温度传感器和等离子体处理装置的制作方法

1.本公开涉及一种温度传感器和等离子体处理装置。


背景技术：

2.关于等离子体处理装置，已知如下技术：将噪声去除滤波器与连接于热电偶的补偿导线连接并且以覆盖补偿导线的方式组装屏蔽构件，所述热电偶用于检测反应管内的温度(例如，参照专利文献1)。在该技术中，噪声去除滤波器和屏蔽构件设置在反应管的外部。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特开2011-151081号公报


技术实现要素：

6.发明要解决的问题
7.本公开提供一种能够使在生成等离子体时产生的高频噪声减少的技术。
8.用于解决问题的方案
9.本公开的一个方式的等离子体处理装置是测定用于进行等离子体处理的处理容器内的温度的温度传感器，该温度传感器具有：热电偶，其在所述处理容器内具有测温触点；保护管，其用于收容并保护所述热电偶；以及电磁屏蔽件，其以覆盖所述热电偶的方式设置在所述保护管内。
10.发明的效果
11.根据本公开，能够使在生成等离子体时产生的高频噪声减少。
附图说明
12.图1是示出实施方式的等离子体处理装置的一例的概要图。
13.图2是图1的ii-ii剖视图。
14.图3是示出内部温度传感器的一例的图。
15.图4是图3的iv-iv剖视图。
16.图5是用于说明金属网的线径和网眼开口的图。
17.图6是示出金属网的屏蔽效果的测定结果的图。
18.图7是示出由于高频噪声引起的温度传感器的输出变动的一例的图。
19.附图标记说明
20.1：等离子体处理装置；10：处理容器；70：内部温度传感器；71：热电偶；71a：测温触点；72：绝缘构件；73：保护管；74：金属网。
具体实施方式
21.以下，参照附图对本公开的非限定性例示的实施方式进行说明。在所有附图中，对
同一或对应的构件或部件标注同一或对应的附图标记，并省略重复的说明。
22.〔等离子体处理装置〕
23.参照图1和图2对实施方式的等离子体处理装置的一例进行说明。图1是示出实施方式的等离子体处理装置的一例的概要图。图2是图1的ii-ii剖视图。
24.等离子体处理装置1具备处理容器10、气体供给部20、等离子体生成部30、排气部40、加热部50、外部温度传感器60、内部温度传感器70以及控制部90。
25.处理容器10具有在下端具备开口的有顶部的纵型的圆筒状。处理容器10的整体例如由石英形成。在处理容器10的下端的开口处，经由密封构件(未图示)连结有成形为圆筒状的金属制的歧管11。
26.歧管11支承处理容器10的下端，将多张(例如25张～150张)基板w分多层载置的晶舟12从歧管11的下方插入到处理容器10内。像这样，在处理容器10内将多张基板w以沿着上下方向隔开间隔的方式大致水平地收容。基板w例如为半导体晶圆。
27.晶舟12例如由石英形成。晶舟12具有3根支柱12a，通过形成于支柱12a的槽(未图示)来支承多张基板w。晶舟12经由保温筒13支承于旋转轴14上。
28.保温筒13例如由石英形成。保温筒13抑制从处理容器10的下端的开口散热。
29.旋转轴14贯通盖体15。在旋转轴14的贯通部设置有磁性流体密封件(未图示)，该磁性流体密封件将旋转轴14气密地密封并以能够旋转的方式支承。旋转轴14安装于被晶舟升降机等升降机构(未图示)支承的臂的前端，晶舟12与盖体15一体地进行升降，相对于处理容器10内插入和脱离。
30.盖体15例如由金属形成。盖体15对歧管11的下端的开口进行开闭。在盖体15的周边部与歧管11的下端之间，设置有用于保持处理容器10内的气密性的密封构件(未图示)。
31.排气端口16设置在与气体喷嘴21相向的处理容器10的侧壁的下部，经由排气端口16对处理容器10内进行真空排气。
