DE102005063259B4

DE102005063259B4 - Method and measuring device for measuring the temperature of a process gas

Info

Publication number: DE102005063259B4
Application number: DE102005063259A
Authority: DE
Inventors: Stephan Wege; Axel Henke; Joerg Sobe; Andreas Steinbach; Marco Reinicke; Sven Barth
Original assignee: Qimonda AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2005-12-30
Filing date: 2005-12-30
Publication date: 2009-04-16
Anticipated expiration: 2025-12-31
Also published as: DE102005063259A1

Abstract

Verfahren zum Messen der Temperatur (T1) eines Prozessgases (30) in einem Plasma (70), das in einer Prozesskammer (20) einer Bearbeitungseinrichtung (10) enthalten ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
– mit einer Strahlungsquelle (210) ein elektromagnetischer Strahl (245) durch eine Einkoppelvorrichtung (430, 440) in die Prozesskammer (20) und dort durch das Prozessgas (30) geleitet und anschließend empfangen wird,
– das spektrale Absorptionsverhalten eines vorgegebenen Gasbestandteils des Prozessgases (30) im Bereich einer Absorptionslinie (λ1) des Gasbestandteils gemessen wird und
– unter Heranziehung des gemessenen spektralen Absorptionsverhaltens des Gasbestandteiles die Temperatur (T1) des Prozessgases (30) bestimmt wird.Method for measuring the temperature (T1) of a process gas (30) in a plasma (70) contained in a process chamber (20) of a processing device (10),
characterized in that
- With a radiation source (210) an electromagnetic beam (245) through a coupling device (430, 440) in the process chamber (20) and there passed through the process gas (30) and then received,
- The spectral absorption behavior of a given gas component of the process gas (30) in the region of an absorption line (λ1) of the gas component is measured and
- Using the measured spectral absorption behavior of the gas component, the temperature (T1) of the process gas (30) is determined.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Messen der Temperatur eines Prozessgases in einem Plasma, das in einer Prozesskammer einer Bearbeitungseinrichtung enthalten ist. Bearbeitungseinrichtungen können beispielsweise durch Beschichtungsanlagen (z. B. CVD-Anlagen oder Sputter-Anlagen) oder Ätzanlagen (z. B. Plasmaätzanlagen) gebildet sein.The The invention relates to a method of measuring temperature a process gas in a plasma, in a process chamber of a processing device is included. Machining equipment can, for example, by coating equipment (eg CVD systems or sputter systems) or etching systems (eg plasma etching systems) be formed.

Bekanntermaßen lassen sich in Prozesskammern Temperaturfühler einsetzen, um die Temperatur innerhalb der Prozesskammer zu bestimmen. Problematisch bei Temperaturfühlern ist jedoch, dass sich diese in der Regel nicht unmittelbar im „aktiven Bereich" der Prozesskammer montieren lassen, weil sie dort die Gasverteilung und das Raumpotenzial stören würden. Außerdem sind Prozessgase innerhalb von Prozesskammern meist chemisch sehr aggressiv, so dass eine aufwändige Verkleidung der Temperaturfühler erforderlich ist.As you know, let In temperature chambers, use temperature sensors in process chambers within the process chamber. Problematic with temperature sensors is however, these are usually not directly in the "active area" of the process chamber be installed because they would disturb the gas distribution and the room potential there. Besides, they are Process gases within process chambers mostly chemically very aggressive, so an elaborate Covering the temperature sensor is required.

Aus der JP 2004-093420 A ist ein Verfahren und eine Messeinrichtung zum Messen der Temperatur eines Gases bekannt.From the JP 2004-093420 A For example, a method and a measuring device for measuring the temperature of a gas is known.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Messen der Temperatur eines Prozessgases anzugeben, mit dem sich sehr genaue Temperaturangaben auch für den aktiven Bereich einer Prozesskammer in einfacher Weise erhalten lassen.Of the Invention is based on the object, a method for measuring the Specify the temperature of a process gas, which is very accurate temperature specifications also for obtain the active area of a process chamber in a simple manner to let.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Unteransprüchen angegeben.These The object is achieved by a Method with the features according to claim 1 solved. Advantageous embodiments of the method according to the invention are specified in subclaims.

Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass mit einer Strahlungsquelle ein elektromagnetischer Strahl durch eine Einkop pelvorrichtung in die Prozesskammer und dort durch das Prozessgas geleitet und anschließend empfangen wird, das spektrale Absorptionsverhalten eines vorgegebenen Gasbestandteils des Prozessgases im Bereich einer Absorptionslinie des Gasbe standteils gemessen wird und unter Heranziehung des gemessenen spektralen Absorptionsverhaltens des Gasbestandteiles die Temperatur des Prozessgases bestimmt wird.After that is inventively provided that with a radiation source an electromagnetic beam through a Einkop pelvorrichtung in the process chamber and there by the Process gas is passed and then received, the spectral Absorption behavior of a given gas component of the process gas is measured in the region of an absorption line of Gasbe component and using the measured spectral absorption behavior the gas component, the temperature of the process gas is determined.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass sich mit diesem die Temperatur innerhalb der Prozesskammer von außen messen lässt. Temperaturfühler innerhalb der Prozesskammer sind nicht erforderlich. Auch die Temperatur eines chemisch aggressiven Gases kann so ohne weiteres vermessen werden.One An essential advantage of the method according to the invention is that with this the temperature within the process chamber of Outside can measure. temperature sensor within the process chamber are not required. Also the temperature of a chemically aggressive gas can be measured so easily become.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass sich mit diesem die Temperatur auch unmittelbar oberhalb eines Substrats, z. B. unmittelbar oberhalb eines Wafers, messen lässt, weil auf die Gasverteilung im Inneren der Prozesskammer durch die Messung kein Einfluss genommen wird.One Another significant advantage of the method according to the invention is to see that with this the temperature is also immediately above a substrate, e.g. B. immediately above a wafer, measure leaves, because of the gas distribution inside the process chamber through the Measurement is not influenced.

Bevorzugt wird die Absorptionslinienbreite der Absorptionslinie des Gasbestandteiles bestimmt und die Temperatur unter Heranziehung der Absorptionslinienbreite ermittelt.Prefers becomes the absorption line width of the absorption line of the gas component determined and the temperature using the absorption line width determined.

Beispielsweise wird die Temperatur ermittelt, indem die gemessene Absorptionslinienbreite mit einem vorab gemessenen, simulierten oder berechneten Absorptionstemperaturverhalten des vorgegebenen Gasbestandteiles verglichen wird. Es kann dabei beispielsweise auf das Lambert-Beer-Gesetz zurückgegriffen und über den Dopplereffekt auf die Temperatur geschlossen werden.For example The temperature is determined by the measured absorption line width with a pre-measured, simulated or calculated absorption temperature behavior the predetermined gas component is compared. It can for example resorted to the Lambert-Beer law and over the Doppler effect on the temperature can be concluded.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Variante des Messverfahrens ist vorgesehen, dass der elektromagnetische Strahl der Strahlungsquelle in zumindest zwei Einzelstrahlen aufgeteilt wird, von denen einer als Messstrahl durch die Prozesskammer hindurchgeleitet wird und ein anderer als Referenzstrahl durch eine Referenzgaszelle hindurchgeleitet wird.According to one particularly advantageous variant of the measuring method is provided, that the electromagnetic beam of the radiation source in at least two individual beams is divided, one of which as a measuring beam is passed through the process chamber and another as Reference beam is passed through a reference gas cell.

Der Referenzstrahl wird beispielsweise nach dem Passieren der Referenzgaszelle unter Bildung eines Referenzmessergebnisses gemessen und das Referenzmessergebnis wird zum Kalibrieren der Strahlungsquelle herangezogen.Of the Reference beam, for example, after passing the reference gas cell measured to form a reference measurement result and the reference measurement result is used to calibrate the radiation source.

Im Rahmen des Kalibrierens der Strahlungsquelle wird die Wellenlänge der Strahlungsquelle vorzugsweise derart eingestellt, dass die Strahlungsquelle Strahlung in einem Wellenlängenbereich emittiert, in dem die Absorptionslinie des vorgegebenen Gasbestandteils der Prozesskammer liegt.in the As part of calibrating the radiation source, the wavelength of the Radiation source preferably adjusted such that the radiation source Radiation in a wavelength range emitted, in which the absorption line of the predetermined gas component the process chamber is located.

