DE102006009460A1 - Process device used in production of integrated circuits comprises process chamber, holder within chamber for holding substrate, radiation source, radiation detector and control and evaluation unit - Google Patents

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Axel Henke
Andreas Dr. rer. nat. Steinbach
Joerg Sobe
Sven Barth
Stephan Wege
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Abstract

A process device (1a) comprises a process chamber (10) with outer walls (30), a holder within the chamber for holding a substrate (18) during the process, a radiation source (36) for producing a light beam (50) emitting in the infrared wavelength region, a radiation detector (38) for detecting light from the radiation source reflected onto a surface (25) of the substrate and a control and evaluation unit (43) connected to the detector and/or radiation source to determine the wavelength of an absorption edge which characteristic for the material on the surface of the substrate and to calculate a temperature of the substrate from the determined wavelength. An independent claim is also included for determining a temperature of a substrate during use of the process device.

Description

Die Erfindung betrifft ein Prozessgerät sowie ein Verfahren zur Bestimmung der Temperatur eines Substrats in dem Prozessgerät. Die Erfindung betrifft insbesondere solche Prozessgeräte, mit denen physikalisch verstärkte chemische Abscheideverfahren (PECVD), Trockenätzverfahren oder Sputterprozesse (Kathodenzerstäubung) durchgeführt werden können, bei denen Plasmaquellen eingesetzt werden. Die Erfindung betrifft auch die Verarbeitung von Substraten in Niedertemperaturprozessen.The The invention relates to a process device and a method for determining the temperature of a substrate in the process device. The invention particularly relates such process devices, with which physically reinforced chemical deposition (PECVD), dry etching or sputtering processes (Cathode) carried out can be where plasma sources are used. The invention relates also the processing of substrates in low-temperature processes.

Integrierte Schaltungen werden im Allgemeinen anhand eines schichtweisen Aufbaus von Materiallagen unterschiedlicher elektrischer Eigenschaften sowie eines jeweils nachfolgenden lithographischen Strukturierungsprozesses hergestellt.integrated Circuits are generally based on a layered structure of material layers of different electrical properties as well a respective subsequent lithographic patterning process produced.

Eine solche Materiallage wird zum Beispiel in einem Abscheideverfahren auf einem Substrat aufgebracht, bei dem es sich um einen Halbleiterwafer oder eine Photomaske handeln kann, bevor die eigentliche lithographische Strukturierung stattfindet. Je nach gewünschter Homogenität des Profils der auf einer bestehenden Topographie aufgebrachten Schicht stehen unterschiedliche Abscheideverfahren zur Verfügung.A such material layer is, for example, in a deposition process applied to a substrate, which is a semiconductor wafer or a photomask can act before the actual lithographic Structuring takes place. Depending on the desired homogeneity of the profile the layer applied to an existing topography different deposition methods available.

Anschließend wird zum Beispiel ein photoempfindlicher Resist aufgebracht, belichtet und entwickelt, so dass eine dem gewünschten Muster der Schaltung entsprechende Ätzmaske zurückbleibt. In einem Ätzverfahren können die bei der vorherigen Entwicklung freigelegten Strukturen von der Ätzmaske in eine unterliegende Schicht übertragen werden.Subsequently, will For example, a photosensitive resist applied, exposed and designed so that the desired pattern of the circuit corresponding etching mask remains. In an etching process can the structures exposed in the previous development from the etch mask transferred to an underlying layer become.

Mit fortschreitender Verringerung der Strukturbreiten in den herzustellenden integrierten Schaltungen wachsen auch die Anforderungen an die Qualität nicht nur des lithographischen Schrittes selbst, sondern auf der jeweiligen Nachprozessierung. Dies betrifftauch das Ätzen zur Übertragung des Musters in die unterliegende Schicht oder den nachfolgenden Aufbau weiterer Schichten durch Abscheidung von Materiallagen.With progressive reduction of the structural widths in the products to be produced Integrated circuits also do not meet the quality requirements only the lithographic step itself, but on the respective Nachprozessierung. This also applies to the etching to transfer the pattern into the underlying layer or the subsequent structure of other layers by deposition of material layers.

Insbesondere beim Ätzen werden dabei nicht mehr rein chemische Ätzprozesse eingesetzt, es werden vielmehr Trockenätzprozesse bevorzugt. Mit diesen können die in der Resist- oder einer Hartmaske gebildeten Strukturen anisotrop in das unterliegende Material übertragen werden. Die Maßhaltigkeit ist dabei erheblich verbessert.Especially during etching are no longer used purely chemical etching processes, it will be rather, dry etching processes prefers. With these can the structures formed in the resist or a hard mask anisotropic transferred to the underlying material become. The dimensional accuracy is significantly improved.

Solche Ätz- oder Abscheideprozesse werden üblicherweise durch Erzeugung eines Plasmas durchgeführt, in welchem reaktive Spezies oder zumindest hochenergetische Ionen entsteht, die aufgrund ihrer Ladung in Bezug auf eine Elektrode beschleunigt werden, auf der das zu prozessierende Substrat beispielsweise abgelegt ist. Durch den Ionenbeschuss wird im Falle des Ätzens eine chemische Ätzreaktion ausgelöst, an welcher die Ionen gegebenenfalls auch selbst teilnehmen können.Such etch or Separation processes usually become by generating a plasma in which reactive species or at least high-energy ions are formed, due to their Charge to be accelerated with respect to an electrode on the the substrate to be processed is stored, for example. By the ion bombardment becomes a chemical etching reaction in the case of etching fires where the ions may also participate themselves.

Im Fall des plasma-verstärkten chemischen Aufdampfverfahrens (PECVD, plasma enhanced chemical vapor deposition) werden im Plasma zum Beispiel aus entsprechenden Gasen Ionen erzeugt, die als Reaktionspartner für die zu bildende Schicht dienen. Diese werden zur Substratoberfläche beschleunigt, wo sie entsprechend reagieren und zur Bildung der Schicht abgeschieden werden.in the Case of plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD, plasma enhanced chemical vapor deposition) in plasma, for example, from appropriate gases Generates ions that serve as reactants for the layer to be formed. These become the substrate surface accelerates, where they react accordingly and to the formation of the Layer are deposited.

Beim Sputtern werden die im Plasma erzeugten Ionen verwendet, um an der Gegenelektrode das auf dem Substrat aufzubringende Material herauszuschlagen, von wo sich das Material in Richtung auf das an der Elektrode abgelegte Substrat bewegt. Je nachdem, mit welcher Energie die Teilchen auf dem Substrat angelagert werden, können auch hier bereits angelagerte Teilchen herausgeschlagen und an anderem Ort auf dem Substrat wieder angelagert werden, so dass Einfluss auf das Schichtprofil genommen werden kann.At the Sputtering uses the ions generated in the plasma to be used at the Counter electrode to knock out the material to be applied to the substrate, from where the material is deposited in the direction of the electrode Substrate moves. Depending on what energy the particles are on attached to the substrate, can also be attached here Particles are knocked out and elsewhere on the substrate again be attached so that influence is taken on the layer profile can be.

Die vorbeschriebenen Prozesse, welche eine Prozessierung der Substratoberfläche mittels Erzeugung eines Plasmas bewirken, sind eng miteinander verwandt und können auch miteinander kombiniert werden, wie beispielsweise die HDP-Abscheidung (high density plasma) Elemente des PECVD- sowie des Sputter-Verfahrens aufweist. Solche Plasmaprozesse werden üblicherweise über eine Anzahl von Prozessparametern gesteuert. Dazu zählen beispielsweise die Einstellung der Frequenz sowie der Leistung des Hochfrequenzgenerators zur Erzeugung des Plasmas, die Steuerung der Gasflussraten für die reaktiven Gase sowie die Dichte innerhalb der Prozesskammern der jeweiligen Prozessgeräte.The above-described processes, which a processing of the substrate surface by means of generation effect of a plasma are closely related and can be related combined, such as HDP deposition (High density plasma) elements of the PECVD and the sputtering method has. Such plasma processes are usually via a Number of process parameters controlled. These include, for example, the setting the frequency and power of the high frequency generator for generating of the plasma, the control of the gas flow rates for the reactive gases as well the density within the process chambers of the respective process devices.

