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発明の名称 プラズマ処理室
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−103465(P2007−103465A)
公開日 平成19年4月19日(2007.4.19)
出願番号 特願2005−288356(P2005−288356)
出願日 平成17年9月30日(2005.9.30)
代理人 【識別番号】100125254
【弁理士】
【氏名又は名称】別役 重尚
発明者 辻本 宏
要約 課題
容器内の圧力に拘わらずに容器内のパーティクルの状況を検出することができるプラズマ処理室を提供する。

解決手段
プラズマ処理室10は、チャンバ11と、ガス導入シャワーヘッド34と、処理空間Sに高周波電力を印加するサセプタ12と、チャンバ11内のガスを排気する排気装置と、パーティクルカウンタ45と、チャンバ11を反応室17及びマニホールド18に仕切るバッフル板14とを備え、排気装置は粗引き排気管54と本排気管55とを有し、粗引き排気管54及び本排気管55はそれぞれマニホールド18内に開口する粗引き排気口56及び本排気口57を有し、粗引き排気口56及び本排気口57は互いに隣接して配列され、それぞれパーティクルが自由落下する経路に向けて開口し、パーティクルカウンタ45はマニホールド18に配置され、該パーティクルカウンタ45のレーザ投光部47は粗引き排気口56及び本排気口57の配列方向に沿って検査用レーザ光を投光する。
特許請求の範囲
【請求項1】
基板を収容する容器と、該容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給装置と、前記容器内に高周波電力を印加する電極と、前記容器に接続されて前記容器内のガスを排気する排気装置とを備えるプラズマ処理室において、
前記容器内に浮遊するパーティクルを検出するパーティクル検出装置を備え、
該パーティクル検出装置は、前記パーティクルが自由落下する経路であって、前記排気装置が前記容器内のガスを排出する際、該排出されるガスによって運搬されるパーティクルが移動する経路に配置されることを特徴とするプラズマ処理室。
【請求項2】
前記排気装置は前記容器に開口する排気口を有し、該排気口は前記パーティクルが自由落下する経路に向けて開口することを特徴とする請求項1記載のプラズマ処理室。
【請求項3】
基板を収容する容器と、該容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給装置と、前記容器内に高周波電力を印加する電極と、前記容器に接続されて前記容器内のガスを排気する排気装置とを備えるプラズマ処理室において、
前記容器内に浮遊するパーティクルを検出するパーティクル検出装置を備え、
前記排気装置は、前記容器内を大気圧から低真空状態まで減圧する第1の排気通路と、該第1の排気通路と協働して前記容器内を大気圧から前記低真空状態より低い圧力である高真空状態まで減圧する第2の排気通路とを有し、
前記第1の排気通路及び前記第2の排気通路はそれぞれ前記容器内に開口する第1の排気口及び第2の排気口を有し、
前記第1の排気口及び前記第2の排気口はそれぞれ前記パーティクルが自由落下する経路に向けて開口することを特徴とするプラズマ処理室。
【請求項4】
前記容器を前記基板が配置される反応室及び前記排気装置が接続される排気室に仕切る仕切り板を備え、
前記パーティクル検出装置は前記排気室に配置され且つ検査用レーザ光を投光するレーザ光投光部を有し、該レーザ光投光部は前記第1の排気口及び前記第2の排気口の配列方向に沿って前記検査用レーザ光を投光することを特徴とする請求項3記載のプラズマ処理室。
【請求項5】
基板を収容する容器と、該容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給装置と、前記容器内に高周波電力を印加する電極と、前記容器に接続されて前記容器内のガスを排気する排気装置とを備えるプラズマ処理室において、
前記容器内に浮遊するパーティクルを検出するパーティクル検出装置を備え、
前記排気装置は、前記容器内を大気圧から低真空状態まで減圧する第1の排気通路と、該第1の排気通路と協働して前記容器内を大気圧から前記低真空状態より低い圧力である高真空状態まで減圧する第2の排気通路と、前記第1の排気通路及び前記第2の排気通路を前記容器内に連通させる第3の排気通路とを有し、
前記第3の排気通路は前記容器内に開口する排気口を有し、
該排気口は前記パーティクルが自由落下する経路に向けて開口することを特徴とするプラズマ処理室。
【請求項6】
前記パーティクル検出装置は第3の排気通路に配置され且つ検査用レーザ光を投光するレーザ光投光部を有し、該レーザ光投光部は前記第3の排気通路の流路に向けて前記検査用レーザ光を投光することを特徴とする請求項5記載のプラズマ処理室。
【請求項7】
前記容器を前記基板が配置される反応室及び前記排気装置が接続される排気室に仕切る仕切り板を備え、
前記パーティクル検出装置は前記排気室に配置され且つ検査用レーザ光を投光するレーザ光投光部を有し、該レーザ光投光部は前記パーティクルが自由落下する経路に向けて前記検査用レーザ光を投光することを特徴とする請求項5記載のプラズマ処理室。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、容器を有するプラズマ処理室に関し、特に容器におけるパーティクルの発生状況を検出するパーティクル検出装置を有するプラズマ処理室に関する。
【背景技術】
【0002】
基板としてのウエハを収容する真空処理室としてのチャンバ(容器)、チャンバ内に収容されたウエハを載置する載置台(サセプタ)、チャンバ内に処理ガスを供給するシャワーヘッド、及びチャンバ内に高周波電力を印加する電極等を備えるプラズマ処理装置が知られている。
【0003】
