JP4153654B2

JP4153654B2 - 導電性付着物モニター、プラズマ処理装置、及びプラズマ処理方法

Info

Publication number: JP4153654B2
Application number: JP2000335696A
Authority: JP
Inventors: 陽一郎矢代; 智洋奥村
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-11-02
Filing date: 2000-11-02
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2020-11-02
Also published as: JP2002141338A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体等の電子デバイスやマイクロマシンの製造を行うためのプラズマ処理装置を構成する真空室の内壁に付着した導電性付着物をモニターする導電性付着物モニター、プラズマ処理装置、及びプラズマ処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高周波誘導方式のプラズマ処理装置例を図５に示す。
【０００３】
図５において、真空室１内にガス供給装置２から所定のガスを導入しつつ排気装置としての真空ポンプ３により排気を行い、真空室１内を所定の圧力に保ちながら、スパイラルコイル用高周波電源４により高周波電力を、誘電体窓５上に配置されたドーム状のスパイラルコイル６に供給すると、真空室１内にプラズマが発生し、基板電極７上に載置された基板８に対してエッチング、堆積、又は、表面改質等のプラズマ処理を行うことができる。このとき、図５に示すように、基板電極７に、整合回路９を介して基板電極用高周波電源１０により高周波電力を供給することで、基板８に到達するイオンエネルギーを制御することができる。なお、この方式のプラズマ処理装置は、特開平８−８３６９６号公報及び特開平９−８２６９２号公報に詳しく述べられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示した従来の方式では、真空室１の内壁に付着した導電性付着物を、真空室１を大気開放しなければモニターすることができないという問題点があった。以下で、このことについて詳しく説明する。
【０００５】
図５に示したようなプラズマ処理装置でプラズマ処理を行うと、真空室１の内壁に処理に伴う付着物が生成する。付着物が多量に存在すると、ダストの原因となり製品の品質・歩留まりを低下させるばかりか、プラズマ放電の機構に悪影響を与え、プラズマ放電も不可能となることがある。特に、導電性物質の真空室１の内壁への付着は電磁界シールドの形成を引き起こし、プラズマの特性を大きく変化させるため、その付着量及び分布の監視が非常に重要となる。
【０００６】
導電性付着物を直接的に観察するには、まず、真空室１を大気開放しなければならない。しかしながら、この方法は、真空室１内への湿気の混入を引き起こして真空室１内の導電性付着物の変質を招くため、真空室１の大気開放後は次の処理を行う前に導電性付着物の除去を行う必要があり、観察の度に長時間、処理を中断させてしまう。導電性付着物を間接的に観察するには、プラズマ処理に要する所要時間が長くなるなどの導電性付着物によって引き起こされる二次的な現象によって真空室１内の導電性付着物を推定するのが一般的である。しかしながら、これら間接的な推定法では、導電性付着物の付着状態との因果関係、すなわち、導電性付着物の量及び分布について、大気開放を用いずには明らかにすることはほとんどできないため、定量的な考察を行うことができない。したがって、膜種など処理の内容が変わると従来の推定法では対応が困難となる。
【０００７】
従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、真空室を大気開放することなく、真空室内に付着した導電性付着物をモニターすることができる導電性付着物モニター、プラズマ処理装置、及びプラズマ処理方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
【００１６】
本発明の第１態様によれば、真空室と、上記真空室内にガスを供給するガス供給部と、上記真空室内を排気する排気装置と、上記真空室内を所定の圧力に制御する圧力制御部と、基板を載置する基板電極と、高周波電力を印加してプラズマを発生するためのプラズマ発生機構を備えたプラズマ処理装置であって、