Nach dem Stand der Technik moderne Prozessgeräte können zwei unterschiedliche Hochfrequenzgeneratoren aufweisen, von denen der eine die Erzeugung des Plasmas steuert, während der andere für die Beschleunigung der Ionen zum Substrat hin sorgt. Beispiele sind Prozessgeräte zum Ätzen mit induktiv gekoppelter Plasmaquelle (ICP, inductively coupled plasma).To The state of the art modern process devices can be two different Have high frequency generators, one of which the generation the plasma controls while the other for accelerating the ions towards the substrate. examples are process equipment for etching with inductively coupled plasma source (ICP, inductively coupled plasma).

Eine Prozess- oder Qualitätskontrolle kann mit Hilfe von Testsubstraten durchgeführt werden, welche vorab prozessiert und anschließend einer Messung in einem Metrologiemessgerät zugeführt werden. Bekannt ist auch, das Plasma selbst zu beobachten, etwa durch Aufnahme eines Spektrums des vom Plasma emittierten Lichts.A Process or quality control can be carried out with the aid of test substrates, which are processed in advance and subsequently be supplied to a measurement in a metrology meter. It is also known to observe the plasma itself, for example by recording a spectrum of the light emitted by the plasma.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Prozessgeräte für die Durchführung der vorbeschriebenen Prozesse insoweit zu verbessern, als die Qualität dieser Prozesse erhöht wird.It is an object of the present invention tion to improve process equipment for the implementation of the above-described processes in so far as the quality of these processes is increased.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Prozessgerät zum Anwenden eines Prozessschrittes auf ein Substrat für die Herstellung integrierter Schaltungen, umfassend:

  • – Eine Prozesskammer mit Außenwänden;
  • – eine Halterung innerhalb der Prozesskammer zur Aufnahme des Substrat während der Anwendung des Prozessschrittes;
  • – eine Strahlungsquelle zur Erzeugung eines im infraroten Wellenlängenbereich emittierten Lichtstrahls;
  • – einen Strahlungsdetektor, welcher eingerichtet ist, den Lichtstrahl, welcher von der Strahlungsquelle auf einer Oberfläche des auf der Halterung in der Prozesskammer abgelegten Substrats eingestrahlt und von diesem reflektiert wird, zu detektieren;
  • – eine mit dem Strahlungsdetektor und/oder der Strahlungsquelle verbundene Steuer- und Auswerteeinheit, anhand welcher (a) aus dem detektierten Lichtstrahl die Wellenlänge einer für das Material an der Oberfläche des Substrats charakteristischen Absorptionskante bestimmt werden kann, und (b) aus der bestimmten Wellenlänge eine Temperatur des Substrats berechnet werden kann.
The object is achieved by a process device for applying a process step to a substrate for the production of integrated circuits, comprising:
  • - A process chamber with outer walls;
  • A holder within the process chamber for receiving the substrate during the application of the process step;
  • A radiation source for generating a light beam emitted in the infrared wavelength range;
  • A radiation detector arranged to detect the light beam radiated from and reflected from the radiation source on a surface of the substrate deposited on the support in the process chamber;
  • A control and evaluation unit connected to the radiation detector and / or the radiation source, by means of which (a) the wavelength of an absorption edge characteristic of the material at the surface of the substrate can be determined from the detected light beam, and (b) from the determined wavelength a temperature of the substrate can be calculated.

Die Aufgabe wird des Weiteren gelöst durch ein Verfahren zum Bestimmen einer Substrattemperatur während der Anwendung eines Prozessschrittes in einem Prozessgerät auf das Substrat, wobei der Prozessschritt der Herstellung integrierter Schaltungen dient, umfassend:

  • – Bereitstellen des Substrats auf einer Halterung in dem Prozessgerät;
  • – Beginnen der Anwendung des Prozesses auf das Substrat und dessen Oberfläche, wobei das Substrat eine Temperatur annimmt;
  • – Emittieren eines Lichtstrahls im infraroten Wellenlängenbereich auf die Oberfläche des Substrats mittels einer Strahlungsquelle;
  • – Detektieren des von der Oberfläche reflektierten Strahls durch einen Strahlungsdetektor;
  • – aus dem detektierten Lichtstrahl bestimmen einer Wellenlänge einer für das Material an der Oberfläche des Substrats charakteristischen Absorptionskante;
  • – aus der bestimmten Wellenlänge berechnen der vom Substrat angenommenen Temperatur.
The object is further achieved by a method for determining a substrate temperature during the application of a process step in a process device to the substrate, wherein the process step is used to produce integrated circuits, comprising:
  • - Providing the substrate on a holder in the process device;
  • - beginning the application of the process to the substrate and its surface, the substrate assuming a temperature;
  • - emitting a light beam in the infrared wavelength range on the surface of the substrate by means of a radiation source;
  • Detecting the surface-reflected beam by a radiation detector;
  • From the detected light beam, determine a wavelength of an absorption edge characteristic of the material on the surface of the substrate;
  • From the determined wavelength calculate the temperature assumed by the substrate.

Es ist vorgesehen, während der Durchführung eines Prozesses für die Herstellung integrierter Schaltungen die Temperatur des Substrats zu bestimmen. Es handelt sich hierbei um eine in-situ Temperaturmessung. Das Prozessgerät, mit welchem der Prozess durchgeführt wird, ist entsprechend mit einer Temperaturmessvorrichtung ausgestattet. Der Vorschlag geht dahin, die Temperatur mit Hilfe von Infrarotspektroskopie zu ermitteln. Die Temperaturmessvorrichtung umfasst daher eine im infraroten Wellenlängenbereich emittierende Strahlungsquelle sowie einen Strahlungsdetektor, der zur Detektion der Strahlung dieser Wellenlängen geeignet ist. Die Strahlung gelangt durch Bestrahlung der Oberfläche des Substrates mittels der Strahlungsquelle sowie der direkten Reflexion der Strahlung von dieser Oberfläche weg zum Strahlungsdetektor.It is provided while the implementation a process for the manufacture of integrated circuits the temperature of the substrate to determine. This is an in-situ temperature measurement. The process device, with which the process performed is equipped accordingly with a temperature measuring device. The proposal goes, the temperature by means of infrared spectroscopy to investigate. The temperature measuring device therefore comprises an im infrared wavelength range emitting radiation source and a radiation detector, the is suitable for detecting the radiation of these wavelengths. The radiation passes by irradiation of the surface of the substrate by means the radiation source as well as the direct reflection of the radiation from this surface away to the radiation detector.

In der von der Oberfläche des Substrats reflektierten Strahlung ist eine Information über die aktuelle Temperatur des Substrats beziehungsweise der Substratoberfläche enthalten. Aus der eingestrahlten infraroten Strahlung wird bei einer für das Material an der Oberfläche charakteristischen Wellenlänge ein Anteil der Strahlungsintensität durch die Anregung von Gitterschwindungen im Kristallgitter des Substrats absorbiert. Die durch Photonen übertragene Energie kann Phononen anregen. Durch eine erhöhte Dichte dicht beieinander liegender Energieniveaus in dem Kristallgitter finden sich im Absorptionsspektrum signifikante Band- oder Absorptionskanten.In from the surface The radiation reflected by the substrate is information about the contain current temperature of the substrate or the substrate surface. From the radiated infrared radiation is at one for the material on the surface characteristic wavelength a proportion of the radiation intensity due to the excitation of lattice shrinkages absorbed in the crystal lattice of the substrate. The transmitted by photons Energy can stimulate phonons. Due to an increased density close together lying energy levels in the crystal lattice can be found in the absorption spectrum significant band or absorption edges.

Die Positionen solcher Absorptionskanten innerhalb des Spektrums sind temperaturabhängig. Es ist beispielsweise vorgesehen, die Wellenlänge einer solchen Absorptionskante zu ermitteln und anhand einer vorab durchgeführten Kalibrierung (Tabelle, vorbestimmte Relation) daraus eine Temperatur abzuleiten.The Positions of such absorption edges within the spectrum are temperature dependent. For example, the wavelength of such an absorption edge is provided and based on a previously performed calibration (table, predetermined Relation) to derive a temperature from it.

