JPH0192384A - Plasma treating device - Google Patents

Plasma treating device

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JPH0192384A
JPH0192384A JP24792687A JP24792687A JPH0192384A JP H0192384 A JPH0192384 A JP H0192384A JP 24792687 A JP24792687 A JP 24792687A JP 24792687 A JP24792687 A JP 24792687A JP H0192384 A JPH0192384 A JP H0192384A
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JP
Japan
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frequency voltage
temperature
sample
heater
temperature sensor
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Application number
JP24792687A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazunori Tsujimoto
和典 辻本
Keijiro Shindo
進藤 圭次郎
Shinichi Taji
新一 田地
Sadayuki Okudaira
奥平 定之
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To improve precision in the temp. measurement of a sample and control by providing a high-frequency voltage attenuating circuit to decrease the high-frequency voltage, and removing the obstruction due to the superimposition of the high-frequency voltages. CONSTITUTION:The plasma treating device is formed by the high-frequency voltage impressing electrode 3 provided in a vacuum vessel 1, a sample 11 placed on the electrode 3, a temp. sensor 5 in contact with the sample 11 and electrode 3, a heater 6 provided in the electrode 3 and used for heating the sample 11, a cooling mechanism, a temp. control circuit, and the high-frequency voltage attenuating circuit 7. The temp. control circuit is connected between the sensor 5 and the heater 6, and composed, for example, of a thermometer 4, an automatic temp. controller 8, and a heater power source 9. The circuit 7 is connected between the sensor 5 and heater 6 and the temp. control circuit.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高周波組手により真空容器内に発生させたプ
ラズマを用いて電極上に載置した試料の表面処理を行な
うプラズマ処理装置に係り、特に、試料の温度の測定、
制御を高精度に行なうのに好適なプラズマ処理装置に関
する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a plasma processing apparatus that performs surface treatment on a sample placed on an electrode using plasma generated in a vacuum container by a high-frequency clasp. , especially the measurement of the temperature of the sample,
The present invention relates to a plasma processing apparatus suitable for highly accurate control.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来の高周波放電機器、例えばスパッタ装置やドライエ
ツチング装置では、処理すべき試料もしくは該試料が載
置されたカソード電極等の高周波電圧印加部分の温度を
電気的に測定し、制御することは、温度測定回路もしく
は温度制御回路へ高周波電圧が重畳してしまい、その結
果、該回路が誤動作したり、放電が不安定になる等の問
題があるため、極めて困難であった。この問題を解決す
るため、従来は1例えば、ジャーナル・オブ・ヴアキュ
ウム・ソサエティ・テクノロジーエイ4(5)9月/1
0月 1986年2392〜2394頁(J。
In conventional high-frequency discharge equipment, such as sputtering equipment and dry etching equipment, electrically measuring and controlling the temperature of the sample to be processed or the part to which a high-frequency voltage is applied, such as the cathode electrode on which the sample is placed, is a This has been extremely difficult because a high frequency voltage is superimposed on the measurement circuit or the temperature control circuit, resulting in problems such as malfunction of the circuit or unstable discharge. In order to solve this problem, conventionally 1, for example, Journal of Vacuum Society Technology A4 (5) September/1
October 1986, pp. 2392-2394 (J.

Vac、 Sci、 Technol、 A4 (5)
 5ep10at1986 p、2392〜2394)
に記載しであるように、温度によって色の変わるサーモ
ラベルを試料に張り付けて目視により温度を制御する方
法、あるいは光ファイバを用いた温度センサや非接触の
放射温度計(赤外線温度計)を用いる方法が提案されて
いる。
Vac, Sci, Technol, A4 (5)
5ep10at1986 p, 2392-2394)
As described in , a thermolabel that changes color depending on the temperature is attached to the sample to visually control the temperature, or a temperature sensor using an optical fiber or a non-contact radiation thermometer (infrared thermometer) is used. A method is proposed.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかし、上記のサーモラベルを用いる方法では、目視に
より温度を検知するため、−々サーモラベルの張られた
試料を処理装置から取り出さなければならない問題があ
る。
However, in the method using the thermolabel described above, since the temperature is detected visually, there is a problem in that the sample on which the thermolabel is attached must be removed from the processing device.

また、放射温度計では、特に0℃以下で測定精度が低下
し、測定限界が一50℃である問題がある。
Furthermore, radiation thermometers have a problem in that measurement accuracy decreases particularly at temperatures below 0°C, and the measurement limit is 150°C.

さらに、光ファイバを用いた温度センサは、非常に高価
である。
Furthermore, temperature sensors using optical fibers are very expensive.