Im Rahmen des Kalibrierens der Strahlungsquelle wird anhand des Referenzmessergebnisses beispielsweise festgestellt, in welchem Wellenlängenbereich die Strahlungsquelle tatsächlich Strahlung emittiert. Die Strahlungsquelle wird dann dementsprechend derart angesteuert, dass sie Strahlung in dem für die Prozesskammer relevanten Wellenlängenbereich aussendet, also in einem Wellenlängenbereich, in dem die Absorptionslinie des vorgegebenen Gasbestandteils der Prozesskammer liegt bzw. „vermutet" wird. Die Feststellung des Emissionswellenlängenbereichs der Strahlungsquelle erfolgt beispielsweise durch einen Vergleich des Referenzmessergebnisses mit vorab gemessenen, berechneten oder simulierten Absorptionsspektren („Fingerabdrücken") des Referenzgases.in the The scope of calibrating the radiation source is determined by the reference measurement result, for example determined in which wavelength range the radiation source actually Emitted radiation. The radiation source then becomes corresponding controlled such that they radiation in the relevant for the process chamber Wavelength range emitted, ie in a wavelength range, in which the absorption line of the predetermined gas component of Process chamber is or "suspected" is the finding of the emission wavelength range the radiation source is done for example by comparison of the reference measurement with pre-measured, calculated or simulated absorption spectra ("fingerprints") of the reference gas.

Vorzugsweise wird als Referenzgaszelle eine Referenzgaszelle verwendet, die den vorgegebenen Gasbestandteil des Prozessgases der Prozesskammer enthält. Die Temperatur der Referenzgaszelle wird beispielsweise auf eine vorgegebene Solltemperatur eingestellt oder es wird die Temperatur der Referenzgaszelle gemessen.Preferably is used as a reference gas cell, a reference gas cell, the contains predetermined gas component of the process gas of the process chamber. The Temperature of the reference gas cell, for example, to a predetermined target temperature set or the temperature of the reference gas cell is measured.

Die Absorptionslinienbreite der Absorptionslinie des vorgegebenen Gasbestandteiles kann in der Referenzgaszelle unter Bildung einer Referenzlinienbreite gemessen werden und es kann die Bestimmung der Temperatur des Prozessgases in der Prozesskammer unter Heranziehung der Temperatur der Referenz gaszelle, der Referenzlinienbreite und der gemessenen Absorptionslinienbreite des Gasbestandteiles in der Prozesskammer erfolgen.The Absorption line width of the absorption line of the given gas constituent can in the reference gas cell to form a reference line width can be measured and it can be the determination of the temperature of the process gas in the process chamber using the temperature of the reference gas cell, the reference line width and the measured absorption line width the gas component take place in the process chamber.

Als Strahlungsquelle wird bevorzugt ein durchstimmbarer Laser, vorzugsweise ein schmalbandiger, Laser verwendet. „Schmalbandig" ist ein Laser, wenn dessen spektrale Emissionsbreite nur wenig größer als die spektrale Breite von Absorptionsmaxima des Prozessgases und des Referenzgases ist, damit diese sehr genau gemessen werden können.When Radiation source is preferably a tunable laser, preferably a narrowband, laser used. "Narrowband" is a laser, though its spectral emission width only slightly larger than the spectral width of absorption maxima of the process gas and the reference gas, so that they can be measured very accurately.

Zusätzlich kann auch die Konzentration des Gasbestandteiles in der Prozesskammer anhand des gemessenen spektralen Absorptionsverhaltens des Gasbestandteiles unter Bildung einer Konzentrationsangabe bestimmt werden.In addition, can also the concentration of the gas component in the process chamber based on the measured spectral absorption behavior of the gas component be determined with the formation of a concentration.

Beispielsweise kann als Konzentrationsangabe ein Konzentrationsmesswert gebildet werden, der die Konzentration des Gasbestandteiles in der Prozesskammer angibt, sofern sich in der Referenzgaszelle auch der Gasbestandteil befindet. Der Konzentrationsmesswert kann beispielsweise erzeugt werden, indem der Referenzabsorptionswert des Referenzstrahles und der Absorptionswert des Messstrahles unter Berücksichtigung der voreingestellten Konzentration des Gasbestandteiles in der Referenzgaszelle ausgewertet werden. Beispielsweise kann die Konzentrationsangabe K gebildet werden gemäß: K = K0·A1/A2,wobei K0 die vorgegebene Konzentration des Gasbestandteils in der Referenzgaszelle, A1 den gemessenen Absorptionswert in der Prozesskammer und A2 den gemessenen Absorptionswert in der Referenzgaszelle bezeichnet.For example, a concentration measured value can be formed as a concentration indication, which indicates the concentration of the gas constituent in the process chamber, if the gas constituent is also present in the reference gas cell. The concentration measurement value can be generated, for example, by evaluating the reference absorption value of the reference beam and the absorption value of the measurement beam taking into consideration the preset concentration of the gas component in the reference gas cell. For example, the concentration indication K can be formed according to: K = K 0 .A1 / A2, where K0 denotes the predetermined concentration of the gas component in the reference gas cell, A1 the measured absorption value in the process chamber and A2 the measured absorption value in the reference gas cell.

Bevorzugt wird die Temperatur des Prozessgases oberhalb einer durch das Prozessgas zu bearbeitenden Oberfläche eines Substrats gemessen, indem der elektromagnetische Strahl oberhalb der Oberfläche des Substrats durch das Prozessgas hindurch geleitet wird. Der Abstand zwischen Substrat und Strahl beträgt vorzugsweise zwischen 25 und 60 mm.Prefers the temperature of the process gas is above a through the process gas to be processed surface of a substrate measured by the electromagnetic beam above the surface of the Substrate is passed through the process gas. The distance between the substrate and the beam is preferably between 25 and 60 mm.

Besonders bevorzugt wird der Messstrahl zumindest einmal derart reflektiert, dass er durch das Prozessgas zumindest zweimal hindurch tritt. Beispielsweise wird der Messstrahl an der Oberfläche eines in der Prozesskammer zu bearbeitenden Substrates reflektiert.Especially Preferably, the measuring beam is reflected at least once in such a way, that it passes through the process gas at least twice. For example the measuring beam is at the surface of one in the process chamber reflected substrate to be processed.

Alternativ wird der Messstrahl an einem Reflektor reflektiert, der beispielsweise im Bereich einer Seitenwand der Prozesskammer angeordnet ist. Vorzugsweise ist ein solcher Reflektor im Bereich einer Öffnungstür einer Innenwandverkleidung der Prozesskammer, insbesondere eines Liners der Prozesskammer, angeordnet, beispielsweise im Bereich eines Öffnungsschlitzes der Prozesskammer.alternative the measuring beam is reflected at a reflector, for example is arranged in the region of a side wall of the process chamber. Preferably is such a reflector in the region of an opening door of an inner wall paneling the process chamber, in particular a liner of the process chamber, arranged, for example in the region of an opening slit of the process chamber.

Der Reflektor kann im Übrigen eine retroreflektierende Oberfläche aufweisen, um einen möglichst geringen Justage- bzw. Positionieraufwand beim Anbringen des Reflektors zu ermöglichen. Die retroreflektierende Oberfläche ist beispielsweise durch eine Mehrzahl an Reflektionsflächen gebildet, die jeweils paarweise senkrecht zueinander stehen. Vorzugsweise sind die Reflektionsflächen durch Prismenflächen oder durch verspiegelte, pyramidenförmige Vertiefungen gebildet, deren Oberflächen jeweils im Rechten Winkel zueinander stehen. Der Reflektor kann also beispielsweise durch ein sogenanntes „technisches" Katzenauge gebildet sein.Of the By the way, reflector can a retroreflective surface have one as possible low adjustment or positioning effort when attaching the reflector to enable. The retroreflective surface is formed for example by a plurality of reflection surfaces, the in pairs perpendicular to each other. Preferably the reflection surfaces through prism surfaces or formed by mirrored, pyramidal depressions, their surfaces each at right angles to each other. The reflector can So for example, formed by a so-called "technical" cat's eye be.

Ein Reflektor mit retro-reflektierender Oberfläche ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Reflektor im Bereich einer Öffnungstür der Prozesskammer installiert wird, denn bei einem solchen Reflektor treten selbst bei Abweichungen der Türposition von einer vorgegebenen Idealposition keine oder nur geringfügige Auswirkungen auf die Intensität oder die Richtung des reflektierten Strahles auf.One Reflector with retro-reflective surface is particularly of Advantage, when the reflector installed in the region of an opening door of the process chamber becomes, because with such a reflector occur even with deviations the door position from a given ideal position little or no effect on the intensity or the direction of the reflected beam.