32.气体供给部20向处理容器10内供给各种气体。气体供给部20例如具有2个气体喷嘴21、22。但是，气体供给部20除了2个气体喷嘴21、22之外也可以还具有其它的气体喷嘴。
33.气体喷嘴21例如由石英形成，具有贯通到歧管11的侧壁的内侧后向上方弯曲并垂直延伸的l字形状。气体喷嘴21的垂直部分设置在处理容器10内。气体喷嘴21与二氯甲硅烷(dcs；sih2cl2)气体的供给源26连接。在气体喷嘴21的垂直部分，遍及上下方向上的与晶舟12的晶圆支承范围对应的长度范围地隔开间隔地形成多个气体孔21h。各气体孔21h例如面向处理容器10的中心c，朝向处理容器10的中心c沿水平方向喷出dcs气体。但是，各气体孔21h也可以面向其它方向，例如既可以面向与处理容器10的中心c的方向之间具有角度的方向，也可以面向附近的处理容器10的内壁侧。
34.气体喷嘴22例如由石英形成，具有在等离子体划分壁34的下方处向上方弯曲后贯通到等离子体划分壁34的下部的内侧并向上方垂直延伸的l字形状。气体喷嘴22的垂直部分设置于等离子体生成空间p中。气体喷嘴22与氨气(nh3)的供给源27连接。在气体喷嘴22的垂直部分，遍及上下方向上的与晶舟12的晶圆支承范围对应的长度范围地隔开间隔地形成多个气体孔22h。各气体孔22h例如面向处理容器10的中心c，朝向处理容器10的中心c沿水平方向喷出氨气。但是，各气体孔22h也可以面向其它方向，例如也可以面向与处理容器10的中心c的方向之间具有角度的方向。
35.另外，气体喷嘴21、22还与吹扫气体的供给源(未图示)连接，从各气体孔21h、22h向处理容器10内喷出吹扫气体。吹扫气体例如可以为氩气(ar)、氮气(n2)等非活性气体。另外，气体喷嘴21也可以与其它的用于生成等离子体的气体例如氢气(h2)、氯气(cl2)的供给源连接。另外，气体喷嘴22也可以与其它原料气体例如与dcs气体不同的硅原料气体、含金属气体的供给源连接。
36.等离子体生成部30形成于处理容器10的侧壁的一部分。等离子体生成部30使从气体喷嘴22供给的氨气等离子体化来生成活性种。等离子体生成部30包括rf电源31、匹配电路32、等离子体划分壁34、等离子体电极35、绝缘保护罩37以及供电线38。
37.rf电源31经由供电线38连接于等离子体电极35的下端，向等离子体电极35施加规定频率的rf电力。规定频率例如可以为13.56mhz、27.12mhz、40.68mhz。
38.匹配电路32设置在供电线38中的rf电源31与等离子体电极35之间。匹配电路32控制从rf电源31侧观察时的等离子体侧的阻抗。匹配电路32包括线圈和电容器(可变电容器)，调整可变电容器的电容以使反射波的电力成为最小，以这种方式进行匹配。匹配电路32例如可以为l形匹配电路、π形匹配电路。
39.等离子体划分壁34气密地焊接于处理容器10的外壁。等离子体划分壁34例如由石英形成。等离子体划分壁34的截面呈凹状，等离子体划分壁34覆盖形成于处理容器10的侧壁的开口17。开口17以能够在上下方向上覆盖由晶舟12支承的所有基板w的方式沿上下方向细长地形成。在由等离子体划分壁34规定出的与处理容器10内连通的内侧空间、即等离子体生成空间p中设置有气体喷嘴22，该气体喷嘴22用于喷出作为等离子体生成用气体的氨气。
40.等离子体电极35包括一对电极35a、35b。一对电极35a、35b分别具有以上下方向为长度方向的细长的板状。一对电极35a、35b以隔着等离子体划分壁34相向的方式配置在等离子体划分壁34的两侧的壁的外表面。在各电极35a、35b的下端连接有供电线38，经由匹配电路32向各电极35a、35b的下端施加来自rf电源31的rf电力。
41.绝缘保护罩37以覆盖等离子体电极35的方式安装在等离子体划分壁34的外侧。绝缘保护罩37例如由石英等绝缘体形成。
