JPH0372624A

JPH0372624A - 表面処理装置

Info

Publication number: JPH0372624A
Application number: JP1079411A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Sugihara; 和佳杉原; Akira Sakai; 明酒井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-03-30
Filing date: 1989-03-30
Publication date: 1991-03-27

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、表面処理装置に係り、特に、処理工程中の被
処理基板の表面温度測定に関する。

（従来の技術）半導体装置の高集積化に伴い、回路の微細化は進む一方
であり、膜の堆積やエツチングに際しても高精度のもの
が要求されるようになってきている。

従って、このような薄膜の堆積やエツチングに際して種
々の処理条件をコントロールする必要がある。なかでも
、エツチングプロセスにおいては、被処理基体の温度コ
ントロールの重要性が指摘されている。例えば、被処理
基体の温度によってエツチング速度やエツチング形状が
大きく変化するという報告がなされている（日本応用物
理学会第４８回連合講演会、予稿集Ｐ４６２．有門他）
。

しかしながら、エツチング時の被処理基体の温度をその
場で即時に測定することは極めて難しいのが実情である
。

例えば、熱電対を被処理基体に接触させて測定する方法
がとられているが、エツチング時には非処理基体の裏面
のみしか接触することができず、温度のずれが問題とな
っていた。

また、被処理基体がシリコンである場合、熱伝導率が比
較的小さいことから、正確に被処理基体の温度を測定す
ることはできないという問題があった。

そこで、放射温度計等を用いた非接触での表面温度測定
等も考えられているが、エツチング装置内のプラズマ等
に遮られて正確に測定することができないと言う問題が
あった。

（発明が解決しようとする課題）このように、従来の方法では、被処理基体の表面温度を
正確に測定することができないため、薄膜堆積あるいは
エツチングの条件を最適化するのは困難であった。

本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、被処理基
体の表面温度を正確に測定し、処理条件を最適化するこ
とのできる表面処理装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）そこで本発明では、該被処理基体の近傍に設置され、裏
面に測定孔を形成したモニタ用の試料片を設置すると共
に、該モニタ用の試料片の裏面側から表面近傍の温度を
測定するようにしている。

望ましくは、モニタ用の試料片の裏面に、表面近傍まで
到達するように四部を形成するようにしている。

また望ましくは、モニタ用の試料片を、被処理基体と同
一材料で形成するようにしている。

（作用）上記構成によれば、裏面側からモニタ用の試料片の表面
近傍の温度を測定するようにしているため、プラズマ等
の影響で測定が不正確になることもなく、正確に表面温
度を測定することができる。

また、モニタ用の試料片の裏面に、表面近傍まで到達す
るように凹部を形成することにより、真に被処理基体の
表面温度を高精度に測定することができる。

また望ましくは、モニタ用の試料片を、被処理基体と同
一材料で形成することにより、さらに高精度に測定する
ことが可能となる。

（実施例）以下、本発明の実施例について、図面を参照しつつ詳細
に説明する。

第１図は、本発明の１実施例のエツチング装置の概略構
成図、第２図はこのエツチング装置の温度測定系を示す
部分拡大図である。

このエツチング装置は、真空容器２１内に被処理基体２
２を載置する試料台を兼ねた陰極２３を具備し、ガス導
入系２４から導入されるエツチングガスによって被処理
基体２２表面のエツチングを行うようにしたもので、こ
の試料台２３の端部に、裏面に測定孔を形成したモニタ
用の試料片を設けるとともにその温度を赤外線温度計で
測定するようにした温度測定系１が配設されている。

２５は排気系、２６は回転磁場を形成するための永久磁
石、２７は陰極２３に電力を供給するための高周波電源
、２８はマツチング回路である。そしてこの試料台とし
ての陰極２３には、被処理基板の温度を制御するための
温度制御機構２９が配設されている。なお、この温度制
御機構２９は、試料台２３に埋め込まれたヒータからな
る加熱手段と、液体窒素を通すように形成されたパイプ
からなる冷却手段とから構成されている。

この温度測定系１は、第２図に示すように、陰極２３の
端部に形成された貫通口１１の上に設置されたモニタ用
の試料片１２と、真空容器２１の内壁と試料台との間に
測定空間１３を形成するように配設されたスペーサ部材
１４と、この測定空間１３の位置に形成されたのぞき窓
１５と、こののぞき窓１５を介して試料片の温度を測定
するように真空容器外に配設された赤外線温度計（ＪＥ
ＯＬ社製サーモピュアー）１６とから構成されている。

そしてこのモニタ用の試料片１２は、被処理基体と同様
シリコン基板１７の表面にエツチングすべき薄膜である
酸化シリコン膜１８をそれぞれ同一の厚さて形成したも
ので、シリコン基板１２の裏面には酸化シリコン膜１８
まで到達するように凹部１９が形成されている。

このモニタ用の試料片１２は、次に示すようにして形成
される。

まず、第３図（ａ）に示すように、被処理基板と同一の
工程で表面に酸化シリコン膜１８の形成されたシリコン
基板１７の裏面に、容器３１を密着するように取り付け
、まず、自然酸化膜等を除去するための弗化水素（ＨＰ
）溶液３２を入れ表面を清浄化する。

