JPH08250293A - Plasma treatment apparatus and control method - Google Patents
Plasma treatment apparatus and control methodInfo
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- JPH08250293A JPH08250293A JP7048108A JP4810895A JPH08250293A JP H08250293 A JPH08250293 A JP H08250293A JP 7048108 A JP7048108 A JP 7048108A JP 4810895 A JP4810895 A JP 4810895A JP H08250293 A JPH08250293 A JP H08250293A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波エッチング
装置などのプラズマ処理装置の処理室内部に設置される
耐プラズマ壁の温度を制御し、プラズマ処理の安定化を
図るものであり、特に、プラズマ処理特性が処理室温度
で影響を受け易い装置に好適なプラズマ処理装置及びそ
の制御方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is intended to stabilize the plasma processing by controlling the temperature of a plasma resistant wall installed inside the processing chamber of a plasma processing apparatus such as a microwave etching apparatus. The present invention relates to a plasma processing apparatus suitable for an apparatus whose plasma processing characteristics are easily influenced by the temperature of a processing chamber and a control method thereof.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来のプラズマ処理装置の中で処理室の
温度を制御しているものを例に取ると、プラズマ処理室
は真空室として構成されているため、特開平6ー182
181号公報に記載のように処理室の壁面すなわち真空
容器を大気側からヒーターで加熱して温度制御したり、
特公平6ー8510号公報に記載のように処理室の大気
側に冷却水を流す流路を設けたり、あるいは冷媒流路を
設けて冷媒を別に設けた温度制御ユニットでコントロー
ルする方式が採用されている。2. Description of the Related Art Taking an example of a conventional plasma processing apparatus in which the temperature of a processing chamber is controlled, the plasma processing chamber is constructed as a vacuum chamber.
As described in Japanese Patent No. 181, the wall surface of the processing chamber, that is, the vacuum container is heated from the atmosphere side by a heater to control the temperature,
As disclosed in Japanese Examined Patent Publication No. 6-8510, a method is adopted in which a cooling water flow path is provided on the atmosphere side of the processing chamber, or a refrigerant flow path is provided and a refrigerant is separately controlled by a temperature control unit. ing.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】上記従来の方法は、壁
面の温度を制御するには十分であるが、プラズマ処理室
内に設置された別の部材、例えば防塵壁や耐プラズマ壁
の温度を制御するにはプラズマ処理室内が真空断熱状態
であるため不十分である。したがって、通常そのような
内部部材を設置しても積極的な温度制御は実施せず、プ
ラズマによる昇温で壁面温度が安定するのを利用する事
が多い。特に、内部に設置する部材が消耗品的で定期的
に交換しなければならない場合には、その部材にヒータ
ーや冷媒用の流路を設けるなどの方法はメンテナンス性
を考慮すると実施が難しいという不具合があった。Although the above-mentioned conventional method is sufficient for controlling the temperature of the wall surface, it controls the temperature of another member installed in the plasma processing chamber, for example, a dustproof wall or a plasma resistant wall. In order to do so, the inside of the plasma processing chamber is in a vacuum heat insulation state, which is insufficient. Therefore, usually, even if such an internal member is installed, the temperature control is not actively performed, and it is often utilized that the wall surface temperature is stabilized by the temperature rise by plasma. In particular, when the member installed inside is consumable and must be replaced regularly, it is difficult to implement a method such as providing a heater or a flow path for the refrigerant in the member considering the maintainability. was there.
【0004】また、プラズマ処理室の壁面温度が変化す
ると、プラズマが変化することが知られている。例え
ば、プラズマ処理装置はプラズマ処理特性を安定化する
ために処理ガスの圧力を制御している。ところが、温度
が変化すると圧力は一定でもその密度が変化しプラズマ
状態も変化する。さらに、壁面にはプラズマ中のイオン
やラジカル、処理ガス、反応生成物などが入射してくる
が、これら入射粒子の壁面における反応、堆積や脱離は
壁面温度によって影響を受けるため、壁面温度が変化す
るとプラズマ組成が変化するなどの現象が生ずる。この
現象は、例えば、Y.Hirosaka, et al. : Free Radicals
in an Inductively Coupled Etching Plasma: Jpn.J.A
ppl.Phys., Vol.33(1994)pp.2157-2163 にて報告されて
いる。It is also known that the plasma changes when the wall temperature of the plasma processing chamber changes. For example, the plasma processing apparatus controls the pressure of the processing gas in order to stabilize the plasma processing characteristics. However, when the temperature changes, the density changes and the plasma state changes even if the pressure is constant. Furthermore, ions and radicals in the plasma, processing gas, reaction products, etc. are incident on the wall surface, but the reaction, deposition, and desorption of these incident particles on the wall surface are affected by the wall surface temperature. When it changes, a phenomenon such as a change in plasma composition occurs. This phenomenon is, for example, Y. Hirosaka, et al .: Free Radicals
in an Inductively Coupled Etching Plasma: Jpn.JA
ppl.Phys., Vol.33 (1994) pp.2157-2163.
【0005】本発明の目的は、プラズマ処理室の材料を
耐プラズマ性の優れた材質とし、さらにその温度を高精
度に制御することにより、プラズマ処理特性の安定化を
図るプラズマ処理方法及び装置を提供することにある。An object of the present invention is to provide a plasma processing method and apparatus for stabilizing the plasma processing characteristics by making the material of the plasma processing chamber excellent in plasma resistance and controlling the temperature with high accuracy. To provide.
