DE69118035T2

DE69118035T2 - Plasmagerät, Verfahren und Vorrichtung zur Extrahierung eines elektrischen Signals aus einem einer Hochfrequenzwelle ausgesetzten Glied

Info

Publication number: DE69118035T2
Application number: DE69118035T
Authority: DE
Inventors: Osamu Kamikanda; Toshihisa Nozawa; Haruo Okano; Yukimasa Yoshida
Original assignee: Toshiba Corp; Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1990-07-20
Filing date: 1991-07-19
Publication date: 1996-09-12
Anticipated expiration: 2011-07-20
Also published as: DE69118035D1; JPH0478135A; KR920003818A; JP2892787B2; US5147497A; KR0155567B1; EP0467391A2; EP0467391B1; EP0467391A3; TW198765B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pläsmavorrichtung zur Durchführung einer Plasmabehandlung eines zu bearbeitenden Gegenstands, mit:
einer Vakuumkammer;
einem Halterungstisch zum Haltern des Gegenstands in der Kammer;
einer Plasmaerzeugungsvorrichtung zur Erzeugung eines Plasmas durch Anlegen von Hochfrequenzleistung an den Halterungstisch;
einer Temperaturerfassungsvorrichtung zur Erfassung der Temperatur des Gegenstands;
einer Filtervorrichtung zum Filtern eines Ausgangssignals von der Temperaturerfassungsvorrichtung, um hochfrequente Komponenten aus dem Signal zu entfernen; und
einer Temperaturmeßvorrichtung zur Messung der Temperatur des Gegenstands auf der Grundlage des Signals, welches von der Filtervorrichtung ausgegeben wird.
Eine derartige Vorrichtung ist in der JP-A-64 041 825 beschrieben. Die Erfindung betrifft weiterhin Verfahren und Systeme zur Erzeugung und Bearbeitung eines elektrischen Signals während der Plasmabehandlung eines Gegenstands.
Bei einer RIE-Plasmaätzvorrichtung wird eine Waferhalterungsvorrichtung, die einen Halbleiterwafer als einen zu bearbeitenden Gegenstand haltert, als eine unter Ektrode verwendet, und eine obere Kammerwand oder dergleichen gegenüberliegend dem Halbleiterwafer wird als obere Elektrode verwendet. Wenn Hochfrequenz über die einander gegenüberliegenden Elektroden angelegt wird, wird durch ein Ätzgas ein Plasma erzeugt, zur Durchführung einer Plasmaätzung des Wafers. Wenn eine Hochfrequenzleistungsversorgungsquelle an die Waferhalterungseinrichtung angeschlossen ist, dient die Waferhalterungseinrichtung als Hochfrequenzelektrode, also als Hochfrequenz kathode.
Wenn eine Plasmaätzung dieser Art durchgeführt wird, wird der Wafer als der zu bearbeitende Gegenstand durch das Plasma erhitzt. Man weiß, daß bei einer Kühlung des Wafers ein stark anisotroper Ätzvorgang durchgeführt werden kann. Daher wird der Wafer durch Wärmeleitung mittels Kühlung der Waferhalterungseinrichtung gekühlt. Wenn die Temperatur der Waferhalterungseinrichtung gemessen wird, läßt sich indirekt die Wafertemperatur bestimmen, und der Einfluß der Wafertempertur auf die Ätzung kann auf einen konstanten Wert geregelt werden, auf der Grundlage der erhaltenen Temperatur. Ein Temperaturmeßelement, wie beispielsweise ein Platinwiderstand, wird zur Messung der Waferhalterungseinrichtung verwendet.
Da die Waferhalterungseinrichtung als die Hochfrequenzkathode eingesetzt wird, wird jedoch Hochfreguenzrauschen induziert, und einem gemessenen Temperatursignal überlagert. Daher ist es schwierig, die Temperatur korrekt zu messen.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Plasmavorrichtung, welche ein korrektes Temperatursignal zur Verfügung stellen kann.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zum Ableiten eines elektrischen Signals, durch welches der Einfluß induzierten Hochfrequenzrauschens ausgeschaltet wird, um eine korrekte Ableitung des elektrischen Signals zu ermöglichen.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Systems zum Ableiten eines derartigen elektrischen Signals.
Gemäß einer ersten Zielrichtung der Erfindung wird eine Plasmavorrichtung zur Durchführung einer Plasmabehandlung eines zu bearbeitenden Gegenstands zur Verfügung gestellt, welche aufweist:
eine Vakuumkammer;
einen Halterungstisch zum Haltern des Gegenstands in der Kammer;
eine Plasmaerzeugungsvorrichtung zur Erzeugung eines Plasmas durch Anlegen von Hochfrequenzleistung an den Halterungstisch;