熱電対や測温抵抗体等の安価な接触型温度センサを用い
る場合でも、高周波電圧印加部分との間に充分厚い絶縁
材を設置すれば、高周波電圧の重畳を避けることができ
るが、この場合には応答速度が著しく低下する問題があ
る。従って、−200℃以下までを含む広範囲において
、高周波電圧の影響を受けることなく、速い応答速度で
温度を測定することは困難である。
Even when using inexpensive contact-type temperature sensors such as thermocouples and resistance thermometers, superimposition of high-frequency voltages can be avoided if a sufficiently thick insulating material is installed between the high-frequency voltage application part, but in this case, has the problem that the response speed is significantly reduced. Therefore, it is difficult to measure temperature with a fast response speed over a wide range including -200° C. or lower without being affected by high frequency voltage.

一方、試料の温度を制御するために、試料が載置される
高周波電圧印加電極内にヒータを設置する場合にも、温
度センサと同様に、該ヒータに結線された温度制御回路
に高周波電圧が重畳し、該回路が誤動作し、放電が不安
定化になる問題がある。上記温度センサの場合と同様、
高周波電圧の重畳を避けるため、ヒータと電極との間に
絶縁材を用いると、温度制御の応答速度が遅い問題があ
る。
On the other hand, in order to control the temperature of the sample, when a heater is installed inside the high-frequency voltage application electrode on which the sample is placed, the high-frequency voltage is applied to the temperature control circuit connected to the heater, similar to the temperature sensor. There is a problem in that the circuits are superimposed and the circuit malfunctions, making the discharge unstable. As with the temperature sensor above,
If an insulating material is used between the heater and the electrode to avoid superimposition of high-frequency voltages, there is a problem in that the response speed of temperature control is slow.

ランプヒータを用いれば電気的絶縁は取れるが。Electrical insulation can be achieved by using a lamp heater.

ランプヒータは加熱効率が低く、やはり加熱の応答速度
が遅い問題がある。
Lamp heaters have a problem of low heating efficiency and slow heating response speed.

このように従来技術では、高周波電圧印加部分の温度を
温度センサ、あるいはヒータを用いて測定、制御する場
合に、温度測定もしくは制御用の電気配線に重畳される
高周波電圧の減衰について充分な配慮がされておらず、
放電しながらの試料もしくは電極の温度測定、制御が困
難であるという問題がある。特に、応答速度の速い温度
制御が必要な場合にこの問題は大きい。
In this way, in the conventional technology, when measuring and controlling the temperature of a part to which a high-frequency voltage is applied using a temperature sensor or a heater, sufficient consideration is not given to the attenuation of the high-frequency voltage superimposed on the electrical wiring for temperature measurement or control. has not been done,
There is a problem in that it is difficult to measure and control the temperature of the sample or electrode while discharging. This problem is particularly serious when temperature control with fast response speed is required.

本発明の目的は、温度測定、制御の応答速度を速くし、
しかも、温度測定回路もしくは温度制御回路に重畳され
る高周波電圧による問題を解決し。
The purpose of the present invention is to increase the response speed of temperature measurement and control,
Moreover, it solves the problem caused by high frequency voltages superimposed on the temperature measurement circuit or temperature control circuit.

放電中に安定に温度測定、制御を行なうことにある。The purpose is to stably measure and control temperature during discharge.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記目的を達成するために、本発明のプラズマ処理装置
は、温度センサあるいは温度制御用のヒータを絶縁材を
介することなく、高周波電圧印加電極もしくは該電極上
に載置された試料に接触させ、かつ、温度センサあるい
はヒータと温度測定もしくは制御回路との間に、高周波
電圧を減衰させる回路を設置することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the plasma processing apparatus of the present invention brings a temperature sensor or a heater for temperature control into contact with a high-frequency voltage application electrode or a sample placed on the electrode without intervening an insulating material, Moreover, a circuit for attenuating high frequency voltage is installed between the temperature sensor or heater and the temperature measurement or control circuit.

本発明のプラズマ処理装置の構成をさらに詳細に述べる
。試料の温度を直接検知、測定するため、温度センサを
高周波電圧印加電極もしくは該電極上に載置される試料
に直接接触させる。上記温度センサは、例えば採熱電対
、あるいはセンサが薄い絶縁材を介して金属シース管内
に埋め込まれたいわゆるシース型温度センサでもよい。
The configuration of the plasma processing apparatus of the present invention will be described in more detail. In order to directly detect and measure the temperature of the sample, the temperature sensor is brought into direct contact with the high-frequency voltage application electrode or the sample placed on the electrode. The temperature sensor may be, for example, a thermocouple, or a so-called sheath type temperature sensor in which the sensor is embedded in a metal sheath tube via a thin insulating material.

シース型温度センサの応答速度(タイムコンスタント)
は数秒以内であり、実用上全く問題がない。
Response speed of sheath type temperature sensor (time constant)
is within a few seconds, and there is no practical problem at all.

