JP3731030B2 - Viewport with heater - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置に載置されているビューポートに係り、詳しくは、内蔵したヒーターによりビューポート自身が発熱する構造を持ったビューポートに関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体製造に用いられるプラズマエッチング装置においては、処理工程をチャンバーの外部から確認して管理するために、チャンバーの壁面にビューポートが載置されている。このビューポートは、チャンバー内部の様子を目視確認する際の覗き窓、およびプラズマエッチング処理の終端検出のための紫外線透過窓としてはたらくが、特に紫外線透過窓としての機能は重要である。終端検出とは、プラズマの発光スペクトルが被エッチング物の組成によって決まっていることを利用した技術で、プラズマの発光スペクトルをモニターしてその変化を検出することにより、被エッチング層とその下層との境界を検出してエッチングを止めるタイミングを決めようとするものである。具体的には、ビューポートを透過してチャンバー外に放出される紫外線をビューポートの外側に置かれた測定用プローブにより受光し、これを分光器で分析してスペクトルの変化を読みとり、さらにそこから得られた情報に基づいてエッチング状態を制御する。
【0003】
従来の、ビューポートは、透明性、強度、耐熱性、価格等を考慮して、石英の単板により作成されていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のビューポートは、短期的には要求性能を満足させるものの、以下に述べるように、連続使用できる時間が非常に短いという欠点を持っていた。
【0005】
以下に、装置の連続稼働時間が短くなる理由を述べる。すなわち、エッチング処理時に発生する反応副成物は、温度の低いチャンバー壁面やビューポート面に堆積する。このとき、ビューポートに堆積する反応副成物は、一般的には紫外線を吸収するため、ビューポートの紫外線透過率が低下してしまい、終端検出に支障をきたすことになる。そのため、一定の期間ごとに装置の稼働を停止し、ビューポートの交換、清掃が必要となっていた。
【0006】
又、石英は安価では有るがプラズマ、特にフッ素系のラジカルに対しては耐性が低いため、ラジカルに曝されるビューポートのチャンバー内面側が侵食を受け、短時間で表面が荒らされる。このため、乱反射により紫外線の透過が阻害され、上記と同様に、交換,清掃が必要であった。このことを解決するために、石英板にサファイアを機械的に組み合わせたものもあるが、石英の場合と同様に反応副成物の堆積は避けられず、装置の連続稼働が短くなることが避けられなかった。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以上の課題を解決するために考案されたもので、以下に述べる技術的手段により構成される。
【0008】
本発明のビューポートは図1で示すように、基板、薄膜ヒーター層、接着剤、保護カバー、給電電極、石英棒および端子により構成される。まず、基板上に薄膜ヒーター層として透明導電膜の回路パターンを真空蒸着及びエッチングにより形成する。基板1としては、石英、サファイア等紫外、可視光の波長域において吸収が少ないものであれば良いが、ビューポート全面に大気圧がかかるため、面積相当の耐性を持った厚さを要する(7〜15mm)。そのため、紫外線透過性能や材料費から考えて本発明の基板材料としては石英が最も適している。石英棒は接着剤によりその側面は固定されるが、保護カバーとの間には接着剤はなく、それらは密着しているだけである。紫外線が接着剤で吸収されないようにするためである。
【0009】
基板上に形成する薄膜ヒーター層としては、酸化スズ、ITOなどの透明導電膜が使用できるが、耐熱性の優れた酸化スズの透明導電膜が好ましい。この薄膜ヒーターは、ビューポート全体の熱容量、放熱量、保持温度などを考慮して、線幅、全長、膜厚を最適に設計された回路パターンにて基板上に形成される。
【0010】
又、この薄膜ヒーターに電力を供給するための端子部は、使用中の断線事故を防止するため、図4で示すような方法によって構成される。
すなわち、基板上の薄膜ヒーターへの給電電極の両端が位置する部分に貫通穴、またはネジ穴を設け、ここに真鍮、銅、コバールなど金属製の端子を挿入するか、またはネジ込む。このとき端子と基板、及び薄膜ヒーターとの間は、銀ペースト、または導電性エポキシ接着剤などを塗っておき、機械的・電気的な接続をより強固なものととすることが望ましい。
【0011】
