JP2003318162A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高周波電力供給部と処理部との電気的な接続
状態を確実に、かつ、容易に検知することができ、従来
に比べてより安全性の向上を図ることができるプラズマ
処理装置を提供する。 【解決手段】 同軸ケーブル３０の両端が、夫々マッチ
ングボックス１０のコネクタ１０ａと、高周波電力供給
部４０のコネクタ４０ａとに接続され、これらの間に電
気的な導通がある場合には、信号供給機構１００側から
の直流電圧信号が、同軸ケーブル３０を介して信号検出
機構２００側に伝えられ、この直流電圧信号によって、
リレー２０３が作動する。インターロック機構（Ｉ／
Ｌ）４２は、リレー２０３が直流電圧信号によって作動
されている場合にのみ、高周波電源４１をオンとするよ
うに制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマを生起し
て半導体ウエハ等の被処理物にエッチング処理や成膜処
理等を行うプラズマ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、プラズマを生起し、このプラ
ズマを被処理物に作用させて所定の処理を施すプラズマ
処理装置が多用されている。

【０００３】例えば、半導体装置の製造分野において
は、半導体装置の微細な回路構造を形成する際に、半導
体ウエハ等の被処理基板にプラズマを作用させて、エッ
チングや成膜を行っている。

【０００４】このようなプラズマ処理装置のうち、高周
波電力の作用によってプラズマを生起させるプラズマ処
理装置は、内部に収容した被処理物にプラズマを作用さ
せて処理する真空チャンバ等からなる処理部、プラズマ
を発生させるための高周波電力を供給する高周波電源等
からなる高周波電力供給部、真空チャンバ内を排気する
ための真空ポンプ等からなる排気系、真空チャンバ内に
処理ガスを供給するための処理ガス供給系等から構成さ
れている。

【０００５】また、上記処理部には、インピーダンスマ
ッチングをとるための整合器が設けられており、この処
理部に設けられた整合器と、高周波電力供給部の高周波
電源とは、同軸ケーブル等の接続ケーブルによって接続
されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したプラズマ処理
装置のうち、半導体装置の製造に使用されるプラズマ処
理装置等は、一般に、清浄雰囲気とされた所謂クリーン
ルーム内に配置される。ところが、同じクリーンルーム
であっても、清浄度の高いクリーンルームは、建設コス
トも高く維持コストも高いため、プラズマ処理装置の構
成部分のうち、処理部以外の部分で処理部に近接して配
置する必要のない部分、例えば、高周波電力供給部等
は、処理部よりも清浄度の低い所謂メンテナンスルーム
等に配置されることが多い。このような場合、高周波電
力供給部と処理部とを電気的に接続するための同軸ケー
ブルの長さはかなり長くなり、１０メートル以上の長さ
となる場合もある。

【０００７】このため、同軸ケーブルの両端が、高周波
電力供給部と処理部とに夫々確実に接続されているか否
かを目視等により確認するには、作業員がこれらの間を
移動して確認作業を行わねばならず、繁雑な作業を要す
る。

【０００８】また、例えば、同軸ケーブル内の導体が断
線状態あるいは半断線状態となっているために電気的な
導通が得られない、あるいは不十分となっているような
場合は、外部からの目視等によっては検知することが困
難である。

【０００９】一方、上記同軸ケーブルによる高周波電力
供給部と処理部との電気的な接続が確実に行われていな
い状態で高周波電力の供給を開始することは危険であ
り、安全性の観点から、このような状態で高周波電力の
供給が開始されることは、極力回避する必要がある。こ
のため従来から種々の安全対策がなされているが、さら
に一層の安全性の向上を図ることが望まれる。