このプラズマ処理装置では、チャンバ内に供給された処理ガスを高周波電力によってプラズマ化してイオン等を発生させる。該発生したイオン等はウエハの表面に到達して該表面にプラズマ処理を施す。このとき、ウエハの表面に存在する物質とイオン等とが反応して反応生成物が生成される。反応生成物はチャンバの内壁面に付着し、付着した反応生成物はプラズマ処理中等に剥離してパーティクルとなる。該パーティクルはチャンバ内を浮遊し、ウエハの表面などに付着する。
【0004】
パーティクルがウエハ上の半導体デバイスに付着すると、該半導体デバイスにおいて配線の短絡等が発生し、半導体デバイスの歩留まりが低下するため、従来より、チャンバ内のパーティクルの発生状況を検出すること、具体的には、パーティクルのサイズ及び数を計測することが求められている。
【0005】
そこで、チャンバ内のガスを排気する排気通路や、チャンバと排気通路との間に配置される排気予備室にレーザ光によってパーティクルを検出するパーティクル検出装置を備え、パーティクル発生箇所であるチャンバの近傍においてパーティクルの発生状況を検出するプラズマ処理装置が開発されている(例えば、特許文献1参照。)。
【0006】
近年、チャンバ内の圧力に応じてパーティクルの挙動が変化することが確認されている。具体的には、チャンバ内の圧力が高いときにはパーティクルはチャンバ内のガスの排気流に乗って移動する一方、チャンバ内の圧力が低いときにはパーティクルはチャンバ内のガスの排気流に乗って移動せず、重力に従って移動する(落下する)ことが本発明者等によって確認されている。上述したプラズマ処理室では、チャンバ内の圧力が低いときにはパーティクルが排気通路や排気予備室に流入しないため、パーティクルの状況を正確に検出することができない。
【0007】
そこで、プラズマ処理後やチャンバ内の洗浄(ドライクリーニング)後にチャンバ内に処理ガスを導入してチャンバ内のガス圧を所定値以上に高め、これにより、排気通路への気流を生じさせてパーティクルを排気通路に流入させ、もって、パーティクルの状況を正確に検出することができる検出方法が開発されている(例えば、特許文献2参照。)。
【0008】
ところで、近年、プラズマ処理後やチャンバ内の洗浄後だけでなく、プラズマ処理中においてチャンバ内のパーティクルの発生状況を検出することが求められている。
【特許文献1】特開平9−203704号公報
【特許文献2】特開平6−94597号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、プラズマ処理のうちエッチング処理では、処理中にチャンバ内が減圧されるため、上述したチャンバ内のガス圧を所定値以上に高める検出方法では、チャンバ内のパーティクルの状況を検出することができない。すなわち、チャンバ内の圧力に拘わらずにチャンバ内のパーティクルの状況を検出することができないという問題がある。
【0010】
本発明の目的は、容器内の圧力に拘わらずに容器内のパーティクルの状況を検出することができるプラズマ処理室を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記目的を達成するために、請求項1記載のプラズマ処理室は、基板を収容する容器と、該容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給装置と、前記容器内に高周波電力を印加する電極と、前記容器に接続されて前記容器内のガスを排気する排気装置とを備えるプラズマ処理室において、前記容器内に浮遊するパーティクルを検出するパーティクル検出装置を備え、該パーティクル検出装置は、前記パーティクルが自由落下する経路であって、前記排気装置が前記容器内のガスを排出する際、該排出されるガスによって運搬されるパーティクルが移動する経路に配置されることを特徴とする。
【0012】
請求項2記載のプラズマ処理室は、請求項1記載のプラズマ処理室において、前記排気装置は前記容器に開口する排気口を有し、該排気口は前記パーティクルが自由落下する経路に向けて開口することを特徴とする。
【0013】
上記目的を達成するために、請求項3のプラズマ処理室は、基板を収容する容器と、該容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給装置と、前記容器内に高周波電力を印加する電極と、前記容器に接続されて前記容器内のガスを排気する排気装置とを備えるプラズマ処理室において、前記容器内に浮遊するパーティクルを検出するパーティクル検出装置を備え、前記排気装置は、前記容器内を大気圧から低真空状態まで減圧する第1の排気通路と、該第1の排気通路と協働して前記容器内を大気圧から前記低真空状態より低い圧力である高真空状態まで減圧する第2の排気通路とを有し、前記第1の排気通路及び前記第2の排気通路はそれぞれ前記容器内に開口する第1の排気口及び第2の排気口を有し、前記第1の排気口及び前記第2の排気口はそれぞれ前記パーティクルが自由落下する経路に向けて開口することを特徴とする。
【0014】
請求項4記載のプラズマ処理室は、請求項3記載のプラズマ処理室において、前記容器を前記基板が配置される反応室及び前記排気装置が接続される排気室に仕切る仕切り板を備え、前記パーティクル検出装置は前記排気室に配置され且つ検査用レーザ光を投光するレーザ光投光部を有し、該レーザ光投光部は前記第1の排気口及び前記第2の排気口の配列方向に沿って前記検査用レーザ光を投光することを特徴とする。
【0015】
上記目的を達成するために、請求項5記載のプラズマ処理室は、基板を収容する容器と、該容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給装置と、前記容器内に高周波電力を印加する電極と、前記容器に接続されて前記容器内のガスを排気する排気装置とを備えるプラズマ処理室において、前記容器内に浮遊するパーティクルを検出するパーティクル検出装置を備え、前記排気装置は、前記容器内を大気圧から低真空状態まで減圧する第1の排気通路と、該第1の排気通路と協働して前記容器内を大気圧から前記低真空状態より低い圧力である高真空状態まで減圧する第2の排気通路と、前記第1の排気通路及び前記第2の排気通路を前記容器内に連通させる第3の排気通路とを有し、前記第3の排気通路は前記容器内に開口する排気口を有し、該排気口は前記パーティクルが自由落下する経路に向けて開口することを特徴とする。
