断面図のＢ及び図４の斜視図に示すように、第２実施形態では、第２部材１２の中央部１２ａが、第１部材１３の第２部材１２に対向する面に設けられた凹部１３ａに挿入される。これにより、第２実施形態では、伝熱部材１５が中央部１２ａの先端面で第１部材１３と接触するとともに、伝熱部材１６が中央部１２ａの側面で第１部材１３と接触する。これにより、伝熱部材１５、１６と第１部材１３との接触面積が第１実施形態よりも大きくなり、より熱伝導効率を高めることができる。
【００４６】
第２実施形態にかかる第２部材１２の中央部１２ａを第１部材１３に嵌合した状態で、第２部材１２及び伝熱部材１５，１６は、ヒータ２１により加熱される。伝熱部材１５、１６は第１部材１３よりも熱伝導率が高いため、伝熱部材１５、１６を介して第１部材１３が昇温される。図５の（ａ）は、中央部１２ａの左右に伝熱部材１５が設けられている場合の熱伝導効率を示すために、ヒータ２１加熱後の第１部材１３の温度分布を示す。図５の（ｂ）は、中央部１２ａの外周に伝熱部材１５が設けられている場合の熱伝導効率を示すために、ヒータ２１加熱後の第１部材１３の温度分布を示す。図５の（ａ）と図５の（ｂ）とは、ヒータ２１に供給される電流値は同じである。
【００４７】
これによれば、いずれの場合も、伝熱部材１５と接触している部分及びその近傍にて、第１部材１３は１２５℃以上になっている。また、第２部材１２の中央部１２ａと第１部材１３とが対向する面及びその近傍にて、第１部材１３は９０℃〜１００℃程度になっている。これにより、かかる構成の検出窓２０によれば、プラズマ処理時に生成され、第１部材１３の表面に付着したチタン（Ｔｉ）、酸素（Ｏ）、フッ素（Ｆ）、カーボン（Ｃ）等の反応生成物を揮発させ、第１部材１３から除去することができる。この結果、第１部材１３の透光性を確保することができる。これにより、検出器１４は、第２部材１２の細孔１２ｂを通って第１部材１３に導かれたプラズマの光量を正しく検出でき、検出したプラズマの発光スペクトルに基づきプラズマ処理装置１００内のプラズマの状態を正しく測定することができる。
【００４８】
なお、図５の（ｂ）では伝熱部材１５と第１部材１３との接触面積が、図５の（ａ）の伝熱部材１５と第１部材１３との接触面積よりも大きい。そのため、図５の（ｂ）の場合、図５の（ａ）の場合よりも第１部材１３への熱伝達効率がよく、第１部材１３がより高温に制御されていることがわかる。
【００４９】
以上に説明したように、第１及び第２実施形態にかかる検出窓２００によれば、第１部材１３の透光性を確保することで、プラズマの発光スペクトルを精度よく検出することができる。これにより、第１及び第２実施形態のプラズマ処理装置１００によれば、正確に検出されたプラズマの発光スペクトルに基づきプラズマの状態を正確に知ることができる。
【００５０】
以上、プラズマ処理装置を上記実施形態により説明したが、本発明にかかるプラズマ処理装置は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
【００５１】
例えば、本発明に係る伝熱部材は、第２部材の中央部の第１部材と対向する面のみに配置してもよいし、第２部材の中央部の側面のみに配置してもよいし、その両方に配置してもよい。また、伝熱部材を埋め込む溝は、第２部材の縦方向のみに形成してもよいし、第２部材の横方向のみに形成してもよい。また、溝は、周方向に一周又は複数周形成してもよい。
【００５２】
また、例えば、本発明に係る検出窓２００が適用されるプラズマ処理装置は、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ:Capacitively Coupled Plasma)装置だけでなく、その他のプラズマ処理装置に適用可能である。その他のプラズマ処理装置としては、誘導結合型プラズマ(ＩＣＰ:Inductively Coupled Plasma)、ラジアルラインスロットアンテナを用いたＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)装置、ヘリコン波励起型プラズマ（ＨＷＰ：Helicon Wave Plasma）装置、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Ｒesonance Plasma）装置等がある。
【００５３】
また、本発明にかかるプラズマ処理装置により処理される基板は、ウェハに限られず、例えば、フラットパネルディスプレイ（Flat Panel Display)用の大型基板、ＥＬ素子又は太陽電池用の基板であってもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１：チャンバ
１ａ：天壁
１ｂ：側壁
１ｃ:底壁
３：載置台
４：ガスシャワーヘッド
６：ガス供給源
８：排気装置
９：整合器
１０：高周波電源
１１：シールド部材
１２：第２部材
１２ａ：中央部
１２ｂ：細孔
１２ｃ：溝
１３：第１部材
１３ａ：凹部
１４：検出器
１５、１６：伝熱部材
２０：電源
２１：ヒータ
１００：プラズマ処理装置
２００：検出窓
【図１】
2016100547.tif 000003
【図２】
2016100547.tif 000004
【図３】
2016100547.tif 000005
【図４】
2016100547.tif 000006
【図５】
2016100547.tif 000007