JP5577160B2 - Plasma processing apparatus and plasma processing method - Google Patents

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Description

本発明は、マイクロ波等の電界により形成したプラズマを用いて半導体ウェハ等の基板状の試料を処理するプラズマ処理装置に関する。   The present invention relates to a plasma processing apparatus for processing a substrate-like sample such as a semiconductor wafer using plasma formed by an electric field such as a microwave.

従来より、所定の真空度まで減圧した真空容器内部の処理室内に処理用ガスを導入し、この処理用ガスを処理室内に供給したマイクロ波等の電界或いは磁界により放電を起こさせてプラズマを生成させ、このプラズマを用いて処理室内に配置した試料の表面に対してエッチングや薄膜形成等の処理を行わせるプラズマ処理装置において、上記処理をより高精度に行うために、処理室内部の壁面の温度を検出しこの情報を用いて上記処理を調節することが考えられてきた。例えば、プラズマに面してこれにより加熱される処理室の内壁面の温度をモニタしているものとしては、特開平８−２５０２９３号公報（特許文献１）に記載のものが知られている。この従来技術では、処理室の内壁面を構成する石英等の耐プラズマ性の高い壁部材及びこれと異なる材質（サファイア／シリコン）から構成された測定用窓とを備え、赤外線放射温度計を用いて当該壁部材の温度を検出するものが開示されている。   Conventionally, a processing gas is introduced into a processing chamber inside a vacuum vessel whose pressure has been reduced to a predetermined degree of vacuum, and a plasma is generated by causing an electric or magnetic field such as a microwave supplied with the processing gas to the processing chamber. In order to perform the above processing with higher accuracy in a plasma processing apparatus that performs processing such as etching and thin film formation on the surface of the sample placed in the processing chamber using this plasma, It has been considered to detect the temperature and use this information to adjust the process. For example, as one that monitors the temperature of the inner wall surface of the processing chamber heated by facing the plasma, one disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-250293 (Patent Document 1) is known. This prior art includes a wall member having high plasma resistance such as quartz constituting the inner wall surface of the processing chamber and a measurement window made of a different material (sapphire / silicon) and using an infrared radiation thermometer. A device for detecting the temperature of the wall member is disclosed.

また、特開平４−０５６１４５号公報（特許文献２）には、放電中のウェハ温度を放射温度計によって測定するものとして、ウェハの表側と裏側にそれぞれ設置された特定の波長帯光を放射できる光源とその受光部と放射温度計から構成された複数の検出器を備え、これらの検出器からの出力を用いてプラズマからの熱の放射成分及び、ウェハの放射率εと温度とを算出するという技術が開示されている。   Japanese Laid-Open Patent Publication No. 4-056145 (Patent Document 2) discloses that a specific wavelength band light can be emitted respectively on the front side and the back side of a wafer, as measured by a radiation thermometer. A plurality of detectors each including a light source, a light receiving portion thereof, and a radiation thermometer are provided, and the radiation component of heat from the plasma, the emissivity ε, and the temperature of the wafer are calculated using outputs from these detectors. This technique is disclosed.

特開平８−２５０２９３号公報JP-A-8-250293 特開平４−０５６１４５号公報JP-A-4-056145

一方、プラズマが形成されている間の処理室の内壁面の温度の変化により処理室内部のプラズマ密度が変わり試料の処理特性に影響することが判っており、このことは処理の特性を所望のものにする上でプラズマに面する処理室の内側壁面の温度を適切な範囲にすることが有効であることを意味している。このために、高い精度で処理室の内側壁面の温度の情報を得ることが重要となる。   On the other hand, it has been found that the plasma density in the processing chamber changes due to changes in the temperature of the inner wall surface of the processing chamber while the plasma is being formed, and this affects the processing characteristics of the sample. This means that it is effective to set the temperature of the inner wall surface of the processing chamber facing the plasma within an appropriate range. For this reason, it is important to obtain information on the temperature of the inner wall surface of the processing chamber with high accuracy.

しかしながら、従来は、特許文献１の様に、壁面の温度を測定するために処理室を構成する真空容器の壁面に放射温度計の受光波長帯を透過する耐プラズマ壁面と異なる材質から構成された窓部材を配置して用いていたが、このような窓材は真空容器内に面しているため、窓材付近でプラズマが発生した場合に窓材が削れたりこの窓部材の材料から異物や汚染が発生してしまう懸念がある。   However, conventionally, as in Patent Document 1, the wall surface of the vacuum vessel constituting the processing chamber is made of a material different from the plasma-resistant wall surface that transmits the light reception wavelength band of the radiation thermometer in order to measure the temperature of the wall surface. Although a window member was used, such a window material faces the inside of the vacuum container, so that when the plasma is generated near the window material, the window material is shaved or foreign materials and There is a concern that contamination will occur.

また、処理室内部でプラズマに面する壁面を構成する部分には、処理室内の中央部に配置された試料台の外周側でこれを囲む処理室の側壁とともに、試料台の上方で試料台の上面と対向して配置され天井面を構成する部材がある。このような天井面を構成する部材としては、略円筒形状を有する処理室に合わせて円板形状の板部材であって、上記処理用ガスを処理室に上方から導入するための貫通孔が配置されたもの、例えばシャワープレートのような複数のガス導入用の貫通孔が試料台に対向する中央部分に備えられた円板が考えられる。   In addition, the portion of the processing chamber that constitutes the plasma-facing wall surface includes the side wall of the processing chamber that surrounds the outer periphery of the sample table disposed in the center of the processing chamber, and the upper side of the sample table above the sample table. There is a member that is disposed to face the upper surface and constitutes a ceiling surface. As a member constituting such a ceiling surface, a disk-shaped plate member is formed in accordance with a processing chamber having a substantially cylindrical shape, and a through hole for introducing the processing gas into the processing chamber from above is arranged. For example, a disc having a plurality of gas introduction through holes, such as a shower plate, provided at a central portion facing the sample stage is conceivable.

処理室外に処理室内に供給される電界の形成手段が配置され処理室の天井面を構成する板部材を介して電界が処理室内に供給されるものでは、一般に、天井面を構成する板部材は電界が透過できるとともに耐プラズマ性の高い材質の部材、例えば石英が用いられる。一方で、このような部材は真空容器を構成して内外を気密に区画することが必要であるため、所定の厚さと強度とを備えた部材で構成されることから、通常はシャワープレートの上方に強度の大きく電界が透過する材料で構成された板状の部材が配置される。このような部材は電界が処理室内に透過して供給される窓部材と呼ばれる。   In the case where the means for forming the electric field supplied into the processing chamber is arranged outside the processing chamber and the electric field is supplied into the processing chamber via the plate member forming the ceiling surface of the processing chamber, in general, the plate member forming the ceiling surface is A member made of a material that can transmit an electric field and has high plasma resistance, such as quartz, is used. On the other hand, since such a member needs to constitute a vacuum vessel and airtightly divide the inside and outside, it is usually composed of a member having a predetermined thickness and strength. In addition, a plate-like member made of a material having a high strength and capable of transmitting an electric field is disposed. Such a member is called a window member through which an electric field is transmitted through the processing chamber.

すなわち、処理室上方には上下に並んで配置される円板状の部材（シャワープレート−窓部材）が配置されており、電界は処理室内にこれらを透過して進入する。同様に、処理室内で形成されるプラズマから放射される発光，電波，磁力線もこれらの部材を介して検出することが必要となる。すなわち、プラズマに面するシャワープレート等の処理室の天井面を構成する部材の温度を検出する場合には、外側の部材を介して検出しなければならないが、上記従来の技術では、このような構成においてリアルタイムに処理室の内側壁の温度を精度良く検出するための考慮が足りなかった。   That is, a disk-shaped member (shower plate-window member) disposed side by side is disposed above the processing chamber, and the electric field penetrates and enters the processing chamber. Similarly, it is necessary to detect light emission, radio waves, and lines of magnetic force radiated from plasma formed in the processing chamber via these members. That is, when detecting the temperature of the member constituting the ceiling surface of the processing chamber such as a shower plate facing the plasma, it must be detected through the outer member. In the configuration, there was insufficient consideration for accurately detecting the temperature of the inner wall of the processing chamber in real time.

本発明の目的は、プラズマが形成される処理室の内側壁面の温度を精度良く検出して試料の処理の安定性を向上することができるプラズマ処理装置及び処理方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus and a processing method capable of accurately detecting the temperature of the inner wall surface of a processing chamber in which plasma is formed and improving the stability of sample processing.

上記目的は、内部に減圧されて処理対象のウェハを処理するためのプラズマが形成される処理室を有する真空容器と、この真空容器の上部でこれを構成し前記処理室の上方に配置されその下方の前記処理室内の空間に前記プラズマを形成するための電界が透過する誘電体製の板部材と、前記板部材の上方に配置され温度を検出する検出器と、この検出器が検出した結果に応じて前記プラズマの形成を調節する制御部とを備え、前記検出器が、前記プラズマが形成される前の第一の時刻とこのプラズマが形成された後であって前記プラズマの放電が安定した所定の時間後の第二の時刻とこの第二の時刻後の前記プラズマが形成中の任意の第三の時刻とにおける放射エネルギーの量に基づいて前記第三の時刻の温度を検出するプラズマ処理装置またはプラズマ処理方法により達成される。
The object is to form a vacuum chamber having a processing chamber in which plasma for processing a wafer to be processed is formed by being decompressed, and an upper portion of the vacuum chamber, which is disposed above the processing chamber. A dielectric plate member that transmits an electric field for forming the plasma in the space in the processing chamber below, a detector that is disposed above the plate member and detects a temperature, and a result of detection by the detector And a control unit that adjusts the formation of the plasma in response to the first time before the plasma is formed and after the plasma is formed, and the discharge of the plasma is stable. detecting the temperature of the third time based on the amount of radiant energy definitive in the optional third time of the plasma in the formation after the second time and the second time after a predetermined time that Plasma processing equipment It is achieved by the plasma processing method.

さらに、前記検出器が、前記プラズマが形成された後の前記放射エネルギーの変化率が０とみなせる時刻が所定の期間連続したと判定された前記第二の時刻における前記放射エネルギーの量を検出した結果に基づいて前記第三の時刻の温度を検出することにより達成される。
Further, the detector detects the amount of the radiant energy in said radiant energy said second time rate of change the time which can be regarded as 0 is determined to be a continuous predetermined period after the plasma has been formed This is achieved by detecting the temperature at the third time based on the result.

さらにまた、前記検出器が前記板部材の内部に装着されこの下部板部材の材料より低い熱伝導率を備えた部材から前記放射エネルギーの量を検出することにより達成される。   Furthermore, the detection is achieved by detecting the amount of radiant energy from a member that is mounted inside the plate member and has a lower thermal conductivity than the material of the lower plate member.

本発明の第一の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the outline of a structure of the plasma processing apparatus which concerns on the 1st Example of this invention. 図１に示す実施例における温度の検出手段の構成の概略を拡大して示す模式図である。It is a schematic diagram which expands and shows the outline of a structure of the temperature detection means in the Example shown in FIG. 図２に示す温度の検出手段により検出される温度とマーカの温度の算出方法の説明するグラフである。It is a graph explaining the calculation method of the temperature detected by the temperature detection means shown in FIG. 2, and the temperature of a marker. 図１に示すプラズマ処理装置の変形例に係る真空容器の蓋部材の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows typically the outline of the structure of the cover member of the vacuum vessel which concerns on the modification of the plasma processing apparatus shown in FIG. 図４に示す蓋部材を用いた変形例において温度検出手段の構成の概略を拡大して示す縦断面である。5 is an enlarged longitudinal sectional view showing an outline of a configuration of a temperature detecting means in a modification using the lid member shown in FIG.

