JP2002208588A - エッチング処理装置の温度測定装置 - Google Patents

エッチング処理装置の温度測定装置

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JP2002208588A JP2001004400A JP2001004400A JP2002208588A JP 2002208588 A JP2002208588 A JP 2002208588A JP 2001004400 A JP2001004400 A JP 2001004400A JP 2001004400 A JP2001004400 A JP 2001004400A JP 2002208588 A JP2002208588 A JP 2002208588A
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 半導体素子にエッチング等の処理を施す際、
被加熱材料であるエッチング処理室内の材料の温度を正
確に測定する装置及びその方法を提供する。 【解決手段】 プラズマエッチングによる微細パタンの
加工を行うためのウエハの表面処理装置の温度測定装置
であって、表面処理されるウエハを載置する電極と、処
理ガス供給手段と、プラズマ生成手段と、バイアス電圧
を前記電極に印加する高周波電源からなる装置で、エッ
チング処理室内の部材をランプヒータ10から照射され
る光で加熱する際、ランプから照射される光の特定波長
をカットする、もしくは放射温度計22にランプヒータ
からの光が入射しない構造としたことにより、加熱部材
である加熱板12の温度を正確に測定することが出来
る。その結果、加熱用ランプ10の出力を正確に制御す
ることが可能となり、加熱板12及び加熱板12に接触
している石英板13を一定温度に保持することが出来
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はウエハの表面処理装
置にかかわり、特にプラズマを用いてエッチング等の処
理を行なうのに適したエッチング処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、半導体素子の表面を処理する
手段として、半導体素子をプラズマ中でエッチングする
装置が知られている。ここでは、ECR(電子サイクロ
トロン共鳴)方式と呼ばれる装置を例に、従来技術を説
明する。この方式では、外部より磁場を印加した処理室
中で電磁波によりプラズマを発生する。磁場により電子
はサイクロトロン運動し、この周波数と電磁波の周波数
を共鳴させることで効率良くプラズマを発生できる。半
導体素子等のウエハに入射するイオンを加速するため
に、ウエハには高周波電圧が印加される。また、プラズ
マとなるプロセスガスには塩素やフッ素などのハロゲン
ガスが使用されている。
【0003】このような従来のエッチング装置におい
て、半導体素子用ウエハの1ロット(25枚)のエッチ
ング処理を行う場合、処理ウエハのエッチング速度の変
化を測定すると、ロット初期のエッチングではロット後
期のエッチングと比較してエッチング速度が大きくなる
という問題が発生していた。この原因は、エッチング処
理室の温度がエッチング初期に低いためである。このよ
うな状況のもと、従来のエッチング装置ではロット内の
エッチング速度の変動を低減するため、実際の配線パタ
ーンのウエハを処理する前にダミー放電を行い、エッチ
ング処理室の温度を上昇する方法が用いられていた。し
かし、温度を上昇するための時間を要するという問題が
発生していた。また、エッチング処理室全体を加熱して
一定の温度に保持する方法も用いられていたが、この方
法では容器全体を均一に加熱しなければならないため、
加熱効率が悪く消費電力も大きいという問題があった。
【0004】エッチング処理室内の部品を加熱するとい
う方法に関し、ランプヒーターを用いて基板を加熱する
方法として基板加熱装置(特開平10−5608号公
報)、急速加熱装置及び方法(特公平6−93440号
公報)および真空処理装置(特願平9−241185号
公報)がある。しかし、これらの装置で用いられている
加熱部材の温度測定法は、ランプで加熱される面に対し
て反対側の面に温度計を取り付けている。その結果ラン
プの光の影響を受けずに温度測定を行うことが可能であ
る。しかし、エッチング処理室を加熱する場合は、ラン