【0006】[0006]
【問題を解決するための手段】本発明は、特別な温度制
御装置を内部に設置する部材に取り付けることなく、内
部設置部材の温度を制御するものである。真空中での伝
熱は主として輻射伝熱となる。したがって、プラズマ処
理室の内部に処理室壁面に近接した耐プラズマ壁面を設
けた場合を想定すると、耐プラズマ壁面の温度を制御す
るためにそれに対向するプラズマ処理室の壁面温度を外
部に設けたヒーターなどで制御すれば、輻射伝熱で耐プ
ラズマ壁面の温度も制御できる。ところが、耐プラズマ
壁面として石英を使用する場合は、通常の輻射加熱では
石英が赤外線を透過するため極めて加熱効率が悪い。そ
こで、本発明では石英のような材料も効率的に加熱でき
る遠赤外線を利用する。プラズマ処理室内壁面にアルミ
ナなどの遠赤外線を放射し易い材料を形成し、プラズマ
処理室内壁面の温度を制御する。これにより、プラズマ
処理室内壁面から放射される遠赤外線で内部に設置され
た耐プラズマ壁面も効率的に温度制御される。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention controls the temperature of an internally installed member without attaching a special temperature control device to the member installed inside. Heat transfer in vacuum is mainly radiant heat transfer. Therefore, assuming a case where a plasma resistant wall surface close to the wall surface of the processing chamber is provided inside the plasma processing chamber, a heater provided outside the wall temperature of the plasma processing chamber facing the plasma resistant wall surface to control the temperature of the plasma resistant wall surface. The temperature of the plasma resistant wall surface can also be controlled by radiant heat transfer. However, when quartz is used as the plasma resistant wall surface, the heating efficiency is extremely poor because the quartz transmits infrared rays by ordinary radiant heating. Therefore, in the present invention, far infrared rays that can efficiently heat materials such as quartz are used. A material that easily emits far infrared rays, such as alumina, is formed on the inner wall surface of the plasma processing chamber to control the temperature of the inner wall surface of the plasma processing chamber. As a result, the temperature of the plasma-resistant wall surface installed inside is efficiently controlled by far infrared rays emitted from the wall surface of the plasma processing chamber.
【0007】また、耐プラズマ壁の温度を加熱制御する
にはその温度を検出しなければならないが、熱電対や蛍
光温度計のような接触型センサーはプラズマ内では使用
しにくい。赤外線放射温度計は発明の目的に適している
が、耐プラズマ壁が石英で温度測定用の窓が石英では、
正しい測定が出来ない。赤外線温度計の測定波長域を、
石英には透過できない長波長域で温度測定用窓には透過
できるような領域とすることで、赤外線温度計による非
接触温度測定を可能とした。Further, in order to heat and control the temperature of the plasma resistant wall, the temperature must be detected, but contact type sensors such as thermocouples and fluorescent thermometers are difficult to use in plasma. An infrared radiation thermometer is suitable for the purpose of the invention, but if the plasma resistant wall is quartz and the temperature measurement window is quartz,
I cannot make correct measurements. The measurement wavelength range of the infrared thermometer
The long-wavelength range, which cannot pass through quartz, allows the temperature measurement window to pass through, making it possible to measure non-contact temperature with an infrared thermometer.
【0008】[0008]
【作用】本発明によれば、プラズマ処理室の壁面温度を
大気側に設けたヒーターや冷媒流路で容易に制御でき、
これによりプラズマ処理室内壁面の温度が制御され、そ
の温度に応じた遠赤外線が放射される。この遠赤外線に
より、プラズマ処理室内部に設けた壁面がその材質に関
わらず効率的に加熱制御される。したがって、プラズマ
状態も安定に保たれ、プラズマ処理を施した被処理物の
特性も安定化する。According to the present invention, the temperature of the wall surface of the plasma processing chamber can be easily controlled by a heater or a refrigerant passage provided on the atmosphere side,
Thereby, the temperature of the inner wall surface of the plasma processing chamber is controlled, and far infrared rays corresponding to the temperature are radiated. The far infrared rays efficiently control the heating of the wall surface provided inside the plasma processing chamber regardless of the material. Therefore, the plasma state is also kept stable, and the characteristics of the object to be treated which has been subjected to the plasma treatment are also stabilized.
【0009】[0009]
【実施例】本発明の一実施例を、マイクロ波プラズマエ
ッチング装置を例に取り説明する。図1は、本発明を実
施したマイクロ波プラズマエッチング装置である。図1
において、マイクロ波が導波管5を通り石英窓1を透過
してプラズマ処理室2に導入されプラズマが発生する。
プラズマ処理(ここではエッチング)を施すためのウエ
ハ3が電極4に載置されている。ここには図示していな
いが、プラズマからイオンを引き込むためのバイアスが
印加できるように電極4には高周波電源が接続される。
また、ウエハ3の温度を制御するために電極4は冷媒に
よって温度コントロールが可能となっており、ウエハ3
の裏面にヘリウムガスを導入して伝熱効率を高めた温度
制御が実施される。また、これも図示していないが、エ
ッチング用のガスが例えば石英窓の直下に設けたガス導
入部から供給されるとともに、エッチング反応生成物や
余分なガスはプラズマ処理室から真空ポンプを通して排
気される。プラズマ処理室2の周囲には電子サイクロト
ロン共鳴(ECR)によりマイクロ波を共鳴吸収するた
めの磁場を発生させるコイル6が設置されている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described by taking a microwave plasma etching apparatus as an example. FIG. 1 shows a microwave plasma etching apparatus embodying the present invention. FIG.