eine Temperaturerfassungsvorrichtung zur Erfassung der Temperatur des Gegenstands;
eine Filtervorrichtung zum Filtern eines Ausgangssignals der Temperaturerfassungsvorrichtung, um hochfrequente Bestandteile von dem Signal zu entfernen; und
eine Temperatürmeßvorrichtung zur Messung der Temperatur des Gegenstands auf der Grundlage des Signals, welches von der Filtervorrichtung ausgegeben wird,
dadurch gekennzeichnet, daß:
die Temperaturerfassungsvorrichtung in dem Halterungstisch vorgesehen ist, um dessen Temperatur zu messen; und die Temperaturerfassungsvorrichtung in einem Metallbehälter, der in einem erdfreien Gleichspannungspotentialzustand gehalten wird, angeordnet und diesem gegenüber isoliert ist.
Gemäß einer zweiten Zielrichtung der Erfindung wird ein Verfahren zur Erzeugung und Bearbeitung eines elektrischen Signals während der Plasmabehandlung eines Gegenstands zur Verfügung gestellt, welches umfaßt:
Haltern des Gegenstands auf einem Halterungsteil in einer Vakuumkammer;
Anlegen von Hochfrequenzleistung an das Halterungsteil zur Erzeugung eines Plasmas in der Kammer;
Erfassung der Temperatur des Gegenstands, und Erzeugung eines Meßsignals mit einer Frequenz, die niedriger ist als jene der Hochfrequenzleistung; und
Filtern des Meßsignals, um von diesem Hochfrequenzkomponenten zu entfernen;
gekennzeichnet durch:
Übertragen des Meßsignals von einem Erfassungselement, welches innerhalb eines Metallbehälters angeordnet und gegenüber diesem isoliert ist;
Anordnen des Behälters innerhalb des Halterungsteils und von diesem isoliert; und
Halten des Metallbehälters in einem erdfreien Gleichspannungspotential zustand.
Gemäß einer dritten Zielrichtung der Erfindung wird ein System zur Erzeugung und Bearbeitung des elektrischen Signals während der Plasmabehanldung eines Gegenstands zur Verfügung gestellt, welches aufweist:
ein Halterungsteil zum Haltern des Gegenstands in einer Vakuumkammer;
eine Hochfrequenzleistungs-Erzeugungsvorrichtung zum Anlegen von Hochfrequenzleistung an das Halterungsteil, um ein Plasma in der Vakuumkammer zu erzeugen; eine Temperaturerfassungsvorrichtung zur Erfassung der Temperatur des Gegenstands und zur Erzeugung eines Meßausgangssignals, welches eine niedrigere Frequenz aufweist als die Hochfrequenzleistung; und
eine Filtervorrichtung zum Filtern des Ausgangssignals, um von diesem Hochfrequenzkomponenten zu entfernen;
dadurch gekennzeichnet, daß:
die Erfassungsvorrichtung ein Erfassungselement aufweist, welches in einem Metallbehälter enthalten und gegenüber diesem isoliert ist;
der Behälter innerhalb des Halterungsteils angeordnet ist;
Isoliervorrichtungen zum Isolieren des Metallbehälters gegenüber dem Halterungsteil vorgesehen sind; und der Metallbehälter in einem erdfreien Gleichspannungspotentialzustand gehalten wird.
Die Erfindung läßt sich noch besser aus der nachstehenden, ins einzelne gehenden Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen verstehen. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Magnetron- Plasmaätzvorrichtung zur Durchführung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine Schnittansicht einer elektrostatischen Aufspannvorrichtung, die bei der Vorrichtung von Fig. 1 verwendet wird;
Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts der Vorrichtung von Fig. 1, welcher an einer Hochfrequenzelektrode eines Temperaturmeßteils angebracht werden soll;
Fig. 4 ein Schaltbild eines Filters, das in der Vorrichtung von Fig. 1 verwendet wird; und
Fig. 5 ein Diagramm einer Filtercharakteristik.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die bei der Temperaturmessund einer Waferhalterungseinrichtung einer Magnetron-Plasmaätzvorrichtung verwendet wird, wird im einzelnen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer Magnetron- Plasmaätzvorrichtung zur Verwirklichung der vorliegenden Erfindung. Diese Vorrichtung weist eine Vakuumkammer 10 auf, eine Waferhalterungseinrichtung 29, die in der Kammer 10 zum Haltern eines zu bearbeitenden Gegenstands vorgesehen ist, beispielsweise eines Halbleiterwafers 1, einen Kühlabschnitt 30, der unterhalb der Waferhalterungseinrichtung 20 angeordnet ist, einen Magnetabschnitt 40, der oberhalb der Kammer 10 angeordnet ist, eine Hochfrequenzleistungsquelle 50, und einen Thermometerabschnitt 60.