【００１０】本発明は、かかる従来の事情に対処してな
されたもので、高周波電力供給部と処理部との電気的な
接続状態を確実に、かつ、容易に検知することができ、
従来に比べてより安全性の向上を図ることのできるプラ
ズマ処理装置を提供しようとするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】すなわち、請求項１記載
の発明は、内部に収容した被処理物にプラズマを作用さ
せて処理する真空チャンバを具備した処理部と、プラズ
マを発生させるための高周波電力を供給する高周波電源
と、前記高周波電源と前記処理部とを電気的に接続し、
前記高周波電源からの高周波電力を前記処理部に供給す
る接続ケーブルと、前記接続ケーブルの一端側から当該
接続ケーブルに前記高周波電力と分離可能な接続検知信
号を供給する信号供給手段と、前記接続ケーブルの他端
側から、前記接続検知信号を検出する信号検出手段と、
前記信号検出手段による検出結果に基づいて前記高周波
電源からの高周波電力の供給を制御する制御手段とを具
備したことを特徴とする。

【００１２】請求項２の発明は、請求項１記載のプラズ
マ処理装置において、前記信号供給手段が前記接続検知
信号として直流信号を供給するよう構成されたことを特
徴とする。

【００１３】請求項３の発明は、請求項２記載のプラズ
マ処理装置において、前記信号検出手段が、前記信号供
給手段からの直流信号と、前記高周波電力とを分離する
ための分離手段を具備したことを特徴とする。

【００１４】請求項４の発明は、請求項３記載のプラズ
マ処理装置において、前記信号検出手段が、前記信号供
給手段からの直流信号の電圧値を検出して前記接続ケー
ブルによる接続状態を検知することを特徴とする。

【００１５】請求項５の発明は、請求項１〜４いずれか
一項記載のプラズマ処理装置において、前記信号供給手
段が前記処理部側に設けられ、前記信号検出手段が前記
高周波電源側に設けられていることを特徴とする。

【００１６】請求項６の発明は、請求項１〜５いずれか
一項記載のプラズマ処理装置において、前記処理部に整
合器が設けられ、前記接続ケーブルが当該整合器に接続
されていることを特徴とする。

【００１７】請求項７の発明は、請求項６記載のプラズ
マ処理装置において、前記信号検出手段が、前記整合器
が設けられたボックス内に設けられていることを特徴と
する。

【００１８】請求項８の発明は、請求項１〜７いずれか
一項記載のプラズマ処理装置において、前記処理部が、
前記高周波電源が配置された部屋より清浄度の高い部屋
に配置されていることを特徴とする。

【００１９】請求項９の発明は、請求項１〜８いずれか
一項記載のプラズマ処理装置において、前記接続ケーブ
ルと、前記高周波電源及び前記処理部との接続部分に、
当該接続部分を覆うカバーが着脱自在に設けられ、セン
サーによって前記カバーが取り付けられていることが検
出されている場合にのみ、前記高周波電源からの高周波
電力の供給を行うよう構成されたことを特徴とする。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を、本発明を
エッチング装置に適用した実施の形態について図面を参
照して説明する。

【００２１】図１は、本発明の実施の形態に係るプラズ
マ処理装置（エッチング装置）全体の概略構成を模式的
に示すもので、同図において、符号１は、材質が例えば
アルミニウム等からなり、内部を気密に閉塞可能に構成
され、処理部を構成する円筒状の真空チャンバを示して
いる。

【００２２】上記真空チャンバ１は、接地電位に接続さ
れており、真空チャンバ１の内部には、導電性材料、例
えばアルミニウム等からブロック状に構成され、下部電
極を兼ねた載置台２が設けられている。

【００２３】この載置台２は、セラミックなどの絶縁板
３を介して真空チャンバ１内に支持されており、載置台
２の半導体ウエハＷ載置面には、静電チャック４が設け
られている。この静電チャック４は、静電チャック用電
極４ａを、絶縁性材料からなる絶縁膜４ｂ中に介在させ
た構成とされており、静電チャック用電極４ａには直流
電源５が接続されている。

【００２４】また、載置台２の内部には、温度制御のた
めの熱媒体としての絶縁性流体を循環させるための熱媒
体流路６と、ヘリウムガス等の温度制御用のガスを半導
体ウエハＷの裏面に供給するためのガス流路７が設けら
れている。

