JPH116768A - 半導体ウエハ処理装置内でペデスタル温度を測定するための装置 - Google Patents
半導体ウエハ処理装置内でペデスタル温度を測定するための装置Info
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Abstract
デスタルの温度を測定する装置。 【解決手段】 本装置は、陰極ペデスタルベース106
の下側を通る穴108に挿入された一端を有するチュー
ブ114を介して、ペデスタル104の底部によって放
射される赤外線エネルギを測定するものである。チュー
ブの末端は温度センサ118に結合されている。チュー
ブ114と温度センサ118はそれぞれ、カップリング
からセンサ118に結合された望ましくないRF信号を
抑圧する絶縁スリーブアダプタ112及び120によっ
て固定されている。
Description
態を測定するために使用される計測器に関し、より詳細
には、ペデスタルからの赤外線波長エネルギ放射を検出
することによってペデスタル温度を測定する装置に関す
る。
ために使用される材料とプロセスはきわめて温度に敏感
である。こうした材料が不十分な熱安定性又は熱伝導に
起因する高温にさらされた場合、最終製品ウェハの歩留
まり又は性能が低下することがある。更に、プロセス温
度が正しく制御されない場合、ウェハ上に望ましい回路
経路を形成するために使用される金属及び合金の沸点を
超えることがある。その結果、ウェハとその上の回路が
損傷を受ける。ペデスタルはウェハと密着して、ヒート
シンク及びウェハ支持具として機能するので、ペデスタ
ルの温度を測定することによってウェハ温度の良好な表
示が提供される。
な熱を除去する水冷陰極ベースとの熱伝導によって冷却
されている。ペデスタル温度が、処理中のウェハ温度の
良好な基準であることは既成の事実であるので、先行技
術ではペデスタル温度を測定する種々の手段が使用され
てきた。ペデスタル温度を決定する方法の1つは、陰極
ベースの出口で冷却水の温度を測定することである。不
都合にも、この方法は、測定された温度がペデスタル温
度の基準として正確でもなく時宜を得てもいないという
点で制限されている。陰極ベースの水温は、熱が多数の
接合点、導管及びヒートシンクを通過した後で測定され
る。信頼できない遅延データによって適切な帰還制御装
置パラメータを決定するため、ウェハ温度を測定するこ
の技術を使用して温度を安定させることは困難であっ
た。
対プローブを配置することによってウェハ処理中にペデ
スタル温度を直接測定しようと試みるものである。しか
し、ペデスタルに直接接触して配置された熱電対プロー
ブは、不都合にもウェハを処理するために使用されるプ
ラズマからのRF干渉にさらされる。従って、このアプ
ローチによっても正確な温度測定を得ることはできな
い。
するものである。センサは、センサに取り付けられた光
ファイバケーブルと共にチャンバ内に設置される。蛍光
体は蛍光体の温度に依存する蛍光を放射する。この「信
号」が監視目的で光ファイバケーブルによって伝送され
る。
のである。ウェハ表面から反射される光の波長の1つが
監視用に選択される。分光計が選択された波長の後方散
乱のレベル(特定のエネルギと関連する温度特性を有す
る)を測定し、ウェハ温度を得る。しかし、第3、第4
の技術はどちらもウェハ処理チャンバの過酷な環境で損
傷しやすいきわめて高価な機器を使用している。従っ
て、既存の装置は半導体ウェハを処理するために必要か
つ望ましいペデスタル温度の正確かつ安定した測定を提
供することができない。
の環境に耐える比較的単純で丈夫な設計の、ペデスタル
温度の正確な実時間測定を提供できる装置の必要性が存
在している。
ハ処理装置内のペデスタル温度を測定する装置によって
克服される。本発明の装置はウェハを支持するペデスタ
ルの下に感知装置及び測定装置を配置する。すなわち、
チューブの第1端がペデスタルの底部に接触している。
チューブの第2端は、ペデスタルからチューブによって
伝えられる赤外線(IR)エネルギに基づいて温度を測
定する市販の温度センサに接続されている。本装置はチ
ューブと温度センサのためのスリーブを有しており、こ
れらの部品を漂遊エネルギ源から隔離している。スリー
ブはまたセンサとチューブを互いに、且つ処理チャンバ
に固定している。チューブは、好適にはアルミニウム又
はステンレス鋼といった研磨された金属である。遮蔽ス
リーブはチューブを円筒状に収容しており、好適にはセ