Einem Aspekt zufolge sind in den Außenwänden der Prozesskammer des Prozessgerätes Fenster vorgesehen, durch welche der im infraroten Wellenlängenbereich emittierte Lichtstrahl in die Prozesskammer auf das Substrat gelenkt werden kann. Auf gleichem Wege kann der Lichtstrahl durch Reflektion von dem Substrat zum Strahlungsdetektor aus der Prozesskammer herausgeführt werden. Es kann sich dabei um das gleiche oder um ein anderes Fenster handeln. Wichtig ist, dass das Fenster in der Außenwand der Prozesskammer transparent gegenüber dem Lichtstrahl im infraroten Wellenlängenbereich ist, und dass in dem interessierenden Ausschnitt des Wellenlängenbereichs durch das Fensterglas dem Spektrum keine Signatur zugefügt wird, insbesondere weitere Absorptionslinien, welche die Auswertung des Spektrums erschweren.a According to the aspect, in the outer walls of the Process chamber of the process device window provided by which the in the infrared wavelength range emitted light beam is directed into the process chamber on the substrate can be. In the same way, the light beam by reflection be led out of the process chamber from the substrate to the radiation detector. It can be the same or another window. It is important that the window in the outer wall of the process chamber is transparent across from the light beam in the infrared wavelength range, and that in the region of interest of the wavelength range through the window glass no signature is added to the spectrum, in particular more Absorption lines, which complicate the evaluation of the spectrum.

Gemäß vorteilhaften Aspekten ist vorgesehen, die Temperaturmessvorrichtung in Prozessgeräten mit Plasmaquelle einzurichten. Die Erfindung ist also in PECVD-, Sputter-, HDP-, Trockenätzanlagen und vielen ähnlichen Vorrichtungen einsetzbar. Der Vorteil ist darin zusehen, dass die Temperatur der Substrate während der Durchführung der entsprechenden Prozesse als unter 400°C liegend angenommen werden kann.According to advantageous aspects, it is provided to set up the temperature measuring device in process devices with a plasma source. Thus, the invention can be used in PECVD, sputtering, HDP, dry etching and many similar devices. The advantage is to see that the temperature of the substrates during the implementation of the corre sponding may be assumed to be below 400 ° C.

Die Substrattemperaturen können sich dabei in erheblichem Maße von den Temperaturen des Plasmas oder der übrigen Gase in der Prozesskammer unterscheiden. Es wurde vorliegend herausgefunden, dass eine über die bisherige Abschätzung hinausgehende genaue Bestimmung der Temperatur des Substrats selbst von erhöhter Bedeutung sein kann.The Substrate temperatures can doing so to a considerable extent from the temperatures of the plasma or other gases in the process chamber differ. It has been found here that one about the previous estimate In addition, accurate determination of the temperature of the substrate itself from elevated Meaning can be.

Es kann zum Beispiel das im Verlaufe der bisherigen Prozessierung erfahrene Temperaturbudget des Substrats zu berücksichtigen sein. So kann der Unterschied erheblich sein sein, ob ein Substrat mit 350°C oder mit 400°C in einer Prozesskammer mit Plasmaquelle prozessiert wurde. Die Temperaturentwicklung kann beispielsweise Diffusionsprofile von bereits im Substrat gebildeten aktiven Gebieten beeinflussen.It can, for example, the experienced in the course of the previous processing Be aware of the temperature budget of the substrate. So can the Difference be substantial, whether a substrate with 350 ° C or with 400 ° C in a process chamber was processed with plasma source. The temperature development For example, diffusion profiles of already formed in the substrate influence active areas.

Es ist grundsätzlich auch eine Temperaturbestimmung mittels Pyrometern in Betracht zu ziehen, jedoch wurde herausgefunden, dass diese sich eigentlich nur für Lösungen bei Substrattemperaturen oberhalb von 400°C eignen. Da bei Pyrometern die Temperatur des untersuchten Objekts aus der Strahlungsintensität als solcher ermittelt wird (Schwarzkörperstrahlung), kann die in dem Raum zwischen Beobachter/Detektor und Substrat erzeugte Plasmastrahlung einen das Messergebnis verfälschenden Einfluss ausüben.It is basically also a temperature determination by means of pyrometers into consideration but it has been found that these are actually only for solutions at substrate temperatures above 400 ° C are suitable. Because with pyrometers the Temperature of the examined object from the radiation intensity as such is determined (black body radiation), can be generated in the space between observer / detector and substrate Plasma radiation exercise a falsifying the measurement result influence.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, die Temperaturmessvorrichtung außerhalb der Prozesskammer eines Parallelplattenreaktors als Plasmaquelle einzurichten. In diesem Fall stellt die Halterung des Substrats eine erste Elektrode (Kathode) dar, während die zweite Elektrode (Anode) dieser ersten Elektrode gegenüber liegt. Die zweite Elektrode kann mit dem Deckel der Prozesskammer identisch sein. Das Fenster, durch welches die infraroten Strahlung in die Prozesskammer eingebracht werden kann, und durch welches die reflektierte Strahlung auch wieder hinausgeführt wird, ist dabei in dem als Elektrode ausgeführten Deckel eingefasst.A Particularly advantageous embodiment provides, the temperature measuring device except for Set up the process chamber of a parallel plate reactor as a plasma source. In this case, the holder of the substrate constitutes a first electrode (Cathode) while the second electrode (anode) lies opposite this first electrode. The second electrode can be identical to the lid of the process chamber be. The window through which the infrared radiation in the Process chamber can be introduced, and through which the reflected Radiation also led out again is in this case enclosed in the lid designed as an electrode.

Die Strahlung wird demnach durch die Elektrode (Anode) hindurch senkrecht auf die Oberfläche des Substrats eingestrahlt. Der reflektierte Strahl nimmt daher im Wesentlichen den gleichen Weg zurück zu dem Fenster, so dass auch nur ein Fenster vorgesehen zu sein braucht. Weil konventionelle Prozessgeräte mit Parallelplattenreaktor häufig ohnehin ein Fenster an dieser Stelle aufweisen, das allerdings bisher nur zur Beobachtung des Plasmas eingerichtet war, sind diesem Aspekt zufolge nur geringfügige strukturelle Änderungen an den Prozessgeräten erforderlich.The Radiation therefore becomes perpendicular through the electrode (anode) on the surface of the Substrate irradiated. The reflected beam therefore substantially decreases the same way back to the window, so that only one window to be provided needs. Because conventional process equipment with parallel plate reactor often anyway have a window at this point, but so far only for the observation of the plasma was this aspect according to only minor structural changes on the process devices required.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die im infraroten Wellenlängenbereich emittierende Strahlungsquelle. Hierfür kann ein Laser vorgesehen sein, der schmalbandig einen fokussierten Lichtstrahl emittiert, wobei dieser Laser in der Wellenlänge durchstimmbar ist. Es ist dadurch möglich den hier interessierenden Ausschnitt des Wellenlängenbereiches mit der Absorptionskante anhand des Lasers durchzustimmen. Es wird folglich ein Spektrum aufgezeichnet. Der Strahlungsdetektor weist in diesem Fall eine über den Wellenlängenausschnitt hinweg im wesentlichen homogene Empfindlichkeit auf, ist also hinreichend breitbandig.One Another aspect of the invention relates to those in the infrared wavelength range emitting radiation source. For this purpose, a laser can be provided, the narrowband emits a focused beam of light, wherein This laser tunable in wavelength is. It is possible the interest here section of the wavelength range with the absorption edge using the laser to tune. It therefore becomes a spectrum recorded. The radiation detector has in this case one over the Wavelength cut is substantially homogeneous sensitivity, so is sufficient broadband.

Umgekehrt kann auch der Strahlungsdetektor durchgestimmt werden bzw. eine Vielzahl von Kanälen aufweisen, mit denen jeweils unterschiedliche Wellenlängenbereiche des reflektierten Lichts untersucht werden können. Dann sollte die Strahlunsgquelle hinreichend breitbandig ausgebildet sein.Vice versa can also be tuned to the radiation detector or a Variety of channels each having different wavelength ranges of the reflected light can be examined. Then the Strahlunsgquelle be formed sufficiently broadband.