【００２５】そして、熱媒体流路６内に所定温度に制御
された絶縁性流体を循環させることによって、載置台２
を所定温度に制御し、かつ、この載置台２と半導体ウエ
ハＷの裏面との間にガス流路７を介して温度制御用のガ
スを供給してこれらの間の熱交換を促進し、半導体ウエ
ハＷを精度良くかつ効率的に所定温度に制御することが
できるようになっている。

【００２６】また、載置台２の上方の外周には導電性材
料または絶縁性材料で形成されたフォーカスリング８が
設けられており、さらに、載置台２のほぼ中央には、高
周波電力を供給するための給電線９が接続されている。
この給電線９にはマッチングボックス１０内に設けられ
た整合器１１が接続されている。

【００２７】上記マッチングボックス１０は、真空チャ
ンバ１の下部又は上部に設けられている。また、上記マ
ッチングボックス１０の整合器１１には、同軸ケーブル
３０を介して、高周波電力供給部４０の高周波電源（Ｒ
Ｆ電源）４１が接続され、高周波電源４１からは、所定
の周波数、例えば、１３．５６〜１５０ＭＨｚの範囲の
周波数の高周波電力が供給されるようになっている。

【００２８】上述したフォーカスリング８の外側には、
環状に構成され、多数の排気孔が形成された排気リング
１２が設けられており、この排気リング１２を介して、
排気ポート１３に接続された排気系５０により、真空チ
ャンバ１内の処理空間の真空排気が行われるよう構成さ
れている。なお、排気系５０は、排気を行う真空ポンプ
及び圧力制御を行う圧力制御装置等から構成されてい
る。

【００２９】一方、載置台２の上方の真空チャンバ１の
天壁部分には、シャワーヘッド１５が、載置台２と平行
に対向する如く設けられており、このシャワーヘッド１
５は接地されている。したがって、これらの載置台２お
よびシャワーヘッド１５は、一対の電極（上部電極と下
部電極）として機能するようになっている。

【００３０】上記シャワーヘッド１５は、その下面に多
数のガス吐出孔１６が設けられており、且つその上部に
ガス導入部１７を有している。そして、その内部にはガ
ス拡散用空隙１８が形成されている。ガス導入部１７に
はガス供給配管１９が接続されており、このガス供給配
管１９の他端には、処理ガス供給系６０が接続されてい
る。

【００３１】この処理ガス供給系６０は、各種の処理ガ
ス、例えば、エッチング用の処理ガス等を供給するガス
供給源と、ガス流量を制御するためのマスフローコント
ローラ（ＭＦＣ）等から構成されている。

【００３２】一方、真空チャンバ１の外側周囲には、真
空チャンバ１と同心状に、環状の磁場形成機構（リング
磁石）２０が配置されており、載置台２とシャワーヘッ
ド１５との間の処理空間に磁場を形成するようになって
いる。この磁場形成機構２０は、回転機構２１によっ
て、その全体が、真空チャンバ１の回りを所定の回転速
度で回転可能とされている。

【００３３】上記構成のうち、真空チャンバ１、マッチ
ングボックス１０、磁場形成機構２０及び回転機構２１
等は、処理部を構成するものであり、比較的清浄度の高
いクリーンルーム内に配置されている。また、高周波電
力供給部４０は、上記真空チャンバ１等からなる処理部
よりも清浄度の低いクリーンルーム（所謂メンテナンス
ルーム）内に配置されている。そして、これらの間は、
一端がマッチングボックス１０に設けられたコネクタ１
０ａに接続され、他端が高周波電力供給部４０に設けら
れたコネクタ４０ａに接続された同軸ケーブル３０によ
って接続されている。

【００３４】さらに、本実施形態では、上記同軸ケーブ
ル３０による電気的接続が確実に行われているか否かを
検出するために、マッチングボックス１０内には、信号
供給機構１００が設けられ、高周波電力供給部４０に
は、信号検出機構２００が設けられている。