本発明の実施例について、以下、図面を用いて詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

〔実施例〕
図１は、本発明が適用されるプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。本実施例のプラズマ処理装置１００は、上方からプラズマ形成用の電磁界形成部，真空容器，排気手段に大きく分けられる。 〔Example〕
FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing the configuration of a plasma processing apparatus to which the present invention is applied. The plasma processing apparatus 100 according to the present embodiment is roughly divided into an electromagnetic field forming unit for forming plasma, a vacuum vessel, and an exhaust unit from above.

プラズマ形成用電磁界部は、電界を真空容器内に供給する電界供給部と磁界を真空容器内に供給する磁界供給部とを備えている。   The plasma forming electromagnetic field unit includes an electric field supply unit that supplies an electric field into the vacuum vessel and a magnetic field supply unit that supplies a magnetic field into the vacuum vessel.

電界供給部は、真空容器内に供給される所定の周波数の電界を発生するためのマグネトロン等の電波源１０１と、この電波源１０１が導波管１０２と、内部が雰囲気ガス（大気）で満たされた空間である空洞共振部１０３と、ソレノイドコイル（静磁界の発生装置）１６１から構成される。本実施例では、電界はＵＨＦ帯の周波数（例えば２.４５ＧＨＺ）のものが用いられており、この発振周波数の電界が導波管１０２内部を空洞共振部１０３の室内に向けて伝播する。   The electric field supply unit includes a radio wave source 101 such as a magnetron for generating an electric field of a predetermined frequency supplied into the vacuum vessel, the radio wave source 101 is filled with a waveguide 102, and the inside is filled with an atmospheric gas (atmosphere). The cavity resonance part 103 which is the space formed, and a solenoid coil (static magnetic field generator) 161 are configured. In this embodiment, an electric field having a frequency in the UHF band (eg, 2.45 GHz) is used, and the electric field having this oscillation frequency propagates inside the waveguide 102 toward the inside of the cavity resonator 103.

また、電波源１０１は電源を介してアースに接続されており、隣接して整合器１０４が備えられている。この構成により、負荷インピーダンスを調整して反射波が低減，抑制される。   The radio wave source 101 is connected to the ground via a power source, and is provided with a matching unit 104 adjacent thereto. With this configuration, the reflected wave is reduced or suppressed by adjusting the load impedance.

導波管１０２は、図示していないが特定の断面形状を備えたパイプまたは筒から構成されており、その断面は電波源１０１から空洞共振部１０３に向かうに伴って方形状から円形状に変化して、導波管１０２の円形の断面の下端部がこれより直径の大きな円筒状の空洞共振部１０３の上部に連結されて、導波管１０２内部を伝播してきた電界が空洞共振部１０３内部の室（空洞共振室）に伝達される。   The waveguide 102 is configured by a pipe or a cylinder having a specific cross-sectional shape (not shown), and the cross-section changes from a square shape to a circular shape as it goes from the radio wave source 101 to the cavity resonator 103. Then, the lower end portion of the circular cross section of the waveguide 102 is connected to the upper portion of the cylindrical cavity resonance portion 103 having a larger diameter, so that the electric field propagating through the waveguide 102 is generated inside the cavity resonance portion 103. Is transmitted to the chamber (cavity resonance chamber).

磁界の供給部は静磁界を発生するソレノイドコイル１６１を備えて構成されている。ソレノイドコイル１６１は、真空容器の上部を囲んで配置されて、内部に三段のリング状電磁石が配置されている。これら電磁石に通電する電流を変えることで、ソレノイドコイル１６１が発生して真空容器内部に供給される静磁界の分布が所期のものに調節される。   The magnetic field supply unit includes a solenoid coil 161 that generates a static magnetic field. The solenoid coil 161 is disposed so as to surround the upper part of the vacuum container, and a three-stage ring-shaped electromagnet is disposed therein. By changing the current to be supplied to these electromagnets, the distribution of the static magnetic field generated by the solenoid coil 161 and supplied to the inside of the vacuum vessel is adjusted to an intended one.

本実施例の真空容器は、その内部にプラズマが形成される室を備えて複数の部材が上下方向に積み重ねられて構成されている。真空容器の内部と外部とは空洞共振部１０３の下部の部材であって真空容器を構成する円板形状を有した窓部材１１１により気密に仕切られている。窓部材１１１の下方には、その下面に並行に配置された円板形状を有した部材であるシャワープレート１４１が下方の真空容器内部の室である処理室１１０の上方を覆って配置されている。   The vacuum container of the present embodiment includes a chamber in which plasma is formed, and a plurality of members are stacked in the vertical direction. The inside and the outside of the vacuum vessel are airtightly partitioned by a window member 111 having a disk shape that is a member below the cavity resonance unit 103 and that constitutes the vacuum vessel. Below the window member 111, a shower plate 141, which is a disk-shaped member arranged in parallel on the lower surface thereof, is arranged so as to cover the upper side of the processing chamber 110 which is a chamber inside the lower vacuum vessel. .

窓部材１１１及びシャワープレート１４１は処理室１１０内に供給される上記マイクロ波の電界が透過する部材であり、このような電界が透過できるものであってプラズマとの相互作用に対して十分な耐性を備えて処理室１１０内外の圧力差を維持できる強度を備えた部材にできる材料が選択される。本実施例では、これらの部材は石英により構成される。これらの製造の工程において特定の材料を混入させ全体に均等に分散させて上記の円板と見なせる形状に整形してもよい。例えば、導電製の部材である炭素等を混入させても良い。このような場合、以下に述べる温度を検出するための放射線の波長帯に対する窓部材１１１，シャワープレート１４１等の蓋部材をプラズマＰからの赤外線等の放射線が透過する波長帯を適切に選択できるように材料を選択することが望ましい。   The window member 111 and the shower plate 141 are members through which the electric field of the microwave supplied into the processing chamber 110 is transmitted, and can transmit such an electric field and have sufficient resistance against interaction with plasma. The material which can be used as the member having the strength capable of maintaining the pressure difference between inside and outside the processing chamber 110 is selected. In this embodiment, these members are made of quartz. In these manufacturing steps, a specific material may be mixed and uniformly dispersed throughout and shaped into a shape that can be regarded as the disk. For example, carbon or the like that is a conductive member may be mixed. In such a case, it is possible to appropriately select a wavelength band through which radiation such as infrared rays from the plasma P passes through the lid members such as the window member 111 and the shower plate 141 with respect to the wavelength band of the radiation for detecting the temperature described below. It is desirable to select the material.

処理室１１０は、内部に処理対象の試料を処理するために形成されるプラズマが形成される空間であって略円筒形状を備えている。処理室１１０の下部であってプラズマが形成される空間の下方には、同じく略円筒状を有しその上に載せられた試料を保持する試料台である下部電極１２１が配置されている。下部電極１２１上部の試料が載せられる載置面は上方で処理室１１０の天井面を構成するシャワープレート１４１と対向して略平行に配置されている。   The processing chamber 110 is a space in which plasma formed for processing a sample to be processed is formed, and has a substantially cylindrical shape. A lower electrode 121, which is a sample stage having a substantially cylindrical shape and holding a sample placed thereon, is disposed below the processing chamber 110 and below a space where plasma is formed. The mounting surface on which the sample on the lower electrode 121 is placed is disposed substantially in parallel to face the shower plate 141 constituting the ceiling surface of the processing chamber 110 at the upper side.

下部電極１２１の内部には図示しない導電性部材から構成された円板状の電極が配置されており、この電極は真空容器の外部に配置されたＲＦ電源１２２と電気的に接続され、ＲＦ電源１２２から整合器１２３を介して供給された高周波電力が電極に供給されることにより、下部電極１２１の試料載置面上に試料であるウェハ１７１が載せられた状態でその表面上にバイアス電位が形成される。   A disc-shaped electrode made of a conductive member (not shown) is disposed inside the lower electrode 121, and this electrode is electrically connected to an RF power source 122 disposed outside the vacuum vessel. When the high frequency power supplied from 122 through the matching unit 123 is supplied to the electrode, a bias potential is applied to the surface of the wafer 171 as a sample placed on the sample placement surface of the lower electrode 121. It is formed.

処理室１１０の底部には処理室１１０内部のガスや粒子が排出される円形の開口１９１が配置されており、この開口１９１の上方でこれを覆うように円筒形の下部電極１２１が配置されている。本実施例の下部電極１２１は、処理室１１０の下部で開口１９１との間に空間を空けて配置されているとともに、処理室１１０内で開口１９１及び処理室１１０と中心軸を合致させて配置されている。このために、本実施例は、一端側が下部電極１２１の外側壁に連結されてこれから外側に向けて水平に延在して外側の他端側が真空容器と連結する複数の梁を備え、これらの梁によって下部電極１２１がブロックとして処理室１１０内で高さ方向について中空に支持されている。   A circular opening 191 through which gas and particles inside the processing chamber 110 are discharged is disposed at the bottom of the processing chamber 110, and a cylindrical lower electrode 121 is disposed above the opening 191 so as to cover it. Yes. The lower electrode 121 according to the present embodiment is disposed at a lower portion of the processing chamber 110 with a space between the opening 191 and the central axis of the opening 191 and the processing chamber 110 in the processing chamber 110. Has been. For this purpose, this embodiment includes a plurality of beams, one end of which is connected to the outer wall of the lower electrode 121 and extends horizontally outward from the lower electrode 121 and the other end of the outer side is connected to the vacuum vessel. The lower electrode 121 is supported by the beam as a block in the processing chamber 110 so as to be hollow in the height direction.

窓部材１１１とシャワープレート１４１とはこれらの間にすき間を空けて連結されており、両者によって区画された当該空間には真空容器外部に配置されたガス源１３１から供給された反応性ガスが導入される。シャワープレート１４１は、下方の下部電極１２１の試料載置面に対向して投影される領域を中心に前記空間と処理室１１０とを連通する複数の貫通孔が配置されており、空間に供給されて内部に充填された反応性ガスはこれらの貫通孔を介して下部電極１２１に向けて供給される。   The window member 111 and the shower plate 141 are connected to each other with a gap between them, and a reactive gas supplied from a gas source 131 disposed outside the vacuum vessel is introduced into the space defined by the both. Is done. The shower plate 141 is provided with a plurality of through holes that connect the space and the processing chamber 110 around a region projected to face the sample placement surface of the lower electrode 121 below, and is supplied to the space. The reactive gas filled inside is supplied toward the lower electrode 121 through these through holes.

ガス源１３１は１または複数の種類の反応性ガスが貯留された容器であり、このガス源１３１と前記窓部材１１１−シャワープレート１４１間の空間との間を連結するガス供給管路上には、ＭＦＣ（マスフローコントローラ）１３２及びガスバルブ１３３が配置されている。ＭＦＣ１３２はガス供給管路を通り空間に供給されるガスの流量（速度）を調節するものでありガスバルブ１３３は管路を開放または遮断して当該ガスの供給を開始または終了する手段である。   The gas source 131 is a container in which one or a plurality of types of reactive gases are stored. On the gas supply line that connects the gas source 131 and the space between the window member 111 and the shower plate 141, An MFC (mass flow controller) 132 and a gas valve 133 are arranged. The MFC 132 adjusts the flow rate (velocity) of gas supplied to the space through the gas supply pipe, and the gas valve 133 is means for opening or shutting off the pipe and starting or ending the supply of the gas.