Als selbständige Erfindung wird außerdem ein Verfahren zum Messen der Konzentration eines vorgegebenen Gasbestandteiles eines Prozessgases, das in einer Prozesskammer einer Bearbeitungseinrichtung enthalten ist, angesehen.When independent Invention is also a Method for measuring the concentration of a given gas constituent a process gas in a process chamber of a processing device is included.

Bezüglich eines solchen Verfahrens liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Messen der Konzentration eines vorgegebenen Gasbestandteiles anzugeben, mit dem sich sehr genaue Messwerte auch für den aktiven Bereich einer Prozesskammer in einfacher Weise erhalten lassen.Regarding one Such a method of the invention is the object of a Method for measuring the concentration of a given gas constituent To specify with the very accurate readings for the active Area of a process chamber can be obtained in a simple manner.

Erfindungsgemäß wird mit einer Strahlungsquelle ein elektromagnetischer Strahl durch das Prozessgas hindurchgeleitet; es wird die Absorption des Strahles durch den vorgegebenen Gasbestandteil gemessen und es wird unter Heranziehung des gemessenen Absorptionswertes die Konzentration des Gasbestandteiles bestimmt.According to the invention, an electromagnetic beam is passed through the process gas with a radiation source; it is the absorption of the beam by the predetermined gas component measured and it is using the Ge absorbance value determines the concentration of the gas constituent.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der elektromagnetische Strahl der Strahlungsquelle in zumindest zwei Einzelstrahlen aufgeteilt wird, von denen einer als Messstrahl durch die Prozesskammer hindurchgeleitet wird und ein anderer als Referenzstrahl durch eine Referenzgaszelle hindurchgeleitet wird, in die Referenzgaszelle der zu messende Gasbestandteil in einer vorgegebenen Konzentration eingeführt wird, die Absorption des Messstrahles innerhalb der Prozesskammer und die Absorption des Referenzstrahles innerhalb der Referenzgaszelle gemessen wird und eine Konzentrationsangabe für den Gasbestandteil in der Prozesskammer anhand der gemessenen Absorptionswerte erzeugt wird.Preferably is provided that the electromagnetic beam of the radiation source is divided into at least two individual beams, one of which is passed as a measuring beam through the process chamber and another as a reference beam passed through a reference gas cell is in the reference gas cell to be measured gas component in a predetermined concentration is introduced, the absorption of the Measuring beam within the process chamber and the absorption of the Reference beam is measured within the reference gas cell and a concentration indication for the gas component in the process chamber based on the measured absorption values is produced.

Beispielsweise werden die gemessenen Absorptionswerte in Bezug zueinander gesetzt, und es wird das Verhältnis der gemessenen Absorptionswerte zueinander sowie die vorgegebene Konzentration des Gasbestandteils in der Referenzgaszelle ver wertet. Beispielsweise kann eine Konzentrationsangabe K gebildet werden gemäß: K = K0·A1/A2,wobei K0 die vorgegebene Konzentration des Gasbestandteils in der Referenzgaszelle, A1 den gemessenen Absorptionswert in der Prozesskammer und A2 den gemessenen Absorptionswert in der Referenzgaszelle bezeichnet.For example, the measured absorption values are set in relation to each other, and the ratio of the measured absorption values to each other and the predetermined concentration of the gas component in the reference gas cell are evaluated. For example, a concentration indication K can be formed according to: K = K 0 .A1 / A2, where K0 denotes the predetermined concentration of the gas component in the reference gas cell, A1 the measured absorption value in the process chamber and A2 the measured absorption value in the reference gas cell.

Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Messeinrichtung zum Messen der Temperatur eines Prozessgases in einem Plasma, das in einer Prozesskammer einer Bearbeitungseinrichtung enthalten ist.The Invention also relates to a measuring device for measuring the temperature of a process gas in a plasma in a process chamber of a processing device is included.

Der Erfindung liegt diesbezüglich die Aufgabe zugrunde, eine Messeinrichtung anzugeben, mit der sich sehr genaue Temperaturangaben auch für den aktiven Bereich einer Prozesskammer einer Bearbeitungseinrichtung in einfacher Weise erhalten lassen.Of the Invention is in this regard the task of specifying a measuring device with which very accurate temperature data also for the active area of a Process chamber of a processing device can be obtained in a simple manner.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Messeinrichtung gelöst, die gekennzeichnet ist durch

– eine Strahlungsquelle, die einen elektromagnetischen Strahl durch eine Einkoppelvorrichtung in die Prozesskammer und dort durch das Prozessgas hindurchleitet,
– einen Detektor zur Messung der Intensität des durch das Prozessgas hindurchgeleiten Strahls, und
– eine Steuereinrichtung, die mit der Strahlungsquelle und dem Detektor verbunden ist, wobei die Strahlungsquelle durch die Steuereinrichtung gezielt ansteuerbar ist, so dass das spektrale Absorptionsverhalten eines vorgegebenen Gasbestandteils des Prozessgases im Bereich einer Absorptionslinie des Gasbestandteils mit dem Detektor messbar ist und unter Heranziehung des gemessenen spektralen Absorptionsverhaltens des Gasbestandteiles die Temperatur des Prozessgases bestimmbar ist.

This object is achieved by a measuring device, which is characterized by

A radiation source which passes an electromagnetic beam through a coupling device into the process chamber and there through the process gas,
A detector for measuring the intensity of the beam passing through the process gas, and
A control device which is connected to the radiation source and the detector, wherein the radiation source can be selectively controlled by the control device, so that the spectral absorption behavior of a given gas component of the process gas in the region of an absorption line of the gas component with the detector can be measured and using the measured Spectral absorption behavior of the gas component, the temperature of the process gas can be determined.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Messeinrichtung sind in Unteransprüchen angegeben.advantageous Embodiments of the measuring device are specified in subclaims.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigen beispielhaft:The The invention will be explained in more detail with reference to embodiments. there show by way of example:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem ersten Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Messeinrichtung, 1 a first embodiment of an arrangement for carrying out the method according to the invention with a first embodiment of a measuring device according to the invention,

2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem zweiten Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Messeinrichtung, 2 A second embodiment of an arrangement for carrying out the method according to the invention with a second embodiment of a measuring device according to the invention,

3 die Anordnung gemäß 1 oder 2 von oben gesehen, 3 the arrangement according to 1 or 2 seen from above,

4 beispielhaft die Anordnung eines Reflektors im Bereich eines Liners bei der Anordnung gemäß 3 in einer seitlichen Sicht, 4 exemplifies the arrangement of a reflector in the region of a liner in the arrangement according to 3 in a lateral view,

5 und 6 ein Ausführungsbeispiel für einen Reflektor, der bei den beiden Anordnungen gemäß den 1 und 2 Verwendung finden kann, und 5 and 6 an embodiment of a reflector, which in the two arrangements according to the 1 and 2 Can be used, and

7 beispielhaft ein Absorptionsverlauf zur Erläuterung des Lambert-Beer-Gesetzes. 7 an example of an absorption curve to explain the Lambert-Beer law.

In den 1 bis 7 werden für identische oder vergleichbare Komponenten der Übersicht halber identische Bezugszeichen verwendet.In the 1 to 7 For identical or comparable components, identical reference numbers are used for the sake of clarity.

In der 1 erkennt man eine Bearbeitungseinrichtung 10 mit einer Prozesskammer 20, in der ein Prozessgas 30 enthalten ist. Die Bearbeitungseinrichtung 10 kann beispielsweise eine Beschichtungsanlage, (z. B. CVD-Anlage oder Sputter-Anlage) oder eine Ätzanlage (z. B. Plasmaätzanlage) sein.In the 1 one recognizes a processing device 10 with a process chamber 20 in which a process gas 30 is included. The processing device 10 For example, it may be a coating plant (eg CVD plant or sputtering plant) or an etching plant (eg plasma etching plant).