Die Strahlungsquelle und der Strahlungsdetektor werden vorteilhafterweise mit einer Steuer- und Auswerteeinheit gekoppelt, so dass die vom Strahlungsdetektor gemessene Intensität mit der aktuell von der Strahlungsquelle durchgestimmten Wellenlänge in Verbindung gebracht werden kann. Das aufgezeichnete Spektrum besteht in einer Zuordnung von gemessenen Intensitätswerten zu Wellenlängen.The Radiation source and the radiation detector are advantageously coupled to a control and evaluation unit, so that the radiation from the detector measured intensity with the wavelength currently tuned by the radiation source can be brought. The recorded spectrum consists in one Assignment of measured intensity values to wavelengths.

Die Position der Absorptionskante kann zum Beispiel bestimmt werden, indem eine Mustererkennung für die Absorptionskante in dem aufgezeichneten Spektrum durchgeführt wird. Das Muster der zu untersuchenden Absorptionskante kann dabei hinterlegt sein. Alternativ ist es auch möglich, in dem betreffenden Wellenlängenausschnitt diejenige Wellenlänge zu ermitteln, für die die gemessene Intensität gerade ein Minimum annimmt. Die Erfindung ist dabei auf keine der genannten Beispiele beschränkt.The Position of the absorption edge can be determined, for example, by a pattern recognition for the absorption edge is performed in the recorded spectrum. The pattern of the absorption edge to be examined can be deposited here be. Alternatively, it is also possible in the relevant wavelength section that wavelength to determine, for the measured intensity just takes a minimum. The invention is in none of the above Examples limited.

Einem weiteren Aspekt zufolge wird die Steuer- und Auswerteeinheit mit einem Kühlmechanismus für die Halterung gekoppelt, auf welcher das Substrat während des Prozesses abgelegt wird. In plasmaquellen-basierten Prozessgeräten findet die Kühlung üblicherweise durch einfache Wärmeleitung von dem Substrat auf die Halterung statt, wobei durch elektrostatische Anziehung der Kontakt zwischen Substrat und Halterung verbessert werden kann.a Another aspect is that the control and evaluation unit with a cooling mechanism for the Mounted on which the substrate is deposited during the process becomes. In plasma source-based process devices, cooling usually takes place by simple heat conduction of the substrate is held on the holder, whereby by electrostatic Attraction of contact between substrate and holder improved can be.

Eine alternative Ausführung sieht vor, eine Rückkopplung der Temperaturbestimmung auf die Kühlung bzw. Heizung des Substrats (durch den Prozess) dadurch zu bewirken, dass die Steuer- und Auswerteeinheit mit der Steuerung der Hochfrequenzgeneratoren des Prozessgerätes verbunden ist. So kann in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur die Ionenflussdichte und/oder die Ionenenergie angepasst werden. Dadurch wird zum Beispiel die Erhaltung einer konstanten Zieltemperatur erreicht, und/oder es wird eine Temperaturänderung bei Überschreiten eines Schwellwertes bewirkt.An alternative embodiment provides to effect a feedback of the temperature determination on the cooling or heating of the substrate (by the process) in that the control and evaluation unit is connected to the control of the high-frequency generators of the process device. Thus, depending on the measured temperature, the ion flux density and / or the ions energy to be adjusted. As a result, for example, the maintenance of a constant target temperature is achieved, and / or a temperature change is effected when a threshold value is exceeded.

Die Erfindung soll nun anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert werden. Darin zeigen:The Invention will now be based on embodiments with the help a drawing closer explained become. Show:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Prozessgerätes mit einem Parallelplattenreaktor, welches eine Temperaturmessvorrichtung aufweist; 1 a first embodiment of a process apparatus with a parallel plate reactor, which has a temperature measuring device;

2 ein beispielhaftes, mit der Temperaturmessvorrichtung gemäß 1 aufgenommenes Infrarotspektrum mit einer Bandkante, die charakteristisch für das Material an der Oberfläche des prozessierten Substrats ist; 2 an exemplary, with the temperature measuring device according to 1 recorded infrared spectrum with a band edge characteristic of the material on the surface of the processed substrate;

3 eine modifizierte Ausführungsform gemäß 1, bei der die Temperaturmessvorrichtung an einem Deckel des Prozessgeräts angebracht ist; 3 a modified embodiment according to 1 in which the temperature measuring device is attached to a lid of the process device;

4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Prozessgerätes mit induktiv gekoppelter Plasmaquelle und Temperaturmessvorrichtung. 4 a further embodiment of a process device with inductively coupled plasma source and temperature measuring device.

1 zeigt ein anhand der Darstellung eines Trockenätz-Prozessgeräts 1a mit Parallelplattenreaktor ein erstes Ausführungsbeispiel. Mit dem Gerät kann ein RIE-Prozess durchgeführt werden (RIE: reactive ion etching). Das Prozessgerät 1a umfasst eine Prozesskammer 10, in welcher zwei Elektroden 12, 14 angeordnet sind. Die untere Elektrode 14 dient als Halterung für ein Substrat 18, bei dem es sich um einen Halbleiterwafer oder eine Photomaske handeln kann, wobei der begriff Photomaske auch EUV-Masken einschließt. 1 shows a reference to the representation of a dry etching process device 1a with parallel plate reactor, a first embodiment. With the device, a RIE process can be performed (RIE: reactive ion etching). The process device 1a includes a process chamber 10 in which two electrodes 12 . 14 are arranged. The lower electrode 14 serves as a holder for a substrate 18 , which may be a semiconductor wafer or a photomask, wherein the term photomask also includes EUV masks.

Das Substrat 18 weist ein Trägermaterial 20 auf, so etwa monokristallines Silizium im Falle von Halbleiterwafern oder EUV-Masken, oder Quarz bzw. Glas im Fall von transmissiven Photomasken. Auf dem Trägermaterial 20 befindet sich eine Schicht 22, in die vorliegend ein Muster mit Strukturen 24 aus einer in lithografischem Prozess gebildeten Resistmaske zu übertragen ist. Die Schicht 22 kann aus beliebigem Material gebildet sein, etwa ein Oxid, eine Metallschicht wie Wolfram, Aluminium oder Kupfer, Chrom oder Molybdän-Silizid im Fall von Masken, ein Nitrid, Poly-Silizium etc. Es kann auch das Trägermaterial selbst geätzt werden, also beispielsweise Silizium.The substrate 18 has a carrier material 20 such as monocrystalline silicon in the case of semiconductor wafers or EUV masks, or quartz or glass in the case of transmissive photomasks. On the carrier material 20 there is a layer 22 , in the present a pattern with structures 24 is to be transferred from a resist mask formed in lithographic process. The layer 22 may be formed of any material, such as an oxide, a metal layer such as tungsten, aluminum or copper, chromium or molybdenum silicide in the case of masks, a nitride, poly-silicon, etc. It may also be the substrate itself etched, so for example silicon ,

Über die untere Elektrode 14 wird durch einen Hochfrequenzgenerator 28 eine Wechselspannung eingekoppelt, das ein elektrische Wechselfeld zwischen den Elektroden 12, 14 erzeugt. In der Prozesskammer 10 befindet befindet sich ein Prozessgas. Durch das Wechselfeld wird ein Plasma 16. erzeugt.About the lower electrode 14 is powered by a high frequency generator 28 an alternating voltage coupled, which is an alternating electric field between the electrodes 12 . 14 generated. In the process chamber 10 is located a process gas. The alternating field becomes a plasma 16 , generated.