また、試料の温度制御のために1例えば抵抗加熱型シー
スヒータを電極内に埋め込み設置した。
Further, in order to control the temperature of the sample, a resistance heating type sheath heater, for example, was embedded in the electrode.

シースヒータと電極との間には絶縁材を設置していない
。もちろん、温度制御の応答速度がある程度遅くても良
い場合には、ヒータと電極との間に絶縁材を設置した方
がヒータの配線への高周波電圧の重畳が少ないことは自
明である。
No insulating material is installed between the sheath heater and the electrode. Of course, if the response speed of temperature control can be slow to some extent, it is obvious that installing an insulating material between the heater and the electrode will reduce the superimposition of high-frequency voltage on the heater wiring.

高周波電圧印加部分に接触させて設置した温度センサ、
あるいはヒータの配線には、電圧振幅で数百ボルトの高
周波電圧が重畳される。従って、配線をそのまま、温度
計、自動温度調節器、ヒータ電源等から構成される温度
制御回路や温度測定回路に結線すると、該回路が高周波
電圧のために誤動作する。そこで、本発明では、上記配
線の途中に高周波電圧減衰回路を設置する。この高周波
電圧減衰回路としては、少なくともコイルとコンデンサ
を含む非能動素子から成るフィルタ回路や、フォトカプ
ラ回路を用いる。この回路は、500kHz以上の高周
波電圧(代表的には800kHz、 13.56MHz
、2.45GHz等)を減衰させることができる。
A temperature sensor installed in contact with the high-frequency voltage application part,
Alternatively, a high frequency voltage with a voltage amplitude of several hundred volts is superimposed on the heater wiring. Therefore, if the wiring is directly connected to a temperature control circuit or temperature measurement circuit consisting of a thermometer, automatic temperature controller, heater power source, etc., the circuit will malfunction due to the high frequency voltage. Therefore, in the present invention, a high frequency voltage attenuation circuit is installed in the middle of the wiring. As this high frequency voltage attenuation circuit, a filter circuit consisting of inactive elements including at least a coil and a capacitor, or a photocoupler circuit is used. This circuit uses high frequency voltage of 500kHz or more (typically 800kHz, 13.56MHz
, 2.45 GHz, etc.).

この回路により、上記配線に重畳される高周波電圧は約
1000分の1以下に減少できる。その結果、高周波電
圧減衰回路を通して接続した温度制御回路もしくは温度
測定回路の誤動作は防止され、プラズマ放電の状態、お
よび放電時のインピーダンスマツチング状態を安定化で
きる。
With this circuit, the high frequency voltage superimposed on the wiring can be reduced to about 1/1000 or less. As a result, malfunction of the temperature control circuit or temperature measurement circuit connected through the high-frequency voltage attenuation circuit is prevented, and the state of plasma discharge and the state of impedance matching during discharge can be stabilized.

〔作用〕[Effect]

上記のように、温度センサを直接試料に接触させること
によって、温度センサの応答速度が絶縁材として例えば
厚さ21mのサファイア基板を介して接触した場合より
も約1150以下に減少できる。
As described above, by bringing the temperature sensor into direct contact with the sample, the response speed of the temperature sensor can be reduced to about 1150 or less than when contact is made through a 21 m thick sapphire substrate as an insulating material, for example.

すなわち、サファイアを介した場合には応答速度が約5
分径度であったものが、直接接触させることによって、
数秒以内に減少できる。サファイアよりも炭化シリコン
(SiC)の方が熱伝導率は大きいが、SiCはIMH
z以上の高周波電圧に対しては絶縁性の悪い点が問題で
ある。
In other words, when using sapphire, the response speed is approximately 5
By direct contact, what used to be a particle diameter,
It can be reduced within seconds. Silicon carbide (SiC) has higher thermal conductivity than sapphire, but SiC has IMH
The problem is poor insulation against high frequency voltages of z or higher.

本発明のプラズマ処理装置を、例えばドライエツチング
装置に用いる場合、−船釣に処理時間は数分程度である
ことが多く、上記サファイアを介して温度センサを接触
させた場合、約5分の応答速度を要するので、実用不可
能であり、絶縁材を介さない温度センサの接触が不可欠
であった。
When the plasma processing apparatus of the present invention is used, for example, in a dry etching apparatus, the processing time is often about several minutes, and when a temperature sensor is brought into contact through the sapphire, the response time is about 5 minutes. This method is impractical because of the speed required, and it is essential to contact the temperature sensor without using an insulating material.