そして、基板上の薄膜ヒーター面に保護カバー用のサファイアの薄板を接着剤により貼り合わせる。保護カバーを接着するための接着剤としては、エポキシ系、アクリル系、またはシリコーン系等の接着材が使用できるが、紫外線に依る劣化や耐熱性を考慮すると、エポキシ系の光学用接着剤を使用するのが好ましい。また、保護カバーとしては、サファイア、石英等が使用できるが、チャンバー内部においてプラズマアタックから防御するためには、サファイアを用いるのが好ましい。このサファイア製保護カバーは導電膜ヒーターの加熱効率を上げるため、およびコストの低減のため、厚みとしては0.5mm〜1.5mmのものが好ましい。
【0012】
【実施例1】
以下に本発明に係る実施例につき、説明図に基づいて説明する。
図2は、本実施例のビューポートの側断面分解図である。基板▲1▼として200×50×9mmの石英板を使用し、200×50mm面を両面とも鏡面仕上げとした。基板▲1▼上で給電電極▲5▼と端子用M3ボルト▲7▼が接続される位置2カ所に貫通のM3タップ▲2▼を、また、装置搭載時に測定プローブを設置する部分に直径10mmの貫通穴▲3▼を設けた。
そして、薄膜ヒーター層▲4▼として真空蒸着によりこの基板の片面上に酸化スズの透明導電膜を形成した。
【0013】
また図3に示す通り、薄膜ヒーター層▲4▼の両端に銀ペーストを塗布して給電電極▲5▼を形成し、さらに、図4に示す通りM3タップ穴▲2▼に銀ペースト▲6▼を塗布したうえで端子用M3ボルト▲7▼をネジ込んだ。そして、これを180℃で焼成して薄膜ヒーター層▲4▼−給電電極▲5▼−端子用M3ボルト▲7▼の電気的導通をとり、最後にM3ボルト▲7▼にリード線▲12▼を半田付け▲11▼により取り付けた。
【0014】
図2に示す通り、保護カバー▲8▼としては、200×50×1mmのサファイア板を作成し、これを接着剤▲9▼として光学用エポキシ接着剤(エポキシテクノロジー社製:301−2)を用いて石英製の基板▲1▼に張り合わせた。そして基板▲1▼側にあいている直径10mmの穴に直径10mm、長さ9mmの石英棒▲10▼を挿入、接着した。接着に際しては、基板▲1▼の穴内側面と石英棒▲10▼の側面のみを接着し、穴の底面に位置する保護カバー▲8▼の面には接着剤が付着しないようにした。これは、測定プローブを配置する部分の紫外線透過率をできるだけ良くするためである。すなわち、本実施例で終端検出に使用する波長は250nm付近であるが、図5に示すの酸化スズ膜の紫外線透過特性,および図6に示すエポキシ接着剤の紫外線透過特性からわかる通り、酸化スズ膜、エポキシ接着剤共に紫外線透過の障害になるためである。
【0015】
このように製作したビューポートと石英単板のビューポートとをエッチング装置の実機にセットし連続稼働時間の比較テストを行った。本発明のビューポートは回路パターンに対し、100V×15Wの電力を供給し、ビューポート面の温度を110℃に保持した。石英単板のビューポートは50時間後、反応副成物の堆積の為に装置の稼働が出来なくなった。本発明のビューポートを使用した場合は、装置の1,500時間の連続稼働が出来た。使用後のビューポートを取り外して確認したところ、反応副成物の多少の堆積は認められたものの、ラジカルのアタックによる内側表面の荒れはごく僅かであった。
【0016】
【発明の効果】
本発明によって次のように優れたビューポートを提供出来た。すなわちビューポート本体内に発熱層を設け、ビューポート自身が発熱するような構造にしたことにより、反応副成物の堆積速度を大幅に低下させることが出来た。又、ビューポート内面のラジカルと接触する面にサファイア製の保護カバーを設けたことにより、ラジカルのアタックを防御する事が出来た。これらによって装置の連続稼働時間を大幅に延長する事が可能になった。さらに、石英棒と保護カバーの間には接着剤は使用しないで密着させ、石英棒は石英基板のみに接着剤により固定することで、紫外線を減衰することなく導くことを可能に出来た。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明におけるビューポートの構成図である。
【図2】本発明におけるビューポートの側断面の拡大図である。
【図3】本発明における薄膜ヒーター層、及び給電電極の外観図である。
【図4】本発明における給電電極と端子の接合方法を示す構成図である。
【図5】本発明における酸化スズ膜の紫外線透過特性図である。
【図6】本発明におけるエポキシ接着剤の紫外線透過特性図である。
【符号の説明】
▲1▼基板、▲2▼M3タップ、▲3▼貫通穴、▲4▼薄膜ヒーター層、▲5▼給電電極、▲6▼銀ペースト、▲7▼端子用M3ボルト、▲8▼保護カバー、▲9▼接着剤、▲10▼石英棒、▲11▼導電ペースト、▲12▼リード線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a viewport mounted on a semiconductor manufacturing apparatus, and more particularly to a viewport having a structure in which the viewport itself generates heat by a built-in heater.