ラミック又は石英製である。適応スリーブは、好適には
遮蔽スリーブと同じ材料から製造され、その上部端に軸
穴を有している。適応スリーブはまた、遮蔽スリーブの
直径よりわずかに大きい直径を有している。従って、適
応スリーブはチューブの第2端と遮蔽スリーブを収容し
ている。適応スリーブの下部端の中空ねじ付き取付具
は、温度センサと嵌合するために軸穴と軸線にそって嵌
合している。温度センサは慣用の方法で赤外線エネルギ
の大きさを検出及び測定することができる。
ると、ペデスタルの底部がIRエネルギを放射する。I
Rエネルギはチューブに沿ってIRセンサに伝えられ
る。センサはIRエネルギを、ペデスタルの温度を正確
に表す電圧に変換する。本発明ではセンサに伝えられる
ノイズが低減されるので、従来可能であった以上に正確
なペデスタル温度の測定を提供する。
詳細な説明を検討することによって容易に理解できる。
面に共通な同一の要素を示すために同一の参照符号が使
用される。
置にある本発明の装置102を有するプラズマ反応チャ
ンバ内のペデスタル組立体100の部分図を示す。ウェ
ハ処理におけるプラズマ反応チャンバとその動作の詳細
な理解のために、読者はCheng他への1989年6
月27日発行の米国特許第4,842,683号明細書
に含まれている図面と詳細な説明を参照されたい。Ch
eng他は、カリフォルニア州サンタクララのアプライ
ド マテリアルズ インコーポレイテッドによって製造
されたバイアスされた高密度プラズマ反応チャンバを開
示している。この装置はウェハをペデスタル組立体10
0の上に支持及び保持して、制御された環境内でウェハ
(図示せず)の表面のプラズマエッチングを行うことが
できる。さまざまな他の部品(図示せず)がペデスタル
組立体100上のウェハの移送と保持を支援している。
こうした部品には、特に、リフトピン、クランプリング
及び外部ロボットブレードが含まれる。更に、さまざま
な下位システム(やはり図示せず)が、チャンバ温度、
圧力及びパワーを確立及び維持し、エッチング、後処
理、自己清浄等のための望ましいプラズマを発生してい
る。
ルベース106によって支持されたペデスタル104が
含まれている。ペデスタル104はウェハ(図示せず)
を支持している。このウェハは、面105の上にある間
に処理される。穴108が陰極ペデスタルベース106
に設けられている。穴108によって、装置102の見
通し線は陰極ペデスタルベース106の下のRF囲壁1
28の開口130からペデスタル104に達するように
なる。陰極ペデスタルベース106の底面107では穴
108は大きな直径に広げられて、ねじが切られてい
る。穴108のねじ付き部分は装置102をペデスタル
ベース106に固定するために装置102のねじ付き部
分に繋がっている。陰極ペデスタルベース106とペデ
スタル104の間に配置されたOリングシール111は
チャンバ内の真空の保全性を確保し、チャンバ内の雰囲
気が装置102を汚染するのを防止している。
なわち導波管116と温度センサ118とから製作され
ている。導波管116と温度センサ118はそれぞれス
リーブ112及び120によって取り囲まれている。こ
れらのスリーブは導波管116と温度センサ118との
間の連続導電通路を遮断し、それによって漂遊電気エネ
ルギがセンサ118と結合し、温度測定処理に干渉する
のを防止している。すなわち、導波管116は、穴10
8の外径よりわずかに小さい外径を有する中空金属チュ
ーブ114を含んでいる。チューブ114は、一方の端
部(第1端)が穴108に適合されており、陰極ペデス
タルベース106の上部と面一になるように穴108に
挿入されている。チューブはそれによって接点110で
ペデスタル104の底部と連絡している。好適には、チ
ューブ114は、アルミニウム又はステンレス鋼といっ
た、赤外線(IR)波長で高い反射率を有する金属製で
ある。内面はほぼ鏡面仕上げになるよう研磨され、十分
な赤外線放射の伝達を提供する。遮蔽スリーブ112
は、温度測定に干渉しうる常駐のRFエネルギからチュ
ーブを隔離すると共に、チューブ114をペデスタルベ
ース106に固定する働きをしている。
タル104と陰極ペデスタルベース106の穴108の
内径と等しい内径を有する絶縁性材料の円筒である。ス
リーブ112の上部端にねじが提供され、陰極ペデスタ
ルベース106のねじ付き部分と繋がっている。円筒の
絶縁性材料はチューブを近くの他のエネルギ源(すなわ
ち電気ノイズ)から遮蔽するのに適している。この絶縁