プで加熱される面に対して反対側に温度計を配置するこ
とは困難である。また、熱電対等の導体からなる線を配
置すれば、電磁波が漏洩するため、使用することは困難
である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】真空中の被加熱物を加
熱する際、真空室外部の加熱源にランプヒーターを配置
して行う方法では温度測定が課題となる。特に、温度測
定に熱電対を使用する場合は、エッチング処理室内部に
電磁波を投入するため、熱電対等の導体から電磁波が処
理室外にリークしてしまう。また、エッチング処理装置
内はエッチングガス雰囲気中であり、大気中から内部を
観測するためには石英製の窓を使用する。
【0006】エッチング処理室中の加熱物の温度を測定
する際、低い温度領域では温度測定波長も大きい(6μ
m以上)が一般的であるが、石英を通して温度を計測す
るためには、測定波長は2.5μm以下でなくてはなら
ない。また、ヒーターとして使用する放射温度計の測定
波長が2.5μmより短い場合は、ヒーターとして用い
るランプの光が放射温度計に入り込み、正確な温度計測
は困難である。真空中の加熱物を真空外のランプヒータ
ーで加熱する際、温度を放射温度計で測定する場合は、
温度測定に使用する波長をカットすることが必要であ
る。すなわち、放射温度計のセンサ部にランプヒータか
ら照射される光が入り込まないようにする事が重要であ
る。
【0007】本発明の目的は、特にエッチング処理室内
の加熱物をランプヒーターで加熱する際、放射温度計を
用いて加熱物の温度を正確に測定する装置を提供するこ
とにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】エッチング装置の処理室
内に配置している被加熱物の温度測定手段には、従来か
ら熱電対や蛍光温度計が使用されている。これらの温度
計は加熱する部材にセンサーを直接接触することで温度
を測定している。また、放射温度計を使用する場合は、
放射温度計に迷光が入り込まないようにしなければなら
ない。
【0009】エッチング処理室内部の材料を加熱する
際、被加熱物がエッチング処理室外壁から離れている場
合は、接触式の熱電対等の導体からなる温度計を用いて
被加熱物まで配線すると電磁波の漏洩等の問題が生じ
る。従って、エッチング処理室内面に設置された被加熱
物の温度を測定するためには、被接触式の温度計を使用
することが必要である。
【0010】本発明のエッチング処理装置の温度測定装
置において、例えばエッチング処理室内に配置した石英
やアルミナ等のセラミックスからなる被加熱部材を、ラ
ンプヒータから照射される光によっ加熱する場合、放射
温度計で温度の測定に使用する光の波長を、波長フィル
タ等によってエッチング処理室内に入れないようにする
ことや、温度測定する際にランプを消すようにすること
で可能となる。
【0011】本発明によれば、放射温度計を用いて処置
室中の被加熱物の温度を正確に測定することが可能とな
る。その結果、エッチング処理室中の材料の加熱用ヒー
タとして使用するランプの出力を制御することが可能と
なる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図により
説明する。最初に、図1により、エッチング装置を説明
する。図1において、高周波電源1において発せられた
高周波は導波管2に伝送され、アンテナ21を介してエ
ッチングチャンバ8に供給される。一方、エッチングチ
ャンバ8には、ガス供給系4を介してハロゲンなどのエ
ッチングガスが導入され、高周波の導入に伴いこのガス
のプラズマ9が発生する。ここで発生したプラズマ9に
より、エッチング電極6上のウエハ5に所定のエッチン
グ処理を施すことが出来る。なお、石英板7の材質は、
石英以外にもセラミックスなど電磁波を透過する材料で
も代用することが可能である。
【0013】エッチングチャンバ8の回りには、磁場コ
イル3が設置されている。磁場コイル3により発生する
磁場強度により、エッチングチャンバ8内には電磁波の
周波数と共鳴を起こすような磁場強度の領域を生成する
ことが出来る。この磁場強度で、プラズマ中の電子のサ
イクロトロン運動が電磁波の周波数と共鳴するため、効
率よく高周波のエネルギーをプラズマに供給することが
可能となり、エッチングチャンバ8に高密度のプラズマ