【0016】
請求項6記載のプラズマ処理室は、請求項5記載のプラズマ処理室において、前記パーティクル検出装置は第3の排気通路に配置され且つ検査用レーザ光を投光するレーザ光投光部を有し、該レーザ光投光部は前記第3の排気通路の流路に向けて前記検査用レーザ光を投光することを特徴とする。
【0017】
請求項7記載のプラズマ処理室は、請求項5記載のプラズマ処理室において、前記容器を前記基板が配置される反応室及び前記排気装置が接続される排気室に仕切る仕切り板を備え、前記パーティクル検出装置は前記排気室に配置され且つ検査用レーザ光を投光するレーザ光投光部を有し、該レーザ光投光部は前記パーティクルが自由落下する経路に向けて前記検査用レーザ光を投光することを特徴とする。
【発明の効果】
【0018】
請求項1記載のプラズマ処理室によれば、容器内に浮遊するパーティクルを検出するパーティクル検出装置が、パーティクルが自由落下する経路であって、排気装置が容器内のガスを排出する際、該排出されるガスによって運搬されるパーティクルが移動する経路に配置される。容器内の圧力が高いときにはパーティクルは容器内のガスの排気流に乗って移動する一方、容器内の圧力が低いときにはパーティクルは重力に従って自由落下するので、結果としてパーティクルは容器内の圧力に拘わらず上記経路に沿って移動する。したがって、上記経路に配置されたパーティクル検出装置は容器内の圧力に拘わらずに容器内のパーティクルの状況を検出することができる。
【0019】
請求項2記載のプラズマ処理室によれば、排気装置は容器に開口する排気口を有し、該排気口はパーティクルが自由落下する経路に向けて開口するので、容器内のガスを排気する際に生じるガスの排気流をパーティクルが自由落下する経路と確実に一致させることができ、もって、容器内の圧力に拘わらずに容器内のパーティクルの状況を確実に検出することができる。
【0020】
請求項3記載のプラズマ処理室によれば、容器内に浮遊するパーティクルを検出するパーティクル検出装置を備え、容器内を大気圧から低真空状態まで減圧する第1の排気通路、及び該第1の排気通路と協働して容器内を大気圧から低真空状態より低い圧力である高真空状態まで減圧する第2の排気通路はそれぞれ容器内に開口する第1の排気口及び第2の排気口を有し、第1の排気口及び第2の排気口はそれぞれパーティクルが自由落下する経路に向けて開口する。上記第1の排気口及び第2の排気口へ向けてパーティクルが移動する経路はパーティクルが自由落下する経路と一致する。また、容器内の圧力が低いときにはパーティクルは重力に従って自由落下する一方、容器内の圧力が高いときにはパーティクルは容器内のガスを排気する際に生じるガスの排気流に乗って移動する。したがって、容器内の圧力に拘わらずにパーティクルの移動経路を一致させることができ、もって、パーティクル検出装置は圧力に拘わらずに容器内のパーティクルの状況を検出することができる。
【0021】
請求項4記載のプラズマ処理室によれば、パーティクル検出装置は仕切り板によって反応室と仕切られた排気室に配置され、パーティクル検出装置のレーザ光投光部は第1の排気口及び第2の排気口の配列方向に沿って検査用レーザ光を投光する。反応室におけるプラズマの迷光は仕切り板によって遮断されて排気室に届かない。また、第2の排気口へは大気圧から高真空状態まで減圧される間においてパーティクルが流入する。したがって、パーティクル検出装置は圧力に拘わらずに容器内のパーティクルの状況を確実に検出することができる。
【0022】
請求項5記載のプラズマ処理室によれば、容器内に浮遊するパーティクルを検出するパーティクル検出装置を備え、容器内を大気圧から低真空状態まで減圧する第1の排気通路、及び該第1の排気通路と協働して容器内を大気圧から低真空状態より低い圧力である高真空状態まで減圧する第2の排気通路を容器内に連通させる第3の排気通路は容器内に開口する排気口を有し、該排気口はパーティクルが自由落下する経路に向けて開口する。上記排気口へ向けてパーティクルが移動する経路はパーティクルが自由落下する経路と一致する。また、容器内の圧力が低いときにはパーティクルは重力に従って自由落下する一方、容器内の圧力が高いときにはパーティクルは容器内のガスを排気する際に生じるガスの排気流に乗って移動する。したがって、容器内の圧力に拘わらずにパーティクルの移動経路を一致させることができ、もって、パーティクル検出装置は圧力に拘わらずに容器内のパーティクルの状況を検出することができる。
【0023】
請求項6記載のプラズマ処理室によれば、パーティクル検出装置は第3の排気通路に配置され、パーティクル検出装置のレーザ光投光部は第3の排気通路の流路に向けて検査用レーザ光を投光する。第3の排気通路へは大気圧から高真空状態まで減圧される間においてパーティクルが流入する。したがって、パーティクル検出装置は圧力に拘わらずに容器内のパーティクルの状況を確実に検出することができる。
【0024】
請求項7記載のプラズマ処理室によれば、パーティクル検出装置は仕切り板によって反応室と仕切られた排気室に配置され、パーティクル検出装置のレーザ光投光部はパーティクルが自由落下する経路に向けて検査用レーザ光を投光する。反応室におけるプラズマの迷光は仕切り板によって遮断されて排気室に届かない。また、パーティクルは容器内の圧力に拘わらずパーティクルが自由落下する経路であって排気口へ向けてパーティクルが移動する経路に沿って移動する。したがって、パーティクル検出装置は圧力に拘わらずに容器内のパーティクルの状況を確実に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0025】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【0026】
まず、本発明の第1の実施の形態に係るプラズマ処理室について説明する。
【0027】