Die obere, geerdete Elektrode 12 ist mit den Außenwänden 30 der Prozesskammer 10 verbunden (Bezugszeichen 32), so dass die effektive geerdete Fläche insgesamt größer ist als diejenige der unteren Elektrode 14. Das asymmetrische effektive Flächenverhältnis bewirkt eine entsprechende umgekehrt proportionale Einstellung der Plasmarandschichtspannungen. Die Ionen aus dem Plasmabulk werden durch diese Plasmarandschichtspannungen auf die untere Elektrode 14 und die geerdete Elektrode 12 hin beschleunigt. Die positiv geladenen Ionen 48 werden aufgrund dessen zur unteren Elektrode 14 hin beschleunigt. Zusammen mit einem reaktiven Gas in der Prozesskammer bewirken die Ionen 48 eine Ätzung der Oberfläche 25 der Schicht 26 auf dem Substrat 18, wobei die Strukturen 24 als Ätzmaske dienen.The upper, grounded electrode 12 is with the exterior walls 30 the process chamber 10 connected (reference numeral 32 ) so that the effective grounded area as a whole is larger than that of the lower electrode 14 , The asymmetric effective area ratio causes a corresponding inversely proportional adjustment of the plasma boundary layer stresses. The ions from the plasma bulk are directed through these plasma edge layer voltages onto the lower electrode 14 and the grounded electrode 12 accelerated. The positively charged ions 48 become due to the lower electrode 14 accelerated. Together with a reactive gas in the process chamber, the ions cause 48 an etching of the surface 25 the layer 26 on the substrate 18 , where the structures 24 serve as an etching mask.

Es ist anzumerken, dass ein Ätzprozess grundsätzlich erfolgen kann durch unter anderem Energieeintrag und Sputtereffekt von beispielsweise Argon-Ionen, durch Energieeintrag und Sputtereffekt verschiedenster Ionen des Prozessgases, durch chemische Reaktionen der Ionen des Prozessgases und vor allem auch durch chemische Reaktionen von aktivierten Neutralteilchen. Die Ionen 48 sind hier daher nur beispielhaft dargestellt.It should be noted that an etching process can in principle be carried out by, inter alia, energy input and sputtering effect of argon ions, by energy input and sputtering effect various ions of the process gas, by chemical reactions of the ions of the process gas and, above all, by chemical reactions of activated neutral particles. The ions 48 are therefore shown here only as an example.

Durch den Ionenbeschuss und die Ätzrektionen heizt sich die Oberfläche 25 und somit das Substrat auf. Zum Beispiel wird eine Temperatur von 200°C erreicht. Eine Kühlung findet – aufgrund des niedrigen Drucks in der Prozesskammer – praktisch nur mittels Wärmeleitung über die Halterung, wie z.B. ein elektrostatischer Chuck mit He- Rückseitenkühlung und die untere Elektrode 14 statt.Due to the ion bombardment and the etching reactions, the surface heats up 25 and thus the substrate. For example, a temperature of 200 ° C is reached. Due to the low pressure in the process chamber, cooling takes place practically only by means of heat conduction over the holder, such as, for example, an electrostatic chuck with He backside cooling and the lower electrode 14 instead of.

Die insoweit beschriebenen Merkmale eines beispielhaften Prozessgeräts 1a sind dem Fachmann hinlänglich bekannt. Die Erfindung ist keinesfalls auf die ausführlich dargestellte Form des Parallelplattenreaktors beschränkt.The features of an exemplary process device described so far 1a are well known to those skilled in the art. The invention is by no means limited to the detailed form of the parallel plate reactor.

Wie weiter in 1 zu dargestellt ist, befindet sich in einer der Außenwände 30 des Prozessgeräts 1a ein Fenster 42, hinter dem eine Temperaturmessvorrichtung 34 angebracht ist. Die Temperaturmessvorrichtung 34 weist eine Strahlungsquelle 36 und einen Strahlungsdetektor 38 auf. Bei der Strahlungsquelle 36 handelt es sich um einen Laser, welcher einen Lichtstrahl 50 durch das Fenster 40 bzw. eine Öffnung 42 in der oberen Elektrode 12 hindurch emittiert. Der Lichtstrahl 50 besitzt eine Wellenlänge im infraroten Bereich (IR) zwischen 700 nm und 1 mm. Er fällt scharf gebündelt/fokussiert in einen engen Ausschnitt 26 nahezu senkrecht auf die Oberfläche 25 des Substrats 18.As in further 1 is shown in, is located in one of the outer walls 30 of the process device 1a a window 42 , behind which a temperature measuring device 34 is appropriate. The temperature measuring device 34 has a radiation source 36 and a radiation detector 38 on. At the radiation source 36 it is a laser, which is a light beam 50 through the window 40 or an opening 42 in the upper electrode 12 emitted through. The light beam 50 has a wavelength in the infrared region (IR) between 700 nm and 1 mm. He falls sharply bundled / focused in a narrow section 26 almost perpendicular to the surface 25 of the substrate 18 ,

Von der Oberfläche 25 wird der Lichtstrahl direkt reflektiert (Lichtstrahl 52), so dass er die Prozesskammer 10 auf im wesentlichen gleichen Wege durch die Öffnung 42 und das Fenster 40 wieder verlässt. Beim Durchlaufen durch die Prozesskammer 10 durchstoßen die Lichtstrahlen 50, 52 auch das Plasma 16. Der reflektierte Lichtstrahl trifft außerhalb der Prozesskammer 10 auf den Strahlungsdetektor 38.From the surface 25 the light beam is directly reflected (light beam 52 ), so he's the process chamber 10 in substantially the same way through the opening 42 and the window 40 leaves again. When passing through the process chamber 10 pierce the light rays 50 . 52 also the plasma 16 , The reflected light beam hits outside the process chamber 10 on the radiation detector 38 ,

Die Strahlungsquelle 36, d.h. der IR-Laser, ist in der Wellenlänge durchstimmbar. Zu diesem Zweck ist der IR-Laser mit einer Steuer- und Auswerteeinheit 43 verbunden. Von dieser erhält er ein Signal, so dass er den Lichtstrahl 50 beginnend bei einer ersten Wellenlänge emittiert. Im weiteren Verlauf durchfährt der einen Wellenlängenbereich bis er abschließend eine zweite Wellenlänge erreicht.The radiation source 36 , ie the IR laser, is tunable in wavelength. For this purpose, the IR laser with a control and evaluation unit 43 connected. From this he receives a signal, so that he gets the beam of light 50 emitted at a first wavelength. In the further course passes through a wavelength range until it finally reaches a second wavelength.

Durch den Strahlungsdetektor 38 wird fortlaufend die Intensität des von der Oberfläche reflektierten Lichtstrahls 52 gemessen. Auch der Strahlungsdetektor 38 ist mit der Steuer- und Auswerteeinheit 43 verbunden. Diese umfasst eine erste Einheit 44 mit welcher der Wellenlänge des emittierten Lichts eine gemessene Intensität zugeordnet wird. Es wird darin ein IR-Spektrum aufgezeichnet.Through the radiation detector 38 becomes progressively the intensity of the light beam reflected from the surface 52 measured. Also the radiation detector 38 is with the control and evaluation unit 43 connected. This includes a first unit 44 with which the wavelength of the emitted light is assigned a measured intensity. It will record an IR spectrum.

Ein solches IR-Spektrum ist beispielhaft in 2 dargestellt. Aufgetragen ist die gemessene Intensität des reflektierten Lichtstrahls 52 gegen die Wellenlänge des emittierten Lichtstrahls 50 für zwei unterschiedliche Temperaturen T1, T2 des Substrats 18 bzw. von dessen Oberfläche 25. Deutlich zu erkennen sind Band- oder Absorptionskanten bei den den Temperaturen T1, T2 entsprechenden Wellenlängen λabs1, λabs2. Die Bandkanten entstehen durch Absorption von Lichtquanten im Bereich der (dicht beieinander liegenden) Anregungsniveaus des Kristallgitters des Materials, aus dem die Schicht 22 beschaffen ist. Für Silizium liegt die Bandkante bei 200°C in einem Wellenlängenbereich von 1100 nm.Such an IR spectrum is exemplary in 2 shown. Plotted is the measured intensity of the reflected light beam 52 against the wavelength of the emitted light beam 50 for two different temperatures T1, T2 of the substrate 18 or from its surface 25 , Clearly visible are band or absorption edges at the wavelengths λ abs1 , λ abs2 corresponding to the temperatures T1, T2. The band edges are formed by absorption of light quanta in the region of the (close to each other) excitation levels of the crystal lattice of the material from which the layer 22 is designed. For silicon, the band edge is at 200 ° C in a wavelength range of 1100 nm.