At, the microwave passes through the waveguide 5 and the quartz window 1 and is introduced into the plasma processing chamber 2 to generate plasma.
A wafer 3 for performing plasma processing (here, etching) is placed on the electrode 4. Although not shown here, a high frequency power source is connected to the electrode 4 so that a bias for attracting ions from the plasma can be applied.
Further, in order to control the temperature of the wafer 3, it is possible to control the temperature of the electrode 4 with a coolant.
Temperature control is performed by introducing helium gas on the back surface of the to improve heat transfer efficiency. Although not shown in the figure, the etching gas is supplied from, for example, a gas inlet provided directly below the quartz window, and the etching reaction products and excess gas are exhausted from the plasma processing chamber through a vacuum pump. It A coil 6 for generating a magnetic field for resonance absorption of microwaves by electron cyclotron resonance (ECR) is installed around the plasma processing chamber 2.
【0010】本発明では、プラズマ処理室2の容器壁7
に近接して石英製の耐プラズマ壁8が設置され、耐プラ
ズマ壁8に対向する容器壁7の表面に遠赤外線を放射し
易い材料(アルミナや酸化シリコン、炭化シリコンな
ど)からなる遠赤外線膜9が形成されており、容器壁7
の大気側にはヒーター10が設けられている。ヒーター
10により容器壁7の温度を制御すると、容器壁7に形
成されている遠赤外線膜9の温度も制御される。さら
に、遠赤外線膜9から放射される遠赤外線により耐プラ
ズマ壁8が加熱され、かつ温度制御される。参考とし
て、図4に石英の透過率と、遠赤外線を放射し易い材料
の例としてアルミナの放射率の波長依存性を示す。石英
を透過しない波長領域においてアルミナの放射率が大き
くなっており、効率的に石英が遠赤外線を吸収し加熱さ
れることがわかる。なお、以下に示す例では、主として
耐プラズマ壁8の加熱制御(室温より高温、あるいは耐
プラズマ壁8がプラズマにより加熱される温度以上の温
度)のみを示すが、耐プラズマ壁8が高温度の状態でも
プロセスを構築することができることや、耐プラズマ壁
8を高温に維持することにより壁面へのデポ膜成長を抑
制でき、デポ膜剥離に起因する異物発生を防止できると
いう効果もあるため、エッチング装置で特に問題となる
わけではない。ただし、容器壁7を低温にすることで耐
プラズマ壁8の冷却ができるので、耐プラズマ壁8を低
温にする場合も加熱制御法と同様である。その場合は、
容器壁7に冷媒流路を設け冷凍機による冷媒温度の制御
を行うことになる。さらに、耐プラズマ壁8の冷却のみ
を実施する必要がある場合は、容器壁7の材質を耐プラ
ズマ壁8(ここでは石英)の放射波長域で吸収特性の優
れたものとする事が有効である。たとえば容器壁7にア
ルミナを形成することが有効となる。In the present invention, the container wall 7 of the plasma processing chamber 2 is
A far-infrared film made of a material (alumina, silicon oxide, silicon carbide, etc.) that easily emits far-infrared rays on the surface of the container wall 7 facing the plasma-resistant wall 8 is installed in proximity to the plasma-resistant wall 8 made of quartz. 9 is formed, the container wall 7
A heater 10 is provided on the atmosphere side. When the temperature of the container wall 7 is controlled by the heater 10, the temperature of the far infrared ray film 9 formed on the container wall 7 is also controlled. Furthermore, the far infrared rays emitted from the far infrared film 9 heat the plasma resistant wall 8 and control the temperature thereof. For reference, FIG. 4 shows the wavelength dependence of the transmittance of quartz and the emissivity of alumina as an example of a material that easily emits far infrared rays. It can be seen that the emissivity of alumina is large in the wavelength range that does not pass through quartz, and that quartz efficiently absorbs far infrared rays and is heated. In the examples described below, mainly the heating control of the plasma resistant wall 8 (higher than room temperature or a temperature equal to or higher than the temperature at which the plasma resistant wall 8 is heated by plasma) is shown, but the plasma resistant wall 8 has a high temperature. In this state, it is possible to construct a process even in the state, and by maintaining the plasma-resistant wall 8 at a high temperature, it is possible to suppress the growth of the deposition film on the wall surface, and it is also possible to prevent the generation of foreign matter due to the removal of the deposition film. There is no particular problem with the device. However, since the plasma resistant wall 8 can be cooled by lowering the temperature of the container wall 7, the heating control method is the same when the plasma resistant wall 8 is cooled to a low temperature. In that case,
A refrigerant flow path is provided on the container wall 7 to control the refrigerant temperature by the refrigerator. Furthermore, when only the plasma resistant wall 8 needs to be cooled, it is effective to make the material of the container wall 7 excellent in absorption characteristics in the radiation wavelength range of the plasma resistant wall 8 (here, quartz). is there. For example, it is effective to form alumina on the container wall 7.
