JPH0745589A - プラズマ処理装置の外気リーク検出方法及び検出装置 - Google Patents

プラズマ処理装置の外気リーク検出方法及び検出装置

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JPH0745589A
JPH0745589A JP18632793A JP18632793A JPH0745589A JP H0745589 A JPH0745589 A JP H0745589A JP 18632793 A JP18632793 A JP 18632793A JP 18632793 A JP18632793 A JP 18632793A JP H0745589 A JPH0745589 A JP H0745589A
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JP
Japan
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outside air
nitrogen
air leak
vacuum container
plasma processing
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Application number
JP18632793A
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English (en)
Inventor
Takahiro Toyama
孝弘 戸山
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 窒素系ガスを用いないプラズマ処理中におけ
る真空容器10内への外気リークを容易に検出すること
ができ、例えば被エッチング膜をエッチングする場合に
おいて、外気の酸素によってレジストのエッチングレー
トが進み過ぎる前にウエハ14へのプラズマ処理を中止
することができ、ウエハ14の製品不良の発生を未然に
防止することができ、ウエハ14の不良品発生率を低減
することができるプラズマ処理装置27の外気リーク検
出装置28を提供すること。 【構成】 真空容器10を備えたプラズマ処理装置27
の外気リーク検出装置28において、真空容器10にお
ける窒素のスペクトル強度を測定するモノクロメータ2
3、及びあらかじめ設定された窒素のスペクトル強度と
真空容器10における窒素のスペクトル強度とを比較す
る比較器24を備えていることを特徴とするプラズマ処
理装置27の外気リーク検出装置28。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はプラズマ処理装置の外気
リーク検出方法及び検出装置に関し、より詳細には半導
体装置の製造過程で用いられるプラズマ処理装置におけ
る真空容器内への外気リークを検出する際に有効なプラ
ズマ処理装置の外気リーク検出方法及び検出装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】大規模集積回路の製造においては、半導
体ウエハ上に微細なパターンを形成する必要があり、こ
のためにプラズマCVD装置やプラズマエッチング装置
等のプラズマ処理装置が盛んに用いられている。
【0003】特に、集積度の高いLSIの製造過程では
微細パタ−ンを再現性良く形成することのできるエッチ
ング装置として平行平板型のプラズマ処理装置が多用さ
れている。
【0004】図8は従来のこの種プラズマ処理装置を示
した模式的断面図であり、図中10は真空容器を示して
いる。真空容器10内の処理室11上方には上部電極1
2がセラミックシールド20に支持されており、この上
部電極12はアルミニウムにアルマイト処理が施されて
形成されている。また、上部電極12の上方にはシ−ル
プレ−ト15が配設され、このシ−ルプレ−ト15の中
央部にはプロセスガス導入路16が形成されており、プ
ロセスガス導入路16はガス供給源(図示せず)に接続
されている。また、シ−ルプレ−ト15と上部電極12
との間にはバッフル板21が介装されており、このバッ
フル板21に形成された開口部21a及び上部電極12
に形成された開口部12aから処理室11にプロセスガ
スが拡散されて供給されるようになっている。また、セ
ラミックシールド20にはウエハ14を下部電極13に
固定するためのクランプ板19が取り付けられている。
【0005】また、上部電極12に対向して処理室11
の下部には所定の距離を保って下部電極13が配設され
ており、下部電極13はアルミニウムを用いて形成され
ている。下部電極13の内部には冷却水を循環させるた
めの冷媒循環路18が形成されており、下部電極13の
上面にはウエハ14が載置されるようになっている。下