Die Vakuumkammer 10 besteht beispielsweise aus Aluminium und weist zylindrische obere und untere Kammerteile 11 und 12 auf. Das untere Ende des oberen Kammerteils 11 ist mit dem unteren Kammerteil 12 verbunden. Eine Auslaßöffnung 13 ist im unteren Abschnitt der Seitenwand des oberen Kammerteils 11 vorgesehen, und das Innere der Vakuumkammer 10 wird durch eine (nicht dargestellte) Saugpumpe evakuiert, die an die Auslaßöffnung 13 angeschlossen ist. Die Pumpe ist so ausgelegt, daß der Druck im Inneren der Vakuumkammer 10 auf einen niedrigen Druck verringert werden kann, beispielsweise etwa 10&supmin;&sup6; Torr. Mehrere Gasdiffusoröffnungen (nicht gezeigt), die in der oberen Wand des oberen Kammerteils 11 vorgesehen sind, stellen sicher, daß Atzgas der gesamten Oberfläche des Wafers gleichmäßig zugeführt wird. Ein von einer Gasversorgungsquelle geliefertes Atzgas wird in die Kammer 10 durch die mehreren Gasdiffusoröffnungen eingeführt. Das untere Kammerteil 12 weist eine Bodenwand 12a zum Haltern des Kühlabschnitts 30 und der Waferhalterungseinrichtung 20 auf, sowie eine zylindrische Seitenwand 12b.
Ein elektrisch isolierendes, erstes zylindrisches Keramikteil 14, welches eine offene obere Oberfläche aufweist, ist auf dem Kühlabschnitt 30 angeordnet, und die Waferhalterungseinrichtung 20 wird durch die Innenseite der Bodenwand des Keramikteils 14 gehaltert, da sie von der Seitenwand des Keramikteils 14 umgeben ist. Die Waferhalterungseinrichtung 20 weist eine obere Waferhalterungseinrichtungshälfte 21 auf, die mit einer Waferhalterung versehen ist, sowie eine untere Waferhalterungseinrichtungshälfte 22 zum Haltern der oberen Waferhalterungseinrichtungshälfte 21. Die obere Waferhalterungseinrichtungshälfte 21 ist abnehmbar auf der unteren Waferhalterungseinrichtungshälfte 22 angebracht. Die Waferhalterungseinrichtung 20 ist auf diese Weise in zwei Hälften unterteilt, so daß dann, wenn sie verunreinigt ist, nur die erste, obere Waferhalterungshälfte 21 ersetzt werden muß, wodurch die Wartung vereinfacht wird. Ein Wärmeisolierspalt 15 ist zwischen der Seitenoberfläche der Waferhalterungseinrichtung 20 und der Innenseitenoberfläche des ersten isolierenden Keramikteils 14 vorgesehen.
Eine keramische Heizvorrichtung 23 ist so in der unteren Waferhalterungseinrichtungshälfte 22 vergraben angeordnet, daß sie der Bodenoberfläche der oberen Waferhalterungseinrichtungshälfte 21 gegenüberliegt Die keramische Heizvorrichtung 23 ermöglicht eine Temperaturregelung der oberen Waferhalterungseinrichtungshälfte 21.
Eine elektrostatische Aufspannvorrichtung 24 zum Aufspannen des Wafers 1 ist auf der oberen Oberfläche der oberen Waferhalterungseinrichtungshälfte 21 vorgesehen. Die elektrostatische Aufspannvorrichtung 24 ist mit zwei isolierenden Platten oder Folien (beispielsweise Polyimidfolien) 24a und 24b versehen, und einer leitfähigen Platte oder Folie 24c, die aus Kupfer oder dergleichen besteht, zwischen den Platten 24a und 24b. Der Wafer 1 wird auf die Platte 24 der elektrostatischen Auspannvorrichtung in einem Zustand aufgesetzt, in welchem eine elektrostatische Aufspannspannung, beispielsweise 2 kV Gleichspannung, an die leitfähige Platte 24c angelegt wird. Nach der Erzeugung eines Plasmas wird der Wafer 1 auf der Waferhalterungseinrichtung 20 infolge einer Coulomb-Kraft aufgrund der statischen Elektrizität aufgespannt, die auf der elektrostatischen Aufspannvorrichtung 24 erzeugt wird.
Der Kühlabschnitt 30 ist mit einem zylindrischen Kühlteil 32 versehen, in welchem ein Behälter 31 für flüssigen Stickstoff vorgesehen ist. In dem Behälter 31 für flüssigen Stickstoff befindet sich flüssiger Stickstoff 33. Die Oberwand des Kühlteils 32 haltert das Keramikteil 14. Die innere Bodenwand des Kühlteils 32 ist beispielsweise porös und kann ein Sieden von Blasen hervorrufen. Die Innenseite der Bodenwand des Kühlteils 32 wird auf etwa -169ºC durch das Blasensieden gehalten. Das Kühlteil 32 ist auf der Bodenwand 12a des unteren Kammerteils 12 über ein keramisches Isolierteil 34 angeordnet.