なお、本実施例の真空容器は、プラズマが形成される空間を囲む円筒形状の真空容器の外側壁の上方にシャワープレート１４１を囲むリング状のヘッドピース１１２が載せられ、ヘッドピース１１２の外周縁部上方に窓部材１１１が載せられた積み上げ構造を備えている。これらの間には後述の通りＯリング等のシールが配置されて内側と外側とが気密に封止されている。また、処理室１１０のプラズマ形成空間の外周側には真空容器を構成してこれを囲む円筒形状の放電ブロック側壁１１３が配置され、この放電ブロック側壁１１３の下方に下部電極１２１の梁を挟んで処理室１１０の下方の空間を囲む下部チャンバ１１４が配置され、これらの部材の間はＯリング等のシールによって封止されており処理室１１０の内部が真空容器の外部に対して密封されている。   In the vacuum container of this embodiment, a ring-shaped head piece 112 surrounding the shower plate 141 is placed above the outer wall of the cylindrical vacuum container surrounding the space where plasma is formed. A stacked structure in which a window member 111 is placed above the unit is provided. Between these, a seal such as an O-ring is disposed as described later, and the inside and outside are hermetically sealed. In addition, a cylindrical discharge block side wall 113 that constitutes and surrounds a vacuum vessel is disposed on the outer peripheral side of the plasma forming space of the processing chamber 110, and a beam of the lower electrode 121 is sandwiched below the discharge block side wall 113. A lower chamber 114 surrounding the space below the processing chamber 110 is disposed, and these members are sealed by a seal such as an O-ring, and the inside of the processing chamber 110 is sealed from the outside of the vacuum vessel. .

排気手段は、真空容器の下方であって下部電極１２１の直下方に配置されており、処理室１１０底部の開口１９１に連通するように真空容器の下部チャンバ１１４の底面に連結されている。本実施例の排気手段は、開口１９１の下方に配置された可動弁１５１及びＴＭＰ（ターボブンシポンプ）１５２を含む真空ポンプとこれらを連結する通路を構成する部材を備えて構成されている。   The exhaust means is disposed below the vacuum vessel and directly below the lower electrode 121, and is connected to the bottom surface of the lower chamber 114 of the vacuum vessel so as to communicate with the opening 191 at the bottom of the processing chamber 110. The exhaust means of the present embodiment is configured to include a vacuum pump including a movable valve 151 and a TMP (turbobunshi pump) 152 arranged below the opening 191 and a member constituting a passage connecting them.

処理室１１０のプラズマ形成空間内のプラズマやガス，粒子は、ＴＭＰ１５２を含む真空ポンプの動作により、下部電極１２１の上方から下部電極１２１側壁外側の処理室１１０の空間であって放電ブロック側壁１１３または下部チャンバ１１４との間の空間を下向きに通り、下部電極１２１下方の空間から開口１９１を通って下方に向けて排気される。排気の流量または速度は、ＴＭＰ１５２の上流に配置された可動弁１５１の弁の開度の大きさに応じて調節され、シャワープレート１４１の貫通孔から導入される反応性ガスの流量（速度）と排気の流量（速度）との大小のバランスにより処理室１１０内の圧力が調節される。なお、開口１９１とＴＭＰ１５２のターボ部はそれぞれ略円筒形であり、開口１９１の中心軸とＴＭＰ１５２のターボ部の回転の軸とが合致するように配置され、この結果、処理室１１０，下部電極１２１，開口１９１及びＴＭＰ１５２とがこれらの軸を合わせて配置されている。   The plasma, gas, and particles in the plasma forming space of the processing chamber 110 are the space in the processing chamber 110 outside the side wall of the lower electrode 121 from the upper side of the lower electrode 121 by the operation of the vacuum pump including the TMP 152. The air is exhausted downward through the space between the lower chamber 114 and the space below the lower electrode 121 through the opening 191. The flow rate or speed of the exhaust gas is adjusted according to the opening degree of the movable valve 151 disposed upstream of the TMP 152, and the flow rate (rate) of the reactive gas introduced from the through hole of the shower plate 141 The pressure in the processing chamber 110 is adjusted according to the magnitude of the flow rate (speed) of the exhaust gas. The opening 191 and the turbo part of the TMP 152 are substantially cylindrical, and are arranged so that the central axis of the opening 191 and the axis of rotation of the turbo part of the TMP 152 coincide with each other. As a result, the processing chamber 110 and the lower electrode 121 are arranged. , Opening 191 and TMP 152 are arranged with their axes aligned.

上記説明した構成を備えた本実施例におけるウェハ１７１を処理する動作は、例えば次のように実施される。まず、プラズマによってエッチング等の処理が施される試料である任意のウェハ１７１は、図示しない大気側に配置されたカセットの内部の特定の位置から取り出され搬送装置によって、真空容器の外側壁面に配置されたゲートを通って処理室１１０内に搬送されて下部電極１２１の上面の載置面上に載せられる。この後、載置面を構成する誘電体製の皮膜内部に配置された電極に供給された直流電力によって形成された静電気によって皮膜上に吸着されその中央部に保持される。保持されている間にウェハ１７１と皮膜との間に熱伝達用ガスを供給して両者の間の熱伝達を向上させる。   The operation of processing the wafer 171 in the present embodiment having the above-described configuration is performed as follows, for example. First, an arbitrary wafer 171 which is a sample to be subjected to etching or the like by plasma is taken out from a specific position inside a cassette arranged on the atmosphere side (not shown) and placed on the outer wall surface of the vacuum vessel by a transfer device. Then, it is transferred into the processing chamber 110 through the gate, and placed on the mounting surface on the upper surface of the lower electrode 121. After that, it is adsorbed on the film by the static electricity formed by the DC power supplied to the electrode disposed inside the dielectric film that constitutes the mounting surface, and is held at the center. While being held, heat transfer gas is supplied between the wafer 171 and the film to improve heat transfer between them.

搬送装置が処理室１１０外部に退出すると、図示していないバルブが動作されウェハ１７１が通過した開口であるゲートを閉塞して内部を封止して密封する。この後、処理室１１０内部は上記排気手段の動作により減圧すべく排気されるとともに、シャワープレート１４１の貫通孔からウェハ１７１を処理するための反応性ガスが処理室１１０内部に導入され、反応性ガスの供給と排気とのバランスにより処理室１１０内が所定の圧力に維持される。   When the transfer device is moved out of the processing chamber 110, a valve (not shown) is operated to close the gate, which is an opening through which the wafer 171 has passed, and to seal and seal the inside. Thereafter, the inside of the processing chamber 110 is evacuated to reduce the pressure by the operation of the evacuation means, and a reactive gas for processing the wafer 171 is introduced into the processing chamber 110 from the through hole of the shower plate 141, and the reactivity is increased. The inside of the processing chamber 110 is maintained at a predetermined pressure by the balance between gas supply and exhaust.

この後、電波源１０１から供給された所定の周波数の電界が導波管１０２を用いて伝送されて空洞共振部１０３に供給される。空洞共振部１０３内部では所期の電界の共振のモードが励起されて窓部材１１１から導入される電界の分布がプラズマの形成と処理とに適した分布に調整される。   Thereafter, an electric field of a predetermined frequency supplied from the radio wave source 101 is transmitted using the waveguide 102 and supplied to the cavity resonance unit 103. In the cavity resonance section 103, the desired electric field resonance mode is excited, and the distribution of the electric field introduced from the window member 111 is adjusted to a distribution suitable for plasma formation and processing.

処理室１１０内に導入された電界と、ソレノイドコイル１６１によって形成されて供給された磁界とのＥＣＲ作用によって、処理室１１０の下部電極１２１上方の空間内で反応性ガスが励起されプラズマが形成される。ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）は、磁界の磁力線に沿って処理室１１０内の電子が回転しながら移動するところに、その回転の周期に対応した周波数の電界を入射することで電子を選択的に加熱することを言い、プラズマの効果的な加熱法である。また、ソレノイドコイル１６１を用いて静磁界を供給してプラズマを形成することにより、静磁界の分布を変化させることでＥＣＲが発生する位置を変化，調節することができ、プラズマの発生領域を所望のものにすることができる。さらに、プラズマは磁力線に対して垂直な方向に拡散が抑制されることが知られており、ソレノイドコイル１６１の発生する磁力線の分布を調節してプラズマの拡散を制御しプラズマの損失を低減することが可能となる。   By the ECR action of the electric field introduced into the processing chamber 110 and the magnetic field formed and supplied by the solenoid coil 161, the reactive gas is excited in the space above the lower electrode 121 of the processing chamber 110 to form plasma. The In ECR (Electron Cyclotron Resonance), an electron in the processing chamber 110 moves while rotating along the magnetic field lines of a magnetic field, and an electric field having a frequency corresponding to the rotation period is incident to selectively heat the electrons. It is an effective method of heating plasma. Further, by forming a plasma by supplying a static magnetic field using the solenoid coil 161, the position where the ECR is generated can be changed and adjusted by changing the distribution of the static magnetic field, and the plasma generation region is desired. Can be a thing. Furthermore, it is known that the diffusion of plasma is suppressed in a direction perpendicular to the magnetic field lines, and the distribution of the magnetic field lines generated by the solenoid coil 161 is adjusted to control the plasma diffusion and reduce the plasma loss. Is possible.

プラズマが形成されたことが確認されると、ＲＦ（Radio Frequency）電源１２２から周波数４００ｋＨｚの高周波が整合器１２３を介して下部電極１２１内部の電極部材に印加されて、ウェハ１７１上面の上方に所定のバイアス電位が形成され、プラズマとバイアス電位との電位差に応じてプラズマ中からイオン等の荷電粒子がウェハ１７１の表面に向けて誘因され衝突する。この荷電粒子の衝突によりプラズマまたは反応性ガス中の反応性粒子とウェハ１７１表面に配置された処理対象の膜の材料との物理的，化学的反応が促進され処理速度が向上される。あるいはバイアス電位の調節により加工形状の精度が向上される。   When it is confirmed that the plasma is formed, a high frequency of 400 kHz is applied from an RF (Radio Frequency) power source 122 to the electrode member inside the lower electrode 121 through the matching unit 123, and a predetermined amount is formed above the upper surface of the wafer 171. The bias potential is formed, and charged particles such as ions are induced and collide from the plasma toward the surface of the wafer 171 in accordance with the potential difference between the plasma and the bias potential. The collision of the charged particles promotes a physical and chemical reaction between the reactive particles in the plasma or the reactive gas and the material of the film to be processed disposed on the surface of the wafer 171 and improves the processing speed. Alternatively, the accuracy of the machining shape is improved by adjusting the bias potential.