部電極13の周囲は下部電極13以外の電気的グランド
がのぞかないようにテフロンまたはセラミックで覆われ
ており、下部電極13の外周下方には排気路17が配設
されている。また、上部電極12及び下部電極13には
高周波電源22が接続されており、上部電極12をアー
スし、下部電極13に高周波電力を印加する場合はRI
Eモードとなり、下部電極13をアースし、上部電極1
2に高周波電力を印加する場合はプラズマモードとな
る。
【0006】また処理室11とプロセスガス導入路16
との接続部にはOリング(図示せず)等が取り付けられ
ており、プラズマ処理中の真空容器10内が外気から遮
断されるようになっている。
【0007】このように構成されたプラズマ処理装置を
プラズマモードに設定し、レジストパターンをマスクと
してウエハ14上に形成されたSiO2 、ポリシリコン
等の被エッチング膜をエッチングするには、まずウエハ
14の被エッチング面を上面にして下部電極13上に載
置する。次に、上部電極12とクランプ板19とが固定
されたセラミックシールド20を降下させ、クランプ板
19によりウエハ14を押圧固定する。この後、所定の
真空度に設定した処理室11内にプロセスガス導入路1
6からエッチングガスを供給し、下部電極13をアース
する。その後、高周波電源22から上部電極12に高周
波電力を印加することによりエッチングガスをプラズマ
化し、ウエハ14のエッチングを行う。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、プロセ
スガス導入路16の金属摩耗や、前記Oリング等の劣化
等が発生すると、真空容器10内を確実に外気から遮断
することができなくなり、真空容器10内に外気が混入
する場合がある。このように真空容器10内への外気リ
ークが発生した場合、発生した外気リークによりプラズ
マの発生が妨げられ、安定したプラズマの供給ができな
くなるという課題があった。
【0009】このような課題に対処するために、従来で
は真空容器10内への外気リークを検出する方法とし
て、一旦プラズマ処理を中止し、次に真空容器10内を
真空封止した後、真空容器10に取り付けられた圧力ゲ
ージ(図示せず)により真空容器10内の圧力の上昇率
を測定する方法が採用されている。
【0010】上記した従来のプラズマ処理装置を用いて
例えば前記被エッチング膜をエッチングする場合、図9
に示したように例えば酸素がエッチングガスの3倍以上
になると、マスクとして形成された前記被エッチング膜
上のレジストのエッチングレートが大きくなりすぎ、エ
ッチング量の制御が困難となり、ウエハ14の製品不良
が多量に発生するという課題があった。
【0011】ウエハ14の製品不良の発生を防止するに
は、ウエハ14が外気リークによる悪影響を受ける前に
ウエハ14へのプラズマ処理を中止することが必要とな
る。
【0012】しかしながら、上記した従来のプラズマ処
理装置の外気リーク検出方法においては、プラズマ処理
を一旦中止して外気リークを検出するため、プラズマ処
理中に真空容器10内への外気リークを検出することが
できず、外気の酸素によって前記レジストのエッチング
レートが進み過ぎる前に処理を中止することができず、
不良ウエハの発生を未然に防止することは困難であっ
た。また、前記プラズマ処理装置においては、流量コン
トローラ(図示せず)がガスバルブ(図示せず)を介し
てプロセスガス導入路16に接続されており、外気リー
ク検出時には前記ガスバルブを閉めて調べるので、該ガ
スバルブよりも下流の接続部、プロセスガス導入路16
内及び真空容器10内における外気リークは検出される
ものの、前記ガスバルブよりも上流の接続部、前記流量
コントローラ内及びガス配管(図示せず)内における外
気リークを検出することは困難であった。このため、ウ
エハ14の不良品の発生率を低減することができないと
いう課題があった。
【0013】本発明はこのような課題に鑑み発明された
ものであって、窒素系ガスを用いないプラズマ処理にお
ける真空容器内への外気リークを容易に検出することが
でき、例えば被エッチング膜をエッチングする場合にお
いて、外気の酸素によってレジストのエッチングレート
が進み過ぎる前にウエハへのプラズマ処理を中止するこ
とができ、ウエハの製品不良の発生を未然に防止するこ
とができ、ウエハの不良品発生率を低減することができ
るプラズマ処理装置の外気リーク検出方法及び検出装置
を提供することを目的としている。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために本発明に係るプラズマ処理装置の外気リーク検出
方法は、真空容器を備えたプラズマ処理装置の外気リー
ク検出方法において、前記真空容器における窒素のスペ
クトル強度から該真空容器内への外気リークを検出する
ことを特徴としている。