上記真空室の上部内壁の中心部を通る十字形状に沿ってそれぞれ間隔をあけて配置されかつ上記真空室の内壁側に露出させた複数の端子と、上記複数の端子に接続される複数の導線と、上記複数の導線が接続されかつ上記上部内壁の上記中心部の二箇所の上記複数の端子間の抵抗値を測定するとともに上記中心部の周辺部の二箇所の上記複数の端子間の抵抗値を測定する抵抗測定器とを備えることを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。
【００１７】
本発明の第２態様によれば、上記プラズマ発生機構は、周辺部が中央部よりも密に巻かれているスパイラルコイルを有している第１の態様に記載のプラズマ処理装置を提供する。
本発明の第３態様によれば、真空室内にガスを供給しつつ上記真空室内を排気し、上記真空室内を所定の圧力に制御しながら、上記真空室内にプラズマを発生させ、基板電極に載置された基板をプラズマ処理するプラズマ処理方法であって、
上記真空室の上部内壁の中心部を通る十字形状に沿ってそれぞれ間隔をあけて配置されかつ上記真空室の内壁側に露出させた複数の端子間のうち上記上部内壁の上記中心部の二箇所の上記端子間の抵抗値と上記中心部の周辺部の二箇所の上記端子間の抵抗値とを抵抗測定器でそれぞれ測定して導電性付着物をモニターすることを特徴とするプラズマ処理方法を提供する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２６】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態にかかる導電性付着物モニター、プラズマ処理装置、及びプラズマ処理方法について、図１を参照して説明する。
【００２７】
図１は、本発明の第１実施形態において用いたプラズマ処理装置の断面図を示す。図１において、真空室１内にガス供給部としてのガス供給装置２から所定のガスを導入しつつ排気装置としての真空ポンプ３により排気を行い、真空ポンプ３を駆動制御して真空室１内を所定の圧力に制御する圧力制御部５０により真空室１内を所定の圧力に保ちながら、高周波電力を印加してプラズマを発生するためのプラズマ発生機構としてスパイラルコイル用高周波電源４により高周波電力を、誘電体窓５上に配置されたドーム状のスパイラルコイル６に供給する。この結果、真空室１内にプラズマが発生し、基板電極７上に載置された基板８に対してエッチング、堆積、又は、表面改質等のプラズマ処理を行うことができる。このとき、図１に示すように、基板電極７に、整合回路９を介して基板電極用高周波電源１０により高周波電力を供給することで、基板８に到達するイオンエネルギーを制御することができる。なお、圧力制御部５０はガス供給装置２とは独立に動作するようにしている。
【００２８】
ここで、真空室１の内壁に抵抗測定用の複数の端子１１が真空室１の内壁とほぼ同一な平面のみを露出させた形で埋め込まれている。この複数の端子１１のうち二箇所を、複数の導線１２を用いて抵抗測定器１３に接続して導電性付着物モニター４１を構成している。このような導電性付着物モニター４１では、抵抗測定器１３により上記二箇所の２つの端子１１間の抵抗値を測定して、真空室１の内壁表面の導電性付着物の付着量を推定することができる。この推定は、既知量の導電性付着物を用いて、抵抗値と導電性付着物の検量線をあらかじめ作成しておき、測定された抵抗値から検量線を使用して導電性付着物の付着量を求めることで行うことができる。一例として、検量線を制御装置５１に接続されたメモリ５２に記憶させておき、制御装置５１に接続された演算部５３により、抵抗測定器１３から測定された抵抗値に基き、メモリに記憶されていた検量線から導電性付着物の付着量を求めるようにすれば、自動的に導電性付着物の付着量を求めることができる。なお、制御装置５１には、スパイラルコイル用高周波電源４、圧力制御部５０、基板電極用高周波電源１０などが接続されて、プラスマ処理装置全体の動作を制御するものである。よって、抵抗測定器１３から測定された抵抗値に基き、演算部５３により求められた導電性付着物の付着量が予め定められた規制値を超えると、演算部５３で判断した場合には、制御装置５０により、次回のプラズマ処理を自動的に停止させることもできる。また、次回のプラズマ処理を自動的に停止させるだけでなく、プラズマクリーニング若しくはウェットメンテナンスの実施を促す画面表示、又は、音声による警告を発し、装置オペレータに導電性付着物の堆積量が規制値を超えたことを知らせるという動作ヲ行わせることも可能である。
【００２９】