【0011】本発明の基本原理を上記に示したので、次
に本発明の使用例について説明する。従来の装置には耐
プラズマ壁8の温度調節機能が付属していないため、プ
ラズマ処理前に予備放電を実施して耐プラズマ壁8の温
度を昇温かつ安定化させる。次にプラズマ放電を停止し
て新しい被処理ウエハを電極4上に搬入載置する。その
後、耐プラズマ壁8の温度が低下しないうちに速やかに
プラズマ処理を実施する。次の被処理ウエハをエッチン
グする場合は、前の被処理ウエハの搬出から次の被処理
ウエハの搬入までに要する時間が短いため、耐プラズマ
壁8の温度低下が少なく、前述した予備放電を実施しな
くても良い。この様にして、1ロット(通常は25枚)
のエッチングが終了する。次のロットに移行する場合の
時間が短い場合は予備放電は不要である。しかし、プラ
ズマ放電停止時間が長くなった場合には予備放電が必要
となる。また、ウエハの搬入搬出中はプラズマ放電が停
止されているので、耐プラズマ壁8の温度は低下する。
この間の温度低下でもエッチング特性が影響を受けるよ
うな場合は、予備放電による温度安定化も効果がなく、
従来の方法ではエッチング特性の安定化が不可能とな
る。以上の工程における耐プラズマ壁8の温度測定結果
を図2に示す。図2において、プラズマ発生と同時に耐
プラズマ壁8の温度は急激に上昇する。しばらくすると
温度上昇速度は鈍化し、次第に高温で安定化する。ウエ
ハの搬入搬出間でわずかに温度低下するもののほぼ安定
な温度で推移している。Now that the basic principles of the invention have been set forth above, an example of use of the invention will now be described. Since the conventional apparatus does not have a temperature adjusting function of the plasma resistant wall 8, the temperature of the plasma resistant wall 8 is raised and stabilized by performing preliminary discharge before the plasma treatment. Next, the plasma discharge is stopped and a new wafer to be processed is loaded and placed on the electrode 4. After that, the plasma treatment is promptly performed before the temperature of the plasma resistant wall 8 decreases. When the next wafer to be processed is etched, the time required from the unloading of the previous wafer to be processed to the loading of the next wafer to be processed is short, so the temperature drop of the plasma resistant wall 8 is small, and the above-described preliminary discharge is performed. You don't have to. In this way, 1 lot (usually 25)
Etching is completed. If the time to move to the next lot is short, pre-discharge is not necessary. However, when the plasma discharge stop time becomes long, preliminary discharge becomes necessary. Further, since the plasma discharge is stopped during the loading and unloading of the wafer, the temperature of the plasma resistant wall 8 is lowered.
If the etching characteristics are affected by the temperature drop during this period, temperature stabilization by preliminary discharge is also ineffective.
The conventional method cannot stabilize the etching characteristics. The results of measuring the temperature of the plasma resistant wall 8 in the above steps are shown in FIG. In FIG. 2, the temperature of the plasma resistant wall 8 rapidly rises at the same time as plasma generation. After a while, the rate of temperature rise slows and gradually stabilizes at high temperature. Although the temperature slightly drops during wafer loading and unloading, the temperature remains stable.
【0012】これに対し本発明では、エッチング処理を
実施する前にヒーター10に通電加熱して容器壁7、遠
赤外線膜9、耐プラズマ壁8の温度を昇温して一定にす
る。プラズマ処理が開始されると、プラズマにより耐プ
ラズマ壁8も加熱されるため、ヒーター10に通電され
る電流は小さく抑えられる。この時、耐プラズマ壁8の
温度を図3に示したような方法でモニターしヒーター1
0の出力を制御する。また、温度制御性をより高めるた
めには、容器壁7に冷媒流路を設け冷却も可能にすれば
良い。この様にすることで、耐プラズマ壁8の温度を一
定に保つことができる。On the other hand, according to the present invention, the heater 10 is energized and heated to raise the temperatures of the container wall 7, the far infrared ray film 9 and the plasma resistant wall 8 to be constant before performing the etching process. When the plasma processing is started, the plasma resistant wall 8 is also heated by the plasma, so that the current supplied to the heater 10 is suppressed to a small value. At this time, the temperature of the plasma resistant wall 8 is monitored by the method shown in FIG.
Controls the output of 0. Further, in order to further improve the temperature controllability, a cooling medium passage may be provided in the container wall 7 to allow cooling. By doing so, the temperature of the plasma resistant wall 8 can be kept constant.
【0013】図3に示した耐プラズマ壁8の温度モニタ
ー方法について述べる。通常の赤外線温度計では石英製
の耐プラズマ壁8の場合は、透過波長の関係で温度測定
ができない。そこで、耐プラズマ壁8の材料である石英
の表面に蛍光温度計のセンサー(ファイバー)を接触さ
せ石英とセンサー間の熱伝導を利用して測定したり、予
め石英表面あるいは内部に蛍光温度計に使用している蛍
光体を貼付あるいは封じ込めておき、その蛍光体の発光
減衰特性を測定する方法が考えられる。しかし、これら
は本質的に接触式温度測定法であり接触状態を一定に保
つ工夫をしなければならないとともに、センサー部をプ
ラズマ内に挿入する必要がある。そのため、プラズマに
よってセンサーが損傷したりすることも考慮しなければ
ならず、量産用の製品に適用する場合は、種々の対策が
必要となる。A method of monitoring the temperature of the plasma resistant wall 8 shown in FIG. 3 will be described. In the case of the plasma resistant wall 8 made of quartz, a normal infrared thermometer cannot measure the temperature because of the transmission wavelength. Therefore, the sensor (fiber) of the fluorescence thermometer is brought into contact with the surface of quartz, which is the material of the plasma resistant wall 8, and the measurement is performed by utilizing the heat conduction between the quartz and the sensor. A method is conceivable in which the phosphor used is pasted or contained and the emission decay characteristics of the phosphor are measured. However, these are essentially contact-type temperature measurement methods, and it is necessary to devise to keep the contact state constant, and it is necessary to insert the sensor unit into the plasma. Therefore, it is necessary to consider that the sensor may be damaged by plasma, and various measures are required when applied to mass-produced products.