Die Seitenwand des voranstehend geschilderten, unteren Kammerteils 12 umgibt das Keramikteil 14, das Kühlteil 32 und das Isolierteil 34. Die Innenoberfläche der Seitenwand 12b ist von den Außenoberflächen des Keramikteils 14, des Kühlteils 32, und des Isolierteils 34 so beabstandet, daß dazwischen ein Wärmeisolierspalt 16 ausgebildet wird.
O-Ringe 17 und 18 sind jeweils in das obere Ende des Spalts 15 bzw. 16 eingepaßt, wodurch die Spalte 15 und 16 abgedichet werden. Eine Auslaßöffnung 19 ist in der Bodenwand 12a des unteren Kammerteils 12 angeordnet. Die Spalte 15 und 16 werden durch eine Saugpumpe (nicht gezeigt) evakuiert, die an die Auslaßöffnung 19 angeschlossen ist, so daß sie als Wärmeisolierungs-Vakuumschichten dienen. Ein Wärmeaustausch zwischen dem Wafer 1 und anderen Teilen als dem Kühlteil 32 wird minimalisiert, infolge des Vorhandenseins der wärmeisolierenden Vakuumschichten, und hierdurch kann der Wafer 1 wirksam gekühlt werden. In den isolierenden Keramikteilen 14 und 34 sind Löcher vorgesehen, so daß die Spalte 15 und 16 wirksam evakuiert werden können.
Die Hochfrequenzleistungsversorgungsquelle 50 ist an die obere Waferhalterungseinrichtungshälfte 21 der Waferhalterungseinrichtung 20 angeschlossen. Ein Leitungsdraht 51, der von der Hochfrequenzleistungsquelle 50 bis zur oberen Waferhaltungseinrichtungshälfte 21 geht, ist innerhalb eines Isolierrohrs 52 angeordnet, das sich von der Bodenwand 12a des unteren Kammerteils 12 durch die obere Waferhalterungseinrichtungshälfte 21 erstreckt. Das obere Kammerteil 11 ist geerdet, bildet daher eine RIE- Plasmaätzvorrichtung. Wenn daher Hochfrequenzleistung angelegt wird, dient die obere Wand des oberen Kammerteils 11 als die obere Elektrode, die Waferhalterungseinrichtung 20 dient als die untere Elektrode, also als die Hochfrequenzkathode, und zwischen diesen Teilen wird in Gegenwart eines Atzgases ein Plasma erzeugt. Die Hochfrequenzleistungsquelle 50 weist eine Frequenz von 13,56 MHz oder mehr auf, beispielsweise 13,56 MHz, 27 MHz, oder 40 MHz.
Der Magnetabschnitt 40 dient zum Anlegen eines Magnetfeldes zwischen den Elektroden in Richtung senkrecht zum elektrischen Feld zwischen den Elektroden. Er weist ein horizontales Halterungsteil 41 auf, einen von dem Halterungsteil 41 gehalterten Permanentmagneten 42, und einen Motor 43 zum Drehen des Halterungsteils 41 und des Permanentmagneten 42 in Richtung eines Pfeils in Fig. 1.
Nunmehr wird der Thermometerabschnitt 60 beschrieben. Bei einer derartigen Plasmaätzvorrichtung ist es unmöglich, die Temperatur des Wafers 1 direkt zu messen. Daher wird die Temperatur der oberen Waferhalterungseinrichtungshälfte 21 gemessen, um eine Wafertemperaturregelung durchzuführen. Zu diesem Zweck ist ein ummanteltes Platinwiderstandsthermometer 61 in der oberen Waferhalterungseinrichtungshälfte 21 vergraben angeordnet. Das ummantelte Platinwiderstandsthermometer 61 wird dadurch gebildet, daß en Platinwiderstand 62 in einem dünnen Metallbehälter, also einem Mantelteil 23, welches aus Edelstahl besteht, über ein Isolierteil 63a angeordnet wird, wie im einzelnen in Fig. 3 gezeigt ist. Das ummantelte Platinwiderstandsthermometer 61 wird in einem keramischen Isolierteil 25 vergraben, welches in die obere Waferhalterungseinrichtungshälfte 21 eingebaut ist und ein gutes Wärmeleitvermögen aufweist. Eine Creme 26 mit guter Wärmeleitung wird zwischen das Keramikteil 25 und das Manteilteil 63 eingefüllt.
Das Mantelteil 63 deckt den Platinwiderstand 62 und zwei Leitungsdrähte 64 ab, und erstreckt sich nach unten in einer Richtung, in welcher die Leitungsdrähte 64 von dem Platinwiderstand 62 aus ausgehen. Das Mantelteil 63 ist überhaupt nicht geerdet und liegt elektrisch auf einem unbestimmten Potential. Isolierdichtungsteile 35 sind zwischen das Mantelteil 63 und die Oberwand des Kühlteils 32, zwischen das Mantelteil 63 und die Bodenwand des Kühlteils 32, und zwischen das Mantelteil 63 und die Bodenwand 12a des unteren Kammereteils 12 eingefügt.