本発明では、絶縁材を介さないで、温度センサとして、
例えば採熱電対、あるいはシース型センサを用いても、
センサおよびその配線に重畳する電圧振幅数百ボルトの
高周波電圧を上記高周波電圧減衰回路により約1000
分の1以下に減衰できる。
In the present invention, as a temperature sensor without using an insulating material,
For example, even if a thermocouple or sheath type sensor is used,
The high-frequency voltage with a voltage amplitude of several hundred volts superimposed on the sensor and its wiring is reduced to approximately 1000 volts by the above-mentioned high-frequency voltage attenuation circuit.
It can be attenuated to less than one-fold.

試料温度制御用のヒータの場合にも、高周波電圧の重畳
を避けるために、サファイア等の絶縁材を介すると、□
加熱の応答速度が遅く、数分以内の処理時間内における
高精度の温度制御は不可能でり、ランプヒータでも同様
である。シースヒータを電極に直接接触きせることによ
り、充分実用可能な応答速度になり、該ヒータに高周波
電圧減衰回路を接続することにより、温度制御回路の誤
動作が防止できる。
In the case of a heater for controlling sample temperature, it is recommended to use an insulating material such as sapphire to avoid superimposition of high-frequency voltages.
The response speed of heating is slow, and highly accurate temperature control within a processing time of several minutes is impossible, and the same applies to lamp heaters. By bringing the sheath heater into direct contact with the electrode, a sufficiently practical response speed can be achieved, and by connecting a high frequency voltage attenuation circuit to the heater, malfunctions of the temperature control circuit can be prevented.

高周波電圧減衰回路は、ノイズによる回路誤動作防止の
他に、放電を安定化させる働きも有する。
The high-frequency voltage attenuation circuit not only prevents malfunction of the circuit due to noise but also has the function of stabilizing discharge.

この回路を設置しない場合には、放電時のインピーダン
スマツチングがとれない、放電しない等の問題が生じる
が、本回路によりこれを防止できる。
If this circuit is not installed, problems such as impedance matching during discharge cannot be achieved and discharge does not occur will occur, but this circuit can prevent this.

〔実施例〕〔Example〕

実施例 1 第1図に、本発明のプラズマ処理装置の第1の実施例の
構成を示す。図において、1は真空処理室(真空容器)
、2はアース電極、3は高周波電圧印加電極、5は温度
センサ、6はヒータ、7は高周波電圧減衰回路、4は温
度計、8は自動温度調節器、9はヒータ電源、10は高
周波電源、11は試料である。
Embodiment 1 FIG. 1 shows the configuration of a first embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention. In the figure, 1 is a vacuum processing chamber (vacuum container)
, 2 is a ground electrode, 3 is a high-frequency voltage application electrode, 5 is a temperature sensor, 6 is a heater, 7 is a high-frequency voltage attenuation circuit, 4 is a thermometer, 8 is an automatic temperature controller, 9 is a heater power supply, 10 is a high-frequency power supply , 11 are samples.

真空容器1内にアース電極2と高周波電圧印加電極3が
設けられ、両電極間のグロー放電によりプラズマが発生
する。高周波電源10の出力周波数としては13.56
MHzを用いた。高周波電圧印加電極3上には試料11
が設置され、該試料11に温度センサ5が接触している
。高周波電圧印加電極3の内部にはヒータ6が内蔵され
、水冷機構(図示せず)も有している。温度計4、自動
温度調節器8およびヒータ電源9により温度制御回路が
構成され、温度センサ5からの信号が温度計4を通して
自動温度調節器8に送られ、ここからヒータ電源9の電
圧を変える信号を送り出すようになっている。ヒータ電
源9としては直流電源を用いた。温度センサ5およびヒ
ータ6と該温度制御回路との間には高周波電圧減衰回路
7が接続されている。
A ground electrode 2 and a high frequency voltage application electrode 3 are provided in a vacuum container 1, and plasma is generated by glow discharge between the two electrodes. The output frequency of the high frequency power supply 10 is 13.56
MHz was used. A sample 11 is placed on the high frequency voltage application electrode 3.
is installed, and the temperature sensor 5 is in contact with the sample 11. A heater 6 is built inside the high-frequency voltage application electrode 3, and also has a water cooling mechanism (not shown). A temperature control circuit is configured by the thermometer 4, automatic temperature controller 8, and heater power supply 9, and a signal from the temperature sensor 5 is sent through the thermometer 4 to the automatic temperature controller 8, which changes the voltage of the heater power supply 9. It is designed to send out a signal. A DC power source was used as the heater power source 9. A high frequency voltage attenuation circuit 7 is connected between the temperature sensor 5 and the heater 6 and the temperature control circuit.

また、該温度制御回路の電源ラインには、シールド付絶
縁トランス(図示せず)を設置した。温度制御回路はア
ース電位を有する。
Further, a shielded insulation transformer (not shown) was installed in the power supply line of the temperature control circuit. The temperature control circuit has a ground potential.