【0014】そこで、図3に示したように、蛍光体のか
わりにアルミナなどの皮膜11を石英8の表面に形成し
皮膜の温度を通常の赤外線温度計12で測定する方法を
採用すれば、石英8を透過する赤外線13が遮断される
ため、プラズマ14からの放射の影響を受けずに非接触
温度測定が可能になる。この場合は大気側から石英窓1
5を通して温度測定が可能になるため、温度センサーの
耐プラズマ対策が不要になるという効果がある。なお、
マイクロ波による加熱が問題にならない領域やマイクロ
波を使用していない装置では、アルミナなどのマイクロ
波透過材料以外に金属(タンタルやタングステンなどの
高融点金属が望ましい)を表面に形成したり封じ込めた
りする方法も応用できる。このようにして、耐プラズマ
壁8の温度が正確にモニターできるので、その制御精度
も向上し、プラズマ安定性の向上が図れる。ただし、こ
の方法が適用されるためには、プラズマ処理室に設けた
窓15が赤外線温度計の測定波長範囲の赤外線16を透
過しなければならない。通常、プラズマ処理室用の窓材
には石英が使用される。したがって、透過波長域は4μ
m以下となる。この波長範囲で測定可能な赤外線放射温
度計は、単波長を測定波長とするいわゆる単色温度計で
ある。また、黒体からの赤外線放射は温度が低いほど長
波長域に移行するが、単色温度計は測定波長が1μm前
後と短いため低温度では検出感度が問題になる。そのた
め、耐プラズマ壁の温度が高い場合に本方法が有効とな
る。Therefore, as shown in FIG. 3, if a method of forming a film 11 of alumina or the like on the surface of the quartz 8 instead of the phosphor and measuring the temperature of the film with an ordinary infrared thermometer 12, Since the infrared rays 13 that pass through the quartz 8 are blocked, the non-contact temperature measurement can be performed without being affected by the radiation from the plasma 14. In this case, the quartz window 1 from the atmosphere side
Since it becomes possible to measure the temperature through No. 5, there is an effect that the plasma resistance measure of the temperature sensor becomes unnecessary. In addition,
In areas where heating by microwaves is not a problem or in devices that do not use microwaves, metals (preferably refractory metals such as tantalum and tungsten) are formed or contained on the surface in addition to microwave transparent materials such as alumina. The method of doing can also be applied. In this way, the temperature of the plasma resistant wall 8 can be accurately monitored, so that the control accuracy thereof can be improved and the plasma stability can be improved. However, for this method to be applied, the window 15 provided in the plasma processing chamber must transmit the infrared rays 16 in the measurement wavelength range of the infrared thermometer. Generally, quartz is used for the window material for the plasma processing chamber. Therefore, the transmission wavelength range is 4μ
m or less. An infrared radiation thermometer capable of measuring in this wavelength range is a so-called monochromatic thermometer having a single wavelength as a measurement wavelength. Further, the infrared radiation from a black body shifts to a longer wavelength region as the temperature lowers, but a monochromatic thermometer has a short measurement wavelength of around 1 μm, so that detection sensitivity becomes a problem at low temperatures. Therefore, this method is effective when the temperature of the plasma resistant wall is high.
【0015】次に、図3とは異なる発想による温度測定
法について説明する。耐プラズマ壁が石英の場合にその
温度を高精度で測定可能とする本発明の他の実施例は、
耐プラズマ材料の材質と赤外線温度測定用窓の材質を異
なるものとする事である。図5に窓材の透過波長域と赤
外線温度計の測定波長域の例を示す。石英とサファイア
の透過波長域が異なっているので、たとえば、窓材に石
英の代わりにサファイア窓を使用し、図6に示すように
4〜5μmの波長域の赤外線温度計(A)を使用すれ
ば、赤外線温度計(A)で石英窓使用時より低温度測定
が可能となる。赤外線温度計(A)の測定波長域が4〜
5μmより広い場合には、赤外線透過フィルターを4〜
5ミクロンの範囲として測定することも可能である。さ
らに、本発明ではサファイア窓のほかにシリコン製の窓
も有効である。シリコン窓の方がサファイア窓より長波
長域の赤外線を透過するので、赤外線温度計の測定波長
域を長波長側に広げて感度を上げることが出来るため、
より高精度な低温度測定が可能である。プラズマエッチ
ング処理装置などにはシリコン窓の方が適している。と
ころで、本発明においては、図3に示した耐プラズマ壁
8上の皮膜11が不要となる。Next, a temperature measuring method based on an idea different from that shown in FIG. 3 will be described. Another embodiment of the present invention which enables highly accurate measurement of the temperature when the plasma resistant wall is quartz is
The material of the plasma resistant material and the material of the infrared temperature measurement window should be different. FIG. 5 shows an example of the transmission wavelength range of the window material and the measurement wavelength range of the infrared thermometer. Since the transmission wavelength range of quartz and sapphire are different, use a sapphire window instead of quartz for the window material, and use an infrared thermometer (A) in the wavelength range of 4 to 5 μm as shown in FIG. For example, an infrared thermometer (A) can measure a lower temperature than when using a quartz window. Infrared thermometer (A) measuring wavelength range 4 ~
If it is wider than 5 μm, use an infrared transmission filter
It is also possible to measure as a range of 5 microns. Further, in addition to the sapphire window, a window made of silicon is also effective in the present invention. Since the silicon window transmits infrared rays in the longer wavelength range than the sapphire window, it is possible to increase the sensitivity by broadening the measurement wavelength range of the infrared thermometer to the long wavelength side.