図1は、本実施の形態に係るプラズマ処理室の概略構成を示す断面図である。このプラズマ処理室は基板としての半導体ウエハにRIE(Reactive Ion Etching)処理を施すように構成されている。
【0028】
図1において、プラズマ処理室10は、例えば、直径が300mmの半導体ウエハ(以下、単に「ウエハ」という。)Wを収容するチャンバ11(容器)を有し、該チャンバ11内にはウエハを載置する載置台としての円柱状のサセプタ12が配置されている。
【0029】
プラズマ処理室10では、チャンバ11の内側壁とサセプタ12の側面とによって、サセプタ12上方のガスをチャンバ11の外へ排出する流路として機能する側方排気路13が形成される。この側方排気路13の途中にはバッフル板14が配置される。
【0030】
バッフル板14は多数の孔を有する板状部材であり、チャンバ11を上部と下部に仕切る仕切り板として機能する。バッフル板14によって仕切られたチャンバ11の上部には、ウエハWを載置するサセプタ12等が配置され、後述するプラズマが発生する。以下、チャンバ11の上部を「反応室」と称する。また、チャンバ11の下部(以下、「排気室(マニホールド)」という。)にはチャンバ11内のガスを排出する粗引き排気管15(第1の排気通路)及び本排気管16(第2の排気通路)が開口する。粗引き排気管15にはDP(Dry Pump)(図示しない)が接続され、本排気管16にはTMP(Turbo Molecular Pump)(図示しない)が接続される。また、バッフル板14は反応室17の後述する処理空間Sにおいてに発生するイオンやラジカルを補足又は反射してこれらのマニホールド18への漏洩を防止する。
【0031】
粗引き排気管15、本排気管16、DP及びTMP等は排気装置を構成し、粗引き排気管15及び本排気管16は反応室17のガスをマニホールド18を介してチャンバ11の外部へ排出する。具体的には、粗引き排気管15はチャンバ11内を大気圧から低真空状態まで減圧し、本排気管16は粗引き排気管15と協働してチャンバ11内を大気圧から低真空状態より低い圧力である高真空状態(例えば、133Pa(1Torr)以下)まで減圧する。
【0032】
サセプタ12には下部高周波電源20が整合器(Matcher)22を介して接続されており、該下部高周波電源20は、所定の高周波電力をサセプタ12に供給する。これにより、サセプタ12は下部電極として機能する。また、整合器22は、サセプタ12からの高周波電力の反射を低減して高周波電力のサセプタ12への供給効率を最大にする。
【0033】
サセプタ12の内部上方には、導電膜からなる円板状のESC電極板23が配置されている。ESC電極板23には直流電源24が電気的に接続されている。ウエハWは、直流電源24からESC電極板23に印加された直流電圧により発生するクーロン力又はジョンソン・ラーベック(Johnsen-Rahbek)力によってサセプタ12の上面に吸着保持される。また、サセプタ12の上方には、サセプタ12の上面に吸着保持されたウエハWの周りを囲うように円環状のフォーカスリング25が配設される。このフォーカスリング25は、後述する処理空間Sに露出し、該処理空間SにおいてプラズマをウエハWの表面に向けて収束し、RIE処理の効率を向上させる。
【0034】
また、サセプタ12の内部には、例えば、円周方向に延在する環状の冷媒室26が設けられる。この冷媒室26には、チラーユニット(図示しない)から冷媒用配管27を介して所定温度の冷媒、例えば、冷却水やガルデンが循環供給され、当該冷媒の温度によってサセプタ12上面に吸着保持されたウエハWの処理温度が制御される。
【0035】
サセプタ12の上面のウエハWが吸着保持される部分(以下、「吸着面」という。)には、複数の伝熱ガス供給孔28が開口している。これら複数の周縁伝熱ガス供給孔28は、伝熱ガス供給ライン30を介して伝熱ガス供給部(図示しない)に接続され、該伝熱ガス供給部は伝熱ガスとしてのヘリウムガスを、伝熱ガス供給孔28を介して吸着面及びウエハWの裏面の間隙に供給する。吸着面及びウエハWの裏面の間隙に供給されたヘリウムガスはウエハWの熱をサセプタ12に伝熱する。
【0036】
また、サセプタ12の吸着面には、サセプタ12の上面から突出自在なリフトピンとしての複数のプッシャーピン33が配置されている。これらのプッシャーピン33は、モータ(図示しない)とボールねじ(図示しない)を介して接続され、ボールねじによって直線運動に変換されたモータの回転運動に起因して吸着面から自在に突出する。ウエハWにRIE処理を施すためにウエハWを吸着面に吸着保持するときには、プッシャーピン33はサセプタ12に収容され、RIE処理が施されたウエハWをチャンバ11から搬出するときには、プッシャーピン33はサセプタ12の上面から突出してウエハWをサセプタ12から離間させて上方へ持ち上げる。
【0037】
チャンバ11(反応室17)の天井部には、サセプタ12と対向するようにガス導入シャワーヘッド34(処理ガス供給装置)が配置されている。ガス導入シャワーヘッド34には整合器35を介して上部高周波電源36が接続されており、上部高周波電源36は所定の高周波電力をガス導入シャワーヘッド34に供給するので、ガス導入シャワーヘッド34は上部電極として機能する。なお、整合器35の機能は上述した整合器22の機能と同じである。
【0038】
ガス導入シャワーヘッド34は、多数のガス穴37を有する天井電極板38と、該天井電極板38を着脱可能に支持する電極支持体39とを有する。また、該電極支持体39の内部にはバッファ室40が設けられ、このバッファ室40には処理ガス導入管41が接続されている。ガス導入シャワーヘッド34は、処理ガス導入管41からバッファ室40へ供給された処理ガスをガス穴37を経由してチャンバ11(反応室17)内へ供給する。
【0039】
また、チャンバ11の側壁には、プッシャーピン33によってサセプタ12から上方へ持ち上げられたウエハWの高さに対応する位置にウエハWの搬出入口43が設けられ、搬出入口43には、該搬出入口43を開閉するゲートバルブ44が取り付けられている。
【0040】