【0015】また、本発明に係るプラズマ処理装置の外
気リーク検出装置は、真空容器を備えたプラズマ処理装
置の外気リーク検出装置において、前記真空容器におけ
る窒素のスペクトル強度を測定するモノクロメータ、及
びあらかじめ設定された窒素のスペクトル強度と前記真
空容器における窒素のスペクトル強度とを比較する比較
器を備えていることを特徴としている。
【0016】
【作用】一般にプラズマ処理中の真空容器においては、
プロセスガス及び半導体素材特有のプラズマ形態が作り
出されており、通常は安定した発光形態を示している。
【0017】そして、前記真空容器内に外気リークが発
生すると、プラズマが大きく乱され、発光形態が大きく
変化し、このような状態のプラズマをスペクトルアナラ
イザー(発光分光分析器)を用いて分析すると、窒素の
スペクトル強度が最も大きく変化する。これは、通常空
気の体積の約8割を窒素が占め、前記真空容器内への外
気リークが発生することにより前記真空容器内の窒素の
体積が最も大きく変化することに起因している。このよ
うに窒素のスペクトル強度が他の種々のスペクトル強度
に比べて絶対値が大きく、また外気リーク時にスペクト
ル強度が最も大きく変化するため、窒素のスペクトル強
度を外気リークの信号としてモノクロメータを用いて測
定することにより、外気リークの検出を容易に行うこと
が可能となる。
【0018】上記した構成のプラズマ処理装置の外気リ
ーク検出方法によれば、前記真空容器における窒素のス
ペクトル強度から該真空容器内への外気リークを検出す
るので、窒素のスペクトル強度の絶対値および外気リー
クによる変化量が大きいことにより、窒素系ガスを用い
ないプラズマ処理における前記真空容器内への外気リー
クを容易に検出することが可能となる。
【0019】また、上記した構成のプラズマ処理装置の
外気リーク検出装置によれば、前記真空容器における窒
素のスペクトル強度を測定するモノクロメータ、及びあ
らかじめ設定された窒素のスペクトル強度と前記真空容
器における窒素のスペクトル強度とを比較する比較器を
備えているので、窒素のスペクトル強度をモノクロメー
タにより測定することが可能となり、窒素系ガスを用い
ないプラズマ処理における前記真空容器内への外気リー
クを容易に検出することが可能となる。このため例えば
被エッチング膜をエッチングする場合において、外気の
酸素によりレジストのエッチングレートが進み過ぎる前
にウエハへのプラズマ処理を中止することが可能とな
り、ウエハの製品不良の発生が未然に防止され、ウエハ
の不良品発生率が低減される。
【0020】
【実施例及び比較例】以下、本発明に係るプラズマ処理
装置の外気リーク検出方法及び検出装置の実施例及び比
較例を図面に基づいて説明する。なお、図8に示した従
来のプラズマ処理装置と同一の機能を有する構成部品に
は同一の符号を付すこととする。図1は実施例に係るプ
ラズマ処理装置の外気リーク検出装置を示した模式的断
面図であり、図中27はプラズマ処理装置を示してい
る。真空容器10内の処理室11上方には上部電極12
がセラミックシールド20に支持されており、この上部
電極12はアルミニウムにアルマイト処理が施されて形
成されている。また、上部電極12の上方にはシ−ルプ
レ−ト15が配設され、このシ−ルプレ−ト15の中央
部にはプロセスガス導入路16が形成されており、プロ
セスガス導入路16はガス供給源(図示せず)に接続さ
れている。また、シ−ルプレ−ト15と上部電極12と
の間にはバッフル板21が介装されており、このバッフ
ル板21に形成された開口部21a及び上部電極12に
形成された開口部12aから処理室11にプロセスガス
が拡散されて供給されるようになっている。また、セラ
ミックシールド20にはウエハ14を下部電極13に固
定するためのクランプ板19が取り付けられている。
【0021】また、上部電極12に対向して処理室11
の下部には所定の距離を保って下部電極13が配設され
ており、下部電極13はアルミニウムを用いて形成され
ている。下部電極13の内部には冷却水を循環させるた
めの冷媒循環路18が形成されており、下部電極13の
上面にはウエハ14が載置されるようになっている。下
部電極13の周囲は下部電極13以外の電気的グランド
がのぞかないようにテフロンまたはセラミックで覆われ
ており、下部電極13の外周下方には排気路17が配設
されている。また、上部電極12及び下部電極13には
高周波電源22が接続されており、上部電極12をアー
スし、下部電極13に高周波電力を印加する場合はRI
Eモードとなり、下部電極13をアースし、上部電極1
2に高周波電力を印加する場合はプラズマモードとな
る。
【0022】また、真空容器10の側壁にはプラズマ処
理中の真空容器10における窒素のスペクトル強度を測
定するモノクロメータ23が固定されており、モノクロ