ウェハ１７１の処理対象の膜の処理が予め定められた終点に到達したことが、図示しない検出装置により判定，検出されると、ＲＦ電源からの電力の供給が停止されて処理が停止される。また、反応性ガスの供給が停止されるとともに窓部材１１１からの電界の供給が停止されてプラズマが消失する。   When it is determined and detected by a detection device (not shown) that the processing of the film to be processed on the wafer 171 has reached a predetermined end point, the supply of power from the RF power supply is stopped and the processing is stopped. In addition, the supply of the reactive gas is stopped and the supply of the electric field from the window member 111 is stopped, so that the plasma disappears.

その後、所定の範囲の処理室１１０内の圧力であることが確認されると、ウェハ１７１の静電吸着が解除され、上記の搬入と逆の経路，手順によりウェハ１７１は搬送装置によって処理室１１０から搬出されて、元のカセットの元の位置に戻される。次に処理すべき対象の別のウェハ１７１が当該カセット内部に存在していると判定された場合には別のウェハ１７１が、上記の手順に沿ってプラズマ処理装置１００内に搬入される。なお、本実施例のプラズマ処理装置１００の上記動作は、図示しない制御装置から通信手段を介した指令の送受信により、適切なシーケンスで動作するようにそのタイミング，動作量が調節される。   Thereafter, when it is confirmed that the pressure in the processing chamber 110 is within a predetermined range, the electrostatic attraction of the wafer 171 is released, and the wafer 171 is transferred by the transfer device in the processing chamber 110 according to the route and procedure reverse to the above loading. And is returned to the original position of the original cassette. When it is determined that another wafer 171 to be processed next exists in the cassette, another wafer 171 is carried into the plasma processing apparatus 100 according to the above procedure. Note that the operation of the plasma processing apparatus 100 of the present embodiment is adjusted in timing and operation amount so as to operate in an appropriate sequence by transmitting and receiving commands from a control device (not shown) via communication means.

本実施例では、空洞共振部１０３の上部に配置されたプラズマに面した処理室１１０内側壁の温度を光学的または電磁波を検知した結果を用いて検出する手段を備えている。さらに、この検出された結果を用いてこの結果に応じてプラズマの形成，処理の開始等の動作が調節される。この構成について以下説明する。   In this embodiment, there is provided means for detecting the temperature of the inner wall of the processing chamber 110 facing the plasma disposed on the cavity resonance unit 103 using optical or electromagnetic wave detection results. Further, using the detected result, operations such as plasma formation and processing start are adjusted according to the result. This configuration will be described below.

図２は、図１に示す実施例における耐プラズマ壁の温度検出手段の構成の概略を示す縦断面図である。本実施例では、処理室１１０内側壁面であるシャワープレート１４１の表面の温度の検出のために、窓部材１１１上方に放射温度計１８１を配置している。放射温度計１８１は物体が放出する赤外線を検知しその放射量を温度に換算して温度を検出する温度計であり、その一般的な構成は、測定対象から放出された赤外線をレンズを介して受光し光学フィルタ等により必要な特定の波長域の赤外線を検出用の素子に入射させて電気信号として外部に出力するものである。   FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing an outline of the configuration of the temperature detecting means for the plasma-resistant wall in the embodiment shown in FIG. In the present embodiment, a radiation thermometer 181 is disposed above the window member 111 in order to detect the temperature of the surface of the shower plate 141 that is the inner wall surface of the processing chamber 110. The radiation thermometer 181 is a thermometer that detects infrared rays emitted from an object, detects the temperature by converting the amount of radiation into temperature, and has a general configuration in which infrared rays emitted from a measurement object are transmitted through a lens. Infrared light in a specific wavelength range that is received by an optical filter or the like is incident on a detection element and output to the outside as an electrical signal.

処理室１１０内壁等プラズマに面する部材の表面はプラズマからの熱を受けて昇温する。処理室１１０内壁、特にプラズマに面する内壁面は、プラズマと相互作用を生じ当該相互作用は処理対象のウェハ１７１表面の膜のプラズマによる処理の反応にも大きな影響を与えることから、これを所期のものに調節することで、処理の精度や歩留まりを向上することが求められてきた。   The surface of the member facing the plasma such as the inner wall of the processing chamber 110 is heated by receiving heat from the plasma. The inner wall of the processing chamber 110, particularly the inner wall facing the plasma, interacts with the plasma, and this interaction has a great influence on the processing reaction of the film on the surface of the wafer 171 to be processed. It has been demanded to improve processing accuracy and yield by adjusting to the period.

このような相互作用の特性は部材表面の温度に支配的に影響されることから、その温度や変化の割合を処理に適切な範囲にすることが上記課題の解決に必要となる。例えば、耐プラズマ壁面であるシャワープレート１４１の温度が変化することで、プラズマの密度の分布が変化してしまい、ウェハ１７１の処理の特性が大きく影響を受ける。   Since the characteristics of such an interaction are dominantly influenced by the temperature of the member surface, it is necessary to solve the above problems by setting the temperature and the rate of change to an appropriate range for processing. For example, when the temperature of the shower plate 141 which is a plasma-resistant wall surface changes, the plasma density distribution changes, and the processing characteristics of the wafer 171 are greatly affected.

また、量産時の処理では、複数枚の製品製造用のウェハ１７１を連続的に処理をすることが行われることが一般的であるが、このような量産の動作をさせる場合に、１枚目のウェハ１７１を処理する際における内側壁の表面の温度と任意の枚数（ｎ枚目）のウェハ１７１の処理における温度とが大きく異なってしまい、処理の特性が異なるために加工の結果得られる形状が大きく異なってしまい、処理の歩留まりが損なわれてしまうことに繋がることが判っている。一方、従来はこのような上昇した内壁面の温度の値や変化の時間や速度は経験的に求めざるを得ず、所望の処理結果を得る条件を導出するための装置の評価には長期間の実験等時間を要していた。   In mass production processing, it is common to continuously process a plurality of product manufacturing wafers 171. When such mass production operation is performed, the first wafer is produced. The shape of the shape obtained as a result of processing because the temperature of the surface of the inner wall when processing the wafer 171 and the temperature during processing of an arbitrary number (nth) of wafers 171 are greatly different, and the processing characteristics are different. Are greatly different, and it is known that the processing yield is impaired. On the other hand, in the past, the value of the temperature of the increased inner wall surface and the time and speed of the change had to be obtained empirically, and the evaluation of the apparatus for deriving the conditions for obtaining the desired processing result was a long time. It took time for the experiment.

本実施例は、大気側の空洞共振部１０３上部に設けられた放射温度計１８１が所定の波長の電磁波または光を受けてシャワープレート１４１の温度を検出する構成を備えている。シャワープレート１４１及び窓部材１１１は共に透過波長帯が０.２μｍ〜２.５μｍである同じ材質でできたものが並列に配置されている。温度を測定する対象物であるシャワープレート１４１内部には、放射温度計１８１の受光して検知できる波長の範囲（例えば１.８μｍ〜２.５μｍ）に対しては表面反射を示すＹ２Ｏ３等の材料が表面に配置された部材がマーカ２０１として配置されている。例えば、電磁波透過範囲が７μｍ〜９μｍであるＹ２Ｏ３が被覆された矩形状の板部材がマーカ２０１としてシャワープレート１４１の上面に配置された凹部内に収納されその上方をシャワープレート１４１と同じ材質の石英のカバーで覆うことでシャワープレート１４１内部に埋め込まれている。   In this embodiment, a radiation thermometer 181 provided on the upper part of the cavity resonator 103 on the atmosphere side is configured to detect the temperature of the shower plate 141 by receiving electromagnetic waves or light having a predetermined wavelength. Both the shower plate 141 and the window member 111 are made of the same material having a transmission wavelength band of 0.2 μm to 2.5 μm. A material such as Y2O3 showing surface reflection in the wavelength range (for example, 1.8 μm to 2.5 μm) received by the radiation thermometer 181 is contained in the shower plate 141 which is an object for measuring temperature. A member disposed on the surface is disposed as the marker 201. For example, a rectangular plate member coated with Y 2 O 3 having an electromagnetic wave transmission range of 7 μm to 9 μm is housed in a recess disposed on the upper surface of the shower plate 141 as a marker 201, and the quartz material made of the same material as the shower plate 141 is disposed above the rectangular plate member. It is embedded in the shower plate 141 by covering with a cover.

放射温度計１８１は、その測定する範囲がシャワープレート１４１内部のマーカ２０１の直上方の空洞共振部１０３の天板を貫通して受光部を下に向けて配置されることで、マーカ２０１から放射され石英製の窓部材１１１と透過した電磁波または光を直接検知できる。本実施例のマーカ２０１は、シャワープレート１４１に段差を有する穴を設け、深い段の底部にマーカ２０１を配置し上方の浅い段目に石英製のカバーを置き、シャワープレート１４１とカバーとを溶着している。   The radiation thermometer 181 radiates from the marker 201 because the range to be measured passes through the top plate of the cavity resonance unit 103 directly above the marker 201 inside the shower plate 141 and the light receiving unit faces downward. Then, the electromagnetic wave or light transmitted through the quartz window member 111 can be directly detected. In the marker 201 of this embodiment, a hole having a step is provided in the shower plate 141, the marker 201 is disposed at the bottom of the deep step, a quartz cover is placed on the shallow upper step, and the shower plate 141 and the cover are welded together. doing.

この際、マーカ２０１の線膨張係数を考慮し２段目の穴径をマーカ寸法より広めに取り空間を持たせることで、異なる部材を高い温度で溶着する時の線膨張による割れを防ぐことができる。また、このマーカ２０１には、測定対象の熱伝導率ρより低い材質を用いることで測定対象からの熱伝導の影響を受けやすく、測定対象の温度に近い温度を測定できる。   At this time, taking into consideration the linear expansion coefficient of the marker 201, the second step hole diameter is made wider than the marker size to provide a space, thereby preventing cracks due to linear expansion when welding different members at a high temperature. it can. Further, the marker 201 is easily affected by heat conduction from the measurement target by using a material lower than the thermal conductivity ρ of the measurement target, and a temperature close to the temperature of the measurement target can be measured.

シャワープレート１４１はその下面が処理室１１０の下部電極１２１の上方のプラズマ形成空間に存在するプラズマＰに接するのでプラズマＰからの輻射及び伝導により温度が上昇する。この加熱されたシャワープレート１４１から受ける熱の伝導及び輻射により加熱されたマーカ２０１は赤外線エネルギーを放出する。放射温度計１８１はマーカ２０１から放出された温度計自身が持つ受光波長帯のエネルギーのみを受光し、温度として検出する。   Since the lower surface of the shower plate 141 is in contact with the plasma P existing in the plasma formation space above the lower electrode 121 of the processing chamber 110, the temperature rises due to radiation and conduction from the plasma P. The marker 201 heated by conduction and radiation of heat received from the heated shower plate 141 emits infrared energy. The radiation thermometer 181 receives only the energy in the light receiving wavelength band of the thermometer itself emitted from the marker 201 and detects it as temperature.