Die Steuer- und Auswerteeinheit 43 umfasst weiter eine zweite Einheit 46. Die zweite Einheit 46 wertet das aufgezeichnete Spektrum aus und leitet dabei eine Temperatur ab, die der aktuell bestimmten Bandkantenpositon im Spektrum entspricht. Dazu kann vorab eine Kalibrierung von Temperaturen T_x gegen Bandkantenpositionen λabs_x vorgenommen worden sein, z.B. durch eine aufwändigere, alternative und mitunter das Substrat zerstörende Messmethode der Temperatur.The control and evaluation unit 43 further includes a second unit 46 , The second unit 46 evaluates the recorded spectrum and derives a temperature that corresponds to the currently determined band edge position in the spectrum. For this purpose, a calibration of temperatures T_x against band edge positions λ abs_x may have been carried out in advance, for example by a more complex, alternative and sometimes destructive method of measuring the temperature.

Bei der Steuer- und Auswerteeinheit 43 kann es sich um eine Rechenanlage, eine Workstation oder ein PC handeln. Sie kann auch Teil der Gerätesteuerung des Prozessgeräts 1a sein.At the control and evaluation unit 43 It can be a computer, a workstation or a PC. It can also be part of the device control of the process device 1a be.

3 zeigt eine weitergehende Ausführungsform des vorgenannten Ausführungsbeispiels. Hierbei besitzt die Prozesskammer 10 einen Kammerdeckel 31, in dem das Fenster 40 angeordnet ist. Der Deckel 31 kann geöffnet werden (Bezugszeichen 31), um das Substrat 18 in die Kammer 10 einzulegen oder von dort zu entnehmen, oder um die Prozesskammer zu warten. Die obere Elektrode 12 und der Deckel 31 sind dabei identisch. Das Fenster 40 und die Öffnung 42 stimmen in diesem besonderen Fall auch überein, so dass der Aufbau besonders einfach wird. 3 shows a further embodiment of the aforementioned embodiment. Here has the process chamber 10 a chamber lid 31 in which the window 40 is arranged. The lid 31 can be opened (reference number 31 ) to the substrate 18 in the chamber 10 to insert or remove from there, or to maintain the process chamber. The upper electrode 12 and the lid 31 are identical. The window 40 and the opening 42 In this particular case, they also agree, so that the structure becomes particularly simple.

Die Temperaturmessvorrichtung 34 mit Strahlungsquelle 36 und Strahlungsdetektor 38 ist bei dieser Ausführungsform an dem Deckel 31 angebracht. Da das Fenster auch zur visuellen Beobachtung des Plasmaprozesses dient, kann die Temperaturmessvorrichtung auch einfach abgenommen und wieder angebaut werden.The temperature measuring device 34 with radiation source 36 and radiation detector 38 is in this embodiment on the lid 31 appropriate. Since the window also serves for visual observation of the plasma process, the temperature measuring device can also be easily removed and reassembled.

4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel. Das dort dargestellte Prozessgerät 1b ist ein Trockenätzgerät mit induktiv gekoppelter Plasmaquelle (ICP). Eine Spule 54 wird durch einen eigenen, ersten Hochfrequenzgenerator 27 mit einer Wechselspannung versorgt, um ein Plasma 17 zu erzeugen. Die Beschleunigung der Ionen aus dem Plasma 17 wird durch ein weiteres Wechselfeld bewirkt, das von einem zweiten Hochfrequenzgenerator 29 über die Substrathalterung bzw. Elektrode 15 eingekoppelt wird. 4 shows a second embodiment. The process device shown there 1b is a dry-etch device with inductively coupled plasma source (ICP). A coil 54 is powered by its own, first high-frequency generator 27 supplied with an AC voltage to a plasma 17 to create. The acceleration of the ions from the plasma 17 is caused by another alternating field, that of a second high frequency generator 29 via the substrate holder or electrode 15 is coupled.

Die Prozesskammer 10 besitzt des weiteren einen Einlass 56 für das reaktive Ätzgas sowie einen Auslass 58 für die Ätzprodukte. Der Prozess wird durch eine zentrale Steuereinheit 62 kontrolliert, die mit den ersten und zweiten Hochfrequenzgeneratoren 27, 29 sowie mit dem Gaseinlass 56 und dem Gasauslass 58 verbunden ist (letzteres der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt).The process chamber 10 also has an inlet 56 for the reactive etching gas and an outlet 58 for the etching products. The process is controlled by a central control unit 62 controlled with the first and second high frequency generators 27 . 29 as well as with the gas inlet 56 and the gas outlet 58 is connected (the latter for the sake of clarity not shown).

Die Prozesskammer besitzt Außenwände 30, in denen gegenüberliegend Fenster 40a, 40b angeordnet sind. Durch das Fenster 40a wird ein Infrarot-Lichtstrahl 50 durch eine Strahlungsquelle 36 (z.B. IR-Laser) eingebracht. Unter einem geneigten Winkel trifft der Strahl auf die Oberfläche des Substrats 18 auf der Halterung bzw. Elektrode 15 und wird von dort als Lichtstrahl 52 reflektiert und verlässt dadurch die Prozesskammer 10 durch das zweite Fenster 40b. Danach wird der Lichtstrahl 52 durch den Strahlungsdetektor 38 empfangen. Die Funktionsweise der Temperaturbestimmung ist analog zum ersten Ausführungsbeispiel.The process chamber has outer walls 30 in which opposite windows 40a . 40b are arranged. Through the window 40a becomes an infrared light beam 50 through a radiation source 36 (eg IR laser) introduced. At an inclined angle, the beam hits the surface of the substrate 18 on the holder or electrode 15 and is from there as a ray of light 52 reflects and thus leaves the process chamber 10 through the second window 40b , After that, the light beam 52 through the radiation detector 38 receive. The mode of operation of the temperature determination is analogous to the first exemplary embodiment.

Hervorzuheben ist in diesem Beispiel die Verbindung zwischen der zentralen Steuereinheit 62 des Prozessgeräts 1b und der Steuer- und Auswerteinheit 43 für die Temperaturbestimmung.Of particular note in this example is the connection between the central control unit 62 of the process device 1b and the control and evaluation unit 43 for temperature determination.

Diese Verbindung ermöglicht es zum Beispiel, eine Rückkopplung von der ermittelten Temperatur auf den Prozessablauf durchzuführen. So kann der Gasdurchfluss, die Dichte, der Druck, die Ionenflussdichte, die Ionenbeschleunigung etc. in Abhängigkeit von der Temperatur beeinfußt werden. Auch kann eine Verbindung zum Mechanismus 60 des ESC (Electrostatic Chucking) vorgesehen sein, um die Kühlung des Substrats 18 durch Wärmeleitung zu beeinflussen.This connection makes it possible, for example, to carry out a feedback from the determined temperature to the process flow. Thus, the gas flow, the density, the pressure, the ion flux density, the ion acceleration, etc. depending on the temperature can be influenced. Also can connect to the mechanism 60 the ESC (electrostatic chucking) be provided to the cooling of the substrate 18 influenced by heat conduction.

Zuletzt kann auch ein Warnsignal erzeugt werden, das anzeigt, dass ein Temperaturschwellwert überschritten worden ist. Darüber hinaus kann auch eine Endpunkterkennung erfolgen, nämlich wenn die Bandkanten im aufgezeichneten Spektrum verschwinden, weil eine aktuell zu ätzende Schicht entfernt wurde und die weiter unterliegende Schicht die entsprechende Bandkante nicht als Merkmal zumindest in dem untersuchten Wellenlängenbereich aufweist.Last A warning signal may also be generated indicating that a temperature threshold has been exceeded has been. About that In addition, an end point detection can take place, namely if the band edges in the recorded spectrum disappear because one currently too corrosive Layer was removed and the further underlying layer the corresponding band edge not as a feature at least in the examined Has wavelength range.