このプラズマ処理室10のチャンバ11内では、上述したように、サセプタ12及びガス導入シャワーヘッド34に高周波電力を供給して、サセプタ12及びガス導入シャワーヘッド34の間の処理空間Sに高周波電力を印加することにより、該処理空間Sにおいてガス導入シャワーヘッド34から供給された処理ガスを高密度のプラズマにしてイオンやラジカルを発生させ、該イオン等によってウエハWにRIE処理を施す。
【0041】
なお、上述したプラズマ処理室10の各構成部品の動作は、プラズマ処理室10が備える制御部(図示しない)のCPUがRIE処理に対応するプログラムに応じて制御する。
【0042】
また、プラズマ処理室10は、ウエハWをプラズマ処理室10へ供給等するLLM(Load Lock Module)(図示しない)を介してウエハWを搬送するLM(Loader Module)(図示しない)に接続される。プラズマ処理室10、LLM及びLMはプラズマ処理装置を構成する。
【0043】
プラズマ処理室10では、ウエハWにRIE処理を施す際にイオン等がウエハの表面に存在する物質と反応して反応生成物が生成される。反応生成物は反応室17の内壁面に付着し、付着した反応生成物は次のRIE処理中等に剥離してパーティクルとなる。これらのパーティクルは反応室17内を浮遊してウエハWの表面などに付着するため、排気装置によって側方排気路13及びマニホールド18を介して外部へ排出される。
【0044】
なお、上述したプラズマ処理室10の構成は、従来のプラズマ処理室の構成と同じである。
【0045】
本発明者は、本発明に先立ってチャンバ11内の圧力と、反応室17及びマニホールド18内におけるパーティクルの挙動との関係を確認するため、各圧力におけるパーティクルの代用粒子の挙動を観察した。具体的には、代用粒子としてのとして粒子径がφ0.5μmのPTFE(四フッ化エチレン樹脂)粒子をサセプタ12上に載置し、該載置されたPTFEをサセプタ12に高周波電力を供給し、若しくは伝熱ガス供給孔28からヘリウムガスを反応室17内へ導入することによってチャンバ11内に飛散させ、さらに排気装置によってチャンバ11内を所定の圧力に維持し、マニホールド18内にレーザ光を投光し、該レーザ光を通過する代用粒子の移動経路を観測した。
【0046】
RIE処理ではチャンバ11内の圧力が数Pa〜約133Pa(1Torr)に維持されることから、上記所定の圧力として119Pa(900mTorr)、66.7Pa(500mTorr)、26.7Pa(200mTorr)、又は6.67Pa(50mTorr)が設定された。このとき、観測された各圧力における代用粒子の挙動を矢印で図2に示す。
【0047】
図2は、図1における反応室内の各圧力における代用粒子の挙動を示す図であり、図2(A)は119Paにおける代用粒子の挙動を示す図であり、図2(B)は66.7Paにおける代用粒子の挙動を示す図であり、図2(C)は26.7Paにおける代用粒子の挙動を示す図であり、図2(D)は6.67Paにおける代用粒子の挙動を示す図である。
【0048】
チャンバ11内の圧力が比較的高い(119Paや66.7Pa)場合では、バッフル板14を通過してマニホールド18に流入した代用粒子が本排気管16へ引き込まれる様子が観測されたが、チャンバ11内の圧力が比較的低い(26.7Paや6.67Pa)場合では、バッフル板14を通過してマニホールド18に流入した代用粒子が本排気管16へ引き込まれることなく、自由落下してマニホールド18の底面と弾性衝突して跳ね返り、やがて該底面上に留まる様子が観測された。すなわち、圧力が比較的高い場合にはパーティクルが本排気管16によって生じるガスの排気流に乗って移動し、圧力が比較的低い場合にはパーティクルが自由落下することが分かった。これは、圧力が比較的高い場合にはパーティクルがガスの排気流によって運搬され、圧力が比較的低い場合にはパーティクルがガスの排気流によって運搬されず、重力によって落下するためと考えられた。
【0049】
一方、側方排気路13にレーザ光を投光して、側方排気路13における代用粒子の移動経路を観測したところ、該移動経路はチャンバ11内の圧力に拘わらず一致していることが確認された。これは、側方排気路13において、ガスの排気流によって運搬される代用粒子の移動経路と、代用粒子の自由落下経路とが一致するためであると考えられた。
【0050】
図1に戻り、上述した本実施の形態に係るプラズマ処理室10は、マニホールド18ではチャンバ11内の圧力によってパーティクルの移動経路が変わることに対応して、パーティクルを検出するパーティクルカウンタ45(パーティクル検出装置)を側方排気路13(経路)に備える。
【0051】
図3は、図1におけるパーティクルカウンタの概略構成を示す平面図である。
【0052】
図3において、パーティクルカウンタ45は、帯状のレーザ光46を投光するレーザ投光部47と、該レーザ光46を遮断するレーザストッパ48と、レーザ投光部47及びレーザストッパ48の間に配置され、且つレーザ光46を絞るスリットを有するレーザ絞り部49と、レーザ絞り部49及レーザストッパ48の間において帯状のレーザ光46を通過するパーティクルが発する反射光を検出するセンサ(図示しない)を有する検出部50と、レーザ投光部47、レーザストッパ48、レーザ絞り部49及び検出部50が取り付けられる基部51と、レーザ投光部47及び検出部50を制御する制御部(図示しない)とを備える。
【0053】
パーティクルカウンタ45では、レーザ投光部47、レーザストッパ48、レーザ絞り部49及び検出部50が側方排気路13に突出し、側方排気路13を流れるパーティクルのうち、レーザ絞り部49及レーザストッパ48の間において帯状のレーザ光46を通過するパーティクルのサイズ及び数を検出する。具体的には、検出部50が該レーザ光46を通過するパーティクルが発する反射光を受光し、且つ反射光を電圧に変換し、制御部が変換された電圧の強さ及び電圧のピークの数に基づいてパーティクルのサイズ及び数を検出する。
【0054】