図２（Ｂ）に、図１に示した本発明の第１実施形態でプラズマ処理を行った場合の、基板８の処理枚数に対する、複数の端子１１間の抵抗値の変化を示す。図２（Ａ）の円は、真空室１の内壁の上部平面図を示しており、その内部に示した点とｉ〜ｖの数字は、配置された端子１１とその端子１１に対応して付けられた端子番号である。これらの複数の端子１１間の抵抗値を、図１に示したプラズマ処理装置で基板８を処理した際にどのように変化したかを、プラズマ処理間に測定した測定値と基板処理枚数と処理志願して示したのが図２（Ｂ）である。図２（Ｂ）から分かる通り、真空室１の内壁の上部の中心部の抵抗値に相当する抵抗値ｉｖ−ｖ（図２（Ｂ）内の黒丸のグラフ参照）では、端子番号ｉｖの端子１１と端子番号ｖの端子１１の間の抵抗値変化を示しているが、基板８の処理枚数の増加に伴い、抵抗値が低下していることがわかる。これに対し、真空室１の内壁の上部の周辺部の抵抗値の変化を示しているｉ−ｉｉ（図２（Ｂ）内の黒三角のグラフ参照）では、端子番号ｉの端子１１と端子番号ｉｉの端子１１の間の抵抗値変化を示しているが、基板８の処理枚数の増加がある程度進むと、ある枚数から徐々に抵抗値が低下している。図２（Ｂ）には、さらに、１枚の基板８を処理するのにかかる時間も示しているが（図２（Ｂ）内の四角のグラフ参照）、この処理時間の変化が、中心部の抵抗値ｉｖ−ｖではなく、周辺部の抵抗値ｉ−ｉｉに対応して変化していることから、中心部でなく周辺部への導電性付着物の増加が基板８の処理時間に影響を与えていることが読み取れる。このようにプラズマクリーニングを行うことによって付着物を除去するに際して、周辺部における除去速度が高くなるように、圧力、高周波電力などの放電パラメータを選択することができる。また、この傾向は、本発明におけるコイル配置にみられるように、周辺部のコイルがより密に巻かれている場合により顕著となる。
【００３０】
上記第１実施形態によれば、真空室１の内壁側に露出させた複数の端子１１と、その複数の端子１１から導かれる複数の導線１２と、複数の導線１２に接続されて複数の端子１１間の抵抗値を測定する抵抗測定器１３を備えて導電性付着物モニター４１を構成するようにしたので、各端子１１間の抵抗値を全て又はほとんど全て測定して当該端子間での導電性付着物の付着量を求めることができ、真空室１内にどの程度の分布及び量の導電性付着物が付着したかを、真空室１を大気開放することなくモニターすることができる。
【００３１】
また、真空室１内と、真空室１内にガスを供給するガス供給装置２と、排気装置３と、真空室１内を所定の圧力に制御する圧力制御部５０と、基板８を載置する基板電極７と、高周波電力を印加してプラズマを発生するためのプラズマ発生機構スパイラルコイル用高周波電源４により高周波電力を、誘電体窓５上に配置されたドーム状のスパイラルコイル６に供給するプラズマ処理装置、又は、真空室１内にガスを供給しつつ真空室１内を排気し、真空室１内を所定の圧力に制御しながら、真空室１内にプラズマを発生させ、基板電極７に載置された基板８をプラズマ処理するプラズマ処理装置及び方法であって、真空室１の内壁に付着した導電性の付着物の位置及び付着量を真空室１の内壁に露出させた複数の端子１１間の抵抗を測定することを特徴とするプラズマ処理方法において、上記導電性付着物モニター４１を使用して、各端子１１間の抵抗値を測定して当該端子１１間での導電性付着物の付着量を求めることができ、真空室１内にどの程度の分布・量の導電性付着物が付着したかを、真空室１を大気開放することなくモニターすることができる。
【００３２】
（第２実施形態）
次に、図３を用いて、本発明の第２実施形態にかかる導電性付着物モニター、プラズマ処理装置、及びプラズマ処理方法について説明する。
【００３３】
図３は、第２実施形態にかかる導電性付着物モニター４２の抵抗測定用の２つの端子１１Ａの周辺を拡大して示したものであるが、図１の端子１１とは異なり、第２実施形態にかかる導電性付着物モニター４２の各端子１１Ａは、真空室１の内壁面よりも真空室内側に突き出た形状を有している。この端子１１Ａは、導電性付着物と接触することによって、その抵抗値をモニターさせうるものであるが、導電性付着物との接触の形態によっては、抵抗値が非常に高い部分にのみ接触してしまい、真空室１の内壁面よりも離れた位置に導電性付着物が付着したとしてもその様子をモニターすることができないというケースも発生する。例えば、付着物が堆積する初期の段階では、真空室内壁の表面材質の影響を受け、膜の導電性が若干低くなる傾向がみられる場合がある。具体的には、真空室内壁が金属酸化物である場合、付着物中に酸素が拡散することにより、堆積膜の酸化が進行することがある。