温度センサ5としては、シース型熱電対を用い、ヒータ
6としては、抵抗加熱型シースヒータを用い、高周波電
圧減衰回路7としては、コンデンサとコイルから構成さ
れたフィルタ回路を用いた。
As the temperature sensor 5, a sheath type thermocouple was used, as the heater 6, a resistance heating type sheath heater was used, and as the high frequency voltage attenuation circuit 7, a filter circuit composed of a capacitor and a coil was used.

フィルタ回路の構成は1例えば、第2図に示す構成とし
た。12はコンデンサ、13はコイル、14はアースで
ある。なお、該フィルタ回路は、全てマツチングボック
ス内に設置した。
The configuration of the filter circuit was, for example, the configuration shown in FIG. 12 is a capacitor, 13 is a coil, and 14 is a ground. Note that all of the filter circuits were installed inside a matching box.

第2図に示した構成のフィルタ回路は、第3図に示すよ
うな減衰特性を得た。特に、コンデンサ13を通してア
ース14に接地することが、高周波電圧の減衰に顕著な
効果をもたらした。
The filter circuit having the configuration shown in FIG. 2 obtained attenuation characteristics as shown in FIG. 3. In particular, grounding to earth 14 through capacitor 13 had a remarkable effect on attenuating high frequency voltage.

以上の構成から成る装置を用いて、以下のようなドライ
エツチングを行なった。
Dry etching was carried out as follows using the apparatus having the above configuration.

エツチングガスとしては、BCI&、とC112の混合
ガスを用い、試料としてはSi基板上に堆積した層膜を
用い、ガス圧力は100mTorr (13,3Pa)
、入射電力は400Wとした。温度センサとしては、銅
−コンスタンタン熱電対を用いて試料の温度を50℃に
温度制御し、エツチングを行なった。温度制御回路の動
作は、非常に安定であり、温度精度は±2℃以内であっ
た。また、放電状態も安定であり、良好なエツチング特
性を得た。このとき、Mのエツチング速度は1100n
/ minであった。試料の温度を室温から150℃ま
で変化させたところ、エツチング速度の温度依存性が認
められ、100±50nm/minの間で変化した。
A mixed gas of BCI&, and C112 was used as the etching gas, a layer film deposited on a Si substrate was used as the sample, and the gas pressure was 100 mTorr (13.3 Pa).
, the incident power was 400W. As a temperature sensor, a copper-constantan thermocouple was used to control the temperature of the sample at 50°C, and etching was performed. The operation of the temperature control circuit was very stable, with temperature accuracy within ±2°C. Furthermore, the discharge state was stable and good etching characteristics were obtained. At this time, the etching speed of M is 1100n
/min. When the temperature of the sample was changed from room temperature to 150° C., temperature dependence of the etching rate was observed, and it varied within 100±50 nm/min.

温度センサとしては、測温抵抗体でも良く、高周波電圧
減衰回路としては、フォトカプラ回路でも効果は同様で
あった。このとき、フォトカプラ回路の駆動電源として
は電池を用いた。ただし、ヒータ側にフォトカプラ回路
を設置すると、大電力を送電することが困難であるので
、温度センサl側のみに設置した。
As the temperature sensor, a temperature measuring resistor may be used, and as the high frequency voltage attenuation circuit, a photocoupler circuit may be used with the same effect. At this time, a battery was used as a driving power source for the photocoupler circuit. However, if a photocoupler circuit was installed on the heater side, it would be difficult to transmit large amounts of power, so it was installed only on the temperature sensor l side.

実施例 2 第1図と同様の構成の装置を用いて、試料の温度を制御
しながら、プラズマデポジションを行なった。放電中の
試料の温度を100〜400℃の範囲で高精度に制御す
ることによって、デポジション膜の膜質を変化させるこ
とができた。このときの温度制御精度は、実施例1と同
じく±2℃であった。
Example 2 Plasma deposition was performed while controlling the temperature of the sample using an apparatus having a configuration similar to that shown in FIG. By controlling the temperature of the sample during discharge with high precision in the range of 100 to 400°C, it was possible to change the film quality of the deposition film. The temperature control accuracy at this time was ±2° C., the same as in Example 1.

この他、本装置をスパッタ装置として用いることも可能
であった。
In addition, it was also possible to use this device as a sputtering device.

実施例 3 第4図に示すような低温ドライエツチング装置を用いて
、エツチングを行なった。17は真空処理室、18は試
料交換室、29は試料台、32は石英台、30は冷却ガ
ス供給口、31は加熱用ランプ、19はゲートバルブ、
41はガス供給制御系、40は放電機構。
Example 3 Etching was carried out using a low temperature dry etching apparatus as shown in FIG. 17 is a vacuum processing chamber, 18 is a sample exchange room, 29 is a sample stand, 32 is a quartz stand, 30 is a cooling gas supply port, 31 is a heating lamp, 19 is a gate valve,
41 is a gas supply control system, and 40 is a discharge mechanism.