1a,1b1a, 1b
Prozessgerätprocess unit
1010
Prozesskammerprocess chamber
12, 1412 14
Elektrodenelectrodes
16, 1716 17
Plasmaplasma
1818
Substratsubstratum
2020
Trägermaterialsupport material
2222
Schichtlayer
2424
Struktur im Resiststructure in the resist
2525
reflektierende Oberfläche des Substratsreflective surface of the substrate
2626
enger Auftreffbereich des Lichtstrahlsclose Impact area of the light beam
27–2927-29
HochfrequenzgeneratorenHigh Frequency Generators
3030
Außenwände der ProzesskammerExterior walls of the process chamber
3131
Kammerdeckel (zu öffnende Außenwand)chamber cover (opening Exterior wall)
3232
Verbindungconnection
3434
Temperaturmessvorrichtung (Quelle und Detektor)Temperature measuring device (Source and detector)
3636
Strahlungsquelle (IR-Laser)radiation source (IR laser)
3838
Strahlungsdetektorradiation detector
40, 40a, 40b40 40a, 40b
Fenster in Außenwandwindow in outer wall
4242
Öffnung in ElektrodeOpening in electrode
4343
Auswerte- und Steuereinheit für Temperaturbestimmungevaluation and control unit for temperature determination
44, 4644 46
Untereinheitensubunits
4848
Ionenions
5050
einfallender IR-Lichtstrahlincident IR light beam
5252
reflektierter IR-Lichtstrahlreflected IR light beam
5454
Spule für induktives eingekoppeltes Wechselfeld (ICP)Kitchen sink for inductive coupled alternating field (ICP)
5656
Einlassinlet
5858
Auslassoutlet
6060
Kühlmechanismuscooling mechanism
6262
zentrale Steuereinheit für Prozessgerätcentral Control unit for process unit

Claims (20)