メータ23にはあらかじめ設定された窒素のスペクトル
強度と真空容器10における窒素のスペクトル強度とを
比較する比較器24が接続されている。この比較器24
には警報器26が接続されており、また比較器24はマ
イクロコンピュータ25を介してプラズマ処理装置27
の制御部(図示せず)に接続されている。これらモノク
ロメータ23、比較器24、マイクロコンピュータ25
及び警報器26により外気リーク検出装置28が構成さ
れている。
【0023】なおこの比較器24には、外気リークが発
生していない場合のスペクトル強度出力として4.5
V、外気リークが発生している場合のスペクトル強度出
力として6.0Vがあらかじめ入力されており、このあ
らかじめ設定されたスペクトル強度出力と、モノクロメ
ータ23により測定された真空容器10における窒素の
スペクトル強度出力とが比較され、該スペクトル強度出
力が6.0Vになると、警報器26が警報を発すると同
時にマイクロコンピュータ25を介してプラズマ処理装
置27のエッチング処理が停止されるようになってい
る。
【0024】このように構成されたプラズマ処理装置2
7の外気リーク検出装置28を用い、例えばウエハ14
上に形成されたレジストのエッチング(アッシング)中
に、真空容器10内への外気リークを検出するには、ま
ずウエハ14の被エッチング面を上面にして下部電極1
3上に載置する。この後、上部電極12とクランプ板1
9とが固定されたセラミックシールド20を降下させ、
クランプ板19によりウエハ14を押圧固定する。この
後、所定の真空度に設定した処理室11にプロセスガス
導入路16からエッチングガスを供給し、下部電極13
をアースする。その後、高周波電源22から上部電極1
2に高周波電力を印加することによりエッチングガスを
プラズマ化し、ウエハ14のエッチングを行う。次に、
真空容器10における窒素のスペクトル強度を測定する
ように設定されたモノクロメータ23を作動させ、同時
に比較器24を作動させる。
【0025】上記エッチング処理におけるエッチングガ
スとして流量が400sccmのアルゴンガスと、流量
が20sccmのCHF3 (フロン23)ガスと、流量
が20sccmのCF4 (フロン14)ガスとの混合ガ
スを用い、電極間距離を0.8cm、圧力を850mT
orrの条件下で周波数が400kHzの高周波を85
0w印加した。
【0026】図2は、実施例に係るプラズマ処理装置2
7を用いて前記レジストのエッチング処理を行い、外気
リークが発生していない場合におけるエッチング処理中
の真空容器10内の窒素のスペクトル強度をモノクロメ
ータ23により検出した結果を示したものである。ま
た、同様にして外気リークが発生している場合の窒素の
スペクトル強度を測定した結果を図3に示している。
【0027】図2及び図3から明らかなように、窒素の
スペクトル強度は他の種々のスペクトル強度に比べて絶
対値が大きく、また窒素のスペクトル強度が外気リーク
時に最も大きく変化することを確認することができた。
【0028】図4はエッチング処理中の真空容器10内
に窒素と酸素とを4:1の割合で混合して模擬外気リー
クを発生させ、この模擬外気リークの流量を変化させ、
モノクロメータ23により窒素及び酸素化合物のスペク
トル強度を測定し、前記模擬外気リークの流量と窒素及
び酸素化合物のスペクトル強度との関係を示したグラフ
である。
【0029】図4から明らかなように、前記模擬外気リ
ークの流量が増加するにしたがって窒素及び酸素化合物
のスペクトル強度が増大し、しかも窒素のスペクトル強
度が酸素化合物のスペクトル強度に比べて高い値を示し
ている。このように、窒素のスペクトル強度の絶対値お
よび外気リークによる変化量が大きいため、窒素のスペ
クトル強度を外気リークの信号として測定することによ
り、窒素系ガスを用いないプラズマ処理における前記真
空容器10内への外気リークを容易に検出することがで
きる。
【0030】実施例に係るプラズマ処理装置27を使用
し、上記した図4における場合と同様にして前記模擬外
気リークの流量を増加させてゆき、真空容器10内でS
i基板をエッチングし、高周波印加後10秒と95秒と
における真空容器10内の窒素のスペクトル強度測定を
それぞれ2回行なった結果を図5に示す。
【0031】また、同様にしてウエハ14上に形成され
たSiO2 膜をエッチングした結果を図6に、ウエハ1
4上に形成されたレジストパターンをエッチングした結
果を図7にそれぞれ示す。
【0032】図5〜図7から明らかなように前記模擬外
気リークを添加しない場合、窒素のスペクトル強度出力
がSi基板、SiO2 膜及びレジストパターンの全てに
おいて4.12〜4.77Vと低くなっている。しか
し、前記模擬外気リークの添加量を25sccmにした
場合は、窒素のスペクトル強度出力がSi基板では9.