図1に戻り、パーティクルカウンタ45は側方排気路13に配置される。側方排気路13ではガスの排気流によって運搬される代用粒子の移動経路と、代用粒子の自由落下経路とが一致する。したがって、パーティクルカウンタ45はパーティクルが自由落下する経路であって、粗引き排気管15や本排気管16がチャンバ11内のガスを排出する際、該排出されるガスによって運搬されるパーティクルが移動する経路に配置されることになる。
【0055】
上述したプラズマ処理室10によれば、パーティクルカウンタ45が、パーティクルが自由落下する経路であって、粗引き排気管15や本排気管16がチャンバ11内のガスを排出する際、該排出されるガスによって運搬されるパーティクルが移動する経路としての側方排気路13上に配置される。チャンバ11内の圧力が比較的高い場合にはパーティクルが粗引き排気管15や本排気管16によって生じるガスの排気流に乗って移動する一方、チャンバ11内の圧力が比較的低い場合にはパーティクルは重力に従って自由落下するので、結果としてパーティクルは、チャンバ11内の圧力に拘わらず、側方排気路13に沿って移動する。したがって、側方排気路13に配置されたパーティクルカウンタ45はチャンバ11内の圧力に拘わらずにチャンバ11内のパーティクルのサイズ及び数を検出することができる。
【0056】
また、上述したプラズマ処理室10では、従来のプラズマ処理室に側方排気路13に配置されるパーティクルカウンタ45を追加しただけの構成を有するだけなので、従来のプラズマ処理室に対する改造を最小限に留めることができ、もって、プラズマ処理室10のコスト上昇を抑制することができる。
【0057】
上述したプラズマ処理室10では、粗引き排気管15や本排気管16がマニホールド18に開口する排気口の位置は特に指定されていないが、粗引き排気管15や本排気管16の排気口がマニホールド18における側方排気路13の延長経路(図中白抜き矢印で示す。)に向けて開口するのが好ましい。これにより、粗引き排気管15や本排気管16がチャンバ11内のガスを排出する際、マニホールド18内に生じるガスの排気流をパーティクルが自由落下する経路と確実に一致させることができ、もって、チャンバ11内の圧力に拘わらずにチャンバ11内のパーティクルのサイズ及び数を確実に検出することができる。
【0058】
次に、本発明の第2の実施の形態に係るプラズマ処理室について説明する。
【0059】
本実施の形態は、その構成や作用が上述した第1の実施の形態と基本的に同じであり、マニホールドにおける粗引き排気管及び本排気管の排気口の位置、並びにパーティクルカウンタの配置場所が上述した第1の実施の形態と異なるのみである。したがって、同様の構成については説明を省略し、以下に第1の実施の形態と異なる構成についてのみ説明を行う。
【0060】
上述したプラズマ処理室10では、パーティクルカウンタ45が側方排気路13に配置される。一方、プラズマ処理条件によっては処理空間Sではプラズマが迷光を発することがある。側方排気路13は処理空間Sに近いため、側方排気路13に配置されたパーティクルカウンタ45の検出部50は、レーザ光46を通過するパーティクルが発する反射光だけでなく、処理空間Sのプラズマが発する迷光を受光することがある。そのため、プラズマ処理条件によってはパーティクルカウンタ45がパーティクルのサイズ及び数を正確に検出できないおそれがある。また、側方排気路13にはイオンやラジカルが流入してくるため、パーティクルカウンタ45の各構成要素がスパッタリングされてパーティクルカウンタ45が消耗するおそれもある。本実施の形態に係るプラズマ処理室では、これらの問題に対応してパーティクルカウンタをマニホールド18に配置する。
【0061】
図4は、本実施の形態に係るプラズマ処理室の概略構成を示す図であり、図4(A)は該プラズマ処理室の断面図であり、図4(B)は図4(A)の線I−Iに沿う断面図である。
【0062】
図4において、プラズマ処理室52は、マニホールド18にパーティクルカウンタ45を備える。また、マニホールド18には粗引き排気管54(第1の排気通路)及び本排気管55(第2の排気通路)が接続される。粗引き排気管54にはDP(図示しない)が接続され、本排気管55にはTMP(図示しない)が接続される。粗引き排気管54はチャンバ11内を大気圧から低真空状態まで減圧し、本排気管55は粗引き排気管54と協働してチャンバ11内を大気圧から低真空状態より低い圧力である高真空状態まで減圧する。
【0063】
粗引き排気管54及び本排気管55はそれぞれマニホールド18内に向けて開口する粗引き排気口56及び本排気口57を有する。粗引き排気口56及び本排気口57はマニホールド18の底面において互いに隣接して配列され、それぞれバッフル板14に向けて開口する(図4(B))。図4(A)に示すようにバッフル板14の上方は側方排気路13であるため、粗引き排気口56及び本排気口57はマニホールド18における側方排気路13の延長経路に向けて開口する。側方排気路13の延長経路はパーティクルが自由落下する経路と一致するため、粗引き排気管54や本排気管55がチャンバ11内のガスを排出する際、マニホールド18内に生じるガスの排気流はパーティクルが自由落下する経路と一致する。すなわち、ガスの排気流に乗って粗引き排気口56及び本排気口57へ向けてパーティクルが移動する経路はパーティクルが自由落下する経路と一致する。これにより、大気圧からパーティクルが自由落下するような高真空状態まで減圧される間において本排気口57には継続してパーティクルが流入する。
【0064】
また、パーティクルカウンタ45は、粗引き排気口56及び本排気口57の上方において、レーザ投光部47が粗引き排気口56及び本排気口57の配列方向に沿ってレーザ光46を投光するように、配置される(図4(B))。すなわち、パーティクルカウンタ45は、マニホールド18においてパーティクルが自由落下する経路であって、粗引き排気管54や本排気管55がチャンバ11内のガスを排出する際、該排出されるガスによって運搬されるパーティクルが移動する経路に配置されることになる。
【0065】