Die Leitungsdrähte 64 sind an ein Filter 64 angeschlossen. Das Signal wird durch das Filter 65 gefiltert, um eine Hochfrequenzkomponente, also Hochfrequenz von der Energieversorgung 50, zu entfernen, und durch das Filter 65 gelangt nur eine Niederfrequenzkomponente hindurch. Das Filter 65 ist an einen Meßabschnitt 66 angeschlossen. Der Meßabschnitt 66 weist eine Brückenschaltung und dergleichen auf. Nach Empfang eines Wechselstroms von einer Stromversorgung 67, die an den Meßabschnitt 66 angeschlossen ist, mißt der Meßabschnitt 66 den Widerstand des Platinwiderstands 62, der sich in Abhängigkeit von der Temperatur ändert. Das von dem Meßabschnitt 66 ausgegebene Signal wird sowohl in einen Temperaturanzeigeabschnitt 68 als auch in eine Temperaturregelung 69 eingegeben. Die Temperaturregelung 69 gibt ein Temperaturregelsignal an die keramische Heizvorrichtung 63 auf der Grundlage des von dem Filter 67 zugeführten Signals aus, wodurch rückgekoppelt die Temperatur der Waferhalterungseinrichtung geregelt wird. Dies führt dazu, daß der Wafer auf beispielsweise -60ºC gehalten wird.
Das Filter 67 weist eine Spule 65a und einen Kondensator 65b auf, wie in Fig. 4 gezeigt, und zeigt eine Einfügungsdämpfungscharakteristik, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist. Eine Hochfrequenzkomponente wird entfernt, und nur eine niederfrequente Komponente ausgegeben, wie aus Fig. 5 hervorgeht.
Bei der wie voranstehend geschildert ausgebildeten Vorrichtung wird ein Atzgas in die Kammer 10 eingeführt, Hochfrequenzleistung über den oberen und unteren Elektroden angelegt, um ein Plasma zu erzeugen, und durch das Plasma wird ein Atzvorgang durchgeführt. Hierbei wird ein Magnetfeld zwischen den Elektroden durch den sich drehenden Permanentmagneten 42 angelegt. Zwischen den Elektroden vorhandene Elektronen führen daher eine Zyklotronbewegung aus. Beim Zusammenstoß der Elektronen mit Molekülen wird eine Magnetronentladung erzeugt, und die Ionisationsrate der Moleküle erhöht, und selbst unter einem relativ niedrigen Druck von 10&supmin;² bis 10&supmin;³ Torr kann eine so hohe Atzrate wie 1 Mikrometer/Minute erzielt werden. Die Bearbeitung pro Wafer kann daher in einem kurzen Zeitraum fertiggestellt werden, und die Verläßlichkeit des Atzvorgangs wird verbessert. Da die mittlere Ionenenergie verringert wird, werden Beschädigungen eines Wafers minimalisiert.
Wenn eine Plasmaätzung durchgeführt wird, wird der Wafer 1 als ein zu bearbeitender Gegenstand auf beispielsweise etwa -60ºC gekühlt, um eine stark anisotrope Atzung durchzuführen. Während der Plasmaätzung schwankt die Temperatur des Wafers 1, da sie durch die Hitze des Plasmas erhöht wird. Wie voranstehend geschildert, wird daher die Waferhalterungseinrichtung 20 durch den flüssigen Stickstoff 33 gekühlt, der sich in dem Behälter 31 für flüssigen Stickstoff des Kühlteils 32 befindet. Weiterhin wird die Temperatur der oberen Waferhalterungseinrichtungshälfte 21 durch das ummantelte Platinwiderstandsthermometer 61 gemessen, und ein Regelsignal von der Temperaturregelung 69 an die keramische Heizvorrichtung 23 ausgegeben, um die Temperatur der oberen Waferhalterungseinrichtungshälfte 21 auf etwa -60ºC zu regeln. Da die Waferhalterungseinrichtung 20 als die Hochfrequenzkathode verwendet wird, wird in diesem Fall Hochfrequenzrauschen induziert und einem gemessenen Temperatursignal überlagert. Da ein gemessenes Temperatursignal, welches von dem Meßabschnitt 65 ausgegeben wird, ein niederfrequenztes Signal darstellt, wird eine korrekte Temperaturmessung schwierig, wenn diesem Signal Hochfrequenzrauschen auf die voranstehend geschilderte Weise überlagert wird.
Da das Platinwiderstandsthermometer 61 in dem dünnen Metallmanelteil 63 vorgesehen ist, kann durch die elektromagnetische Abschirmwirkung eine Überlagerung des Hochfrequenzrauschens in gewissem Ausmaß verhindert werden. Da das Mantelteil 63 ebenso die Leitungsdrähte 64 abdeckt, kann in diesem Bereich ein entsprechender Abschirmeffekt erzielt werden. Das Mantelteil 63 ist gegenüber der oberen Waferhalterungseinrichtungshälfte 21, die als die Hochfrequenzkathode dient, durch das keramische Isolierteil 25, welches eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist, und den Kleber 26 isoliert, und kein Abschnitt des Mantelteils 63 ist geerdet. Daher wird das Mantelteil 63 in einen Zustand mit unbestimmtem elektrischem Potential gehalten. Dies führt dazu, daß das Mantelteil 63 nicht an der gemeinsamen Masse der Hochfrequenzkathode geerdet ist, und daß das Einstreuen von Hochfrequenzrauschen von der gemeinsamen Masse verhindert wird.