Die Prozesskammer 20 ist mit einer Kathode 40 sowie einer Anode 50 ausgestattet, die mit einer Hochfrequenzquelle 60 in Verbindung stehen. Mit der Hochfrequenzquelle 60 lässt sich an der Anode 50 und der Kathode 40 eine derartige Hochfrequenzspannung erzeugen, dass im Prozessgas 30 ein Plasma 70 entsteht. Durch die Plasmabildung werden Ionen 80 sowie Radikale 90 gebildet, die ein in der Prozesskammer 20 befindliches Substrat 100, beispielsweise einen Siliziumwafer, bearbeiten.The process chamber 20 is with a cathode 40 as well as an anode 50 equipped with a high frequency source 60 keep in touch. With the high frequency source 60 can be at the anode 50 and the cathode 40 generate such a high-frequency voltage that in the process gas 30 a plasma 70 arises. By the plasma formation who the ions 80 as well as radicals 90 formed one in the process chamber 20 located substrate 100 , For example, a silicon wafer, edit.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist die Oberfläche 110 des Substrats 100 mit einer Maske 120 versehen, wodurch das Plasma 70 ausschließlich an den unmaskierten Abschnitten 130 der Oberfläche 110 auf das Substrat 100 einwirken kann.In the embodiment according to 1 is the surface 110 of the substrate 100 with a mask 120 provided, causing the plasma 70 only on the unmasked sections 130 the surface 110 on the substrate 100 can act.

Zu der Bearbeitungseinrichtung 10 gehört eine Messeinrichtung 200 zum Messen der Temperatur T1 im Inneren des Prozessgases 30. Die Messeinrichtung 200 umfasst eine Strahlungsquelle 210 in Form eines beispielsweise durchstimmbaren Infrarotlasers. Die Strahlungsquelle 210 erzeugt einen elektromagnetischen Strahl, beispielsweise einen Infrarotstrahl 230, der durch das Prozessgas 30 hindurch auf einen Reflektor 220 geleitet wird. Der Reflektor 220 reflektiert den einfallenden Infrarotstrahl 230 zurück in Richtung der Strahlungsquelle 210, wodurch ein reflektierter Infrarotstrahl 240 gebildet wird. Der einfallende Infrarotstrahl 230 sowie der reflektierte Infrarotstrahl 240 bilden gemeinsam einen Messstrahl 245.To the processing device 10 belongs a measuring device 200 for measuring the temperature T1 inside the process gas 30 , The measuring device 200 includes a radiation source 210 in the form of a tunable infrared laser, for example. The radiation source 210 generates an electromagnetic beam, for example an infrared beam 230 by the process gas 30 through to a reflector 220 is directed. The reflector 220 reflects the incident infrared ray 230 back in the direction of the radiation source 210 , creating a reflected infrared ray 240 is formed. The incident infrared ray 230 as well as the reflected infrared ray 240 together form a measuring beam 245 ,

Während des Betriebs der Messeinrichtung 200 wird mit einem Detektor 250 die Absorption des Messstrahls 245 in einem vorgegebenen Spektralbereich gemessen. Die Steuerung des Lasers 210 erfolgt in der nachstehend beschriebenen Weise durch eine Steuereinrichtung 255, die mit dem Detektor 250 und dem Laser 210 in Verbindung steht und die Wellenlänge λ des Lasers 210 gezielt einstellt.During operation of the measuring device 200 is with a detector 250 the absorption of the measuring beam 245 Measured in a given spectral range. The control of the laser 210 takes place in the manner described below by a control device 255 that with the detector 250 and the laser 210 is connected and the wavelength λ of the laser 210 selectively adjusts.

Der Spektralbereich des Messstrahles wird von der Steuereinrichtung 255 so gewählt, dass für einen vorgegebenen Gasbestandteil (z. B. Wasserstoff, Sauerstoff oder dergleichen) des Prozessgases 30 ein Absorptionspeak bzw. ein relatives oder absolutes Absorptionsmaximum zu erwarten ist. Durch ein Durchstimmen der Emissionswellenlänge des Lasers 210 im erwarteten bzw. vorgegebenen Absorptionsbereich kann somit die spektrale Lage des Absorptionspeaks bzw. des Absorptionsmaximums für den vorgegebenen Gasbestandteil gemessen werden. Da das spektrale Absorptionsverhalten (z. B. die Absorptionslinienbreite Δλ1 der Absorptionslinie λ1) für den vorgegebenen Gasbestandteil des Prozessgases 30 in Abhängigkeit von der Temperatur T1 des Prozessgases 30 in charakteristischer Weise schwankt, kann durch ein Messen der Absorptionswellenlänge λ1 und deren Absorptionslinienbreite auch die Temperatur T1 innerhalb der Prozesskammer 20 gemessen werden, indem beispielsweise die gemessene Absorptionslinienbreite Δλ1 mit einem vorab gemessenen, simulierten oder berechneten Temperaturabsorptionsverhalten λ(T) des vorgegebenen Gasbestandteiles verglichen wird.The spectral range of the measuring beam is from the control device 255 selected such that for a given gas component (eg, hydrogen, oxygen, or the like) of the process gas 30 an absorption peak or a relative or absolute absorption maximum is to be expected. By tuning the emission wavelength of the laser 210 In the expected or predetermined absorption range, it is thus possible to measure the spectral position of the absorption peak or of the absorption maximum for the given gas constituent. Since the spectral absorption behavior (eg the absorption line width Δλ1 of the absorption line λ1) for the given gas constituent of the process gas 30 as a function of the temperature T1 of the process gas 30 varies in a characteristic manner, by measuring the absorption wavelength λ1 and its absorption line width, the temperature T1 within the process chamber 20 are measured, for example, by comparing the measured absorption line width Δλ1 with a pre-measured, simulated or calculated temperature absorption behavior λ (T) of the predetermined gas constituent.

Das Temperaturabsorptionsverhalten λ(T) kann beispielsweise bestimmt werden, indem die Absorptionswellenlänge λ1 des vorgegebenen Gasbestandteiles sowie dessen Absorptionslinienbreite vorab mit einer separaten, sehr genauen Messeinrichtung in Abhängigkeit von der Temperatur T gemessen und das entsprechende Absorptionsverhalten λ(T) temperaturbezogen abgespeichert wird.The Temperature absorption λ (T) can For example, be determined by the absorption wavelength λ1 of the given Gas component and its absorption line width in advance with a separate, very accurate measuring device depending on measured by the temperature T and the corresponding absorption behavior λ (T) temperature related is stored.

Alternativ kann das Temperaturabsorptionsverhalten λ(T) des vorgegebenen Gasbestandteiles unter Berücksichtigung des Lambert-Beer-Gesetzes wie folgt ermittelt werden: während die spektrale Position der Absorptionslinie zur Identifizierung der Gas-Spezie herangezogen wird, wird die Form der Absorpti onslinie durch Plasmaparameter wie externe Felder, Gastemperatur und Druck bestimmt. Die Methode der Absorptionsspektroskopie beruht auf der Verringerung der Lichtintensität dI_v beim Durchqueren eines Mediums mit der Ausdehnung dz nach dem Absorptionsgesetz von Lambert-Beer: dIv = –α(ν)n·I·dzmit n: Konzentration, λ(ν): spektrale DämpfungAlternatively, the temperature absorption behavior λ (T) of the given gas constituent can be determined taking into account the Lambert-Beer law as follows: while the spectral position of the absorption line is used to identify the gas species, the shape of the absorption line becomes plasma parameters such as external fields , Gas temperature and pressure. The method of absorption spectroscopy is based on the reduction of the light intensity dI _v when passing through a medium with the extension dz according to Lambert-Beer's absorption law: dI v = -Α (ν) n · I · dz with n: concentration, λ (ν): spectral attenuation

Für eine wesentlich höhere Intensität des emittierten Laserlichts sowie eine kontinuierliche Absorption über die gesamte Distanz (α = const.) gilt für die Lichtintensität an der Stelle z: I(z) = I0·e–α(ν)·n·z mit I₀ = I(z = 0). Demnach fällt die Intensität von I(z) exponentiell ab (vgl. 7, das die Strahlungsabsorption in einem transparenten Medium nach dem Lambert-Beer-Gesetz zeigt).For a much higher intensity of the emitted laser light and a continuous absorption over the entire distance (α = const.) Applies to the light intensity at the point z: I (z) = I 0 · e -α (ν) * n * z with I ₀ = I (z = 0). Accordingly, the intensity of I (z) decreases exponentially (cf. 7 showing the radiation absorption in a transparent medium according to the Lambert-Beer law).