なお、図２に示す本実施例は、上記の通り、処理室１１０の内側と真空容器の外側との間はシャワープレート１４１または窓部材１１１とヘッドピース１１２，放電ブロック側壁１１３との間に配置されたＯリング等のシールにより気密に封止されて、窓部材１１１の外周縁下面から延びる点線の上方側の大気圧と下方側の処理室１１０内（真空容器内）部の圧力差を実現している。本図に示す通り、プラズマＰの形成空間である処理室１１０を囲む円筒形状の放電ブロック側壁１１３の上端部の外側に延在するフランジ部とリング状のヘッドピース１１２の下面とが対向してＯリング２０２を挟んでこれを押圧した状態で接続され、Ｏシング２０２の封止性能により処理室１１０の減圧された圧力が維持される。   2 is arranged between the shower plate 141 or the window member 111, the head piece 112, and the discharge block side wall 113 between the inside of the processing chamber 110 and the outside of the vacuum vessel as described above. Airtightly sealed with a seal such as an O-ring, and realizes a pressure difference between the atmospheric pressure above the dotted line extending from the lower surface of the outer peripheral edge of the window member 111 and the inside of the processing chamber 110 (inside the vacuum vessel) below doing. As shown in the figure, the flange portion extending outside the upper end portion of the cylindrical discharge block side wall 113 surrounding the processing chamber 110 which is the plasma P formation space is opposed to the lower surface of the ring-shaped head piece 112. The pressure is reduced in the processing chamber 110 by the sealing performance of the O-sing 202 by connecting the O-ring 202 while pressing it.

同様に、リング状のヘッドピース１１２の上面と石英製の円板形状を有する窓部材１１１の外周縁部の下面とが、Ｏリング２０３を挟んでこれを押圧して押し潰した状態で接続され、窓部材１１１の下方のシャワープレート１４１との間のすき間や処理室１１０内部が外側の雰囲気との間で気密に封止される。なお、窓部材１１１の上方の空洞共振部１０３内部は雰囲気で満たされて大気圧にされている。また、ヘッドピース１１２の内周側に中央側に向けて延在するフランジ部の上面と上方のシャワープレート１４１の外周縁部の下面とがＯリングである２０４を挟んでこれを押し潰した状態で接続されており、Ｏリング２０４の封止性能の発揮により、処理室１１０内部と真空容器外部との間、或いはシャワープレート１４１上方の反応性ガスが充填される窓部材１１１との間の空間に対して、処理室１１０内部を気密に封止する。   Similarly, the upper surface of the ring-shaped head piece 112 and the lower surface of the outer peripheral edge of the quartz disk-shaped window member 111 are connected in a state where the O-ring 203 is pressed and crushed. The gap between the window plate 111 and the shower plate 141 and the inside of the processing chamber 110 are hermetically sealed with the outside atmosphere. Note that the inside of the cavity resonance part 103 above the window member 111 is filled with an atmosphere and is at atmospheric pressure. Further, the upper surface of the flange portion extending toward the center side on the inner peripheral side of the head piece 112 and the lower surface of the outer peripheral edge portion of the upper shower plate 141 are crushed with an O-ring 204 interposed therebetween. The space between the inside of the processing chamber 110 and the outside of the vacuum vessel or the window member 111 filled with the reactive gas above the shower plate 141 due to the sealing performance of the O-ring 204. In contrast, the inside of the processing chamber 110 is hermetically sealed.

図２に示す構成においては、処理室１１０内にプラズマＰが形成されている場合にプラズマＰの発光に含まれる放射温度計が受光する波長帯の赤外線エネルギーも窓部材１１１を上方に透過して空洞共振部１０３内の大気を通り放射温度計１８１に到達する。このため、放射温度計１８１が検知する赤外線エネルギーは処理室１１０内のプラズマＰの形成（放電）の開始の前後で急激に増大し、放射温度計１８１の出力は高温を示す側に変化する。シャワープレート１４１の温度はプラズマからの赤外線エネルギーの増減に直接的に支配されて変化されないので、本実施例の構成では、このプラズマから放射されるエネルギーの変化の影響を考慮して正確なシャワープレート１４１の処理中の温度を精度良く検出するための工夫が必要となる。   In the configuration shown in FIG. 2, when the plasma P is formed in the processing chamber 110, the infrared energy in the wavelength band received by the radiation thermometer included in the light emission of the plasma P is also transmitted upward through the window member 111. It passes through the atmosphere in the cavity resonator 103 and reaches the radiation thermometer 181. For this reason, the infrared energy detected by the radiation thermometer 181 increases rapidly before and after the formation (discharge) of the plasma P in the processing chamber 110, and the output of the radiation thermometer 181 changes to a high temperature side. Since the temperature of the shower plate 141 is directly controlled by the increase / decrease of the infrared energy from the plasma and is not changed, the configuration of the present embodiment takes into account the influence of the change in the energy radiated from the plasma and is an accurate shower plate. 141 is required to accurately detect the temperature during processing 141.

本実施例では、プラズマＰの生成（放電の開始）の前後の少なくとも３つの時刻を含む期間で放射温度計１８１を用いてマーカ２０１からの赤外線エネルギーを検知して出力した時系列のデータを用いて、これら放電開始前，放電開始後、測定時の出力の値からマーカ２０１の表面の温度を検出する。この検出した結果を用いてシャワープレート１４１の温度を検出する。   In this embodiment, time-series data output by detecting infrared energy from the marker 201 using the radiation thermometer 181 in a period including at least three times before and after the generation of plasma P (start of discharge) is used. Thus, the temperature of the surface of the marker 201 is detected from the output value at the time of measurement before and after the start of the discharge. The temperature of the shower plate 141 is detected using the detected result.

この検出について図３を用いて説明する。図３は、図２に示す温度の検出手段により検出される温度とマーカの温度の算出方法の説明するグラフである。   This detection will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a graph for explaining a method for calculating the temperature detected by the temperature detecting means shown in FIG. 2 and the temperature of the marker.

図３に示す通り、本実施例のプラズマ処理装置は、放射温度計１８１を用いてプラズマの放電の開始を含む所定の時間におけるマーカ２０１から放射される赤外線エネルギーを予め定められた周期で継続的に検知してその検知結果の出力から温度を検出する。通常、処理室１１０内部に形成されるプラズマＰの放電開始とともに、放射温度計１８１の受光部に測定対象であるマーカ２０１からの放射エネルギーに加えてプラズマＰからの放射エネルギーが流入する。このため、放射温度計１８１は実際の測定対象の温度とかけ離れた温度を検出してしまう。   As shown in FIG. 3, the plasma processing apparatus of the present embodiment uses the radiation thermometer 181 to continuously emit infrared energy emitted from the marker 201 at a predetermined time including the start of plasma discharge at a predetermined cycle. The temperature is detected from the output of the detection result. Usually, with the start of the discharge of the plasma P formed inside the processing chamber 110, the radiation energy from the plasma P flows into the light receiving portion of the radiation thermometer 181 in addition to the radiation energy from the marker 201 as the measurement target. For this reason, the radiation thermometer 181 detects a temperature far from the actual temperature to be measured.

図３は、図１の実施例のプラズマ処理装置において、製品用のウェハ１７１の処理の開始前に予め処理室１１０内のプラズマ形成空間内にプラズマＰを形成して処理室１１０のプラズマに面する内壁の表面を所定の条件に近づけるシーズニング処理或いは加熱して温度を所望のものに近づけるプレヒート処理の際に、プラズマＰの放電を開始したその前後の時刻とシーズニングまたはプレヒート処理を終了してプラズマＰを消失させた時点までの時間を含む期間の放射温度計１８１が受光して得られた放射エネルギーの時間変化に伴う変化を示している。   FIG. 3 shows the plasma processing apparatus of the embodiment of FIG. 1 in which the plasma P is formed in the plasma forming space in the processing chamber 110 in advance before the processing of the product wafer 171 and the surface of the processing chamber 110 is exposed. During the seasoning process to bring the surface of the inner wall close to a predetermined condition or the preheat process to bring the temperature close to the desired one by heating, the time before and after the start of the discharge of the plasma P and the seasoning or preheat process are finished and the plasma The figure shows the change accompanying the time change of the radiant energy obtained by the radiation thermometer 181 in the period including the time until P disappears.

本図に示す放射エネルギーの値は、上記の期間において所定の周期毎の各時刻で放射温度計１８１の窓部材１１１の上面（空洞共振部１０３内部の共振室の底面）に対向した受光部で受光して検知されて得られた値を用いて、プランクの公式により、測定時の放射温度計１８１が受光した所定の波長における放射エネルギーを算出したものである。プランクの公式を数１に示す。   The value of the radiant energy shown in the figure is obtained by the light-receiving unit facing the upper surface of the window member 111 of the radiation thermometer 181 (the bottom surface of the resonance chamber inside the cavity resonance unit 103) at each predetermined period in the above period. Using the value obtained by receiving and detecting light, the radiation energy at a predetermined wavelength received by the radiation thermometer 181 at the time of measurement is calculated according to Planck's formula. The plank formula is shown in Equation 1.

Figure 0005577160
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図３において、プラズマＰは時刻ｔ０で形成（放電の開始）が行われる。時刻ｔ０までの時間で放射温度計１８１において検出されるマーカ２０１以外からの放射エネルギーは所謂背景放射であって実質的に０と考えてもよく、この時刻ｔ０以前の放射エネルギーの値Ｌ０がマーカ２０１の温度の判定の基準として用いることができる。時刻ｔ０直後からプラズマＰの発光により生じる放射エネルギーのうち、放射温度計１８１の受光部において検知できる所定の波長の範囲（本実施例では１.８μｍ〜２.５μｍ）のものは、シャワープレート１４１及び窓部材１１１の石英を透過して検知される。一般的に、放電の開始直後の上記放射エネルギーはその大きさは急激に増大して後に任意の時刻ｔ１で安定したものに漸近する。   In FIG. 3, plasma P is formed (start of discharge) at time t0. The radiant energy other than the marker 201 detected by the radiant thermometer 181 in the time up to the time t0 is so-called background radiation and may be considered to be substantially 0, and the value L0 of the radiant energy before this time t0 is the marker. 201 can be used as a reference for determining the temperature. Of the radiant energy generated by the light emission of the plasma P immediately after time t0, the one having a predetermined wavelength range (1.8 μm to 2.5 μm in this embodiment) that can be detected by the light receiving portion of the radiation thermometer 181 is the shower plate 141. And it is detected through the quartz of the window member 111. In general, the magnitude of the radiant energy immediately after the start of discharge increases rapidly, and then gradually approaches that stabilized at an arbitrary time t1.

放射エネルギーの大きさ及び変化の割合が急激に変化するｔ０からｔ１までの期間は、プラズマＰの放電が安定していない状態から定常の状態に遷移する期間であると考えられる。時刻ｔ１以降、プラズマＰの生成およびこれによる放射エネルギーが安定しシャワープレート１４１及び内部に配置されたマーカ２０１は連続的に加熱されて温度が上昇する。これに伴って放射温度計１８１の受光部から検出される放射エネルギーの大きさも漸増する。時刻ｔ３に処理室１１０内に供給される電界または磁界が停止または強度が急激に低減されてプラズマＰが消失する。この後、処理室１１０内に供給されるガスは処理用ガスから不活性ガス等ウェハ１７１に悪影響を与えないガスが処理室１１０内に導入された状態で、処理対象としてのウェハ１７１が処理室１１０に搬入され下部電極１２１の載置面上に載せられて保持される等上記の動作の流れに沿ってウェハ１７１の処理が時刻ｔ４にプラズマＰが形成されて開始される。   The period from t0 to t1 in which the magnitude of the radiant energy and the rate of change rapidly change is considered to be a period in which the discharge of the plasma P transitions from an unstable state to a steady state. After the time t1, the generation of the plasma P and the radiant energy thereby are stabilized, and the shower plate 141 and the marker 201 disposed therein are continuously heated and the temperature rises. Along with this, the magnitude of the radiant energy detected from the light receiving portion of the radiation thermometer 181 gradually increases. At time t3, the electric field or magnetic field supplied into the processing chamber 110 is stopped or the intensity is rapidly reduced, and the plasma P disappears. Thereafter, the gas supplied into the processing chamber 110 is a processing gas, and the wafer 171 as a processing target is introduced into the processing chamber 110 while a gas that does not adversely affect the wafer 171 such as an inert gas is introduced into the processing chamber 110. The processing of the wafer 171 is started at time t4 by forming plasma P along the flow of the above-described operation such as being loaded into 110 and being held on the mounting surface of the lower electrode 121.