19〜9.94V、SiO2 膜では9.01〜9.47
V、レジストパターンでは8.36〜8.89Vとなっ
ている。また、前記模擬外気リークの添加量を50sc
cmにした場合は、窒素のスペクトル強度出力がSi基
板では11.78〜12.90V、SiO2 膜では1
1.60〜11.99V、レジストパターンでは10.
31〜11.04Vとなっている。さらに、前記模擬外
気リークの添加量を100sccmにした場合は、窒素
のスペクトル強度出力がSi基板では約13.68V、
SiO2 膜では13.66〜13.77V、レジストパ
ターンでは13.06〜12.33Vとなっている。こ
のように、プラズマ処理装置27の外気リーク検出装置
28を用いた外気リーク検出方法を用いることにより、
プラズマ処理中に外気リークを検出することができるこ
とを確認することができた。
【0033】
【表1】
【0034】表1は実施例に係るプラズマ処理装置27
の外気リーク検出方法を採用した場合と、従来のプラズ
マ処理装置(図8参照)の外気リーク検出方法を採用し
た場合とにおけるウエハ14の不良品発生率を示したも
のである。
【0035】表1から明らかなように比較例に係る外気
リーク検出方法を採用した場合、ウエハ14の不良品発
生率が15〜80%と高くなっている。しかし実施例に
係る外気リーク検出方法を採用した場合は、ウエハ14
の不良品発生率が5%以下と低くなっている。このよう
に、実施例に係るプラズマ処理装置27の外気リーク検
出方法を用いることにより、ウエハ14の不良品発生率
が大幅に低減することを確認することができた。
【0036】以上説明したように実施例に係るプラズマ
処理装置27の外気リーク検出方法にあっては、真空容
器10における窒素のスペクトル強度から真空容器10
内への外気リークを検出するので、窒素のスペクトル強
度の絶対値および外気リークによる変化量が大きいこと
により、窒素系ガスを用いないプラズマ処理中における
真空容器10内への外気リークを容易に検出することが
できる。
【0037】また、上記した構成のプラズマ処理装置2
7の外気リーク検出装置28によれば、真空容器10に
おける窒素のスペクトル強度を測定するモノクロメータ
23、及びあらかじめ設定された窒素のスペクトル強度
と真空容器10における窒素のスペクトル強度とを比較
する比較器24を備えているので、窒素のスペクトル強
度をモノクロメータ23により測定することができ、窒
素系ガスを用いないプラズマ処理中における真空容器1
0内への外気リークを容易に検出することができる。こ
のため例えば被エッチング膜をエッチングする場合にお
いて、外気の酸素によりレジストのエッチングレートが
進み過ぎる前にウエハ14へのプラズマ処理を中止する
ことができ、ウエハ14の製品不良の発生を未然に防止
することができ、ウエハ14の不良品発生率を低減する
ことができる。
【0038】
【発明の効果】以上詳述したように本発明に係るプラズ
マ処理装置の外気リーク検出方法においては、真空容器
を備えたプラズマ処理装置の外気リーク検出方法におい
て、前記真空容器における窒素のスペクトル強度から該
真空容器内への外気リークを検出するので、窒素のスペ
クトル強度の絶対値および外気リークによる変化量が大
きいことにより、窒素系ガスを用いないプラズマ処理中
における前記真空容器内への外気リークを容易に検出す
ることができる。
【0039】また、上記した構成のプラズマ処理装置の
外気リーク検出装置によれば、前記真空容器における窒
素のスペクトル強度を測定するモノクロメータ、及びあ
らかじめ設定された窒素のスペクトル強度と前記真空容
器における窒素のスペクトル強度とを比較する比較器を
備えているので、窒素のスペクトル強度をモノクロメー
タにより測定することができ、窒素系ガスを用いないプ
ラズマ処理中における前記真空容器への外気リークを容
易に検出することができる。このため例えば被エッチン