Selbst wenn die Abschirmwirkung durch durch das Mantelteil 63 erzielt wird, und wenn das Mantelteil 63 erdfrei gehalten wird, um das Einstreuen von Rauschen von der gemeinsamen Masse zu verhindern, ist es dennoch schwierig, vollständig eine Hochfrequenzrauschüberlagerung zu verhindern. Aus diesem Grund wird ein gemessenes Temperatursignal von dem Platinwidersandsthermometer 61 in das Filter 67 eingegeben, um eine Hochfrequenzkomponente zu entfernen, wodurch nur eine niederfrequente Komponente als gemessenes Temperatursignal erhalten wird. Dies führt dazu, daß ein Temperatursignal erhalten werden kann, welches nur einen sehr kleinen Fehler aufweist. Auf der Grundlage eines derartigen, gemessenen Temperatursignals wird ein Regelsignal von der Temperaturregelung 69 an die keramische Heizvorrichtung 63 ausgegeben, und wird die Temperatur der oberen Waferhalterungseinrichtungshälfte 21 durch den Einschalt/Ausschaltbetrieb der Heizvorrichtung 23 geregelt. Daher kann die Temperatur des Wafers 1 auf einem im wesentlichen konstanten Wert gehalten werden.
Auf diese Weise ist das Thermometer 61 gegenüber dem Mantelteil 63 isoliert in diesem angeordnet, und das Mantelteil 63 ist gegenüber der Waferhaltungseinrichtungshälfte 21 isoliert. Ein Hochfrequenzkriechstrom wird daher verhindert, und es läßt sich eine wirksame Atzung durchführen. Darüber hinaus wird verhindert, daß das Thermometer durch ein Hochfrequenzsignal erhitzt wird.
Da das ummantelte Thermometer für die Temperaturmessung eingesetzt wird, wird das Thermometer mechanisch durch das Mantelteil 63 verstärkt, was seine Lebensdauer verbessert. Darüber hinaus kann der Durchmesser der Leitungsdrähte 64 aufgrund dieser Verstärkung gering ausgebildet werden, was zu einem kleinen Thermometer führt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die voranstehend geschilderte Ausführungsform beschränkt, sondern es lassen sich innerhalb des Umfangs der Erfindung verschiedene Anderungen und Modifikationen durchführen.
Beispielsweise wird die -vorliegende Erfindung nicht notwendigerweise bei einer RIE-Atzvorrichtung eingesetzt, sondern läßt sich auch bei der Temperaturmessung verschiedener Arten von Abschnitten einsetzen, an welche ein Hochfrequenzsignal angelegt wird. Verschiedene Arten von Temperaturmeßvorrichtungen, die ein durch einen Metallbehälter abgedecktes Thermometer aufweisen, können eingesetzt werden, soweit sie die Funktion der vorliegenden Erfindung haben.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf eine Temperaturmessung begrenzt, sondern läßt sich auch bei anderen Messungen einsetzen, soweit bei diesen das Ableiten eines schwachen Signals vorliegt, welches von einem Teil geschickt wird, an welches ein Hochfrequenzsignal angelegt wird, und welches eine niedrigere Frequenz aufweist als das Teil, an welches das Hochfrequenzsignal angelegt ist.
Die Temperaturerfassungsvorrichtung ist daher in einem Metallbehälter und gegenüber diesem isoliert angeordnet, welcher eine elektromagnetische Abschirmwirkung aufweist, und der Metallbehälter ist gegenüber dem Teil isoliert, an welches Hochfrequenzenergie angelegt wird. Der Metallbehälter ist nicht geerdet, sondern wird stattdessen auf einem erdfreien Gleichspannungspotential gehalten. Der erdfreie- Zustand verhindert das Zumischen von Rauschen von der gemeinsamen Masse aus. Die Abschirmwirkung und diese Rauschmischverhinderung verringern den Einfluß von Hochfrequenzrauschen. Von einem abzuleitenden elektrischen Signal werden durch die Filtervorrichtung Hochfrequenzkomponenten entfernt. Dies führt dazu, daß ein elektrisches Signal abgeleitet werden kann, welches sehr genau ist.
Bei der voranstehend geschilderten Ausführungsform wird die vorliegende Erfindung bei einer Magnetron- Plasmaätzvorrichtung eingesetzt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch auch bei anderen Plasmavorrichtungen verwendbar, beispielsweise einer Plasma-CVD-Vorrichtung und einer Sputter-Vorrichtung.