このような場合、図６に示すように、内壁表面に近いほど、導電率の低い膜が堆積することになる。しかしながら、図３に示したような端子１１Ａを用いることによって、真空室１の内壁よりも真空室内側に突き出た高さまでの導電性付着物をモニターすることが可能である。端子１１Ａを真空室内側に突き出す量は、一例として、０．１ｍｍ程度である。ただし、真空室内壁が金属酸化膜または金属窒化膜である場合で、かつ、堆積膜中へ酸素原子の拡散が起きるようなプロセス、例えば、真空室内壁がシリコン窒化物で、堆積膜がイリジウムである場合、突き出し量を大きくした方がよい。上記第２実施形態によれば、各端子１１Ａが真空室１の内壁面よりも真空室内側に突き出た形状を有する導電性付着物モニター４２を使用するので、真空室１の内壁よりも真空室内側に突き出た高さまでの導電性付着物をモニターすることができ、真空室１内にどの程度の導電性付着物が付着したかを、真空室１を大気開放することなくモニターすることができる。
【００３４】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態にかかる導電性付着物モニター、プラズマ処理装置、及びプラズマ処理方法について、図４を参照しながら説明する。
【００３５】
図４は、真空室１の内壁側に露出させた複数の端子１１と、抵抗測定器１３と、それらの間をつなぐ複数の導線１２と、複数の導線１２のうちのいずれかつ１つの導線１２の途中に接続されて特定の周波数を持つ電磁波を遮断するノイズフィルター１４とを備えることにより、導電性付着物モニター４３を構成するようにしている。
【００３６】
この導電性付着物モニター４３によれば、導電性付着物の測定は、プラズマ処理とプラズマ処理との間に行うのが普通であるが、プラズマ処理をしていないときでも、排気装置３などは稼動していることが多く、それらの発する電磁波は測定値の雑音となりうる。そこで、ノイズフィルター１４を用いてそれらの電磁波を遮断しつつ抵抗測定器１３で抵抗値測定を行うことで、これらの影響を最小限に抑えることができる。
【００３７】
上記第３実施形態によれば、端子１１と抵抗測定器１３とを接続する導線１２の途中にノイズフィルター１４を配置して特定の周波数を持つ電磁波を遮断することにより、電磁波などの測定値の雑音を除去して、導電性付着物の付着量や分布をより精度く求めることができ、真空室１内にどの程度の導電性付着物が付着したかを、真空室１を大気開放することなくモニターすることができる。
【００３８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。
【００３９】
例えば、以上述べた本発明の実施形態においては、高周波誘導方式のプラズマ処理装置を用いた例について説明したが、本発明の適用は高周波誘導方式のプラズマ処理に限定されるものではなく、平行平板型プラズマ処理装置、有磁場マイクロ波プラズマ処理装置、ヘリコン波プラズマ処理装置、表面波プラズマ処理装置等、他の方式のプラズマ処理装置を用いた場合も、端子を露出させる真空室内壁の一部が絶縁物であるようなものは本発明の適用範囲とみなすことができる。
【００４０】
また、本発明の全実施形態において、端子１１，１１Ａの構成材質としては、反応性に比較的乏しい金、銀、白金、又は、イリジウムなどの貴金属を用いることで、腐食の影響を抑えられるほか、導電性付着物とのコンタクト抵抗を低減させることが可能であり、望ましいのは言うまでもないが、処理に関係のない金属の混入を防ぐために、処理される基板８に用いられている材質と同一の金属を用いる場合はこの限りではないことも明らかである。
【００４１】
また、真空室１の内壁に付着した導電性付着物よりも導電率が低い材質で作られた端子では、端子部分での抵抗値が最も大きくなるため、その材質としては、導電率が１０³Ｓ・ｃｍ^-1未満の絶縁体や半導体のようなものは適しないことは明らかである。
【００４２】
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明において、真空室の内壁側に露出させた複数の端子と、その複数の端子から導かれる複数の導線と、複数の端子間の抵抗値を測定する抵抗測定器とを備えて導電性付着物モニターを構成する場合には、各端子間の抵抗値を測定して当該端子間での導電性付着物の付着量を求めることができ、真空室内にどの程度の分布・量の導電性付着物が付着したかを、真空室を大気開放することなくモニターすることができる。
【００４４】