グ膜をエッチングする場合において、外気の酸素により
レジストのエッチングレートが進み過ぎる前にウエハへ
のプラズマ処理を中止することができ、該ウエハの製品
不良の発生を未然に防止することができ、該ウエハの不
良品発生率を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るプラズマ処理装置の外気リーク検
出装置の実施例を示した模式的断面図である。
【図2】実施例に係る真空容器において、レジストのエ
ッチング中に外気リークが発生していない場合に発生す
るスペクトルをスペクトルアナライザーにより検出した
結果を示したグラフである。
【図3】実施例に係る真空容器において、レジストのエ
ッチング中に外気リークが発生している場合に発生する
スペクトルをスペクトルアナライザーにより検出した結
果を示したグラフである。
【図4】実施例に係る真空容器において、模擬外気リー
クの流量を増加していった場合の窒素及び酸素化合物の
スペクトル強度出力をモノクロメータを用いて測定し、
模擬外気リークの流量と窒素及び酸素化合物のスペクト
ル強度との関係を示したグラフである。
【図5】実施例に係るプラズマ処理装置を用い、模擬外
気リークの流量を増加させていった真空容器内でSi基
板をエッチングし、高周波印加後10秒と95秒とにお
ける真空容器内の窒素のスペクトル強度出力をそれぞれ
2回測定した結果を示したグラフである。
【図6】実施例に係るプラズマ処理装置を用い、模擬外
気リークの流量を増加させていった真空容器内でSiO
2 膜をエッチングし、高周波印加後10秒と95秒とに
おける真空容器内の窒素のスペクトル強度出力をそれぞ
れ2回測定した結果を示したグラフである。
【図7】実施例に係るプラズマ処理装置を用い、模擬外
気リークの流量を増加させいった真空容器内でレジスト
パターンをエッチングし、高周波印加後10秒と95秒
とにおける真空容器内の窒素のスペクトル強度出力をそ
れぞれ2回測定した結果を示したグラフである。
【図8】従来のプラズマ処理装置を示した模式的断面図
である。
【図9】酸素のプロセスガスに対する流量比とレジスト
のエッチングレートとの関係を示したグラフである。
【符号の説明】
10 真空容器 23 モノクロメータ 24 比較器 27 プラズマ処理装置 28 外気リーク検出装置(検出装置)
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G01M 3/20 L 7324−2G G01N 21/31 Z 9118−2J

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空容器を備えたプラズマ処理装置の外
    気リーク検出方法において、前記真空容器における窒素
    のスペクトル強度から該真空容器内への外気リークを検
    出することを特徴とするプラズマ処理装置の外気リーク
    検出方法。
  2. 【請求項2】 真空容器を備えたプラズマ処理装置の外
    気リーク検出装置において、前記真空容器における窒素
    のスペクトル強度を測定するモノクロメータ、及びあら
    かじめ設定された窒素のスペクトル強度と前記真空容器
    における窒素のスペクトル強度とを比較する比較器を備
    えていることを特徴とするプラズマ処理装置の外気リー
    ク検出装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102403191A (zh) * 2010-09-14 2012-04-04 中微半导体设备(上海)有限公司 一种反应腔漏气检测方法及真空反应器控制方法
CN107367356A (zh) * 2016-05-11 2017-11-21 塞米西斯科株式会社 腔体泄漏检测方法及其装置

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