42.供电线38将rf电源31与等离子体电极35电连接。
43.排气部40经由排气端口16对处理容器10内进行真空排气。排气部40包括排气配管41和排气装置42。排气配管41与排气端口16连接。排气装置42包括压力控制阀、真空泵等。
44.加热部50对收容在处理容器10内的基板w进行加热。加热部50包括加热器腔室51和加热器线材52。加热器腔室51具有有顶部的圆筒状，以包围处理容器10的外周的方式设置。加热器线材52螺旋状地设置于加热器腔室51的内表面。
45.外部温度传感器60为测定处理容器10外部的温度的温度传感器。外部温度传感器60具有5组热电偶61和5个插通管62。5组热电偶61和5个插通管62在处理容器10的上下方向上隔开间隔地设置。
46.各热电偶61的前端即测温触点61a设置于处理容器10外且加热器腔室51内，各热电偶61的另一端在插通管62内通过并被引出到加热器腔室51外。
47.各插通管62贯通加热器腔室51的侧壁且大致水平地设置。将热电偶61插通于各插通管62内部来保护热电偶61。各插通管62例如由石英形成。
48.内部温度传感器70为测定用于进行等离子体处理的处理容器10内的温度的温度传感器。在后文中叙述内部温度传感器70的详细内容。
49.控制部90控制等离子体处理装置1的各部。控制部90例如可以为计算机。另外，进行等离子体处理装置1的各部的动作的计算机的程序存储于存储介质。存储介质例如可以为软盘、光盘、硬盘、闪速存储器、dvd等。
50.〔内部温度传感器〕
51.参照图1～图7对内部温度传感器70的一例进行说明。图3是示出内部温度传感器70的一例的图。图4是图3的iv-iv剖视图。此外，为了便于说明，在图1和图2中用一条实线表示以2根为1组的热电偶71。
52.内部温度传感器70测定处理容器10内的温度。内部温度传感器70具有5组热电偶71、5个绝缘构件72、保护管73、金属网74、线屏蔽件75、中继端子台76、噪声滤波器77、温度控制器78以及补偿导线79。
53.5组热电偶71的各热电偶71的前端即测温触点71a设置在处理容器10内。5组热电偶71的测温触点71a在处理容器10的上下方向上被配置在高度不同的位置。由此，能够测定在处理容器10内的上下方向上的不同的高度位置处的温度。各热电偶71的另一端在保护管73内通过并被从处理容器10的内部引出到外部，与连接于温度控制器78的中继端子台76连接。由此，能够通过温度控制器78来测定各热电偶71的测温触点71a的温度、即处理容器10内的温度。
54.5个绝缘构件72与5组热电偶71分别相对应地设置。各绝缘构件72设置在各热电偶71与金属网74之间，覆盖各热电偶71。由此，能够防止各热电偶71与金属网74直接接触。各绝缘构件72例如由石英等绝缘体形成。
55.保护管73具有贯通到歧管11的侧壁的内侧后向上方弯曲并垂直延伸的l字形状。即，保护管73的包括垂直部分的一端位于处理容器10的内部，包括水平部分的另一端位于处理容器10的外部。保护管73的内部为大气气氛，将5组热电偶71、5个绝缘构件72以及金属网74收容在保护管73的内部来进行保护。5组热电偶71的测温触点71a配置在保护管73的垂直部分。保护管73例如由石英形成。
56.金属网74设置在保护管73内，用于抑制5组热电偶71在生成等离子体时产生高频噪声。由此，抑制热电偶71的电动势由于该高频噪声而上升，因此，能够抑制内部温度传感器70的输出值相对于正常的输出值发生变动。金属网74优选以至少覆盖5组热电偶71的各热电偶71的测温触点71a的方式设置，例如以覆盖5组热电偶71的全部电偶71的方式设置。金属网74经由从保护管73的另一端通过并被引出到处理容器10的外部的引出线74a接地。引出线74a例如被螺丝固定到基准电位点。金属网74设置于保护管73内，因此设置金属网74的环境为大气环境。因此，金属网74优选由具有耐氧化性的材料形成。另外，设置保护管73的环境达到了高温(例如900℃)，因此设置金属网74的环境为高温环境。因此，金属网74优选由具有耐热性的材料形成。作为这样的材料，例如可以适当地利用镍合金。