性材料は好適にはセラミック又は石英である。
6と陰極ペデスタルベース106の下のRF囲壁128
の開口130を通じて延びている。チューブ114のも
う一方の端部(第2端)は赤外線温度センサ118に接
合されている。IR温度センサ118は広い温度範囲
(例えば、誤差±0.1℃で0〜500℃)の正確な測
定が可能な何らかの種類のものである。このセンサは、
カリフォルニア州サンタクルーズのRaytek,In
c.によって製造されたThermalertRMIシ
リーズの小型赤外線温度センサから選択された形式のも
のである。導波管116と温度センサ118は2つの開
いた端部を有する適応スリーブ120によって結合され
ている。適応スリーブ120もまた、局部的RF干渉か
らセンサ118を遮蔽するために、遮蔽スリーブ112
の材料と同様の絶縁性材料で製作されている。
(A)に示す。特に、適応スリーブ120は、図1の導
波管116(図2(A)には図示せず)を収容する穴2
02を一方の端部206に有している。導波管はスリー
ブ120の周囲に放射状に配置されたばねプランジャ1
22によってスリーブ120に固定されている。図2
(B)は、ばねプランジャの配置の好適なパターンを示
した、図2(A)の線2B−2Bに沿った適応スリーブ
120の断面図である。好適には、均等に間隔の開いた
3つのプランジャが存在する。スリーブのもう一方の端
部208は、穴202と軸線に沿って当接した、図1の
センサ118のねじ付き感知ヘッド(図示せず)を収容
しているねじ付き取付具204を備えている。センサ1
18はセンサ118からプロセスチャンバの外部に配置
された処理回路126(図1に示す)に信号を伝送する
ために、ケーブル124に接合されている。
102は、精密な、又は物理的に消耗する計測器を有害
なチャンバの環境にさらすことなく、ペデスタル104
の熱を(IR放射の形で)検出することができる。導波
管116は接点110から放射されたIRエネルギをセ
ンサ118の赤外線感知部材に送る。センサはIRエネ
ルギを計測器126に結合される電気信号に変換する。
ペデスタル104の高エネルギRFと干渉性電気的ノイ
ズは絶縁スリーブ112及び120によってセンサ11
8及びチューブ114から隔離されている。これらのス
リーブは導波管116と感知部材の間の連続導電通路を
遮断し、それによって電気的エネルギが赤外線測定を汚
染するのを防止していうる。更に、センサをプラズマか
ら離れた位置に配置することによって、プラズマからセ
ンサに結合される干渉が低減される。更にセンサ118
と遠隔処理回路126を接続するケーブル124は遮蔽
されており、漂遊信号が入り込むのが防止されている。
温度制御ユニットのための必要なデータ信号を発生す
る。従って、温度の読み取り値はきわめて正確で運転パ
ラメータの急速な管理のため実時間で測定される。更
に、装置全体が処理チャンバの外に配置されており、可
動部品や消耗部品を含んでいない。使用される材料も、
製造、設置及び保守の総費用が、当該技術分野で使用さ
れている既知の温度測定装置よりはるかに安価である。
タル温度とRFパワーレベルの時間に対するグラフであ
る。このグラフによって、本発明の装置の実時間温度測
定特性が確認される。RFパワーがチャンバに適用され
る瞬間毎に(t=t1,3,5,7, 9,11の直線によって示
す)、測定されたペデスタル温度のほとんど即時の上昇
が存在する。それに対応して、RFパワーがで停止され
る時も、測定されたペデスタル温度の急速な低下が見ら
れる。
形態を本明細書で詳細に示し説明したが、当業者は、更
にその教示を組み込んだ多くの他の異なった実施形態を
容易に考案することができる。
スタル組立体の部分立面図である。
断面図であり、(B)は、(A)の線2B−2Bに沿っ
て見た本発明の装置の適応スリーブの詳細断面図であ
る。
ラフである。
Claims (15)
- 【請求項1】 半導体ウェハ処理装置の処理チャンバ内
のペデスタル(104)の温度を測定する装置であっ
て、 (a)チューブの第1端からチューブの第2端に赤外線
エネルギを伝えるための、前記第1端が前記ペデスタル
(104)と接触している、所定の直径を有するチュー
ブ(114)と、 (b)前記チューブの前記第2端に配置された、前記チ
ューブ(114)によって伝えられた前記赤外線エネル
ギに反応して温度を測定するための温度センサ(11
8)と、を備えた装置。 - 【請求項2】 前記ペデスタル(104)を支持するた