More accurate low temperature measurement is possible. A silicon window is more suitable for a plasma etching processing apparatus or the like. By the way, in the present invention, the film 11 on the plasma resistant wall 8 shown in FIG. 3 is unnecessary.
【0016】以下、その原理を図7を用いて説明する。
図7において、耐プラズマ壁8が石英とすると、プラズ
マから放射された4μm以下の赤外線13は、耐プラズ
マ壁8を透過して温度検出用の窓19に達する。窓19
が石英製であれば赤外線13は窓19を透過して赤外線
温度計(B)20に検出されるが、耐プラズマ壁8の温
度に応じて放射された赤外線17、18の内、4μm以
上の長波長域の赤外線18は、窓19が石英製の場合は
石英窓19で遮断されてしまうので検出感度が問題とな
り、耐プラズマ壁8の温度測定が出来ないことになる。
そこで、窓19の材質をサファイアあるいはシリコンと
する。この窓材にすることにより、耐プラズマ壁8の温
度に応じて放射された赤外線17、18の内、窓19を
透過する長波長域の赤外線18はサファイア窓では6.
5μm以下、シリコン窓では15μm以下となる。した
がって、プラズマから放射され耐プラズマ壁8を透過し
た赤外線13と耐プラズマ壁8から放射された赤外線1
7、18を合わせた赤外線が赤外線温度計(B)20に
達する。ところが、赤外線温度計(B)20の測定波長
が4μm以上の範囲(図5では8〜14μmの測定波長
域)にあるので、プラズマから放射され耐プラズマ壁8
を透過した4μm以下の赤外線13と、耐プラズマ壁8
から放射された波長が8μm以下の赤外線17は検出さ
れないことになる。したがって、赤外線温度計(B)2
0は石英製耐プラズマ壁8の温度に対応した赤外線18
の強度を測定することになるが、この波長域出では検出
感度が高いので高精度温度測定が可能となる。測定波長
が8〜14μmの範囲にある赤外線温度計の測定可能温
度範囲は室温付近、場合によっては零度以下の低温度領
域まで測定可能であり、耐プラズマ壁の温度調節を室温
から実施できる。The principle will be described below with reference to FIG.
In FIG. 7, if the plasma resistant wall 8 is made of quartz, infrared rays 13 of 4 μm or less emitted from the plasma pass through the plasma resistant wall 8 and reach the window 19 for temperature detection. Window 19
If the infrared ray is made of quartz, the infrared ray 13 passes through the window 19 and is detected by the infrared thermometer (B) 20. Of the infrared rays 17 and 18 emitted according to the temperature of the plasma resistant wall 8, the infrared ray of 4 μm or more is detected. If the window 19 is made of quartz, the infrared rays 18 in the long wavelength region are blocked by the quartz window 19, so that the detection sensitivity becomes a problem, and the temperature of the plasma resistant wall 8 cannot be measured.
Therefore, the material of the window 19 is sapphire or silicon. By using this window material, of the infrared rays 17 and 18 radiated according to the temperature of the plasma resistant wall 8, the infrared ray 18 in the long wavelength range that passes through the window 19 is 6.
It becomes 5 μm or less, and 15 μm or less in the silicon window. Therefore, the infrared ray 13 radiated from the plasma and transmitted through the plasma resistant wall 8 and the infrared ray 1 radiated from the plasma resistant wall 8
Infrared rays obtained by combining 7 and 18 reach the infrared thermometer (B) 20. However, since the measurement wavelength of the infrared thermometer (B) 20 is in the range of 4 μm or more (in FIG. 5, the measurement wavelength range of 8 to 14 μm), the plasma resistant wall 8 is radiated from the plasma.
Infrared rays 13 of 4 μm or less transmitted through the plasma and plasma resistant wall 8
Infrared rays 17 having a wavelength of 8 μm or less emitted from are not detected. Therefore, infrared thermometer (B) 2
0 is an infrared ray 18 corresponding to the temperature of the plasma resistant wall 8 made of quartz
However, since the detection sensitivity is high in this wavelength range, highly accurate temperature measurement is possible. The measurable temperature range of the infrared thermometer whose measurement wavelength is in the range of 8 to 14 μm can be measured near room temperature, and in some cases to a low temperature region of 0 ° C. or less, and the temperature of the plasma resistant wall can be adjusted from room temperature.