が生成する。
【0014】エッチング等の処理を施すウエハ5は、エ
ッチング電極6の上に設置される。ウエハ5に入射する
イオンを加速するために、高周波電源であるRF(Ra
dio Frequency)バイアス電源が、エッチ
ング電極6に接続されている。これによって、エッチン
グチャンバ8に生成したプラズマをウエハ5に引き込む
ことで、エッチング電極6上のウエハ5をエッチングす
ることが可能となり、所望の配線パターンをエッチング
することが出来る。
【0015】図2は、このエッチング装置のエッチング
速度の安定性を向上させるために、エッチングチャンバ
8を加熱する方法として加熱用ランプ10を用いた装置
の高周波導入部の例である。エッチングチャンバの側壁
は熱電対等で温度を測定することが可能であるが、エッ
チングチャンバ上壁は電磁波が通過することや、上壁の
真空側にある石英板13まで距離が離れていることか
ら、熱電対による測定は困難である。温度の測定に放射
温度計22を利用した場合は、加熱する加熱用ランプ1
0からの迷光により測定値に誤差が生じる。その結果、
正確な温度計測が困難であり、加熱するランプの出力を
制御することも出来ない。
【0016】次に、本発明の第1の実施例を説明する。
図3は、本発明を適用したプラズマエッチング装置の高
周波導入部の図である。図において、エッチングチャン
バ8内の石英板13の加熱に加熱用ランプ10を用いた
例である。加熱用ランプ10から発せられた光は波長フ
ィルタ24、ランプ窓11、石英板7を通過して加熱板
12に到達する。加熱用ランプ10から発せられた光は
加熱板12で遮蔽され、光のエネルギーは加熱板12に
効率良く吸収される。その結果、加熱用ランプ10から
照射された光によって、加熱板12を高温に加熱するこ
とが可能である。
【0017】高温に加熱された加熱板12において、加
熱用ランプ10より供給された熱は加熱板12内を熱伝
導で伝搬し、加熱板12全体を高温に加熱し維持するこ
とが出来る。その結果、加熱用ランプ10から発せられ
た光により加熱板12が加熱されることで、加熱板12
に接触している石英板13は熱伝導や熱ふく射によって
均一に加熱することが出来る。
【0018】このプラズマエッチング装置の高周波導入
部の構成において、加熱用ランプ10から照射された光
は、波長フィルタ24を通過することにより、特定の波
長をエッチングチャンバ8内に入射しないようにするこ
とが出来る。すなわち、放射温度計22の測定波長が2
〜2.5μmであれば、この波長を透過しない波長フィ
ルタ24を採用することで、放射温度計22には加熱用
ランプ10からの迷光は入射することがない。その結
果、正確な温度を測定することが可能となり、加熱用ラ
ンプ10の出力を調整して加熱板12及び石英板13の
温度を一定に保つことが出来る。
【0019】図4は本発明の第2の実施例である。図に
おいて、エッチングチャンバ8内の石英板13の加熱に
加熱用ランプ10を用いた例である。加熱用ランプ10
から発せられた光はランプ窓11、石英板7を通過して
加熱板12に到達する。加熱用ランプ10から発せられ
た光は加熱板12で遮蔽され、光のエネルギーは加熱板
12に効率良く吸収される。温度計測用の放射温度計2
2は、加熱板12の温度を測定する際、その光路を遮光
材25でカバーすることにより、加熱用ランプ10から
発せられた光の迷光は放射温度計22に入り込むことは
ない。その結果、正確な温度を測定することが可能とな
り、加熱用ランプ8の出力を調整して加熱板12及び石
英板13の温度を一定に保つことが出来る。また、この
遮光材25は放射温度計22の測定波長のみをカットす
る波長フィルタにすることも可能である。
【0020】図5は本発明の第3の実施例の温度測定シ
ーケンスである。図において、加熱用ランプ10からエ
ッチングチャンバ8に光が入射する際、放射温度計22
で温度を測定しないように設定し、加熱用ランプ10を
オフ状態とし、エッチング処理室8に光が入射しなくな
ったタイミングに放射温度計22で温度を測定するよう
な設定とする。また、加熱用ランプ10がオンとなり、
エッチングチャンバ8に光が入射する場合は、加熱用ラ
ンプ10オフ時に放射温度計22で測定した温度を保持
するように設定する。
【0021】これによって、加熱用ランプ10がオフの
時に正確な温度を測定することが可能となり、加熱用ラ