めのペデスタルベース(106)と、前記チューブ(1
14)を漂遊エネルギ源から遮蔽し且つ前記チューブ
(114)を前記ペデスタルベース(106)に固定す
るための手段とを更に備えた請求項1に記載の装置。 - 【請求項3】 前記チューブ(114)を漂遊エネルギ
源から遮蔽し且つ前記チューブ(114)を前記温度セ
ンサ(118)に取り付けるための手段を更に備えた請
求項2に記載の装置。 - 【請求項4】 前記チューブ(114)を漂遊エネルギ
源から遮蔽し且つ前記チューブ(114)を前記ペデス
タルベース(116)に固定するための手段が、前記チ
ューブ(114)を取り囲む、前記ペデスタルベース
(106)の下部に嵌合した遮蔽スリーブ(112)で
ある請求項3に記載の装置。 - 【請求項5】 前記チューブ(114)を前記温度セン
サ(118)に取り付けるための前記手段が、前記遮蔽
スリーブ(112)と前記チューブの前記第2端とを取
り囲む上部端(206)と、前記温度センサ(118)
に嵌合した底部端(208)とを有する適応スリーブ
(120)である請求項4に記載の装置。 - 【請求項6】 前記遮蔽スリーブ(112)が、前記ペ
デスタルベース(106)に配置されたねじ付き穴(1
08)の直径に等しい内径を有する円筒形である請求項
4に記載の装置。 - 【請求項7】 前記遮蔽スリーブ(112)がセラミッ
クである請求項4に記載の装置。 - 【請求項8】 前記遮蔽スリーブ(112)が石英であ
る請求項4に記載の装置。 - 【請求項9】 前記適応スリーブ(120)が、遮蔽ス
リーブ(112)を収容するための前記上部端(20
6)の軸穴(202)と、前記軸穴(202)と軸線に
沿って当接している下部端(208)の中空ねじ付き取
付具(204)とを更に備える請求項5に記載の装置。 - 【請求項10】 前記温度センサ(118)の感知ヘッ
ドが、前記適応スリーブ(120)の前記中空ねじ付き
取付具(204)と連絡しているねじを備えている請求
項9に記載の装置。 - 【請求項11】 前記チューブ(114)が研磨された
金属である請求項2に記載の装置。 - 【請求項12】 前記チューブ(114)がアルミニウ
ムである請求項11に記載の装置。 - 【請求項13】 前記チューブ(114)がステンレス
鋼である請求項11に記載の装置。 - 【請求項14】 前記温度センサ(118)が赤外線温
度センサである請求項1に記載の装置。 - 【請求項15】 半導体ウェハ処理装置の処理チャンバ
内のペデスタル(104)の温度を測定する装置であっ
て、 (a)前記ペデスタル(104)を支持するためのペデ
スタルベース(106)と、 (b)チューブの第1端からチューブの第2端に赤外線
エネルギを伝えるための、前記第1端が前記ペデスタル
(104)と接触して前記ペデスタルベース(106)
の穴(108)を通過している、前記穴(108)より
小さい直径を有するチューブ(114)と、 (c)前記チューブの前記第2端に配置された、前記チ
ューブ(114)によって伝えられた前記赤外線エネル
ギに反応して温度を測定するための、ねじ付き感知ヘッ
ドを有する赤外線温度センサ(118)と、 (d)前記チューブ(114)を取り囲み前記ペデスタ
ルベース(106)の下部に嵌合している、前記チュー
ブ(114)を遮蔽し且つ前記チューブ(114)を前
記ペデスタルベース(106)に固定するためのセラミ
ック円筒形遮蔽スリーブ(112)と、 (e)前記チューブ(114)を遮蔽し、前記チューブ
(114)を前記温度センサ(118)に取り付けるた
めのセラミック適応スリーブ(120)であって、上部
端(206)に軸穴(202)を有し、前記軸穴(20
2)が前記遮蔽スリーブ(112)の直径よりわずかに
大きい直径を有し、もって、前記遮蔽スリーブ(11
2)と前記チューブ(114)の前記第2端を取り囲
み、ねじ付き感知ヘッドと連絡するために下部端(20
8)の中空ねじ付き取付具(204)が軸上で前記軸穴
(202)と当接しているセラミック適応スリーブと、
を備える装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US08/824099 | 1997-03-25 | ||
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JP (1) | JP4053130B2 (ja) |
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