この後、第３図（ｂ）に示すように、水酸化カリウム（
Ｋ　ＯＨ）水溶液を入れ、シリコンをエツチングする。

このようにして、第３図（Ｃ）に示すように、四角鐘状
に凹部が形成され、この凹部から酸化シリコン膜の露呈
したモニタ用の試料片１２が形成される。

次に、このようにして形成されたモニタ用の試料片１２
を用いて、エツチングを行なう方法について説明する。

まず、モニタ用の試料片１２を試料台２３の開口部１１
の上にマニピュレータ（図示せず）を用いて試料片を設
置する。

続いて被処理基体２２を入れ、両者を陰極２３の静電チ
ャックによって固定する。

そして、ガス供給系２４を介してエツチングガスを導入
し、被処理基体２２表面の酸化シリコン膜をエツチング
する。

このとき試料片１２の表面の酸化シリコン膜の温度を、
赤外線温度計１６によって、のそき窓］５を介して裏面
側から測定しつつ、この測定温度を温度制御機構にフィ
ードバックし、常に被処理基体の表面温度を制御する。

このようにして、極めて高精度の基板温度の測定が可能
となり、エツチング精度を向上することが可能となる。

さらに、この方法では、外部に設けた赤外線温度計によ
って非接触で基板温度を測定することができるため、測
定か容易でかつ反応容器が高温となる場合でも、測定精
度を良好に維持することが可能となる。

なお、前記実施例では、モニタ用の試料片１２の温度を
測定するようにしたが、被処理基体２２そのものに裏面
から直接開口を設は被処理基体の表面温度を直接測定す
るようにしてもよいことはいうまでもない。

また、前記実施例では、モニタ用の試料片として、被処
理基体と同一材料のものを用いたが、必ずしも同一材料
でなくてもよく、この場合は適当な係数を乗じるなどの
方法で調整するようにすればよい。

さらにまた、試料片は必ずしも基板支持台に載置する必
要はなく、容器の壁に設置するようにしでも良い。

次に、この温度測定方法を用いて自動制御によってエツ
チング条件の最適化をはかる場合について説明する。第
４図はエツチング条件の最適化のための自動制御装置の
概略構成を示す図である。

エツチング装置および温度測定系１については第１図に
示した前記実施例の場合と全く同様である。

この温度測定系１の赤外線温度計１６の出力はコントロ
ーラ４１を介して比較制御回路４２に人力され、この比
較制御回路４２において測定温度と予め決められたエツ
チング条件を満たす最適温度との比較がなされ、この比
較結果に応じて陰極２３の温度を調整するための温度調
整コントロー４３を含む温度制御機構２９とプラズマの
量を調整するためのコントローラ４４に補正信号が送ら
れ、表面温度が最適値に達するまで制御がなされるよう
になっている。

このようにして、常時自動的に所望のエツチング速度、
エツチング形状を得ることが可能となる。

加えて、前記実施例では、エツチング装置について説明
したが、薄膜堆積装置など他の装置にも適用可能である
ことはいうまでもなく、上記実施例に限定されるもので
はなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能であ
ることはいうまでもない。

　０〔発明の効果〕以上説明してきたように、本発明表面処理装置によれば
、被処理基体の近傍に設置され、裏面に測定孔を形成し
たモニタ用の試料片を設置すると共に、該モニタ用の試
料片の裏面側から表面近傍の温度を測定するようにして
いるため、反応容器内のプラズマ等の影響を受けること
なく非接触で高精度の温度測定を行うことができ、高精
度の表面処理条件を設定す、ることか可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明実施例のエツチング装置を示す概略図
、第２図は同エツチング装置の温度測定系の拡大図、第
３図（ａ）乃至第３図（Ｃ）は同温度測定系で用いるモ
ニタ用試料片の形成工程を示す図、第４図は本発明の他
の実施例を示す図である。１・・・温度測定系、２１・・・真空容器、２２・・・
被処理基体、２３・・・陰極、２４・・・ガス導入系、
２５・・・排気系、２６・・・永久磁石、２７・・・高
周波電源、２８・・・マツチング回路、２つ・・・温度
制御機構１１１・・・貫通口、１２・・・モニタ用の試料片、１３
・・・測定空間、１４・・・スペーサ部材、１５・・・
のぞき窓１６・・・赤外線温度計、１７・・・シリコン
基板、１８・・・酸化シリコン膜、１９・・・凹部、３
１・・・容器、３２・・・エツチング液、４１・・・コ
ントローラ、４２・・・比較制御回路、４３・・・温度
調整コントローラ、４４・・・コントローラ。　２第３図手続補正書（方式）補正の内容（１）本願明細書の第１１ページ第１３行目の平成２年
９月２６日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）反応容器内に、被処理基体を収納し、表面処理を
行う表面処理装置において、該被処理基体の近傍に設置され、裏面に測定孔を形成し
たモニタ用の試料片と、該モニタ用の試料片の裏面側から該モニタ用の試料片の
表面近傍の温度を測定するように構成された温度測定装
置を具備したことを特徴とする表面処理装置。
（２）前記モニタ用の試料片は、裏面に、表面近傍まで
到達するように形成された凹部を具備してなることを特
徴とする請求項（１）記載の表面処理装置。
（３）前記モニタ用の試料片は、被処理基体と同一材料
で構成された基板であることを特徴とする請求項（１）
または（２）記載の表面処理装置。