【００３５】上記信号供給機構１００は、高周波電力成
分を遮断するためのチョークコイル１０１、コンデンサ
１０２、直流電源１０３等から構成されており、接続検
知信号として直流電源１０３からの直流電圧信号をコネ
クタ１０ａを介して同軸ケーブル３０に供給するよう構
成されている。なお、整合器１１には、インピーダンス
マッチングをとるための図示しないコンデンサが設けら
れており、このコンデンサによって、直流電源１０３か
らの直流電圧信号が、載置台２側に漏れることが防止さ
れる。

【００３６】一方、上記信号検出機構２００は、高周波
電力成分を遮断するためのチョークコイル２０１、コン
デンサ２０２、リレー２０３等から構成されており、信
号供給機構１００から同軸ケーブル３０に供給された接
続検知信号としての直流電圧信号を、コネクタ４０ａを
介して検出するようになっている。なお、同軸ケーブル
３０が接続されるコネクタ４０ａと、高周波電源４１と
の間には、コンデンサ４３が設けられており、このコン
デンサ４３によって、直流電源１０３からの直流電圧信
号が、高周波電源４１側に漏れることが防止される。

【００３７】そして、上述した同軸ケーブル３０の両端
が、夫々マッチングボックス１０のコネクタ１０ａと、
高周波電力供給部４０のコネクタ４０ａとに接続され、
これらの間に電気的な導通がある場合には、信号供給機
構１００側からの直流電圧信号が、同軸ケーブル３０を
介して信号検出機構２００側に伝えられ、この直流電圧
信号によって、リレー２０３が作動するようになってい
る。このリレー２０３の接点は、高周波電源４１のオ
ン、オフを制御するインターロック機構（Ｉ／Ｌ）４２
に接続され、インターロック機構（Ｉ／Ｌ）４２は、リ
レー２０３が直流電圧信号によって作動されている場合
にのみ、高周波電源４１をオンとするように制御する。

【００３８】したがって、例えば、同軸ケーブル３０の
両端がコネクタ１０ａ、４０ａに接続されておらず、電
気的な導通が得られていない場合、あるいは、同軸ケー
ブル３０の両端がコネクタ１０ａ、４０ａに接続されて
いても途中で断線していて電気的な導通が得られていな
い場合等には、高周波電源４１が、オンとなることはな
く、かかる状態で高周波電源４１がオンとなる危険性を
確実に回避することができる。

【００３９】なお、上記の実施形態では、処理部側（マ
ッチングボックス１０）に信号供給機構１００を設け、
高周波電力供給部４０側に信号検出機構２００を設けた
場合について説明したが、これとは反対に、高周波電力
供給部４０側に信号供給機構１００を設け、処理部側
（マッチングボックス１０）に信号検出機構２００を設
けても良い。

【００４０】また、上記の実施形態では、直流電圧信号
によってリレー２０３を作動させ、これによって直流電
圧信号の有無を検知するように構成した場合について説
明したが、直流電圧信号の有無の検知機構はかかる構成
のものに限られるものではなく、どのようなものでも良
い。例えば、図２に示す信号検出機構２００ａのよう
に、電圧測定機構２１０と、電圧判定機構２１１を設
け、同軸ケーブル３０を介して伝えられる直流電圧信号
の電圧値を測定し、この直流電圧信号の電圧値が予め設
定された所定値以上のときのみインターロック機構（Ｉ
／Ｌ）４２にオン信号を送り、高周波電源４１を作動さ
せるようにすれば、例えば、同軸ケーブル３０が半断線
状態となっていて、電気的導通の状態が十分でないよう
な場合にも、かかる状態で高周波電源４１がオンとなる
危険性を確実に回避することができる。

【００４１】なお、上記の各実施形態では、高周波電力
と分離可能な信号として、直流電圧信号を用いた場合に
ついて説明したが、必ずしも直流電圧信号を用いる必要
はなく、例えば、高周波電力の周波数より低い周波数の
高周波信号等、高周波電力と分離可能な信号であれば他
の信号を用いることもできる。