20は処理ガス供給口、23は冷却試料台を兼ねた高周
波電圧印加電極、27は高周波電圧電源、26は液体窒
素、37は液体窒素容器、24は試料(ウェーハ)、3
3はテフロン台、36は絶縁物、22は石英カバー、2
1はメタル0リング、25は電極23の中に設置された
抵抗加熱型シースヒータ、34は電極23の中に設置さ
れた温度センサ、42.43はそれぞれ温度センサ34
、ヒータ25に接続された高周波電圧減衰回路、35は
温度計、38はフィードバック回路、39はガス供給制
御系、28はヒータ用電源である。
20 is a processing gas supply port, 23 is a high frequency voltage application electrode that also serves as a cooling sample stage, 27 is a high frequency voltage power source, 26 is liquid nitrogen, 37 is a liquid nitrogen container, 24 is a sample (wafer), 3
3 is a Teflon stand, 36 is an insulator, 22 is a quartz cover, 2
1 is a metal O ring, 25 is a resistance heating type sheath heater installed in the electrode 23, 34 is a temperature sensor installed in the electrode 23, and 42 and 43 are temperature sensors 34, respectively.
, a high frequency voltage attenuation circuit connected to the heater 25, 35 a thermometer, 38 a feedback circuit, 39 a gas supply control system, and 28 a heater power source.

このような構成の装置を用いて、高周波電圧印加電極2
3に接触する温度センサ34、ヒータ25、並びに電極
23と一体化した冷却容器内の液体窒素26を用いて電
極温度を室温から一190℃の範囲内に制御した。温度
制御系には第2図に示した構成の高周波電圧減衰回路4
2.43が設置され、高周波電圧重畳の影響を防止して
いる。
Using a device with such a configuration, the high frequency voltage application electrode 2
The electrode temperature was controlled within a range from room temperature to -190° C. using a temperature sensor 34 in contact with the electrode 3, a heater 25, and liquid nitrogen 26 in a cooling container integrated with the electrode 23. The temperature control system includes a high frequency voltage attenuation circuit 4 having the configuration shown in Figure 2.
2.43 is installed to prevent the effects of high frequency voltage superimposition.

本装置により、Siの低温ドライエツチングを行なった
。まず、試料24を冷却試料台23上に設置し、試料2
4と冷却試料台23のすき間にはHeガスを流し、また
、試料24の上から、穴の開いた石英カバー22で押え
、熱接触をとった。本装置により、Siウェーハを一1
20±2℃に温度制御しながら。
Low-temperature dry etching of Si was performed using this apparatus. First, the sample 24 is placed on the cooling sample stage 23, and the sample 24 is placed on the cooling sample stage 23.
He gas was flowed into the gap between the sample 4 and the cooling sample stage 23, and the sample 24 was held down with a perforated quartz cover 22 to establish thermal contact. With this device, Si wafers can be
While controlling the temperature to 20±2℃.

SF、プラズマで5分間エツチングした。マスクとして
はホトレジストを用いた。このエツチングで、1o、s
、at以下、深さ3I!m、精度0.054以下でSi
パターンの形成ができた。このとき、Si/ホトレジス
トのエツチング選択性は約50.517Sin、のエツ
チング選択性は約40であった。また、−70〜−14
0℃の温度範囲でエツチング形状、すなわち、サイドエ
ツチング量の変化が認められ。
Etched with SF and plasma for 5 minutes. Photoresist was used as a mask. With this etching, 1o, s
, below at, depth 3I! m, accuracy of 0.054 or less
The pattern has been formed. At this time, the etching selectivity of Si/photoresist was about 50.517 Sin, and the etching selectivity of Si/photoresist was about 40. Also, -70 to -14
Changes in the etching shape, that is, the amount of side etching, were observed in the temperature range of 0°C.

この温度範囲で高精度な形状制御を達成できた。Highly accurate shape control was achieved within this temperature range.

このような低温の温度範囲では非接触の放射温度計を用
いることが不可能であるため、本発明が特に有効であっ
た。
The present invention was particularly effective because it is impossible to use a non-contact radiation thermometer in such a low temperature range.

実施例 4 実施例3と同様の低温ドライエツチング装置を用いて、
タングステンのエツチングを行なった。
Example 4 Using the same low temperature dry etching equipment as in Example 3,
Performed tungsten etching.