Claims

1. Plasmavorrichtung zur Durchführung einer Plasmabehandlung eines zu bearbeitenden Gegenstandes (1), mit:

einer Vakuumkammer (10);

einem Halterungstisch (20) zum Haltern des Gegenstands (1) in der Kammer;

einer Plasmaerzeugungsvorrichtung (50) zur Erzeugung eines Plasmas durch Anlegen von Hochfrequenzleistung an den Halterungstisch (20);

einer Temperaturerfassungsvorrichtung (62) zur Erfassung der Temperatur des Gegenstands (1);

einer Filtervorrichtung (65) zum Filtern eines Ausgangssignals von der Temperaturerfassungsvorrichtung (62) zum Enternen hochfrequenter Komponenten von dem Signal; und

einer Temperaturmeßvorrichtung (66) zur Messung der Temperatur des Gegenstands (1) auf der Grundlage des Signals, welches von der Filtervorrichtung (65) ausgegeben wird;

dadurch gekennzeichnet, daß

die Temperaturerfassungsvorrichtung (62) in dem Halterungstisch (20) zur Messung von dessen Temperatur vorgesehen ist; und daß die Temperaturerfassungsvorrichtung (62) in einem Metallbehälter (63) und diesem gegenüber isoliert angeordnet ist, welcher in einem Zustand mit erdfreiem Gleichspannungspotential gehalten wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher weiterhin eine Temperaturregelvorrichtung (69) zum Regeln der Temperatur des Halterungstisches (20) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, welche weiterhin eine elektrostatische Aufspannvorrichtung zum elektrostatischen Haltern des zu bearbeitenden Gegenstands aufweist.