Die Konzentration kann also nach

bestimmt werden. Der Absorptionskoeffizient α ergibt sich für eine einzelne Linie aus dem Produkt der Linienstärke S des spezifischen Übergangs und der normalisierten Funktion für das Linienprofil: α(ν) = S·f(ν – ν0)mit

So the concentration can go down

be determined. The absorption coefficient α results for a single line from the product of the line strength S of the specific transition and the normalized function for the line profile: α (ν) = S · f (ν - ν 0 ) With

Die relative Linienstärke kann der Literatur entnommen werden, die Profilfunktion muss in bekannter Weise separat berechnet werden.The relative line weight can be taken from the literature, the profile function must be in be known separately calculated.

Das Absorptionsmuster wird durch die physikalischen Eigenschaften der IR-aktiven Molekühle (wie Anzahl und Typ der Atome, Bindungswinkel und Stärke der Bindungen) bestimmt. Atommasse und Elektronenstruktur der einzelnen an molekularer Streckung und Beugung beteiligten Atome bestimmt die Rotations- und Schwingungsfrequenz. Jedes Spektrum unterscheidet sich daher geringfügig von allen anderen und man spricht auch von charakteristischen molekularen „Fingerabdrücken". Für die jeweilige Frequenz kann dann eine quantitative Analyse vorgenommen werden.The absorption pattern is determined by the physical properties of the IR-active molecules (such as number and type of atoms, bond angle and bond strength). Atomic mass and electronic structure of each atom involved in molecular stretching and diffraction determines the rotational and vibrational frequency. Each spectrum differs slightly from the others and is also referred to as characteristic molecular "fingerprints." A quantitative analysis can then be made for each frequency.

Das Linienprofil ist durch die natürliche Linienbreite festgelegt und wird im Wesentlichen infolge Dopplerverbreiterung, Druckverbreiterung und Verbreiterung aufgrund von Sättigungseffekten bestimmt.The Line profile is through the natural Line width and is essentially due to Doppler broadening, Pressure broadening and broadening due to saturation effects certainly.

Bezüglich der Bestimmung der Gastemperatur gilt Folgendes: Durch die thermische Bewegung der Moleküle im Gas wird eine Dopplerverbreiterung verursacht; diese kann durch eine Maxwell-Geschwindigkeitsverteilung beschrieben werden. Die Dopplerhalbwertsbreite einer Spektrallinie berechnet sich (unter Annahme einer gaussförmigen Linienform) wie folgt:

With regard to the determination of the gas temperature, the following applies: The thermal movement of the molecules in the gas causes Doppler broadening; this can be described by a Maxwell velocity distribution. The Doppler half width of a spectral line is calculated (assuming a gaussian line shape) as follows:

Dabei bezeichnen v_D die Halbwertsbreite bei halbem Maximum (FWHM), v₀ die Resonanzfrequenz des betrachteten Übergangs (Schwingung), c die Lichtgeschwindigkeit, k_B die Boltzmannkonstante, N_A die Avagadrozahl, T die Temperatur und M die molare Masse.Here, v _{D is} the half-width at half maximum (FWHM), v _{0 is} the resonance frequency of the considered transition (oscillation), c is the speed of light, k _{B is} the Boltzmann constant, N _{A is} the Avagadro number, T is the temperature and M is the molar mass.

Somit folgt als Zusammenhang zwischen Linienbreite und Temperatur νD ∝ √T. Thus follows as a relationship between line width and temperature ν D Α √ T ,

Im Ergebnis lässt sich somit feststellen, dass sich die Absorptionslinienbreite mit der Temperatur T verändert, so dass sich durch Messen der Absorptionslinienbreite die Gastemperatur bestimmen lässt. Hierbei kann auf die beschriebenen Gesetzmäßigkeiten zurückgegriffen werden und die Temperatur unter Heranziehung der jeweils gemessenen Absorptionslinienbreite errechnet oder simuliert werden; alternativ können Referenzmessergebnisse herangezogen werden, die anhand von Referenzgasen mit bekannter Temperatur vorab gemessen wurden.in the Result leaves thus find that the absorption line width with the temperature T changes, so that by measuring the absorption line width, the gas temperature determine. in this connection can refer to the described laws and the temperature using the respectively measured Absorption line width can be calculated or simulated; alternative can Reference measurement results based on reference gases were measured in advance at a known temperature.

Wie sich in der 1 erkennen lässt, ist der Abstand d zwischen dem Messstrahl 245 und der Oberfläche 110 des Substrats 100 sehr klein gewählt, so dass die Messeinrichtung 200 die Temperatur T1 unmittelbar im Bereich der Oberfläche 110 des Substrates 100 messen kann. Vorzugsweise liegt der Abstandswert d zwischen dem Messstrahl 245 und der Oberfläche 110 in einem Bereich zwischen 25 bis 60 mm.As reflected in the 1 is the distance d between the measuring beam 245 and the surface 110 of the substrate 100 chosen very small, so the measuring device 200 the temperature T1 directly in the area of the surface 110 of the substrate 100 can measure. Preferably, the distance d is between the measuring beam 245 and the surface 110 in a range between 25 to 60 mm.

Alternativ oder zusätzlich kann mit der Anordnung gemäß der 1 auch die Konzentration des vorgegebenen Gasbestandteiles innerhalb des Prozessgases 30 bestimmt werden. Hierzu wird der absolute Wert des Absorptionspeaks des Messstrahles 245 ausgewertet. Je größer nämlich bei der Absorptionswellenlänge λ1 der absolute Absorptionswert des Messstrahles 245 ist, umso größer ist demzufolge auch die Konzentration des zu messenden Gasbestandteiles im Prozessgas 30. Der absolute Absorptionswert ist also ein unmittelbares Maß für die jeweilige Konzentration des vorgegebenen Gasbestandteiles innerhalb des Prozessgases 30.Alternatively or additionally, with the arrangement according to the 1 also the concentration of the given gas constituent within the process gas 30 be determined. For this purpose, the absolute value of the absorption peak of the measuring beam 245 evaluated. Namely, the greater the absorption value of the measuring beam at the absorption wavelength λ1 245 is, the greater is therefore also the concentration of the gas component to be measured in the process gas 30 , The absolute absorption value is thus a direct measure of the respective concentration of the given gas constituent within the process gas 30 ,

Um den Gasanteil des vorgegebenen Gasbestandteiles als absolute Messgröße angeben zu können, kann beispielsweise auf ei ne zuvor abgespeicherte Vergleichstabelle zurückgegriffen werden, die an Gasgemischen mit unterschiedlichen Anteilen des zu messenden Gasbestandteiles gemessenen, berechnet oder simuliert worden ist. Durch Vergleich mit der abgespeicherten Vergleichstabelle kann dann der Gasanteil des vorgegebenen Gasbestandteiles in der Prozesskammer 20 bestimmt werden.In order to specify the gas content of the predetermined gas constituent as an absolute measured variable, it is possible, for example, to resort to a previously stored comparison table which has been measured, calculated or simulated on gas mixtures with different proportions of the gas constituent to be measured. By comparison with the stored comparison table can then the gas content of the predetermined gas component in the process chamber 20 be determined.

In der 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel für eine Anordnung zum Messen der Temperatur T1 des Prozessgases 30 dargestellt. Die Prozesskammer 20 entspricht von ihrem Aufbau her der Prozesskammer 20 gemäß der 1, so dass bezüglich des Kammeraufbaus auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit der 1 verwiesen sei.In the 2 is a second embodiment of an arrangement for measuring the temperature T1 of the process gas 30 shown. The process chamber 20 corresponds in structure to the process chamber 20 according to the 1 , so that with respect to the chamber structure on the above statements in connection with the 1 referenced.

Man erkennt in der 2, dass die Messeinrichtung 200 zusätzlich zu dem durchstimmbaren Laser 210 und dem Detektor 250 eine Referenzgaszelle 300 aufweist, durch die ein Referenzstrahl 310 hindurchgeleitet wird. Der Referenzstrahl 310 wird durch einen Strahlteiler 315 durch die Referenzgaszelle 300 und von dort mittels zweier Spiegel 316 und 317 zum Detektor geleitet und mit dem Detektor 250 – ebenso wie der reflektierte Infrarotmessstrahl 240 – innerhalb der Messeinrichtung 200 gemessen.One recognizes in the 2 that the measuring device 200 in addition to the tunable laser 210 and the detector 250 a reference gas cell 300 through which a reference beam 310 is passed through. The reference beam 310 is through a beam splitter 315 through the reference gas cell 300 and from there by means of two mirrors 316 and 317 directed to the detector and to the detector 250 - as well as the reflected infrared measuring beam 240 - within the measuring device 200 measured.