【００４２】ところで、図３は、上述した同軸ケーブル
３０と、マッチングボックス１０のコネクタ１０ａとの
接続部の概略構成を模式的に示すものである。同図に示
されるとおり、同軸ケーブル３０には、コネクタ１０ａ
と接続されるコネクタ３１とカバー３２が設けられてい
る。そして、コネクタ１０ａとコネクタ３１とを接続
し、カバー３２を複数のねじ３３によってマッチングボ
ックス１０に取り付けて、コネクタ１０ａとコネクタ３
１との接続部分をカバー３２で覆うようになっている。

【００４３】また、カバー３２にはピン３４が設けられ
ており、カバー３２がマッチングボックス１０に取り付
けられ、ピン３４がマッチングボックス１０側に設けら
れた透孔１０ｂに挿入されると、センサー１０ｃによっ
て、このピン３４が透孔１０ｂに挿入されたことを検知
するようになっている。

【００４４】そして、このセンサー１０ｃによるピン３
４の検知信号が有る場合にのみ、高周波電源４１がオン
されるよう構成されている。また、上記と同様な構成の
カバー及びセンサーは、同軸ケーブル３０の他端側、つ
まり、高周波電力供給部４０のコネクタ４０ａとの接続
部にも設けられている。

【００４５】したがって、高周波電源４１は、実質的
に、上記のセンサー１０ｃ等による検知信号と、前述し
た信号検出機構２００による接続検知信号の双方が検出
された場合のみ、つまりこれらのアンド条件が満たされ
た場合にのみオンされるようになっている。

【００４６】このように構成することにより、より安全
性を高めることができ、特に、高周波電源４１がオンと
されている最中に、誤ってコネクタ１０ａとコネクタ３
１とを取り外そうとした場合に、カバー３２を取り外し
た時点で、高周波電源４１がオフとされるため、かかる
誤操作によるトラブルの発生を未然に防止することがで
きる。

【００４７】次に、上記のように構成されたエッチング
装置によるエッチング処理の手順について説明する。

【００４８】まず、真空チャンバ１に設けられた図示し
ないゲートバルブを開放し、このゲートバルブに隣接し
て配置されたロードロック室（図示せず）を介して、搬
送機構（図示せず）により半導体ウエハＷを真空チャン
バ１内に搬入し、載置台２上に載置する。そして、直流
電源５から静電チャック４の静電チャック用電極４ａに
所定の電圧を印加し、半導体ウエハＷをクーロン力等に
より吸着する。

【００４９】この後、搬送機構を真空チャンバ１外へ退
避させた後、ゲートバルブを閉じ、排気系５０の真空ポ
ンプにより排気ポート１３を通じて真空チャンバ１内を
排気しつつ、圧力制御が行われる。

【００５０】そして、真空チャンバ１内が所定の真空度
になった後、真空チャンバ１内には、処理ガス供給系６
０から、所定のエッチングガスが、所定流量で導入さ
れ、真空チャンバ１内が所定の圧力、例えば１．３３〜
１３３Ｐａ（１０〜１０００ｍＴｏｒｒ）に保持され
る。

【００５１】そして、この状態で高周波電源４１から、
載置台２に、所定周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）の
高周波電力を供給する。

【００５２】そして、下部電極である載置台２に高周波
電力が印加されることにより、上部電極であるシャワー
ヘッド１５と下部電極である載置台２との間の処理空間
には高周波電界が形成されるとともに、磁場形成機構２
０による磁場が形成され、この状態でプラズマによるエ
ッチングが行われる。

【００５３】なお、この場合、前述したとおり、同軸ケ
ーブル３０の両端が、コネクタ１０ａ、４０ａに接続さ
れておらず電気的な導通が得られていない場合、あるい
は、同軸ケーブル３０の両端がコネクタ１０ａ、４０ａ
に接続されていても途中で断線していて電気的な導通が
得られていない場合等には、高周波電源４１がオンとな
ることはなく、確実に電気的な導通が得られている場合
にのみ高周波電源４１がオンとなり、処理が実行され
る。

【００５４】そして、所定のエッチング処理が実行され
ると、高周波電源１１からの高周波電力の供給を停止す
ることによって、エッチング処理を停止し、上述した手
順とは逆の手順で、半導体ウエハＷを真空チャンバ１外
に搬出する。