[0002]
[Prior art]
In a plasma etching apparatus used for semiconductor manufacturing, a viewport is placed on a wall surface of a chamber in order to check and manage a processing process from the outside of the chamber. The viewport functions as a viewing window for visually confirming the inside of the chamber and an ultraviolet transmission window for detecting the end of the plasma etching process, but its function as an ultraviolet transmission window is particularly important. Termination detection is a technique that utilizes the fact that the plasma emission spectrum is determined by the composition of the object to be etched. By monitoring the plasma emission spectrum and detecting the change, the etching layer and its lower layer are detected. It is intended to determine the timing for stopping the etching by detecting the boundary. Specifically, ultraviolet rays that pass through the viewport and are emitted from the chamber are received by a measurement probe placed outside the viewport, analyzed by a spectroscope, and read for spectral changes. The etching state is controlled based on the information obtained from the above.
[0003]
Conventional viewports are made of a single quartz plate in consideration of transparency, strength, heat resistance, price, and the like.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional viewport satisfies the required performance in the short term, but has a drawback that the continuous use time is very short as described below.
[0005]
The reason why the continuous operation time of the apparatus is shortened will be described below. That is, reaction by-products generated during the etching process are deposited on the chamber wall surface and viewport surface having a low temperature. At this time, since reaction by-products deposited in the viewport generally absorb ultraviolet rays, the ultraviolet transmittance of the viewport is lowered, which hinders end detection. For this reason, it is necessary to stop the operation of the apparatus at regular intervals, and to replace and clean the viewport.
[0006]
In addition, although quartz is inexpensive, it has low resistance to plasma, particularly fluorine-based radicals. Therefore, the chamber inner surface side of the viewport exposed to radicals is eroded, and the surface is roughened in a short time. For this reason, the transmission of ultraviolet rays is hindered by irregular reflection, and as described above, replacement and cleaning are necessary. In order to solve this problem, some quartz plates are mechanically combined with sapphire. However, as in the case of quartz, deposition of reaction by-products is inevitable and the continuous operation of the apparatus is avoided. I couldn't.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been devised in order to solve the above-described problems, and includes technical means described below.
[0008]
As shown in FIG. 1, the viewport of the present invention is composed of a substrate, a thin film heater layer, an adhesive, a protective cover, a feeding electrode , a quartz rod, and a terminal. First, a circuit pattern of a transparent conductive film is formed on a substrate as a thin film heater layer by vacuum deposition and etching. The
[0009]
As the thin film heater layer formed on the substrate, a transparent conductive film such as tin oxide or ITO can be used, but a tin oxide transparent conductive film having excellent heat resistance is preferable. This thin film heater is formed on a substrate with a circuit pattern that is optimally designed for line width, total length, and film thickness in consideration of the heat capacity, heat radiation amount, holding temperature, etc. of the entire viewport.
[0010]
Further, the terminal portion for supplying electric power to the thin film heater is configured by a method as shown in FIG. 4 in order to prevent a disconnection accident during use.
That is, a through hole or a screw hole is provided in a portion where both ends of the power supply electrode to the thin film heater on the substrate are located, and a metal terminal such as brass, copper, or kovar is inserted or screwed therein. At this time, it is desirable to apply a silver paste or a conductive epoxy adhesive between the terminal, the substrate, and the thin film heater so that the mechanical and electrical connection is made stronger.
[0011]
Then, a sapphire thin plate for a protective cover is bonded to the thin film heater surface on the substrate with an adhesive. Adhesives such as epoxy, acrylic, or silicone can be used as the adhesive for bonding the protective cover, but epoxy optical adhesives are used in consideration of deterioration due to ultraviolet rays and heat resistance. It is preferable to do this. As the protective cover, sapphire, quartz or the like can be used, but it is preferable to use sapphire in order to protect against plasma attack inside the chamber. The protective cover made of sapphire preferably has a thickness of 0.5 mm to 1.5 mm in order to increase the heating efficiency of the conductive film heater and reduce the cost.