上述したプラズマ処理室52によれば、粗引き排気管54及び本排気管55はそれぞれチャンバ11内に向けて開口する粗引き排気口56及び本排気口57を有する。粗引き排気口56及び本排気口57は互いに隣接して配列され、それぞれバッフル板14に向けて開口する、すなわち、マニホールド18における側方排気路13の延長経路に向けて開口する。したがって、ガスの排気流に乗って粗引き排気口56及び本排気口57へ向けてパーティクルが移動する経路はパーティクルが自由落下する経路と一致する。また、上述したように、チャンバ11内の圧力が比較的低い場合にはパーティクルは重力に従って自由落下する一方、チャンバ11内の圧力が比較的高い場合にはパーティクルはチャンバ11内のガスを排気する際に生じるガスの排気流に乗って移動する。したがって、チャンバ11内の圧力に拘わらず、マニホールド18内においてパーティクルの移動経路を一致させることができ、もって、パーティクルカウンタ45は圧力に拘わらずにチャンバ11内のパーティクルのサイズ及び数を検出することができる。
【0066】
また、プラズマ処理室52はパーティクルカウンタ45をマニホールド18に備える。処理空間Sでプラズマが発する迷光はバッフル板14によって遮断されてマニホールド18まで届かず、また、バッフル板14によってイオンやラジカルのマニホールド18への漏洩が防止される。したがって、パーティクルカウンタ45の検出部50は処理空間Sのプラズマが発する迷光を受光するのを防止することができると共に、パーティクルカウンタ45の各構成要素がイオンやラジカルによってスパッタリングされるのを防止することができる。
【0067】
上述したプラズマ処理室52では、パーティクルカウンタ45のレーザ投光部47は粗引き排気口56及び本排気口57の配列方向に沿って検査用レーザ光を投光する。大気圧からパーティクルが自由落下するような高真空状態まで減圧される間において粗引き排気口56及び本排気口57には継続してパーティクルが流入する。したがって、パーティクルカウンタ45は圧力に拘わらずにチャンバ11内のパーティクルの状況を確実に検出することができる。
【0068】
上述したプラズマ処理室52では、粗引き排気口56及び本排気口57はマニホールド18の底面においてバッフル板14に向けて開口するが、必ずしも粗引き排気口56及び本排気口57のいずれもバッフル板14に向けて開口する必要はなく、図7に示すように、それぞれがマニホールド18における側方排気路13の延長経路(図中白抜き矢印で示す。)に向けて開口していればよい。この場合、パーティクルカウンタ45は、レーザ投光部47が側方排気路13の延長経路に向けてレーザ光46を投光するように配置される。
【0069】
次に、本発明の第3の実施の形態に係るプラズマ処理室について説明する。
【0070】
本実施の形態は、その構成や作用が上述した第1の実施の形態と基本的に同じであり、マニホールドにおける粗引き排気管及び本排気管の排気口の位置、並びにパーティクルカウンタの配置場所が上述した第1の実施の形態と異なるのみである。したがって、同様の構成については説明を省略し、以下に第1の実施の形態と異なる構成についてのみ説明を行う。
【0071】
図5は、本実施の形態に係るプラズマ処理室の概略構成を示す図であり、図5(A)は該プラズマ処理室の断面図であり、図5(B)は図5(A)の線II−IIに沿う断面図である。
【0072】
図5において、プラズマ処理室58のマニホールド18にはチャンバ11内のガスを排気する集合排気管59(第3の排気通路)が接続される。また、該集合排気管59には粗引き排気管60(第1の排気通路)及び本排気管61(第2の排気通路)が接続される。したがって、集合排気管59は粗引き排気管60及び本排気管61をチャンバ11(マニホールド18)内に連通させる。粗引き排気管60にはDP(図示しない)が接続され、本排気管61にはTMP(図示しない)が接続される。粗引き排気管60はチャンバ11内を大気圧から低真空状態まで減圧し、本排気管61は粗引き排気管60と協働してチャンバ11内を大気圧から低真空状態より低い圧力である高真空状態まで減圧する。
【0073】
集合排気管59はマニホールド18内に向けて開口する集合排気口62を有する。集合排気口62はマニホールド18の底面においてバッフル板14に向けて開口する。図5(A)に示すようにバッフル板14の上方は側方排気路13であるため、集合排気口62はマニホールド18における側方排気路13の延長経路(図中白抜き矢印で示す。)に向けて開口する。したがって、集合排気管59がチャンバ11内のガスを排出する際、マニホールド18内に生じるガスの排気流はパーティクルが自由落下する経路と一致する。すなわち、ガスの排気流に乗って集合排気口62へ向けてパーティクルが移動する経路はパーティクルが自由落下する経路と一致する。これにより、大気圧からパーティクルが自由落下するような高真空状態まで減圧される間において、集合排気管59には継続してパーティクルが流入する。
【0074】
また、プラズマ処理室58では、パーティクルカウンタ45が、そのレーザ投光部47が集合排気管59の流路に向けてレーザ光46を投光するように、集合排気管59に配置される(図5(B))。より具体的には、パーティクルカウンタ45が集合排気管59において粗引き排気管60及び本排気管61よりマニホールド18側に配置される。パーティクルカウンタ45は集合排気管59の流路を流れるパーティクルのサイズ及び数を検出する。
【0075】
上述したプラズマ処理室58によれば、粗引き排気管60及び本排気管61をチャンバ11内に連通させる集合排気管59はチャンバ11内に開口する集合排気口62を有し、該集合排気口62はバッフル板14に向けて開口する、すなわち、マニホールド18における側方排気路13の延長経路に向けて開口する。集合排気口62へ向けてパーティクルが移動する経路はパーティクルが自由落下する経路と一致する。また、上述したように、チャンバ11内の圧力が比較的低い場合にはパーティクルは重力に従って自由落下する一方、チャンバ11内の圧力が比較的高い場合にはパーティクルはチャンバ11内のガスを排気する際に生じるガスの排気流に乗って移動する。したがって、チャンバ11内の圧力に拘わらず、マニホールド18内においてパーティクルの移動経路を一致させることができ、もって、パーティクルカウンタ45は圧力に拘わらずにチャンバ11内のパーティクルのサイズ及び数を検出することができる。