In der Referenzgaszelle 300 ist ein Referenzgas 320 mit einem vorgegebenen Druck, einer vorgegebenen Gaszusammensetzung und einer vorgegebenen Gastemperatur T2 vorhanden. Der Gasanteil bzw. die Konzentration des vorgegebenen Gasbestandteiles, dessen Absorptionsverhalten innerhalb des Prozessgases 30 der Prozesskammer 20 gemessen werden soll, ist in der Referenzgaszelle 300 fest vorgegeben und vorab bekannt, beispielsweise, weil ein hochgenau hergestelltes Referenzgas in die Referenzgaszelle 200 eingefüllt worden ist oder eingeführt wird oder weil das Referenzgas 320 vorab beispielsweise mittels eines Massenspektroskopie-Verfahrens exakt gemessen worden ist.In the reference gas cell 300 is a reference gas 320 with a predetermined pressure, a given gas composition, and a given gas temperature T2. The gas content or the concentration of the predetermined gas constituent, its absorption behavior within the process gas 30 the process chamber 20 is to be measured is in the reference gas cell 300 firmly predetermined and known in advance, for example, because a highly accurate reference gas produced in the reference gas cell 200 has been introduced or introduced or because the reference gas 320 in advance, for example by means of a mass spectroscope pie method has been measured exactly.

Mit der Referenzgaszelle 310 wird zunächst der durchstimmbare Infrarotlaser 210 kalibriert bzw. auf die Absorptionswellenlänge λ1 des vorgegebenen Gasbestandteils innerhalb der Referenzgaszelle 300 eingestellt. Hierzu wird der durchstimmbare Infrarotlaser 210 in seinem Emissionsfenster durchgestimmt, und es wird die Intensität des durch die Referenzgaszelle 310 hindurch gelaufenen Referenzstrahles 310 gemessen und ausgewertet. Beispielsweise wird die Wellenlänge, bei der eine maximale Dämpfung auftritt, als Absorptionspeak des vorgegebenen Gasbestandteils aufgefasst. Alternativ kann die gemessene spektrale Dämpfungsverteilung des Referenzgases mit einem vorab gemessenen oder berechneten „Absorptionsfingerabdruck" des Referenzgases verglichen werden (z. B. durch Anwenden einer Korrelationsfunktion) und die für die weitere Messung gewünschte Absorptionslinie auf diese Weise ermittelt werden.With the reference gas cell 310 First, the tunable infrared laser 210 calibrated or to the absorption wavelength λ1 of the predetermined gas component within the reference gas cell 300 set. This is the tunable infrared laser 210 tuned in its emission window, and it is the intensity of the by the reference gas cell 310 passed through reference beam 310 measured and evaluated. For example, the wavelength at which maximum attenuation occurs is taken as the absorption peak of the given gas constituent. Alternatively, the measured spectral attenuation distribution of the reference gas may be compared to a pre-measured or calculated "absorption fingerprint" of the reference gas (eg, by applying a correlation function) and the absorption line desired for further measurement determined in this way.

Mit der Messeinrichtung 200 wird anschließend das spektrale Absorptionsverhalten des Gasbestandteils im Prozessgases 30 im Bereich der mit der Referenzgaszelle 310 eingestellten Absorptionswellenlänge λ1 gemessen, und es wird unter Heranziehung des gemessenen spektralen Absorptionsverhaltens des Gasbestandteiles die Temperatur des Prozessgases bestimmt, wie dies oben im Zusammenhang mit der 1 erläutert wurde. Vorzugsweise wird bei der Temperaturbestimmung auf das erläuterte Lambert-Beer-Gesetz zurückgegriffen.With the measuring device 200 Subsequently, the spectral absorption behavior of the gas component in the process gas 30 in the area of the reference gas cell 310 set absorption wavelength λ1, and it is determined by using the measured spectral absorption behavior of the gas component, the temperature of the process gas, as described above in connection with 1 was explained. Preferably, the temperature determination is based on the explained Lambert-Beer law.

Alternativ kann wie folgt vorgegangen werden: Sind die Temperaturen T1 und T2 innerhalb der Prozesskammer 20 und innerhalb der Referenzgaszelle 300 unterschiedlich, so werden die beiden Absorptionslinienbreiten Δλ1 und Δλ2 unterschiedlich sein (Δλ1 Absorptionslinienbreite für den vorgegebenen Gasbestandteil in der Prozesskammer 20; Δλ2 Absorptionslinienbreite für den vorgegebenen Gasbestandteil in der Referenzgaszelle 300). Das Verhältnis zwischen den beiden Absorptionslinienbreiten Δλ1 und Δλ2 ist dabei – wie oben erläutert – von dem Temperaturunterschied ΔT = |T1 – T2| zwischen der Prozesskammer 20 und der Referenzgaszelle 300 abhängig, so dass bei Kenntnis der Temperatur T2 in der Referenzgaszelle 300 und bei Kenntnis der beiden Absorptionslinienbreiten Δλ1 und Δλ2 die Temperatur unmittelbar näherungsweise errechnet werden kann gemäß:

Alternatively, the procedure may be as follows: Are the temperatures T1 and T2 within the process chamber 20 and within the reference gas cell 300 differently, the two absorption line widths Δλ1 and Δλ2 will be different (Δλ1 absorption line width for the given gas constituent in the process chamber 20 ; Δλ2 absorption line width for the given gas component in the reference gas cell 300 ). The ratio between the two absorption line widths Δλ1 and Δλ2 is-as explained above-of the temperature difference ΔT = | T1-T2 | between the process chamber 20 and the reference gas cell 300 dependent, so that with knowledge of the temperature T2 in the reference gas cell 300 and knowing the two absorption line widths Δλ1 and Δλ2, the temperature can be calculated directly approximately according to:

Ist die Temperatur T2 nicht bekannt, weil die Temperatureinstelleinrichtung keinen Temperaturwert angibt, so kann dieser mit einem separaten Messfühler an oder in der Referenzgaszelle 300 gemessen werden.If the temperature T2 is not known because the temperature setting device does not indicate a temperature value, then this can be done with a separate measuring sensor on or in the reference gas cell 300 be measured.

Zusammengefasst lässt sich somit durch das gezielte Verändern der Temperatur T2 der Referenzgaszelle 300 die Temperatur T1 des Prozessgases 30 in unmittelbarer Nähe zur Oberfläche 110 des Substrats 100 messen, ohne dass hierfür in unmittelbarer Nähe des Substrates 100 ein Messfühler angeordnet werden muss.In summary, this can be achieved by the targeted change of the temperature T2 of the reference gas cell 300 the temperature T1 of the process gas 30 in close proximity to the surface 110 of the substrate 100 measure without being in the immediate vicinity of the substrate 100 a sensor must be arranged.

Mit der Messeinrichtung 200 gemäß 2 kann darüber hinaus auch die Konzentration des vorgegebenen Gasbestandteiles innerhalb des Prozessgases 30 gemessen werden. Wird nämlich die Absorption des Messstrahles 245 sowie die Absorption des Referenzstrahles 310 in der Referenzgaszelle 300 gemessen, so lässt sich auf die Konzentration des vorgegebenen Gasbestandteiles innerhalb des Prozessgases 30 schließen. Ist nämlich die Dämpfung des Messstrahles 245 – bezogen auf den Strahlweg, den der Messstrahl 245 durch das Prozessgas 30 zurücklegt – größer als die Dämpfung, die der Referenzstrahl 310 in der Referenzgaszelle 300 erfährt – wiederum bezogen auf die in der Referenzgaszelle 300 zurückgelegte Wegstrecke –, so ist der Anteil des Gasbestandteils innerhalb des Prozessgases 30 höher als der in der Referenzgaszelle 300. Entsprechendes gilt in umgekehrter Weise, wenn der Absorptionswert des Messstrahles 245 im Prozessgas 30 kleiner als der Absorptionswert des Referenzstrahles in der Referenzgaszelle 300 ist.With the measuring device 200 according to 2 In addition, the concentration of the predetermined gas constituent within the process gas can also be determined 30 be measured. Namely, the absorption of the measuring beam 245 as well as the absorption of the reference beam 310 in the reference gas cell 300 measured, it can be based on the concentration of the predetermined gas component within the process gas 30 shut down. Is namely the attenuation of the measuring beam 245 - related to the beam path, the measuring beam 245 through the process gas 30 travels - greater than the attenuation of the reference beam 310 in the reference gas cell 300 learns - again based on the reference gas cell 300 Distance covered -, is the proportion of the gas component within the process gas 30 higher than that in the reference gas cell 300 , The same applies in the reverse manner, if the absorption value of the measuring beam 245 in the process gas 30 smaller than the absorption value of the reference beam in the reference gas cell 300 is.