【００５５】なお、上述した実施形態では、本発明を、
下部電極にのみ高周波電力を供給するタイプのエッチン
グ装置に適用した例について説明したが、本発明はかか
る場合に限定されるものではなく、例えば、上部電極と
下部電極の双方に高周波電力を供給するタイプのエッチ
ング装置や、成膜を行うプラズマ処理装置等、あらゆる
プラズマ処理装置に適用することができる。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
高周波電力供給部と処理部との電気的な接続状態を確実
に、かつ、容易に検知することができ、従来に比べてよ
り安全性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の
概略構成を示す図。

【図２】本発明の他の実施形態に係るプラズマ処理装置
の要部概略構成を示す図。

【図３】本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の
要部概略構成を示す図。

【符号の説明】

Ｗ……半導体ウエハ、１……真空チャンバ、２……載置
台（下部電極）、９……給電線、１０……マッチングボ
ックス、１０ａ……コネクタ、１１……整合器、１５…
…シャワーヘッド（上部電極）、３０……同軸ケーブ
ル、４０……高周波電力供給部、４０ａ……コネクタ、
４１……高周波電源、４２……インターロック機構（Ｉ
／Ｌ）、１００……信号供給機構、２００……信号検出
機構。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に収容した被処理物にプラズマを作
   用させて処理する真空チャンバを具備した処理部と、 プラズマを発生させるための高周波電力を供給する高周
   波電源と、 前記高周波電源と前記処理部とを電気的に接続し、前記
   高周波電源からの高周波電力を前記処理部に供給する接
   続ケーブルと、 前記接続ケーブルの一端側から当該接続ケーブルに前記
   高周波電力と分離可能な接続検知信号を供給する信号供
   給手段と、 前記接続ケーブルの他端側から、前記接続検知信号を検
   出する信号検出手段と、 前記信号検出手段による検出結果に基づいて前記高周波
   電源からの高周波電力の供給を制御する制御手段とを具
   備したことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のプラズマ処理装置におい
   て、 前記信号供給手段が前記接続検知信号として直流信号を
   供給するよう構成されたことを特徴とするプラズマ処理
   装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載のプラズマ処理装置におい
   て、 前記信号検出手段が、前記信号供給手段からの直流信号
   と、前記高周波電力とを分離するための分離手段を具備
   したことを特徴とするプラズマ処理装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載のプラズマ処理装置におい
   て、 前記信号検出手段が、前記信号供給手段からの直流信号
   の電圧値を検出して前記接続ケーブルによる接続状態を
   検知することを特徴とするプラズマ処理装置。
5. 【請求項５】 請求項１〜４いずれか一項記載のプラズ
   マ処理装置において、 前記信号供給手段が前記処理部側に設けられ、前記信号
   検出手段が前記高周波電源側に設けられていることを特
   徴とするプラズマ処理装置。
6. 【請求項６】 請求項１〜５いずれか一項記載のプラズ
   マ処理装置において、 前記処理部に整合器が設けられ、前記接続ケーブルが当
   該整合器に接続されていることを特徴とするプラズマ処
   理装置。
7. 【請求項７】 請求項６記載のプラズマ処理装置におい
   て、 前記信号検出手段が、前記整合器が設けられたボックス
   内に設けられていることを特徴とするプラズマ処理装
   置。
8. 【請求項８】 請求項１〜７いずれか一項記載のプラズ
   マ処理装置において、 前記処理部が、前記高周波電源が配置された部屋より清
   浄度の高い部屋に配置されていることを特徴とするプラ
   ズマ処理装置。
9. 【請求項９】 請求項１〜８いずれか一項記載のプラズ
   マ処理装置において、 前記接続ケーブルと、前記高周波電源及び前記処理部と
   の接続部分に、当該接続部分を覆うカバーが着脱自在に
   設けられ、センサーによって前記カバーが取り付けられ
   ていることが検出されている場合にのみ、前記高周波電
   源からの高周波電力の供給を行うよう構成されたことを
   特徴とするプラズマ処理装置。