時刻ｔ３においてプラズマＰが消失すると、時刻ｔ０の際とは逆に窓部材１１１を透過して放射温度計１８１の受光部に到達する放射エネルギーが急激に低減して実質的に０に近い値となる。このため、放射温度計１８１ではマーカ２０１からの放射エネルギーＬ３のみが検出されることになるため、その放射エネルギーから検出される温度がマーカ２０１の温度の値に、又プラズマＰ放電開始前と消失後との放射エネルギーの差（Ｌ３−Ｌ０）の値がマーカ２０１の温度差に対応するものとなり、これらの値からシャワープレート１４１の温度を容易に検出することが可能となる。   When plasma P disappears at time t3, the radiant energy that permeates through the window member 111 and reaches the light receiving portion of the radiation thermometer 181 is abruptly reduced to a value substantially close to 0, contrary to the time t0. Become. For this reason, since the radiation thermometer 181 detects only the radiation energy L3 from the marker 201, the temperature detected from the radiation energy becomes the temperature value of the marker 201, and disappears before the start of the plasma P discharge. The value of the difference (L3−L0) in the radiant energy after that corresponds to the temperature difference of the marker 201, and the temperature of the shower plate 141 can be easily detected from these values.

発明者らの検討によれば、放電が安定する時刻ｔ１での放射エネルギーＬ１と時刻ｔ３直前（プラズマＰが形成されている時刻）での放射エネルギーとの差ΔＬは、時刻ｔ０とｔ３直後（プラズマＰが消失している時刻）での放射エネルギーＬ１との差ΔＬ′とはほぼ等しいと見なせることが判った。これは時刻ｔ０〜ｔ１の時間は、プラズマＰが遷移状態であるためプラズマＰと処理室１１０内壁との相互作用も小さくプラズマＰからの熱の伝達も小さいためと考えられる。   According to the study by the inventors, the difference ΔL between the radiant energy L1 at time t1 when the discharge is stabilized and the radiant energy immediately before time t3 (time when plasma P is formed) is immediately after time t0 and t3 ( It was found that the difference ΔL ′ from the radiant energy L1 at the time when the plasma P disappears can be regarded as almost equal. This is considered to be because the time between time t0 and time t1 is that the plasma P is in a transition state, so that the interaction between the plasma P and the inner wall of the processing chamber 110 is small and the heat transfer from the plasma P is also small.

そこで、時刻ｔ０からｔ３の期間においてプラズマＰの放電による放射エネルギーの伝達が一定であると見なせれば、時刻ｔ１以降の任意の時刻ｔにおいて検出される放射エネルギーＬｔと時刻ｔ１における放射エネルギーＬ１との差ΔＬｔを時刻ｔにおけるマーカ２０１が放射する放射エネルギーの増加（変化）分であり、ΔＬｔとＬ０との和をマーカ２０１の温度に対応する値であると見なすことができることが判った。つまり、放電中にプラズマＰから放射温度計１８１が受光する放射エネルギーが一定であると考えると、放電開始直後から測定時の放射エネルギーの増加分ΔＬが、測定対象であるマーカ２０１から放出される放射エネルギーの増加分ΔＬ′と等しくなる。よって、放電開始前の放射エネルギーＬ０に増加分ΔＬを加えることで、測定時に測定対象から放出されている放射エネルギーを算出することができる。   Therefore, if the transmission of the radiant energy due to the discharge of the plasma P can be considered constant during the period from time t0 to t3, the radiant energy Lt detected at any time t after time t1 and the radiant energy L1 at time t1. The difference ΔLt is the increase (change) in the radiant energy radiated by the marker 201 at time t, and the sum of ΔLt and L0 can be regarded as a value corresponding to the temperature of the marker 201. That is, assuming that the radiant energy received by the radiation thermometer 181 from the plasma P during discharge is constant, an increase ΔL in radiant energy at the time of measurement is emitted from the marker 201 as the measurement target immediately after the start of discharge. It becomes equal to the increase ΔL ′ of the radiant energy. Therefore, by adding the increment ΔL to the radiant energy L0 before the start of discharge, it is possible to calculate the radiant energy emitted from the measurement object at the time of measurement.

本実施例では、発明者らのこのような知見に基づいて想起されたものであり、時刻ｔ０から時刻ｔ３の間に処理室１１０内に形成されるプラズマＰは不活性ガス（本実施例ではＡｒ）のみまたは主成分とするガスを処理室１１０内に導入して形成される。このことによりプラズマＰの強度，密度の分布を安定させることができるので、プラズマＰからの放射エネルギーが安定する。このようにプラズマＰからの放射エネルギーの量が安定して変化が抑制されているので、放射温度計１８１により検出される放射エネルギーの変化の量、特に放電が安定したと見なせる時刻ｔ１以降の変化の量をマーカ２０１からの放射エネルギーの量の変化の量と同等と見なすことができる。   In the present embodiment, the inventors have been reminded based on such knowledge, and the plasma P formed in the processing chamber 110 between time t0 and time t3 is an inert gas (in this embodiment, Ar) alone or a main component gas is introduced into the processing chamber 110. As a result, the intensity and density distribution of the plasma P can be stabilized, so that the radiation energy from the plasma P is stabilized. Since the amount of radiant energy from the plasma P is stably suppressed in this way, the amount of change in the radiant energy detected by the radiation thermometer 181, particularly the change after time t 1 at which the discharge can be considered stable. Can be regarded as equivalent to the amount of change in the amount of radiant energy from the marker 201.

時刻ｔ１以降時刻ｔまでのマーカ２０１からの放射エネルギーの変化量（増加量）及び時刻ｔ０以前の放射エネルギーとの和から、時刻ｔのマーカ２０１の温度、さらにはシャワープレート１４１の温度を算出できる。このために、実験での測定等により予め放射温度計１８１により検出されるマーカ２０１から放射エネルギーの量の値とマーカ２０１またはシャワープレート１４１の処理室１１０に面する表面（下面）の温度の値との対応関係や相関を検出してメモリーやハードディスク装置といった記憶装置にデータベースとして記録しておき、シーズニングやプレヒートの処理中の（プラズマＰの放電，放射エネルギーが安定して後の）任意の時刻ｔに検出されたマーカ２０１からの放射エネルギーを示す値と記憶装置に記録されたデータベースや相関関係を示すデータとを比較、或いは放射エネルギー値に対応する何れかの温度の値を選択，検出する。   The temperature of the marker 201 at time t and further the temperature of the shower plate 141 can be calculated from the sum of the amount of change (increase) in radiant energy from the marker 201 from time t1 to time t and the radiant energy before time t0. . For this purpose, the value of the amount of radiant energy from the marker 201 detected by the radiation thermometer 181 in advance by measurement in an experiment or the like and the value of the temperature of the surface (lower surface) of the marker 201 or the shower plate 141 facing the processing chamber 110. Is detected and recorded as a database in a storage device such as a memory or a hard disk device, and at any time during the seasoning or preheating process (after discharge of plasma P and radiant energy has stabilized) The value indicating the radiant energy from the marker 201 detected at t is compared with the database or the data indicating the correlation recorded in the storage device, or any temperature value corresponding to the radiant energy value is selected and detected. .

このように、シーズニングやプレヒート処理の間に処理室１１０の内壁であるシャワープレート１４１の温度を検出する。この検出した当該温度の値またはこれに相当するデータをフィードバックしてプラズマＰの継続／停止が制御装置において判定され実行される。すなわち、検出した当該温度の値またはこれに相当するデータと所望の温度またはデータ値とが比較され、所望の温度に到達したと判定されると、この時刻を上記時刻ｔ３として、制御装置が処理室１１０内への電界，磁界の供給を停止してプラズマＰを消失させる。本実施例では、このような温度の値の検出は、上記制御装置内に配置された演算手段により、予めメモリー等の記憶手段に記憶されたプログラムが実行されて算出される。当該演算手段が放射温度計１８１が検知して出力する信号から放射エネルギーの値を検出するようにしてもよい。   Thus, the temperature of the shower plate 141 which is the inner wall of the processing chamber 110 is detected during seasoning and preheating processing. The control device determines and executes the continuation / stop of the plasma P by feeding back the detected temperature value or data corresponding thereto. That is, the detected temperature value or data corresponding to the detected temperature value is compared with the desired temperature or data value, and when it is determined that the desired temperature has been reached, the control device processes this time as time t3. The supply of the electric and magnetic fields into the chamber 110 is stopped and the plasma P is extinguished. In the present embodiment, such detection of the temperature value is calculated by executing a program stored in advance in a storage means such as a memory by a calculation means arranged in the control device. The calculation means may detect the value of the radiant energy from the signal detected and output by the radiation thermometer 181.

また、本実施例では、時刻ｔ０以降のプラズマＰからの放射エネルギーを放射温度計１８１で連続的に検出し、その変化が急激な増大を示した後変化の割合が０に漸近したこと、或いは所定の期間放射エネルギーの変化率の値が所定の範囲内であることが持続した場合に、プラズマＰの放射エネルギーの放出が安定したと制御装置が判定する。すなわち、本実施例では、時刻ｔ１において放射温度計１８１により検出され出力される信号の変化率が０または実質的に０と見なせる程度の値の範囲となる。時刻ｔ１での変化率が０となることが検出された時刻の放射エネルギーをＬ１として以降検出される放射エネルギーの変動値ΔＬｔが制御装置により検出されてマーカ２０１またはシャワープレート１４１が所望の温度に到達したか否かが判定される。   Further, in this embodiment, the radiation thermometer 181 continuously detects the radiant energy from the plasma P after time t0, and after the change shows a rapid increase, the rate of change gradually approaches 0, or When the value of the change rate of the radiant energy within a predetermined range continues for a predetermined period, the control device determines that the emission of the radiant energy of the plasma P is stable. That is, in this embodiment, the rate of change of the signal detected and output by the radiation thermometer 181 at time t1 is in a range of values that can be regarded as 0 or substantially 0. Assuming that the radiant energy at the time when the rate of change at time t1 is 0 is L1, the fluctuation value ΔLt of the radiant energy detected thereafter is detected by the control device, and the marker 201 or the shower plate 141 is brought to the desired temperature. It is determined whether or not it has been reached.