Messwerte, die die absolute Konzentration des vorgegebenen Gasbestandteiles in der Prozesskammer 20 angeben, lassen sich gewinnen, indem Referenzabsorptionswerte anhand mehrerer unterschiedlicher Referenzgase mit unterschiedlichen Konzentrationen des vorgegebenen Gasbestandteiles vorab ermittelt (gemessen, berechnet oder simuliert) und abgespeichert werden. Die in der Prozesskammer 20 auftretende Dämpfung kann dann mit den Referenzabsorptionswerten verglichen werden, wodurch sich absolute Konzentrationswerte durch Vergleich mit den Referenzabsorptionswerten bestimmen lassen.Measured values representing the absolute concentration of the given gas constituent in the process chamber 20 can be obtained by determining in advance (measured, calculated or simulated) and stored reference absorption values using several different reference gases with different concentrations of the predetermined gas constituent. The in the process chamber 20 The attenuation that occurs can then be compared with the reference absorption values, whereby absolute concentration values can be determined by comparison with the reference absorption values.

In der 3 ist die Prozesskammer 20 gemäß 1 oder 2 in der Draufsicht gezeigt. Man erkennt eine äußere Kammerwand 400 sowie eine innere Verkleidung, fachsprachlich Liner 410 genannt, der den inneren Bereich 420 der Prozesskammer 20 von der Kammerwand 400 trennt. Die Funktion des Liners 410 besteht darin, das beim Betrieb der Prozesskammer 20 relativ aggressive Prozessgas 30 von der Kammerwand 400 zu trennen und eine unerwünschte innenseitige Abnutzung der Kammerwand 400 oder deren Beschichtung zu vermeiden.In the 3 is the process chamber 20 according to 1 or 2 shown in plan view. One recognizes an outer chamber wall 400 as well as an inner lining, technical liner 410 called the inner area 420 the process chamber 20 from the chamber wall 400 separates. The function of the liner 410 This is the operation of the process chamber 20 relatively aggressive process gas 30 from the chamber wall 400 to separate and unwanted inside wear of the chamber wall 400 or to avoid their coating.

Zur Einkopplung des Messstrahles 245 ist die Kammerwand 400 mit einer für den Messstrahl 245 transparenten Einkoppeleinrichtung 430 versehen. Die Einkoppeleinrichtung 430 kann beispielsweise durch eine Glasscheibe oder dergleichen gebildet sein. Neben der Einkoppeleinrichtung 430 ist eine entsprechende weitere Einkoppeleinrichtung 440 vorgesehen, durch die der Messstrahl 245 durch den Liner 410 in den Innenbereich 420 der Prozesskammer 20 gelangt. Von der weiteren Einkoppeleinrichtung 440 gelangt der Messstrahl 245 zu dem Reflektor 220, der vorzugsweise in einem Türbereich 450 des Liners 410 untergebracht ist. Der Reflektor 220 kann beispielsweise im Bereich eines Ventilschlitzes 460 des Türbereichs 450 angeordnet sein. Dies zeigt beispielhaft auch die 4 in einer seitlichen Sicht im Detail.For coupling the measuring beam 245 is the chamber wall 400 with one for the measuring beam 245 transparent coupling device 430 Mistake. The coupling device 430 can be formed for example by a glass or the like. In addition to the coupling device 430 is a corresponding further coupling device 440 provided by which the measuring beam 245 through the liner 410 in the interior 420 the process chamber 20 arrives. From the further coupling device 440 the measuring beam arrives 245 to the reflector 220 which is preferably in a door area 450 of the liner 410 is housed. The reflector 220 For example, in the area of a valve slot 460 of the door area 450 be arranged. This is exemplified by the 4 in a side view in detail.

In der 5 ist ein Ausführungsbeispiel für einen Reflektor 220 gezeigt, wie er bei den beiden Ausführungsbeispielen gemäß den 1 bis 4 eingesetzt werden kann. Es lässt sich in der 5 erkennen, dass der Reflektor 220 ein Katzenauge 500 (für Infrarotlicht) mit einer so genannten retroreflektierenden Oberfläche 510 aufweist. Unter einer retroreflektierenden Oberfläche ist eine Oberfläche zu verstehen, die im Wesentlichen unabhängig von dem Einfallswinkel eines einfallenden Strahles diesen entgegen der Einfallrichtung zurückreflektiert. Der Vorteil einer retro-reflektierenden Oberfläche besteht somit darin, dass der Reflektor 220 nicht exakt zum einfallenden Strahl 230 ausgerichtet sein muss; selbst im Falle eines „Fehlwinkels" wird der einfallende Strahl entgegen der Strahleinfallrichtung zurückgesendet.In the 5 is an embodiment of a reflector 220 shown as in the two embodiments according to the 1 to 4 can be used. It settles in the 5 recognize that the reflector 220 a cat's eye 500 (for infrared light) with a so-called retroreflective surface 510 having. A retroreflective surface is to be understood as meaning a surface which reflects back against the direction of incidence substantially independently of the angle of incidence of an incident beam. The advantage of a retro-reflective surface is thus that the reflector 220 not exactly to the incident beam 230 must be aligned; even in the case of a "false angle", the incident beam is returned against the direction of the beam incidence.

Die retro-reflektierende Oberfläche 510 besteht aus einem Material, das das Licht des Infrarotlasers 210 in dessen Emissionswellenlängenbereich reflektiert; sie ist ferner durch eine Vielzahl an Pyramiden oder Prismen 530 gebildet, die eine Vielzahl an Prismenkanten aufweisen. In der 5 sind einige der Prismenkanten im Querschnitt gezeigt und mit den Bezugszeichen 530a, 530b, 530c und 530d bezeichnet. Die Prismenkanten stehen – bezogen auf den jeweiligen Prismenkantennachbarn – jeweils in einem Winkel von 90° zueinander. Die Höhe h der Prismen 530 liegt bevorzugt zwischen 1 und 10 mm, besonders bevorzugt zwischen 3 und 4 mm. Beispielsweise beträgt sie circa h = 3,6 mm.The retro-reflective surface 510 consists of a material that is the light of the infrared laser 210 reflected in its emission wavelength range; it is further characterized by a multitude of pyramids or prisms 530 formed, which have a plurality of prism edges. In the 5 Some of the prism edges are shown in cross-section and with the reference numerals 530a . 530b . 530c and 530d designated. The prism edges are - with respect to the respective prism edge neighbors - each at an angle of 90 ° to each other. The height h of the prisms 530 is preferably between 1 and 10 mm, more preferably between 3 and 4 mm. For example, it is approximately h = 3.6 mm.

Oberhalb der Prismenkanten 530a bis 530d ist eine Schutzscheibe 540 vorgesehen, die die Prismenkanten 530a bis 530d und damit die retro-reflektierende Oberfläche 510 vor dem Plasma 70 innerhalb der Prozesskammer 20 schützt.Above the prism edges 530a to 530d is a protective screen 540 provided that the prism edges 530a to 530d and thus the retro-reflective surface 510 in front of the plasma 70 within the process chamber 20 protects.

Eine Sicht von oben auf das Katzenauge 500 gemäß der 5 zeigt die 6.A view from above on the cat's eye 500 according to the 5 show the 6 ,

Der Durchmesser D des Katzenauges 500 liegt bevorzugt zwischen 10 und 20 mm, besonders bevorzugt zwischen 16 und 19 mm. Beispielsweise beträgt er circa D = 17 mm.The diameter D of the cat's eye 500 is preferably between 10 and 20 mm, more preferably between 16 and 19 mm. For example, it is approximately D = 17 mm.

Wie sich der 6 entnehmen lässt, ist das Katzenauge 500 des Reflektors 220 auf einem Träger 600 angeordnet, dessen Maße in der 6 mit den Bezugszeichen D1, D2 und D3 gekennzeichnet sind. Die Maße D1, D2, D3 des Trägers 600 betragen beispielsweise: D1 = 28 mm, D2 = 22 mm und D3 = 20 mm.How is the 6 is the cat's eye 500 of the reflector 220 on a carrier 600 arranged, whose dimensions in the 6 are denoted by the reference numerals D1, D2 and D3. The dimensions D1, D2, D3 of the carrier 600 for example: D1 = 28 mm, D2 = 22 mm and D3 = 20 mm.