【0017】なお、シリコンはフッ素や塩素でエッチン
グされるが、窓であるためプラズマに曝されにくいこと
やバイアス電圧が印加されていないことから、エッチン
グ速度は小さく問題はない。定期的に交換することなど
で対応できる。また、炭素が問題にならないプラズマ処
理では、ダイアモンドも使用できる。ダイアモンドの代
わりにガラス状カーボンも使用できる。Although silicon is etched with fluorine or chlorine, since it is a window, it is difficult to be exposed to plasma, and since a bias voltage is not applied, the etching rate is small and there is no problem. It can be dealt with by replacing it regularly. Diamond can also be used in plasma processing where carbon is not an issue. Glassy carbon can be used instead of diamond.
【0018】本発明の方法により、内部壁面部材の温度
が測定できるようになったので、プラズマ処理開始の時
期を、プラズマ処理の予備処理としてプラズマ放電を行
い、内部壁面部材の温度が予め設定した値、例えば25
0℃以上など、に達したかを判断し、その後に実際のプ
ラズマ処理を開始することでもプラズマ処理特性の安定
化が達成される。なお、この場合は、内部壁面部材の温
度を調節することは出来ず、温度が安定したか否かを判
定することが主となる。したがって、内部壁面部材の温
度が設定値以上であれば、プラズマ処理特性が安定であ
る場合に限定される。Since the temperature of the inner wall surface member can be measured by the method of the present invention, the temperature of the inner wall surface member is set in advance by performing plasma discharge at the time of starting the plasma processing as a preliminary treatment of the plasma processing. Value, eg 25
Stabilization of the plasma processing characteristics can also be achieved by determining whether the temperature has reached 0 ° C. or higher and then starting the actual plasma processing. In this case, the temperature of the inner wall surface member cannot be adjusted, and it is mainly determined whether or not the temperature is stable. Therefore, if the temperature of the inner wall surface member is equal to or higher than the set value, it is limited to the case where the plasma processing characteristics are stable.
【0019】[0019]
【発明の効果】本発明によれば、プラズマ処理室内部に
設けた耐プラズマ壁面あるいは防塵壁面などの温度が制
御できるので、壁面温度の変化によるプラズマ状態の変
化が防止できる。これにより、壁面温度が安定するまで
のプラズマ処理初期のプラズマ処理特性変化が防止で
き、歩留まり向上が可能となる。また、プラズマ処理特
性変化を防ぐために、プラズマ放電を予め実施して壁面
温度の安定化を図る工程を実施している場合は、その工
程を省くことが可能になるため、スループットが向上す
る。According to the present invention, the temperature of the plasma-resistant wall surface or the dust-proof wall surface provided inside the plasma processing chamber can be controlled, so that the change of the plasma state due to the change of the wall surface temperature can be prevented. As a result, it is possible to prevent changes in plasma processing characteristics in the initial stage of plasma processing until the wall surface temperature stabilizes, and it is possible to improve the yield. Further, in the case where a step of stabilizing the wall surface temperature by performing plasma discharge in advance is performed in order to prevent a change in plasma processing characteristics, the step can be omitted, and thus the throughput is improved.
【図1】本発明の一実施例のマイクロ波プラズマエッチ
ング装置の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a microwave plasma etching apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図2】耐プラズマ壁の温度変化を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a temperature change of a plasma resistant wall.
【図3】耐プラズマ壁の温度モニター法を示す説明図で
ある。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a method of monitoring a temperature of a plasma resistant wall.
【図4】透過率及び放射率の波長依存性を示す説明図で
ある。FIG. 4 is an explanatory diagram showing wavelength dependence of transmittance and emissivity.
【図5】窓材の透過波長域と赤外線温度計の測定波長域
を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a transmission wavelength range of a window material and a measurement wavelength range of an infrared thermometer.
【図6】石英と窓材の透過率を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing the transmittances of quartz and a window material.
【図7】本発明の温度測定法を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a temperature measuring method of the present invention.
1…石英窓、2…プラズマ処理室、3…ウエハ、4…電
極、5…導波管、6…コイル、7…容器壁、8…耐プラ
ズマ壁、9…遠赤外線膜、10…ヒーター、11…皮
膜、12…赤外線温度計、13…赤外線、14…プラズ
マ、15…石英窓、16…赤外線、17…赤外線、18
…赤外線、19…窓、20…赤外線温度計(B)。1 ... Quartz window, 2 ... Plasma processing chamber, 3 ... Wafer, 4 ... Electrode, 5 ... Waveguide, 6 ... Coil, 7 ... Vessel wall, 8 ... Plasma resistant wall, 9 ... Far infrared film, 10 ... Heater, 11 ... Film, 12 ... Infrared thermometer, 13 ... Infrared, 14 ... Plasma, 15 ... Quartz window, 16 ... Infrared, 17 ... Infrared, 18
... infrared, 19 ... window, 20 ... infrared thermometer (B).