[0012]
[Example 1]
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 2 is an exploded side sectional view of the viewport of the present embodiment. A 200 × 50 × 9 mm quartz plate was used as the substrate (1), and the 200 × 50 mm surface was mirror finished on both sides. On the board (1), there are two M3 taps (2) penetrating at two positions where the power supply electrode (5) and the terminal M3 bolt (7) are connected. Through-hole (3) was provided.
Then, a transparent conductive film of tin oxide was formed on one side of this substrate by vacuum deposition as a thin film heater layer (4).
[0013]
Further, as shown in FIG. 3, silver paste is applied to both ends of the thin film heater layer (4) to form a feeding electrode (5). Further, as shown in FIG. 4, the silver paste (6) is placed in the M3 tap hole (2). Then, M3 bolts (7) for terminals were screwed in. And this is baked at 180 ° C., and the thin film heater layer {circle over (4)}-feeding electrode {circle over (5)}-M3 bolt for terminal {7} is brought into electrical conduction, and finally the lead wire {12} over the M3 bolt {7} Was attached by soldering (11).
[0014]
As shown in FIG. 2, as the protective cover (8), a 200 × 50 × 1 mm sapphire plate was prepared, and this was used as an adhesive (9) with an optical epoxy adhesive (Epoxy Technology Co., Ltd .: 301-2). It was bonded to a quartz substrate (1). Then, a quartz rod (10) having a diameter of 10 mm and a length of 9 mm was inserted into a hole having a diameter of 10 mm on the side of the substrate (1) and bonded. At the time of bonding, only the inner surface of the hole of the substrate (1) and the side surface of the quartz rod (10) were bonded so that the adhesive did not adhere to the surface of the protective cover (8) located at the bottom of the hole. This is to improve the ultraviolet transmittance of the portion where the measurement probe is arranged as much as possible. That is, the wavelength used for termination detection in this example is about 250 nm, but as can be seen from the ultraviolet transmission characteristics of the tin oxide film shown in FIG. 5 and the ultraviolet transmission characteristics of the epoxy adhesive shown in FIG. This is because both the film and the epoxy adhesive become an obstacle to ultraviolet light transmission.
[0015]
The viewport thus manufactured and the quartz single-plate viewport were set in an actual apparatus of an etching apparatus, and a comparative test of continuous operation time was performed. The viewport of the present invention supplied power of 100 V × 15 W to the circuit pattern, and maintained the temperature of the viewport surface at 110 ° C. After 50 hours, the quartz single plate viewport was unable to operate due to the deposition of reaction byproducts. When the viewport of the present invention was used, the apparatus could be continuously operated for 1,500 hours. When the viewport after use was removed and confirmed, some accumulation of reaction by-products was observed, but the roughness of the inner surface due to radical attack was negligible.
[0016]
【The invention's effect】
According to the present invention, an excellent viewport can be provided as follows. That is, by providing a heat generation layer in the viewport body and generating heat in the viewport itself, the deposition rate of reaction byproducts could be significantly reduced. Moreover, by providing a protective cover made of sapphire on the surface of the viewport that comes into contact with radicals, it was possible to prevent radical attacks. As a result, the continuous operation time of the equipment can be greatly extended. Furthermore, the quartz rod and the protective cover were brought into close contact without using an adhesive, and the quartz rod was fixed only to the quartz substrate with the adhesive, so that ultraviolet rays could be guided without being attenuated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a viewport in the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view of a side section of a viewport in the present invention.
FIG. 3 is an external view of a thin film heater layer and a feeding electrode in the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram showing a method of joining a feeding electrode and a terminal in the present invention.
FIG. 5 is an ultraviolet transmission characteristic diagram of a tin oxide film according to the present invention.
FIG. 6 is an ultraviolet transmission characteristic diagram of the epoxy adhesive in the present invention.
[Explanation of symbols]
(1) Substrate, (2) M3 tap, (3) Through hole, (4) Thin film heater layer, (5) Feed electrode, (6) Silver paste, (7) M3 bolt for terminal, (8) Protective cover, (9) Adhesive, (10) Quartz rod, (11) Conductive paste, (12) Lead wire
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