タングステンのエツチング形状は、O〜−30℃の温度
の間で顕著に変化し、この温度範囲で高精度形状制御を
達成できた。この温度範囲における放射温度計の精度は
悪く±5〜10℃程度であった。
The etched shape of tungsten changed significantly between temperatures of 0 to -30°C, and high precision shape control could be achieved in this temperature range. The accuracy of the radiation thermometer in this temperature range was poor, about ±5 to 10°C.

温度センサとしてシース型熱電対を試料に直接接触させ
ることにより精度は±2℃に向上した。特に、熱電対の
接触位置は、試料の裏面で、かつ。
By bringing a sheathed thermocouple into direct contact with the sample as a temperature sensor, the accuracy was improved to ±2°C. In particular, the contact position of the thermocouple is on the back side of the sample.

プラズマにさらされない部分が良く、温度の精度が最も
高かった。
The parts not exposed to plasma were good, and the temperature accuracy was the highest.

上記の実施例では、高周波電圧印加部分に温度センサと
、ヒータを設け、それぞれと温度制御回路との間に高周
波電圧減衰回路を接続した構成のみ示したが、温度セン
サのみ設け、該温度センサと温度測定回路との間に高周
波電圧減衰回路を設置しても有効であることは勿論であ
る。
In the above embodiment, a temperature sensor and a heater are provided in the high-frequency voltage application section, and a high-frequency voltage attenuation circuit is connected between each and the temperature control circuit. However, only the temperature sensor is provided, and the temperature sensor and Of course, it is also effective to install a high frequency voltage attenuation circuit between the temperature measurement circuit and the temperature measurement circuit.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、プラズマ処理装置において、従来
は温度測定もしくは制御回路に高周波電圧が重畳するた
めに、放電中の温度測定、制御が困難であったが、本発
明では、高周波電圧減衰回路を設置することにより、高
周波電圧を約1000分の1以下に低減でき、高周波電
圧の重畳による障害を除去できるので、放電中に一50
℃以下の低温域においても高精度温度測定、制御が可能
となり、また、温度センサ、あるいはヒータと電極との
間に絶縁材を介さなくて済むので、温度制御の応答速度
が絶縁材を介した場合の数10分の1に減少でき、試料
の処理精度を飛語的に向上することができる。
As explained above, in plasma processing equipment, it has been difficult to measure and control the temperature during discharge because high-frequency voltage is conventionally superimposed on the temperature measurement or control circuit, but in the present invention, a high-frequency voltage attenuation circuit is used. By installing this, the high frequency voltage can be reduced to about 1/1000th or less, and the disturbance caused by the superimposition of high frequency voltage can be removed.
High-precision temperature measurement and control is possible even in the low temperature range below ℃, and since there is no need to use an insulating material between the temperature sensor or the heater and the electrode, the response speed of temperature control is faster than that of the insulating material. This can be reduced to several tenths of what would otherwise be the case, and the sample processing accuracy can be dramatically improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明のプラズマ処理装置の第1の実施例の
概略図、第2図は、高周波電圧減衰回路の一例として作
成したフィルタの回路図、第3図は、第2図に示したフ
ィルタ回路の高周波電圧減衰特性を示す図、第4図は、
本発明を適用した低温ドライエツチング装置の概略図で
ある。 1・・・真空処理室   2・・・アース電極3・・・
高周波電圧印加電極 4・・・温度計     5・・・温度センサ6・・・
ヒータ     7・・・高周波電圧減衰回路8・・・
自動温度調節器 9・・パヒータ電源10・・・高周波
電圧電源 11・・・試料12・・・コンデンサ   
13・・・コイル14・・・アース     17・・
・真空処理室18・・・試料交換室   19・・・ゲ
ートバルブ20・・・処理ガス供給口 21・・・メタ
ル○リング22・・・石英カバー 23・・・冷却試料台(高周波電圧印加電極)24・・
・試料(ウェーハ) z5・・・シースヒータ  26・・・液体窒素27・
・・高周波電圧電源 28・・・ヒータ用電源29・・
・試料台     30・・・冷却ガス供給口31・・
・加熱用ランプ  32・・・石英台33・・・テフロ
ン台   34・・・温度センサ35・・・温度計  
   36・・・絶縁物37・・・液体窒素容器  3
8・・・フィードバック回路39・・・ガス供給制御系
 40・・・放電機構41・・・ガス供給制御系 42.43・・・高周波電圧減衰回路
FIG. 1 is a schematic diagram of a first embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram of a filter created as an example of a high frequency voltage attenuation circuit, and FIG. 3 is a diagram shown in FIG. Figure 4 shows the high frequency voltage attenuation characteristics of the filter circuit.
1 is a schematic diagram of a low temperature dry etching apparatus to which the present invention is applied. 1... Vacuum processing chamber 2... Earth electrode 3...
High frequency voltage application electrode 4...Thermometer 5...Temperature sensor 6...
Heater 7... High frequency voltage attenuation circuit 8...
Automatic temperature controller 9... Paheater power supply 10... High frequency voltage power supply 11... Sample 12... Capacitor
13...Coil 14...Earth 17...
・Vacuum processing chamber 18...Sample exchange chamber 19...Gate valve 20...Processing gas supply port 21...Metal ring 22...Quartz cover 23...Cooled sample stage (high-frequency voltage application electrode )24...
・Sample (wafer) z5...Sheath heater 26...Liquid nitrogen 27.
...High frequency voltage power supply 28...Heater power supply 29...
・Sample stand 30...Cooling gas supply port 31...
・Heating lamp 32...Quartz stand 33...Teflon stand 34...Temperature sensor 35...Thermometer
36... Insulator 37... Liquid nitrogen container 3
8...Feedback circuit 39...Gas supply control system 40...Discharge mechanism 41...Gas supply control system 42.43...High frequency voltage attenuation circuit