【0076】
上述したプラズマ処理室58では、パーティクルカウンタ45は集合排気管59に配置され、パーティクルカウンタ45のレーザ投光部47は集合排気管59の流路に向けてレーザ光46を投光する。また、集合排気管59へは、大気圧からパーティクルが自由落下するような高真空状態まで減圧される間において、継続してパーティクルが流入する。したがって、パーティクルカウンタ45は圧力に拘わらずにチャンバ11内のパーティクルのサイズ及び数を確実に検出することができる。
【0077】
上述したプラズマ処理室58では、集合排気口62はマニホールド18の底面においてバッフル板14に向けて開口するが、集合排気口62はバッフル板14に向けて開口する必要はなく、図8に示すように、マニホールド18における側方排気路13の延長経路(図中白抜き矢印で示す。)に向けて開口していればよい。この場合、パーティクルカウンタ45は、レーザ投光部47が側方排気路13の延長経路に向けてレーザ光46を投光するように配置される。
【0078】
また、プラズマ処理室58はパーティクルカウンタ45を集合排気管59に備える。処理空間Sでプラズマが発する迷光はバッフル板14によって遮断されて集合排気管59まで届かず、また、バッフル板14によってイオンやラジカルのマニホールド18への漏洩、引いては集合排気管59への漏洩が防止される。したがって、パーティクルカウンタ45の検出部50が処理空間Sのプラズマが発する迷光を受光するのを防止することができると共に、パーティクルカウンタ45の各構成要素がイオンやラジカルによってスパッタリングされるのを防止することができる。
【0079】
また、上述したプラズマ処理室58では、パーティクルカウンタ45が集合排気管59に配置されるが、パーティクルカウンタ45はマニホールド18に配置されてもよい。このとき、マニホールド18に配置されるパーティクルカウンタ45は、レーザ投光部47が側方排気路13の延長経路(図中白抜き矢印で示す。)に向けてレーザ光46を投光するように配置される(図6(A)及び図6(B))。処理空間Sでプラズマが発する迷光はバッフル板14によって遮断されてマニホールド18まで届かず、また、バッフル板14によってイオンやラジカルのマニホールド18への漏洩が防止される。また、パーティクルはチャンバ11内の圧力に拘わらず側方排気路13の延長経路に沿って移動する。したがって、パーティクルカウンタ45は圧力に拘わらずにチャンバ11内のパーティクルのサイズ及び数を確実に検出することができる。
【0080】
上述した各実施の形態で用いられるパーティクルカウンタ45はレーザ光を利用するものであったが、パーティクルカウンタはこれに限られず、例えば、チャンバ11内の雰囲気を変化させることなく、移動するパーティクルのサイズ及数を検出可能なパーティクルカウンタであればよい。
【0081】
また、上述した各実施の形態におけるプラズマ処理室はエッチング処理装置に適用されたが、各実施の形態におけるプラズマ処理室を適用可能なプラズマ処理装置はエッチング処理装置に限られず、例えば、CVD処理装置やアッシング処理装置であってもよい。
【0082】
また、上述した各実施の形態におけるプラズマ処理室においてエッチング処理が施される基板は半導体ウエハに限られず、LCD(Liquid Crystal Display)やFPD(Flat Panel Display)等に用いる各種基板や、フォトマスク、CD基板、プリント基板等であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【0083】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係るプラズマ処理室の概略構成を示す断面図である。
【図2】図1における反応室内の各圧力における代用粒子の挙動を示す図であり、図2(A)は119Paにおける代用粒子の挙動を示す図であり、図2(B)は66.7Paにおける代用粒子の挙動を示す図であり、図2(C)は26.7Paにおける代用粒子の挙動を示す図であり、図2(D)は6.67Paにおける代用粒子の挙動を示す図である。
【図3】図1におけるパーティクルカウンタの概略構成を示す平面図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態に係るプラズマ処理室の概略構成を示す図であり、図4(A)は該プラズマ処理室の断面図であり、図4(B)は図4(A)の線I−Iに沿う断面図である。
【図5】本発明の第3の実施の形態に係るプラズマ処理室の概略構成を示す図であり、図5(A)は該プラズマ処理室の断面図であり、図5(B)は図5(A)の線II−IIに沿う断面図である。
【図6】本実施の形態に係るプラズマ処理室のさらなる変形例の概略構成を示す図であり、図6(A)は該プラズマ処理室の断面図であり、図6(B)は図6(A)の線III−IIIに沿う断面図である。
【図7】本発明の第2の実施の形態に係るプラズマ処理室の変形例の概略構成を示す断面図である。
【図8】本発明の第3の実施の形態に係るプラズマ処理室の変形例の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【0084】
W ウエハ
S 処理空間
10,52,58 プラズマ処理室
11 チャンバ
12 サセプタ
13 側方排気路
14 バッフル板
15,54,60 粗引き排気管
16,55,61 本排気管
17 反応室
18 マニホールド
20 下部高周波電源
34 ガス導入シャワーヘッド
36 上部高周波電源
38 天井電極板
45 パーティクルカウンタ
46 レーザ光
47 レーザ投光部
48 レーザストッパ
56 粗引き排気口
57 本排気口
59 集合排気管
62 集合排気口




 

 


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