ンプ10の出力を調整して加熱板12及び石英板13の
温度を一定に保つことが出来る。
【0022】この放射温度計を用いた温度計測方法は、
他のプラズマ処理装置(CVD装置、スパッタ装置及び
アッシング装置)に使用しても同様の効果を得ることが
可能である。
【0023】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によればエッ
チング処理室の温度を効率的に加熱することが可能とな
り、ロット内のエッチング速度の変動が少ない装置を提
供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例になるエッチング処理装置の構
成図。
【図2】従来のエッチング装置の構成図。
【図3】本発明の第1の実施例になるエッチング装置の
構成図。
【図4】本発明の第2の実施例になるエッチング装置の
構成図。
【図5】本発明の第3の実施例になる温度測定方法の構
成図。
【符号の説明】
1…高周波電源、2…導波管、3…磁場コイル、4…ガ
ス供給系、5…ウエハ、6…エッチング電極、7…石英
板、8…エッチングチャンバ、9…プラズマ、10…加
熱用ランプ、11…ランプ窓、12…加熱板、13…石
英板、14…加熱板、15…石英板、17…誘電体、1
8…マッチングボックス、22…放射温度計、24…波
長フィルタ、25…遮光材
フロントページの続き (72)発明者 高橋 主人 山口県下松市東豊井794番地 株式会社日 立製作所笠戸事業所内 (72)発明者 増田 俊夫 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 Fターム(参考) 4K030 FA03 HA13 KA22 KA30 KA39 5F004 AA01 BA14 BA20 BB11 BB18 BB22 BB27 BC08

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プラズマ発生装置と、減圧可能な真空容
    器と、真空容器にガスを供給するガス供給装置と、プラ
    ズマ処理を施すウエハを保持するウエハ台と、ウエハ台
    上に支持されたウエハに高周波を印加する装置と、真空
    排気装置より成るエッチング処理装置の温度測定装置に
    おいて、エッチング処理室のプラズマに接する部材を、
    エッチング処理室外部に配置したランプヒーターで加熱
    する際、加熱物の温度計測を放射温度計で行う場合に、
    ランプから照射される光が放射温度計の受光部に入らな
    いようにしたことを特徴とするエッチング処理装置の温
    度測定装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のエッチング処理装置の温
    度測定装置において、エッチング処理室外部に配置した
    ランプヒーターとエッチング処理室の間に、放射温度計
    で温度測定する際に使用する波長の光を遮断するフィル
    ターを挿入し、エッチング処理室内に放射温度計の測定
    波長が入らないようにすることで、ランプから照射され
    る光によって放射温度計の指示値に誤差が生じないよう
    にしたことを特徴とするエッチング処理装置の温度測定
    装置。
  3. 【請求項3】 請求項1記載のエッチング処理装置の温
    度測定装置において、エッチング処理室外部に配置した
    ランプヒーターによって加熱する部材と、加熱する部材
    の温度を測定する放射温度計のセンサの間に、石英等か
    らなる光の透過する部材を設け、その周囲に放射温度計
    で温度測定する際に使用する波長の光が入らないよう
    に、波長を遮断する部材を設けたことを特徴とするエッ
    チング処理装置の温度測定装置。
  4. 【請求項4】 請求項1記載のエッチング処理装置の温
    度測定装置において、エッチング処理室外部に配置した
    ランプヒーターをオンオフ制御し、ランプの点灯周期と
    放射温度計で温度を計測する周期を調整することで、温
    度測定時にランプが消灯するように設定し、放射温度計
    の指示値がランプの光によって変動しないことを特徴と
    したエッチング処理装置の温度測定装置。
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