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、真空容器と、該真空容器内に設けられた高周波電圧
印加電極と、該高周波電圧印加電極上に載置された試料
と、該試料もしくは上記高周波電圧印加電極に接触して
設けられた温度センサと、上記高周波電圧印加電極内に
設けられた上記試料加熱用のヒータと、上記試料の冷却
機構と、上記温度センサおよび上記ヒータに結線された
温度制御回路と、上記温度センサおよび上記ヒータと上
記温度制御回路との間に結線された高周波電圧減衰回路
とを具備することを特徴とするプラズマ処理装置。 2、上記温度制御回路が、少なくとも温度計、自動温度
調節器、ヒータ電源から成り、上記温度センサからの信
号が上記温度計を通して上記自動温度調節器に送られ、
上記自動温度調節器から上記ヒータ電源の電圧を変える
信号を出すように構成してあることを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載のプラズマ処理装置。 3、上記高周波電圧減衰回路が、少なくともコイルとコ
ンデンサを含む非能動素子から成るフィルタ回路である
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のプラズマ
処理装置。4、上記フィルタ回路が、少なくとも1か所
以上上記コンデンサを通してアースに接続されているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第3項記載のプラズマ処
理装置。 5、上記高周波電圧減衰回路が、フォトカプラ回路であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のプラズ
マ処理装置。 6、上記温度センサが、熱電対もしくは抵抗測温体であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のプラズ
マ処理装置。 7、上記ヒータが抵抗加熱型ヒータであることを特徴と
する特許請求の範囲第1項記載のプラズマ処理装置。 8、上記冷却機構が液体窒素を用いる冷却機構であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のプラズマ処
理装置。 9、真空容器と、該真空容器内に設けられた高周波電圧
印加電極と、該高周波電圧印加電極上に載置された試料
と、該試料もしくは上記高周波電圧印加電極に接触して
設けられた試料温度検知用温度センサと、上記温度セン
サに結線された温度測定回路と、上記温度センサと上記
温度測定回路との間に結線された高周波電圧減衰回路と
を具備することを特徴とするプラズマ処理装置。
[Scope of Claims] 1. A vacuum container, a high-frequency voltage applying electrode provided in the vacuum container, a sample placed on the high-frequency voltage applying electrode, and contacting the sample or the high-frequency voltage applying electrode. a temperature sensor provided in the above, a heater for heating the sample provided in the high frequency voltage applying electrode, a cooling mechanism for the sample, a temperature control circuit connected to the temperature sensor and the heater; A plasma processing apparatus comprising a temperature sensor and a high frequency voltage attenuation circuit connected between the heater and the temperature control circuit. 2. The temperature control circuit includes at least a thermometer, an automatic temperature controller, and a heater power source, and a signal from the temperature sensor is sent to the automatic temperature controller through the thermometer;
2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the automatic temperature controller is configured to output a signal for changing the voltage of the heater power source. 3. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the high frequency voltage attenuation circuit is a filter circuit consisting of inactive elements including at least a coil and a capacitor. 4. The plasma processing apparatus according to claim 3, wherein the filter circuit is connected to the ground through the capacitor at at least one location. 5. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the high frequency voltage attenuation circuit is a photocoupler circuit. 6. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the temperature sensor is a thermocouple or a resistance temperature sensor. 7. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the heater is a resistance heating type heater. 8. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the cooling mechanism is a cooling mechanism using liquid nitrogen. 9. A vacuum container, a high-frequency voltage application electrode provided in the vacuum container, a sample placed on the high-frequency voltage application electrode, and a sample placed in contact with the sample or the high-frequency voltage application electrode. A plasma processing apparatus comprising a temperature sensor for temperature detection, a temperature measurement circuit connected to the temperature sensor, and a high frequency voltage attenuation circuit connected between the temperature sensor and the temperature measurement circuit. .
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