上記のような構成により、シーズニングやプレヒート処理の際にプラズマＰによって加熱される処理室内壁，シャワープレート１４１の温度を所望の値にすることができるので、製品の製造用のウェハ１７１の処理を反応性ガスを用いたプラズマＰの放電を形成して開始する際の処理室１１０の温度等処理の条件を処理に適切なものに近づけることができ加工の精度が向上し、ひいては処理の歩留まりや効率が改善される。時刻ｔ３でのプラズマＰの消失から時刻ｔ４の製品ウェハ１７１の処理のためのプラズマＰの形成までの時間には、処理室１１０内の排気による圧力の調節，ウェハの搬入が行われるとともにシャワープレート１４１等処理室１１０内壁面の温度が変化（低下）することが考えられる。この場合には、この変動分を見積って時刻ｔ３における所期の温度は予め高く設定することができる。   With the configuration as described above, the temperature of the processing chamber inner wall and the shower plate 141 heated by the plasma P at the time of seasoning or preheating processing can be set to a desired value, so that the processing of the wafer 171 for manufacturing the product can be performed. The processing conditions such as the temperature of the processing chamber 110 when forming and starting the discharge of the plasma P using the reactive gas can be brought close to those suitable for the processing, so that the processing accuracy is improved, and the processing yield and Efficiency is improved. During the time from the disappearance of the plasma P at the time t3 to the formation of the plasma P for processing the product wafer 171 at the time t4, the pressure in the processing chamber 110 is adjusted and the wafer is carried in and the shower plate is used. It is considered that the temperature of the inner wall surface of the processing chamber 110 such as 141 changes (decreases). In this case, the expected temperature at time t3 can be set high in advance by estimating this fluctuation.

上記の実施例のプラズマ処理装置１００は、放射温度計１８１はシャワープレート１４１内部に配置されたマーカ２０１から放射される放射エネルギーから温度を検出するものである。マーカ２０１はシャワープレート１４１のものと異なる材質が用いられるためにシャワープレート１４１の温度の分布が不均一になる虞が有り、またこれらの温度の値によってシャワープレート１４１の表面とマーカ２０１の温度の差の大きさが変化するためにシャワープレート１４１の温度の検出の精度を損なわれる虞が有る。一方で、窓部材１１１とシャワープレート１４１とが上記の積層された構造を備えているためにシャワープレート１４１の表面の放射エネルギーを直接放射温度計１８１により検出して温度の値を得るということが困難となってしまうという問題があった。   In the plasma processing apparatus 100 of the above embodiment, the radiation thermometer 181 detects the temperature from the radiant energy radiated from the marker 201 arranged inside the shower plate 141. Since the marker 201 is made of a material different from that of the shower plate 141, the temperature distribution of the shower plate 141 may be non-uniform, and the temperature of the surface of the shower plate 141 and the temperature of the marker 201 may vary depending on the value of these temperatures. Since the magnitude of the difference changes, there is a possibility that the accuracy of temperature detection of the shower plate 141 may be impaired. On the other hand, since the window member 111 and the shower plate 141 have the above-described laminated structure, the radiation energy on the surface of the shower plate 141 is directly detected by the radiation thermometer 181 to obtain a temperature value. There was a problem that it would be difficult.

そこで、図４に示す変形例として、シャワープレート１４１と窓部材１１１とを接合して一体とした石英部品を用いてプラズマ処理装置１００を構成する。放射温度計１８１はシャワープレート１４１と一体の部材となった窓部材１１１の上面の温度を検出した結果からシャワープレート１４１の温度を精度良く検出することができる。   Therefore, as a modification shown in FIG. 4, the plasma processing apparatus 100 is configured by using a quartz part in which the shower plate 141 and the window member 111 are joined and integrated. The radiation thermometer 181 can accurately detect the temperature of the shower plate 141 from the result of detecting the temperature of the upper surface of the window member 111 that is an integral member of the shower plate 141.

図４に、シャワープレート１４１と窓部材１１１とを接合して一体とした真空容器の蓋部材を示す。図４は、図１に示すプラズマ処理装置の変形例に係る真空容器の蓋部材の構成の概略を示す縦断面図である。本図において示す蓋部材４０１，４０２は、図１に示す窓部材１１１及びシャワープレート１４１を接合して一体の部材としたものであり、上部の円板形状の部分が窓部材１１１に相当しその外周縁部の下面がヘッドピース１１２の上面とシールを挟んで対向して接続される。下部は両者の間に配置されるすき間に供給される反応性ガスが処理室１１０の上方に流入する貫通孔が複数配置されたシャワープレート１４１に相当する部分である。これらは一体の部材として接合され図１の実施例に係る窓部材１１１と同様に、真空容器の上部に連結され取り付けられて真空容器内の処理室１１０内外を気密に封止する蓋部材として機能する。   FIG. 4 shows a lid member of a vacuum vessel in which the shower plate 141 and the window member 111 are joined together. FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing an outline of a configuration of a lid member of a vacuum vessel according to a modification of the plasma processing apparatus shown in FIG. The lid members 401 and 402 shown in the figure are obtained by joining the window member 111 and the shower plate 141 shown in FIG. 1 to form an integral member, and the upper disk-shaped portion corresponds to the window member 111. The lower surface of the outer peripheral edge is connected to the upper surface of the head piece 112 so as to face the seal. The lower portion is a portion corresponding to the shower plate 141 in which a plurality of through holes through which the reactive gas supplied between the gaps flows into the upper portion of the processing chamber 110 are arranged. These are joined as an integral member and, like the window member 111 according to the embodiment of FIG. 1, are connected to and attached to the upper part of the vacuum vessel and function as a lid member that hermetically seals the inside and outside of the processing chamber 110 in the vacuum vessel. To do.

これら上下の部材はほぼ同じ組成の石英で構成され、これらの接合は接着剤によるものや低融点融着法，光学溶着（オプティカルコンタクト）等の従来より用いられている方法を用いることができる。図４（ａ）に示すこれら上下の部材の接合には、両者の間に所定の厚さのリング状の石英板４０１ｃを挟み、石英板４０１ｃの上下面と上下の部材とが接合される。リング状の石英板４０１ｃは、反応性ガスが導入される上記すき間の外周を囲む部材となりその高さが当該すき間の高さと同じくされている。   These upper and lower members are made of quartz having substantially the same composition, and these can be joined by a conventionally used method such as an adhesive, a low melting point fusion method, optical welding (optical contact) or the like. 4A, the upper and lower surfaces of the quartz plate 401c and the upper and lower members are joined with a ring-shaped quartz plate 401c having a predetermined thickness interposed therebetween. The ring-shaped quartz plate 401c becomes a member surrounding the outer periphery of the gap into which the reactive gas is introduced, and the height thereof is the same as the height of the gap.

また、図４（ｂ）のように窓部材１１１もしくはシャワープレート１４１に相当する部材の中央部に凹みや溝を予め形成して両者の外周縁部同士を上記の方法により接合するようにしても良い。この場合、上述の反応性ガスが導入されるすき間は上記凹み，溝によって構成されることになり、その深さがすき間の高さに相当する。   Further, as shown in FIG. 4B, a recess or a groove is formed in advance in the central portion of the member corresponding to the window member 111 or the shower plate 141, and the outer peripheral edge portions are joined to each other by the above method. good. In this case, the gap into which the above-described reactive gas is introduced is constituted by the dent and groove, and the depth corresponds to the height of the gap.

図４（ａ）に示す変形例において接着剤を用いた接合では、プラズマによる昇温で接着剤の溶出や接合部の剥離が起こらない、接合部が透明である、熱伝導性が十分高い、また洗浄時の耐薬品性といった特性を十分考慮した上で適当な接着剤を選定する必要がある。また、低融点融着は、真空にされた反応槽内において窓部材，シャワープレート相当部材の両者を密着させた状態で軟化点以下の低い温度領域で加熱し、そこに両者を相互に押し付ける力を印加して接合する。本方法では、石英同士の接合のため耐熱性／耐薬品性に優れ、石英の融点に対して十分に低い温度で加工を行われるため、加熱変形が少なく高精度な組立接合が可能となる。よって、本実施例のような中空溝構造部品も容易に製造することができる。   In the modification using the adhesive in the modification shown in FIG. 4 (a), the elution of the adhesive and the peeling of the bonded portion do not occur due to the temperature rise by the plasma, the bonded portion is transparent, and the thermal conductivity is sufficiently high. In addition, it is necessary to select an appropriate adhesive in consideration of characteristics such as chemical resistance during cleaning. In addition, low melting point fusion is a force in which a window member and a shower plate equivalent member are heated in a low temperature region below the softening point and pressed against each other in a vacuumed reaction vessel. Is applied to join. In this method, since quartz is bonded to each other, it is excellent in heat resistance / chemical resistance, and processing is performed at a temperature sufficiently lower than the melting point of quartz. Therefore, the hollow groove structure component as in the present embodiment can also be easily manufactured.

光学溶着は、光学研磨されたガラス平面同士を密着させ、基板表面の分子間力により接合する。本方法も、石英同士の接合のため耐熱性／耐薬品性に優れ、精度，強度においても安定している。また、無加圧で接合するため光学面を損なわず良好な光学特性を維持することができる。   In optical welding, optically polished glass planes are brought into close contact with each other and bonded by intermolecular force on the substrate surface. This method is also excellent in heat resistance / chemical resistance due to the bonding of quartz, and is stable in accuracy and strength. Moreover, since it joins without pressure, an optical surface is not impaired and a favorable optical characteristic can be maintained.

図５は、図４に示す蓋部材を用いた変形例において温度検出手段の構成の概略を拡大して示す縦断面である。図２に示す処理室１１０下部に配置された下部電極１２１の上部の載置面にほぼ平行に並列に配置されているシャワープレート１４１と窓部材１１１とに換えて図４に示す蓋部材４０１が配置されている。   FIG. 5 is an enlarged vertical cross-sectional view showing the outline of the configuration of the temperature detecting means in the modification using the lid member shown in FIG. A lid member 401 shown in FIG. 4 is used instead of the shower plate 141 and the window member 111 which are arranged in parallel and substantially in parallel with the mounting surface of the upper part of the lower electrode 121 arranged at the lower part of the processing chamber 110 shown in FIG. Has been placed.

蓋部材４０１に換えて蓋部材４０２を用いても良い。図２に示す実施例と同様に蓋部材４０１下面とヘッドピース１１２上面との間に挟まれて配置されたシール２０３により処理室１１０内部とが封止されており、図上水平方向の点線の上方と下方とで大気圧の大気側と所定の真空度の低圧にされた真空側の領域とに処理室１１０内外とが気密に区画されている。   A lid member 402 may be used instead of the lid member 401. Similar to the embodiment shown in FIG. 2, the inside of the processing chamber 110 is sealed by a seal 203 that is sandwiched between the lower surface of the lid member 401 and the upper surface of the head piece 112. The inside and outside of the processing chamber 110 are hermetically partitioned into an atmosphere side at atmospheric pressure and a vacuum side region at a low pressure with a predetermined vacuum degree above and below.