1010: Bearbeitungseinrichtungprocessing device
2020: Prozesskammerprocess chamber
3030: Prozessgasprocess gas
4040: Kathodecathode
5050: Anodeanode
6060: HochfrequenzquelleRF source
7070: Plasmaplasma
8080: Ionenions
9090: Radikaleradical
100100: Substratsubstratum
110110: Oberflächesurface
120120: Maskemask
130130: unmaskierte Abschnitteunmasked sections
200200: Messeinrichtungmeasuring device
210210: Strahlungsquelleradiation source
220220: Reflektorreflector
230230: Infrarotstrahlinfrared beam
240240: reflektierter Infrarotstrahlreflected infrared beam
245245: Messstrahlmeasuring beam
250250: Detektordetector
255255: Steuereinrichtungcontrol device
300300: ReferenzgaszelleReference gas cell
310310: Referenzstrahlreference beam
315315: Strahlteilerbeamsplitter
316, 317316 317: Spiegelmirror
320320: Referenzgasreference gas
400400: Kammerwandchamber wall
410410: Linerliner
420420: innerer Bereichinternal Area
430430: Einkoppeleinrichtunglaunching device
440440: weitere EinkoppeleinrichtungFurther launching device
450450: Türbereichdoor area
460460: Ventilschlitzvalve slot
500500: Katzenaugecat's-eye
510510: retro-reflektierende Oberflächeretro-reflective surface
530530: Pyramiden, Prismenpyramids, prisms
530a, 530b530a, 530b: Prismenkanteprism edge
530c, 530d530c, 530d: Prismenkanteprism edge
540540: Schutzscheibewindscreen
600600: Trägercarrier
hH: Prismenhöheprism height
DD: Durchmesser des Katzenaugesdiameter the cat's eye
ΔλΔλ: spektraler Abstandspectral distance
λ1λ1: Absorptionswellenlänge in ProzesskammerAbsorption wavelength in process chamber
λ2λ2: Absorptionswellenlänge in ReferenzgaszelleAbsorption wavelength in reference gas cell
ΔT.DELTA.T: TemperaturunterschiedTemperature difference
T1T1: Temperatur in Prozesskammertemperature in process chamber
T2T2: Temperatur in Referenzgaszelletemperature in reference gas cell

Claims

Method for measuring the temperature (T1) of a process gas ( 30 ) in a plasma ( 70 ) stored in a process chamber ( 20 ) a processing device ( 10 ), characterized in that - with a radiation source ( 210 ) an electromagnetic beam ( 245 ) by a coupling device ( 430 . 440 ) into the process chamber ( 20 ) and there by the process gas ( 30 ) and then received, - the spectral absorption behavior of a given gas component of the process gas ( 30 ) is measured in the region of an absorption line (λ1) of the gas constituent and - using the measured spectral absorption behavior of the gas constituent, the temperature (T1) of the process gas ( 30 ) is determined.

Method according to claim 1, characterized in that that in the region of the absorption line, the wavelength of the radiation source in a predetermined wavelength range is tuned.

Method according to claim 1 or 2, characterized that the absorption line width of the absorption line (λ1) determined and the temperature is determined using the absorption line width becomes.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the temperature is determined by the measured Absorption line width (Δλ1) with a pre-measured, simulated or calculated absorption temperature behavior (λ (T)) of the predetermined gas component is compared.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that - the electromagnetic beam of the radiation source is divided into at least two individual beams ( 245 . 310 ), one of which is used as a measuring beam ( 245 ) is passed through the process gas and another as a reference beam ( 310 ) by a reference gas cell ( 300 ).

Method according to claim 5, characterized in that that the reference beam after passing the reference gas cell is measured to form a reference measurement result and that Reference measurement result used to calibrate the radiation source becomes.

A method according to claim 6, characterized in that in the context of calibrating the radiation source, the wavelength of the radiation source is set such that the radiation source emits radiation in a wavelength range in which the absorption line (λ1) of the predetermined gas component of the process chamber ( 20 ) lies.

Method according to one of the preceding claims 5 to 7, characterized in that - in the reference gas cell, a gas having a previously known absorption behavior is included and that is determined by the reference measurement result, in which wavelength range, the radiation source emits radiation and that the radiation source is driven accordingly in that it emits radiation in the wavelength range in which the absorption line (λ1) of the predetermined gas constituent of the process chamber ( 20 ) lies.

Method according to one of the preceding claims 5 to 8, characterized in that a reference gas cell is used as a reference gas cell, the predetermined gas component of the process gas ( 30 ) of the process chamber ( 20 ) contains.

Method according to one of the preceding claims 5 to 9, characterized in that the temperature (T2) of the reference gas cell ( 300 ) is set to a predetermined setpoint temperature or that the temperature (T2) of the reference gas cell ( 300 ) is measured.

Method according to one of the preceding claims 9 and 10, characterized in that the absorption line width of the absorption line (λ1) of the predetermined gas constituent in the reference gas cell is measured to form a reference line width and that the determination of the temperature of the process gas ( 30 ) in the process chamber ( 20 ) takes place using the temperature of the reference gas cell, the reference line width and the measured absorption line width of the gas component in the process chamber.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that as a radiation source ( 210 ) a tunable laser, preferably a narrow band infrared laser is used.

Method according to one of the preceding Claims, characterized in that - in addition, the concentration of the predetermined gas constituent in the process chamber ( 20 ) is determined based on the measured spectral absorption behavior of the gas component to form a concentration indication.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature (T1) of the process gas ( 30 ) above a surface to be processed by the process gas ( 110 ) of a substrate ( 100 ) is measured by the electromagnetic beam ( 245 ) is passed through the process gas above the surface of the substrate.

A method according to claim 14, characterized in that the electromagnetic beam at a distance (d) between 25 and 60 mm to the substrate ( 100 ), by the process gas ( 30 ) is passed.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring beam reflects at least once in such a way is that he passes through the process gas at least twice.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the measuring beam is at the surface of a is reflected in the process chamber to be processed substrate.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring beam to a reflector ( 220 ) is reflected.

A method according to claim 18, characterized in that the reflector is arranged in the region of a side wall of the process chamber, in particular in the region of an opening door ( 450 ) an interior wall cladding ( 410 ) of the process chamber ( 20 ) or a liner of the process chamber.

A method according to claim 18 or 19, characterized in that the reflector in the region of an opening slot ( 460 ) of the process chamber is arranged.

A method according to claim 20, characterized in that the opening slot ( 460 ) in the area of the opening door ( 450 ) is arranged.

Method according to one of the preceding claims 18 to 21, characterized in that the reflector has a retroreflective surface ( 510 ) having.

A method according to claim 22, characterized in that the retroreflective surface by a plurality of reflection surfaces ( 530a - 530d ) is formed, which are each pairwise perpendicular to each other.

Method according to claim 23, characterized that the reflection surfaces through prism surfaces or are formed by mirrored pyramidal elevations, their surfaces each at right angles to each other.

Method according to one of the preceding claims 18 to 24, characterized in that the reflector through a cat's eye ( 500 ) is formed.

Measuring device for measuring the temperature (T1) of a process gas ( 30 ) in a plasma ( 70 ) stored in a process chamber ( 20 ) a processing device ( 10 ), characterized by - a radiation source ( 210 ), which has an electromagnetic beam ( 245 ) by a coupling device ( 430 . 440 ) into the process chamber ( 20 ) and there by the process gas ( 30 ), - a detector for measuring the intensity of the through the process gas ( 30 ) passed through beam ( 245 ), and - a control device ( 255 ) connected to the radiation source ( 210 ) and the detector, the radiation source ( 210 ) by the control device ( 255 ) is selectively controlled, so that the spectral absorption behavior of a given gas component of the process gas ( 30 ) is measurable in the region of an absorption line (λ1) of the gas component with the detector and, taking into account the measured spectral absorption behavior of the gas constituent, the temperature (T1) of the process gas ( 30 ) is determinable.

Measuring device according to claim 26, characterized in that the control device ( 255 ) the emission wavelength of the radiation source within a predetermined wavelength interval in which the absorption line (λ1) of the predetermined gas component of the process chamber ( 20 ) lies.