Prozessgerät (1a, 1b) zum Anwenden eines Prozessschrittes auf einen Substrat (18) für die Herstellung integrierter Schaltungen, umfassend: – eine Prozesskammer (10) mit Außenwänden (30); – eine Halterung innerhalb der Prozesskammer (10) zur Aufnahme des Substrats (18) während der Anwendung des Prozessschrittes; – eine Strahlungsquelle (36) zur Erzeugung eines im infraroten Wellenlängenbereich emittierten Lichtstrahls (50); – einen Strahlungsdetektor (38), welcher eingerichtet ist, den Lichtstrahl (52), welcher von der Strahlungsquelle auf eine Oberfläche (25) des auf der Halterung in der Prozesskammer (10) abgelegten Substrats (18) eingestrahlt und von diesem reflektiert wird, zu detektieren, – eine mit dem Strahlungsdetektor (38) und/oder der Strahlungsquelle (36) verbundene Steuer- und Auswerteeinheit (43), anhand welcher (a) aus dem detektierten Lichtstrahl (52) die Wellenlänge (λabs1) einer für das Material an der Oberfläche (25) des Substrats (26) charakteristischen Absorptionskante bestimmt werden kann, und (b) aus der bestimmten Wellenlänge (λabs1) eine Temperatur (T1) des Substrats berechnet werden kann.Process device ( 1a . 1b ) for applying a process step to a substrate ( 18 ) for the manufacture of integrated circuits, comprising: - a process chamber ( 10 ) with outer walls ( 30 ); A holder within the process chamber ( 10 ) for receiving the substrate ( 18 ) during the application of the process step; A radiation source ( 36 ) for generating a light beam emitted in the infrared wavelength range (US Pat. 50 ); A radiation detector ( 38 ), which is set up, the light beam ( 52 ), which from the radiation source to a surface ( 25 ) of the holder in the process chamber ( 10 ) stored substrate ( 18 ) and reflected by it, to detect, - one with the radiation detector ( 38 ) and / or the radiation source ( 36 ) connected control and evaluation unit ( 43 ), based on which (a) from the detected light beam ( 52 ) the wavelength (λ abs1 ) one for the material at the surface ( 25 ) of the substrate ( 26 ) characteristic absorption edge can be determined, and (b) from the determined wavelength (λ abs1 ) a temperature (T 1 ) of the substrate can be calculated. Prozessgerät (1a, 1b) nach Anspruch 1, bei dem die Strahlungsquelle (36) ein Laser ist und Licht im infraroten Wellenlängenbereich bei einer diskreten Wellenlänge emittiert, wobei der Laser zur Variation der diskreten Wellenlänge durchstimmbar eingerichtet ist.Process device ( 1a . 1b ) according to claim 1, wherein the radiation source ( 36 ) is a laser and emits light in the infrared wavelength range at a discrete wavelength, the laser being tunable to vary the discrete wavelength. Prozessgerät (1a, 1b) nach Anspruch 1 oder 2, welches weiter ein gegenüber den infraroten Lichtstrahl (50) transparentes Fenster (40, 40a) in einer der Außenwände (30) aufweist, wobei die Strahlungsquelle (36) außerhalb der Prozesskammer (10) angeordnet ist und den Lichtstrahl (50) durch das Fenster (40, 40a) hindurch auf das in der Prozesskammer (10) abgelegte Substrat (18) einstrahlt.Process device ( 1a . 1b ) according to claim 1 or 2, which further comprises a relative to the infrared light beam ( 50 ) transparent window ( 40 . 40a ) in one of the outer walls ( 30 ), wherein the radiation source ( 36 ) outside the process chamber ( 10 ) and the light beam ( 50 ) through the window ( 40 . 40a ) through to the in the process chamber ( 10 ) deposited substrate ( 18 ). Prozessgerät (1a, 1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Strahlungsdetektor (38) außerhalb der Prozesskammer (10) angeordnet ist und den von der Oberfläche (25) des Substrats (18) reflektierten Lichtstrahl (52) durch das Fenster (40) oder ein weiteres Fenster (40b) in einer der Außenwände detektiert.Process device ( 1a . 1b ) according to one of claims 1 to 3, in which the radiation detector ( 38 ) outside the process chamber ( 10 ) and that of the surface ( 25 ) of the substrate ( 18 ) reflected light beam ( 52 ) through the window ( 40 ) or another window ( 40b ) detected in one of the outer walls. Prozessgerät (1a, 1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welches eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Plasmas 16, 17) aufweist, aus welchem zur Durchführung eines Ätzprozesses, eines chemisch-physikalischen Abscheideprozesse oder eines Sputterprozesses reaktive Teilchen und/oder Ionen (48) in Richtung der Oberfläche (25) des auf der Halterung abgelegten Substrates (18) beschleunigt werden können.Process device ( 1a . 1b ) according to one of claims 1 to 4, which is a device for generating a plasma 16 . 17 ), from which reactive particles and / or ions () are used to carry out an etching process, a chemical-physical deposition process or a sputtering process ( 48 ) in the direction of the surface ( 25 ) of the substrate deposited on the holder ( 18 ) who accelerates you can. Prozessgerät (1a, 1b) nach Anspruch 5, bei dem die Vorrichtung zur Erzeugung eines Plasmas ein Parallelplattenreaktor ist, welcher zwei Elektroden (12, 14) aufweist, von welchen eine mit einer Hochfrequenzspannung (28) zur Bildung des Plasmas (16) zwischen den Elektroden (12, 14) versorgt wird.Process device ( 1a . 1b ) according to claim 5, in which the device for generating a plasma is a parallel plate reactor which comprises two electrodes ( 12 . 14 ), of which one with a high-frequency voltage ( 28 ) for the formation of the plasma ( 16 ) between the electrodes ( 12 . 14 ) is supplied. Prozessgerät (1a, 1b) nach Anspruch 6, bei dem die Halterung für das Substrat (18) eine erste (14) der beiden Elektroden ist.Process device ( 1a . 1b ) according to claim 6, wherein the support for the substrate ( 18 ) a first ( 14 ) of the two electrodes. Prozessgerät (1a, 1b) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, bei dem die zweite Elektrode (12) durch eine als zu öffnender Deckel (31) der Prozesskammer (10) ausgebildete Außenwand (30) gebildet wird, wobei im Fall des oder der Fenster (40, 40a, 40b) diese in der als zu öffnender Deckel (31) ausgebildeten Außenwand (309 der Prozesskammer (10) angeordnet sind.Process device ( 1a . 1b ) according to one of claims 6 or 7, in which the second electrode ( 12 ) by an openable lid ( 31 ) of the process chamber ( 10 ) formed outer wall ( 30 ), in the case of the window (s) ( 40 . 40a . 40b ) these in the as openable lid ( 31 ) formed outer wall ( 309 the process chamber ( 10 ) are arranged. Prozessgerät (1a, 1b) nach Anspruch 8, bei dem die Strahlungsquelle (36), der Strahlungsdetektor (38) und das oder die Fenster (40, 40a, 40b) derart angeordnet sind, dass der Lichtstrahl (50, 52) im wesentlichen senkrecht auf die Oberfläche (25) des Substrats (18) trifft und von dieser reflektiert wird.Process device ( 1a . 1b ) according to claim 8, wherein the radiation source ( 36 ), the radiation detector ( 38 ) and the window or windows ( 40 . 40a . 40b ) are arranged such that the light beam ( 50 . 52 ) substantially perpendicular to the surface ( 25 ) of the substrate ( 18 ) and is reflected by this. Prozessgerät (1a, 1b) nach Anspruch 9, bei dem die Steuer- und Auswerteeinheit (43) mit der Strahlungsquelle (36) und mit dem Strahlungsdetektor (38) verbunden ist und dazu eingerichtet ist, (a) eine vom Strahlungsdetektor (38) gemessene Intensität in Abhängigkeit von der variierten Wellenlänge der Strahlungsquelle (38) zur Bildung eines Spektrums aufzuzeichnen, sowie (b) aus dem Spektrum die Absorptionskante und deren Wellenlänge (λabs1) zu bestimmen.Process device ( 1a . 1b ) according to claim 9, wherein the control and evaluation unit ( 43 ) with the radiation source ( 36 ) and with the radiation detector ( 38 ) and is arranged to (a) detect one of the radiation detectors ( 38 ) measured intensity as a function of the varied wavelength of the radiation source ( 38 ) to form a spectrum, and (b) to determine from the spectrum the absorption edge and its wavelength (λ abs1 ). Prozessgerät (1a, 1b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in der Steuer- und Auswerteeinheit (43) eine Relation oder eine durch Kalibrierung erstellte Tabelle hinterlegt ist, welche einer Wellenlänge (λabs_x) einer Absorptionskante eine Temperatur (Tx) zuordnet.Process device ( 1a . 1b ) according to one of the preceding claims, in which in the control and evaluation unit ( 43 ) a relation or a table created by calibration is stored, which assigns a wavelength (λ abs_x ) of an absorption edge a temperature (T x ). Prozessgerät (1a, 1b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Halterung über einen Kühlmechanismus (60) verfügt, welcher in Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur (T1) gesteuert werden kann, um das Substrat (18) mit dessen Oberfläche (25) auf einer gewünschten Temperatur zu halten.Process device ( 1a . 1b ) according to one of the preceding claims, in which the holder is connected via a cooling mechanism ( 60 ), which can be controlled as a function of the determined temperature (T 1 ), to the substrate ( 18 ) with its surface ( 25 ) at a desired temperature. Prozessgerät (1a, 1b) nach Anspruch 12, bei dem die Halterung zur Bewirkung des Kühlmechanismus (60) über eine elektrostatische Kopplung verfügt, mit welcher das Substrat (18) an der Halterung fixiert wird, so dass es durch Wärmeleitung über die Halterung mittels elektrostatischer Anziehung oder mittels Aussetzen der Substratrückseite gegenüber gekühltem Helium gekühlt wird.Process device ( 1a . 1b ) according to claim 12, wherein the holder for effecting the cooling mechanism ( 60 ) has an electrostatic coupling with which the substrate ( 18 ) is fixed to the support so that it is cooled by conduction through the support by means of electrostatic attraction or by exposing the substrate back to cooled helium. Verfahren zum Bestimmen einer Temperatur eines Substrats (18) während der Anwendung eines Prozessschrittes in einem Prozessgerät (1a, 1b), wobei der Prozessschritt der Herstellung integrierter Schaltungen dient, umfassend: – Bereitstellen des Substrats (18) auf einer Halterung in dem Prozessgerät (1a, 1b); – Beginnen der Anwendung des Prozesses auf das Substrat (18) und dessen Oberfläche (25), wobei das Substrat (18) eine Temperatur (T1) annimmt; – Emittieren eines Lichtstrahls (50) im infraroten Wellenlängebereich auf die Oberfläche (25) des Substrats (18) mittels einer Strahlungsquelle (36); – Detektieren des von der Oberfläche (25) reflektierten Lichtstrahls (52) durch einen Strahlungsdetektor (38); – aus dem detektierten Lichtstrahl (38) Bestimmen einer Wellenlänge (λabs1) einer für das Material an der Oberfläche (25) des Substrats (18) charakteristischen Absorptionskante; – aus der bestimmten Wellenlänge (λabs1) Berechnen einer Temperatur (T1) der Oberfläche (25) des Substrats (18).Method for determining a temperature of a substrate ( 18 ) during the application of a process step in a process device ( 1a . 1b ), the process step of manufacturing integrated circuits, comprising: - providing the substrate ( 18 ) on a holder in the process device ( 1a . 1b ); - Begin the application of the process to the substrate ( 18 ) and its surface ( 25 ), the substrate ( 18 ) assumes a temperature (T 1 ); - emitting a light beam ( 50 ) in the infrared wavelength range on the surface ( 25 ) of the substrate ( 18 ) by means of a radiation source ( 36 ); - Detecting from the surface ( 25 ) reflected light beam ( 52 ) by a radiation detector ( 38 ); - from the detected light beam ( 38 ) Determining a wavelength (λ abs1 ) of one for the material on the surface ( 25 ) of the substrate ( 18 ) characteristic absorption edge; From the determined wavelength (λ abs1 ) calculating a temperature (T 1 ) of the surface ( 25 ) of the substrate ( 18 ). Verfahren nach Anspruch 14, bei dem als Prozess ein Trockenätzprozess zur Entfernung einer Schicht (22) angewendet wird.A method according to claim 14, wherein the process comprises a dry etching process for removing a layer ( 22 ) is applied. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem als Prozess eine chemisch physikalische Abscheidung zur Bildung einer Schicht (22) auf dem Substrat durchgeführt wird.A method according to claim 14, wherein as a process a chemical physical deposition to form a layer ( 22 ) is performed on the substrate. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem als Prozess ein Sputterprozess zur Abscheidung und/oder Umbildung der Oberfläche (25) des Substrats (18) durchgeführt wird.Method according to Claim 14, in which a sputtering process for depositing and / or reshaping the surface ( 25 ) of the substrate ( 18 ) is carried out. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der Lichtstrahl (50) von einem Laser als Strahlungsquelle (36) emittiert und dabei in der Wellenlänge über einen Spektralbereich durchgestimmt wird, und wobei der Strahlungsdetektor (38) in Abhängigkeit von der Wellenlänge des emittierten Lichtstrahls (50) die Intensität des detektierten Lichtstrahls (52) zur Bildung eines Infrarot-Spektrums aufnimmt.Method according to Claim 14, in which the light beam ( 50 ) from a laser as a radiation source ( 36 ) and thereby tuned in wavelength over a spectral range, and wherein the radiation detector ( 38 ) as a function of the wavelength of the emitted light beam ( 50 ) the intensity of the detected light beam ( 52 ) to form an infrared spectrum. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem in dem Infrot-Spektrum die Absorptionskante erkannt und anhand der Position der Absorptionskante im Infrarot-Spektrum deren Wellenlänge (λabs1) bestimmt wird.Method according to Claim 18, in which the absorption edge is detected in the infrared spectrum and determined on the basis of the position of the absorption edge in the infrared spectrum whose wavelength (λ abs1 ). Verfahren nach Anspruch 19, bei dem die Wellenlänge (λab s1) mit einer Relation oder Tabelle verglichen wird, welche Wellenlängen (λabs_x) mit Temperaturen (Tx) in Beziehung setzt, so dass aus der Wellenlänge (λabs1) der Absorptionskante die Temperatur (T1) an der Oberfläche (25) des Substrats (18) bestimmt werden kann.The method of claim 19, wherein the wavelength (λ from s1 ) is a relation or table which wavelength (λ abs_x ) is related to temperatures (T x ), so that from the wavelength (λ abs1 ) of the absorption edge the temperature (T 1 ) at the surface ( 25 ) of the substrate ( 18 ) can be determined.
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