また、図２に示す実施例と同様に、大気側の領域に配置された空洞共振部１０３の天井部を構成する円板部材に放射温度計１８１が、その下部の受光部が蓋部材４０１の上面と対向して配置されている。放射温度計１８１の受光部は、蓋部材４０１の材料である石英を透過しない波長帯（６.０〜１６.０μｍ）を検知可能な範囲に持つセンサを備えており、蓋部材４０１の上面からの放射エネルギーを抽出して検知可能に構成されている。このような放射温度計１８１を用いて蓋部材４０１の表面の放射エネルギーを検出しその結果から蓋部材４０１またはその処理室１１０に面する内側表面の温度を検出する。   Similarly to the embodiment shown in FIG. 2, the radiation thermometer 181 is formed on the disk member constituting the ceiling of the cavity resonance unit 103 disposed in the atmosphere side region, and the light receiving unit below the cover member 401. It is arrange | positioned facing the upper surface. The light receiving unit of the radiation thermometer 181 includes a sensor having a wavelength band (6.0 to 16.0 μm) that does not transmit quartz, which is a material of the lid member 401, in a detectable range. The radiant energy is extracted and can be detected. Using such a radiation thermometer 181, the radiant energy of the surface of the lid member 401 is detected, and the temperature of the inner surface facing the lid member 401 or its processing chamber 110 is detected from the result.

本変形例では、上述の通り、シャワープレート及び窓部材を一体化させることで、プラズマＰにより加熱されて昇温した内側表面を構成するシャワープレート１４１に相当する部分から空洞共振部１０３の空洞共振室の底面を構成する窓部材１１１に相当する部材への熱の伝導性を向上させている。このことにより、両者の温度は同等もしくは温度差が広い温度の範囲で変動を少なくして安定させることができる。このため蓋部材４０１の表面から放射される放射エネルギーを検出することで検出対象である内側表面であるシャワープレート１４１に相当する部材の表面の温度を精度良く検出できる。   In the present modification, as described above, the cavity resonance of the cavity resonance unit 103 starts from the portion corresponding to the shower plate 141 that forms the inner surface heated by the plasma P and heated by integrating the shower plate and the window member. Heat conductivity to a member corresponding to the window member 111 constituting the bottom surface of the chamber is improved. As a result, the two temperatures can be stabilized with little fluctuation in the temperature range where the temperatures are equal or the temperature difference is wide. Therefore, by detecting the radiant energy radiated from the surface of the lid member 401, the temperature of the surface of the member corresponding to the shower plate 141 that is the inner surface that is the detection target can be detected with high accuracy.

また、本変形例では、放射温度計１８１が受光する波長帯の赤外線は石英製の蓋部材を透過しないか、その透過する電磁波，放射エネルギーの量は著しく低減されており、プラズマＰが形成されている間においてもプラズマＰからの放射エネルギーの影響が抑制され、よりリアルタイムに蓋部材４０１の温度を検出することができ、検出の精度がさらに向上する。   Further, in this modification, the infrared light in the wavelength band received by the radiation thermometer 181 does not pass through the quartz lid member, or the amount of electromagnetic waves and radiant energy passing therethrough is significantly reduced, and the plasma P is formed. During this time, the influence of the radiant energy from the plasma P is suppressed, the temperature of the lid member 401 can be detected in real time, and the detection accuracy is further improved.

上記の通り、上記実施例または変形例によれば、プラズマの放電中においても、リアルタイムに処理室内壁面の温度を監視することができ、処理室内のシーズニングやプレヒートの処理中における内壁面部材の加熱の継続，停止を温度の検出結果をフィードバックして調節できる。このため、温度確認のために放電を中断するという作業が省略でき、歩留まりが高く処理の効率に優れた装置を提供することができる。また、プラズマ処理装置での非処理時間（ノンプロダクトタイム）時間、特に製品製造用のウェハを実質的に処理していない時間でのプラズマによる加熱による温度の値や変化を精度良く検出して加熱を適切に調節できる。このため、複数のウェハの処理における処理室温度ばらつきを低減して歩留まりを向上でき、量産性に優れた装置が実現できる。   As described above, according to the above-described embodiment or modification, the temperature of the processing chamber wall surface can be monitored in real time even during plasma discharge, and the heating of the inner wall surface member during seasoning or preheating processing in the processing chamber can be performed. The continuation and stop of the temperature can be adjusted by feeding back the temperature detection result. For this reason, the operation | work which interrupts discharge for temperature confirmation can be abbreviate | omitted, and the apparatus with the high yield and the outstanding processing efficiency can be provided. In addition, heating is performed by accurately detecting temperature values and changes caused by plasma heating during non-processing time (non-product time) time in the plasma processing apparatus, particularly when the wafer for product manufacturing is not substantially processed. Can be adjusted appropriately. For this reason, the process chamber temperature variation in processing of a plurality of wafers can be reduced, yield can be improved, and an apparatus excellent in mass productivity can be realized.

１００ プラズマ処理装置
１０１ 電波源
１０２ 導波管
１０３ 空洞共振部
１０４，１２３ 整合器
１１０ 処理室
１１１ 窓部材
１１２ ヘッドピース
１１３ 放電ブロック側壁
１１４ 下部チャンバ
１２１ 下部電極
１２２ ＲＦ電源
１３１ ガス源
１３２ ＭＦＣ
１３３ ガスバルブ
１４１ シャワープレート
１５１ 可動弁
１５２ ＴＭＰ
１６１ ソレノイドコイル
１７１ ウェハ
１８１ 放射温度計
１９１ 開口
２０１ マーカ
４０１，４０２ 蓋部材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Plasma processing apparatus 101 Radio wave source 102 Waveguide 103 Cavity resonance part 104,123 Matching device 110 Processing chamber 111 Window member 112 Headpiece 113 Discharge block side wall 114 Lower chamber 121 Lower electrode 122 RF power supply 131 Gas source 132 MFC
133 Gas valve 141 Shower plate 151 Movable valve 152 TMP
161 Solenoid coil 171 Wafer 181 Radiation thermometer 191 Opening 201 Marker 401, 402 Lid member

Claims (6)

内部に減圧されて処理対象のウェハを処理するためのプラズマが形成される処理室を有する真空容器と、この真空容器の上部でこれを構成し前記処理室の上方に配置されその下方の前記処理室内の空間に前記プラズマを形成するための電界が透過する誘電体製の板部材と、前記板部材の上方に配置され温度を検出する検出器と、この検出器が検出した結果に応じて前記プラズマの形成を調節する制御部とを備え、
前記検出器が、前記プラズマが形成される前の第一の時刻とこのプラズマが形成された後であって前記プラズマの放電が安定した所定の時間後の第二の時刻とこの第二の時刻後の前記プラズマが形成中の任意の第三の時刻とにおける放射エネルギーの量に基づいて前記第三の時刻の温度を検出するプラズマ処理装置。
A vacuum chamber having a processing chamber in which plasma for processing a wafer to be processed is formed by being depressurized inside, and the upper portion of the vacuum chamber constitutes the vacuum chamber and is disposed above the processing chamber and below the processing A dielectric plate member that transmits an electric field for forming the plasma in the indoor space, a detector that is disposed above the plate member and detects a temperature, and the detector detects the temperature according to the detection result. A control unit for adjusting the formation of plasma,
The detector has a first time before the plasma is formed, a second time after the plasma is formed and a predetermined time after the plasma discharge is stabilized, and the second time. plasma processing apparatus for detecting a temperature of the third time based on the amount of definitive radiant energy into the optional third time of the plasma being formed later.
請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、
前記検出器が、前記プラズマが形成された後の前記放射エネルギーの変化率が０とみなせる時刻が所定の期間連続したと判定された前記第二の時刻における前記放射エネルギーの量を検出した結果に基づいて前記第三の時刻の温度を検出するプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 1,
The result of the detector, detects the amount of the radiant energy in said radiant energy said second time rate of change the time which can be regarded as 0 is determined to be a continuous predetermined period after the plasma has been formed A plasma processing apparatus for detecting a temperature at the third time based on the plasma processing apparatus.
請求項１または２に記載のプラズマ処理装置であって、
前記検出器が、前記板部材の内部に装着されこの下部板部材の材料より低い熱伝導率を備えた部材から前記放射エネルギーの量を検出するプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 1 or 2,
The plasma processing apparatus , wherein the detector is mounted inside the plate member and detects the amount of the radiant energy from a member having a lower thermal conductivity than the material of the lower plate member .
真空容器内部に配置され減圧された処理室内に処理対象のウェハを配置し、前記真空容器の上部でこれを構成し前記処理室の上方に配置された誘電体製の板部材を透過してその下方の前記処理室内の空間に電界を供給して前記処理室内の空間にプラズマを形成して前記ウェハを処理するプラズマ処理方法であって、
前記板部材の上方に配置された検出器により、前記プラズマが形成される前の第一の時刻とこのプラズマが形成された後であって前記プラズマの放電が安定した所定の時間後の第二の時刻とこの第二の時刻後の前記プラズマが形成中の任意の第三の時刻とにおける放射エネルギーの量に基づいて前記第三の時刻の温度を検出し、この検出器が検出した結果に応じて前記プラズマの形成を調節するプラズマ処理方法。
A wafer to be processed is placed in a reduced pressure processing chamber disposed inside the vacuum vessel, and this is formed at the top of the vacuum vessel and passes through a dielectric plate member placed above the processing chamber. A plasma processing method for processing the wafer by supplying an electric field to a space in the processing chamber below to form plasma in the space in the processing chamber,
By a detector disposed above the plate member, a first time before the plasma is formed and a second time after a predetermined time after the plasma is formed and the plasma discharge is stabilized . results time and the plasma after the second time of detecting the temperature of the third time based on the amount of radiant energy definitive in the optional third time in formation, this detector has detected A plasma processing method for adjusting the formation of the plasma according to the method.
請求項４に記載のプラズマ処理方法であって、
前記検出器により前記プラズマが形成された後の前記放射エネルギーの変化率が０とみなせる時刻が所定の期間連続したと判定された前記第二の時刻における前記放射エネルギーの量を検出した結果に基づいて前記第三の時刻の温度を検出するプラズマ処理方法。
The plasma processing method according to claim 4,
Based on the results the time rate of change of the radiant energy after said plasma is formed by the detector can be regarded as 0 detects the amount of the radiant energy in a determined to be the second time consecutive predetermined time period A plasma processing method for detecting the temperature at the third time.
請求項４または５に記載のプラズマ処理方法であって、
前記検出器により前記板部材の内部に装着されこの下部板部材の材料より低い熱伝導率を備えた部材から前記放射エネルギーの量を検出するプラズマ処理方法。 A plasma processing method according to claim 4 or 5, wherein
A plasma processing method for detecting an amount of the radiant energy from a member mounted inside the plate member by the detector and having a thermal conductivity lower than that of a material of the lower plate member .
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JP2016009711A (en) * 2014-06-23 2016-01-18 株式会社日立ハイテクノロジーズ Plasma processing apparatus
JP6698560B2 (en) * 2017-02-01 2020-05-27 東京エレクトロン株式会社 Microwave plasma source, microwave plasma processing apparatus, and plasma processing method
WO2019053806A1 (en) * 2017-09-13 2019-03-21 株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Substrate treatment apparatus, method for manufacturing semiconductor device, and program
DE102018107135A1 (en) * 2018-03-26 2019-09-26 Aixtron Se Provided with an individual identifier component of a CVD device and method for transmitting information

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08250293A (en) * 1995-03-08 1996-09-27 Hitachi Ltd Plasma treatment apparatus and control method
JPH08274067A (en) * 1995-03-30 1996-10-18 Hitachi Ltd Plasma generating device
JP2001093882A (en) * 1999-09-22 2001-04-06 Ulvac Japan Ltd Temperature measuring device and vacuum treating device equipped with the same
JP5433171B2 (en) * 2008-06-16 2014-03-05 株式会社日立ハイテクノロジーズ Control method of sample temperature

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