4. Verfahren zur Erzeugung und Bearbeitung eines elektrischen Signals während einer Plasmabehandlung eines Gegenstands (1) mit:

Haltern des Gegenstands (1) auf einem Halterungsteil (20) in einer Vakuumkammer (10);

Anlegen von Hochfrequenzleistung an das Halterungsteil (20) zur Erzeugung eines Plasmas in der Kammer (10);

Erfassen der Temperatur des Gegenstands (1) und Erzeugung eines Meßsignals mit einer Frequenz, die niedriger ist als die Frequenz der Hochfrequenzleistung; und

Filtern des Meßsignals, um von diesem hochfrequente Komponenten zu entfernen;

gekennzeichnet durch:

Übertragen des Meßsignals von einem Erfassungselement (62), welches in einem Metallbehälter (63) enthalten und diesem gegenüber isoliert ist;

Anordnen des Behälters (63) innerhalb des Halterungsteils (20) und diesem gegenüber isoliert; und

Halten des Metallbehälters (63) in einem Zustand mit erdfreiem Gleichspannungspotential.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem das Erfassungselement (62, 64) einen Platinwiderstand (62) aufweist.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, bei welchem das Teil (20), an welches die Hochfrequenzleistung angelegt wird, eine Hochfrequenzelektrode (20) ist.

7. Verfahren nach Anspruch 4, 5 oder 6, bei welchem der Gegenstand elektrostatisch auf dem Halterungsteil (20) aufgespannt wird.

8. System zur Erzeugung und Behandlung eines elektrischen Signals während der Plasmabehandlung eines Gegenstands (1), mit:

einem Halterungsteil (20) zum Haltern des Gegenstands (1) in einer Vakuumkammer (10);

einer Hochfrequenzleistungserzeugungsvorrichtung (50) zum Anlegen von Hochfrequenzleistung an das Halterungsteil (20) zur Erzeugung eines Plasmas in der Vakuumkammer (10);

einer Temperaturerfassungsvorrichtung (62) zur Erfassung der Temperatur des Gegenstands und zur Erzeugung eines Meßausgangssignals, dessen Frequenz niedriger ist als jene der Hochfrequenzleistung; und

einer Filtervorrichtung (65) zum Filtern des Ausgangssignals, um von diesem hochfrequente Komponenten zu entfernen;

dadurch gekennzeichnet , daß:

die Erfassungsvorrichtung ein Erfassungselement (62) aufweist, welches innerhalb eines Metallbehälters (63) enthalten und diesem gegenüber isoliert ist;

der Behälter (63) innerhalb des Halterungsteils (20) angeordnet ist;

Isoliervorrichtungen (25) zum Isolieren des Metallbehälters (63) gegenüber dem Halterungsteil (20) vorgesehen sind; und

der Metallbehälter (63) in einem Zustand mit erdfreiem Gleichspannungspotential gehalten wird.

9. System nach Anspruch 8, bei welchem die Erfassungsvorrichtung einen Platinwiderstand (62) aufweist.

10. System nach Anspruch 8 oder 9, bei welchem das Teil (20), an welches die Hochfrequenzleistung angelegt wird, eine Hochfrequenzelektrode (20) ist.

11. System nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei welchem die Plasmaätzvorrichtung einen Magneten (42) zum Anlegen eines Magnetfeldes an das Plasma aufweist.

12. System nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei welchem weiterhin eine Temperaturregelvorrichtung (69) zum Regeln der Temperatur des Halterungsteils (20) vorgesehen ist.

13. System nach einem der Ansprüche 8 bis 12, bei welchem weiterhin eine elektrostatische Aufspannvorrichtung vorgesehen ist, die so angeordnet ist, daß sie den Gegenstand elektrostatisch auf dem Halterungsteil haltert.