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金井 三郎 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者 加治 哲徳 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Saburo Kanai 794 Azuma Higashitoyo, Shimomatsu City, Yamaguchi Prefecture Inside the Kasado Plant, Hitachi, Ltd. Hitachi Co., Ltd. Kasado Factory
Claims (8)
ズマ処理装置において、前記プラズマ処理装置のプラズ
マ処理室の内部に該処理室壁面に近接して石英あるいは
アルミナなどの絶縁材料から成る内部壁面部材あるいは
該絶縁部材を金属部材に被覆した内部壁面部材を設置
し、該内部壁面部材の温度を該プラズマ処理室の内壁面
に形成した遠赤外線を放射し易い材料から放射される遠
赤外線によって加熱制御するように構成したことを特徴
とするプラズマ処理装置。1. In a plasma processing apparatus for processing an object to be processed using plasma, an inner wall surface made of an insulating material such as quartz or alumina is provided inside a plasma processing chamber of the plasma processing apparatus in proximity to the wall surface of the processing chamber. Member or the inner wall member in which the insulating member is covered with a metal member is installed, and the temperature of the inner wall member is heated by far infrared rays emitted from a material that easily emits far infrared rays formed on the inner wall surface of the plasma processing chamber. A plasma processing apparatus characterized in that it is configured to control.
て、該内部壁面部材または該内部壁面部材の表面をアル
ミナとし、該プラズマ処理室に石英からなる窓を設け、
該窓を通して赤外線温度計により該内部壁面部材の温度
を測定するように構成したことを特徴とするプラズマ処
理装置。2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the inner wall surface member or the surface of the inner wall surface member is made of alumina, and a window made of quartz is provided in the plasma processing chamber.
A plasma processing apparatus, wherein the temperature of the inner wall surface member is measured by an infrared thermometer through the window.
て、該プラズマ処理室内壁面に設けた材料を、酸化アル
ミニウムや酸化シリコンなどの酸化物、または炭素ある
いは炭化シリコンなどの炭化物、あるいは窒化アルミニ
ウムや窒化チタンなどの窒化物、あるいは弗化アルミニ
ウムなどの弗化物、あるいは前記材料の混合物としたこ
とを特徴とするプラズマ処理装置。3. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the material provided on the inner wall surface of the plasma processing chamber is an oxide such as aluminum oxide or silicon oxide, a carbide such as carbon or silicon carbide, or aluminum nitride or the like. A plasma processing apparatus comprising a nitride such as titanium nitride, a fluoride such as aluminum fluoride, or a mixture of the above materials.
において、該内部壁面部材の温度を測定し、その温度で
該プラズマ処理室の温度を制御することを特徴とするプ
ラズマ処理装置の制御方法。4. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the temperature of the inner wall member is measured and the temperature of the plasma processing chamber is controlled by the temperature. Method.
方法において、該プラズマ処理室の温度制御を、該処理
室に設けた抵抗加熱ヒーター出力制御あるいは該処理室
に冷媒流路を設けて冷媒温度を制御することを特徴とす
るプラズマ処理装置の制御方法。5. The method for controlling a plasma processing apparatus according to claim 4, wherein the temperature of the plasma processing chamber is controlled by controlling the output of a resistance heater provided in the processing chamber or by providing a coolant channel in the processing chamber. A method for controlling a plasma processing apparatus, comprising controlling a temperature of a refrigerant.
方法において、該内部壁面部材の透過波長域の赤外線を
透過しない材料からなる温度検出用部材を該内部壁面部
材に取り付け、該温度検出部材の温度を赤外線温度計で
測定し、該内部壁面部材の温度制御を赤外線温度計の出
力により行うことを特徴とするプラズマ処理装置の制御
方法。6. The method for controlling a plasma processing apparatus according to claim 4, wherein a temperature detecting member made of a material that does not transmit infrared rays in a transmission wavelength range of the inner wall surface member is attached to the inner wall surface member. A method for controlling a plasma processing apparatus, wherein the temperature of a member is measured by an infrared thermometer, and the temperature of the inner wall member is controlled by the output of the infrared thermometer.
方法において、該内部壁面部材の温度を、該プラズマ処
理室にサファイアあるいはシリコンからなる窓を設け、
該内部壁面部材を透過しない長波長域以上の赤外線を該
赤外線温度計の測定波長域として測定することを特徴と
するプラズマ処理装置の制御方法。7. The method for controlling a plasma processing apparatus according to claim 4, wherein the temperature of the inner wall surface member is set in the plasma processing chamber by a window made of sapphire or silicon.
A method for controlling a plasma processing apparatus, characterized in that infrared rays having a long wavelength range or longer that do not pass through the inner wall member are measured as a measurement wavelength range of the infrared thermometer.
及びその制御方法において、内部壁面部材の温度を赤外
線温度計にて測定し、該内部壁面部材の温度が予め設定
した値以上に達したことを確認した後にプラズマ処理を
開始することを特徴とするプラズマ処理装置の制御方
法。8. The plasma processing apparatus and the control method thereof according to claim 1, wherein the temperature of the inner wall surface member is measured with an infrared thermometer, and the temperature of the inner wall surface member reaches a preset value or more. A method for controlling a plasma processing apparatus, comprising the step of starting plasma processing after confirming that the above.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7048108A JPH08250293A (en) | 1995-03-08 | 1995-03-08 | Plasma treatment apparatus and control method |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPH08250293A true JPH08250293A (en) | 1996-09-27 |
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ID=12794128
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US11482435B2 (en) | 2014-01-28 | 2022-10-25 | Hitachi High-Tech Corporation | Plasma processing apparatus |
-
1995
- 1995-03-08 JP JP7048108A patent/JPH08250293A/en active Pending
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