本発明によれば、プラズマ処理装置は、真空室内と、真空室内にガスを供給するガス供給部と、排気装置と、真空室内を所定の圧力に制御する圧力制御部と、基板を載置する基板電極と、高周波電力を印加してプラズマを発生するためのプラズマ発生機構とを備えたプラズマ処理装置、又は、真空室内にガスを供給しつつ真空室内を排気し、真空室内を所定の圧力に制御しながら、真空室内にプラズマを発生させ、基板電極に載置された基板をプラズマ処理するプラズマ処理方法において、上記導電性付着物モニターを使用する場合には、各端子間の抵抗値を測定して当該端子間での導電性付着物の付着量を求めることができ、真空室内にどの程度の分布・量の導電性付着物が付着したかを、真空室を大気開放することなくモニターすることができる。
【００４５】
また、本発明において、各端子が真空室の内壁面よりも真空室内側に突き出た形状を有する導電性付着物モニターを使用する場合には、真空室の内壁よりも真空室内側に突き出た高さまでの導電性付着物をモニターすることができ、真空室内にどの程度の導電性付着物が付着したかを、真空室を大気開放することなくモニターすることができる。
【００４６】
また、本発明において、端子と抵抗測定器とを接続する導線の途中にノイズフィルターを配置して特定の周波数を持つ電磁波を遮断することにより、電磁波などの測定値の雑音を除去して、導電性付着物の付着量や分布をより精度く求めることができ、真空室内にどの程度の導電性付着物が付着したかを、真空室を大気開放することなくモニターすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるプラズマ処理装置の構成を示す断面図である。
【図２】（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ本発明の第１実施形態にかかるプラズマ処理装置の真空室の内壁の上部平面図、及び、上記第１実施形態にかかるプラズマ処理装置による導電性付着物のモニタリングを実施した例を示し、端子間の抵抗値と基板処理枚数と処理時間との関係を示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態にかかるプラズマ処理装置の部分断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態にかかるプラズマ処理装置の部分断面図である。
【図５】従来例で用いたプラズマ処理装置の構成を示す断面図である。
【図６】堆積膜の導電率と真空内壁表面からの距離との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…真空室、２…ガス供給装置、３…真空ポンプ、４…スパイラルコイル用高周波電源、５…誘電体窓、６…スパイラルコイル、７…基板電極、８…基板、９…整合回路、１０…基板電極用高周波電源、１１，１１Ａ…端子、１２…導線、１３…抵抗測定器、１４…ノイズフィルター、４１，４２，４３…導電性付着物モニター、５０…圧力制御部、５１…制御装置、５２…メモリ、５３…演算部。

Claims

真空室と、上記真空室内にガスを供給するガス供給部と、上記真空室内を排気する排気装置と、上記真空室内を所定の圧力に制御する圧力制御部と、基板を載置する基板電極と、高周波電力を印加してプラズマを発生するためのプラズマ発生機構を備えたプラズマ処理装置であって、
上記真空室の上部内壁の中心部を通る十字形状に沿ってそれぞれ間隔をあけて配置されかつ上記真空室の内壁側に露出させた複数の端子と、上記複数の端子に接続される複数の導線と、上記複数の導線が接続されかつ上記上部内壁の上記中心部の二箇所の上記複数の端子間の抵抗値を測定するとともに上記中心部の周辺部の二箇所の上記複数の端子間の抵抗値を測定する抵抗測定器とを備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
上記プラズマ発生機構は、周辺部が中央部よりも密に巻かれているスパイラルコイルを有している請求項１に記載のプラズマ処理装置。
真空室内にガスを供給しつつ上記真空室内を排気し、上記真空室内を所定の圧力に制御しながら、上記真空室内にプラズマを発生させ、基板電極に載置された基板をプラズマ処理するプラズマ処理方法であって、
上記真空室の上部内壁の中心部を通る十字形状に沿ってそれぞれ間隔をあけて配置されかつ上記真空室の内壁側に露出させた複数の端子間のうち上記上部内壁の上記中心部の二箇所の上記端子間の抵抗値と上記中心部の周辺部の二箇所の上記端子間の抵抗値とを抵抗測定器でそれぞれ測定して導電性付着物をモニターすることを特徴とするプラズマ処理方法。