57.另外，优选的是，金属网74对于27mhz的电磁波，具有40db以上的电场屏蔽效果，20db以上的磁场屏蔽效果。此外，屏蔽效果为通过由一般社团法人kec关西电子工业振兴中心开发出的kec法来测定的值。另外，从容易设置在保护管73内的观点出发，金属网74优选具有柔软度高且容易加工的网眼，例如如图5所示，优选具有线径d为0.1mm、网眼开口a为
0.323mm的网眼。此外，图5是用于说明金属网74的线径d和网眼开口a的图。另外，在测定具有线径d为0.1mm、网眼开口a为0.323mm的网眼的金属网74的屏蔽效果时，如图6所示，对于27mhz的电磁波，具有40db以上的电场屏蔽效果，具有20db以上的磁场屏蔽效果。此外，图6是示出金属网74的屏蔽效果的测定结果的图，横轴表示电磁波的频率[mhz]，纵轴表示屏蔽效果[db]。在图6中，圆标记表示电场屏蔽效果，三角标记表示磁场屏蔽效果。
[0058]
线屏蔽件75以覆盖5组热电偶71的所有热电偶71的方式设置在处理容器10外。线屏蔽件75例如可以为覆盖5组热电偶71的、处理容器10外侧部分的金属配管。线屏蔽件75抑制5组热电偶71在生成等离子体时产生高频噪声。由此，抑制热电偶71的电动势由于该高频噪声而上升，因此能够抑制内部温度传感器70的输出值相对于正常的输出值发生变动。线屏蔽件75在保护管73与中继端子台76之间的一个或两个以上的位置处例如经由线夹75a接地。此外，在图3的例子中，线屏蔽件75在保护管73与中继端子台之间的两个位置处分别经由线夹75a接地。
[0059]
中继端子台76设置在5组热电偶71与温度控制器78之间。中继端子台76将5组热电偶71的另一端与连接于温度控制器78的补偿导线79连接。
[0060]
噪声滤波器77设置在补偿导线79中的中继端子台76与温度控制器78之间。噪声滤波器77去除5组热电偶71在生成等离子体时产生的高频噪声。噪声滤波器77包括例如铁氧体磁心、电容器。
[0061]
温度控制器78测定各热电偶71的测温触点71a处的温度、即处理容器10内的温度。
[0062]
补偿导线79将中继端子台76与温度控制器78连接。
[0063]
如以上所说明的那样，根据实施方式的内部温度传感器70，在以包括处理容器10的内部的方式设置的保护管73内，以覆盖热电偶71的方式设置有金属网74。由此，能够以不使温度测定的响应性大幅下降的方式抑制5组热电偶71在生成等离子体时产生高频噪声。其结果是，抑制了热电偶71的电动势由于该高频噪声而上升，因此，能够抑制内部温度传感器70的输出值相对于正常的输出值发生变动。
[0064]
另外，根据实施方式的内部温度传感器70，在保护管73内以覆盖热电偶71的方式追加金属网74。由此，可以几乎不变更当前使用的热电偶71、绝缘构件72、保护管73等的形状、尺寸。另外，也不需要变更处理容器10的设计。因此，不会带来大的成本上升。
[0065]
图7是示出由于高频噪声引起的温度传感器的输出变动的一例的图，示出通过频率为27mhz的rf电力生成了氨等离子体的情况下的内部温度传感器的输出变动。在图7中，横轴表示时间，第一(左侧)纵轴表示温度[℃]，第二(右侧)纵轴表示rf电力[w]。如图7所示，可知当将rf电力从断开切换为接通(200w)时，在处理容器10的上下方向上的上部(top)、中央部(ctr)、下部(btm)具有测温触点的3个内部温度传感器的输出值(温度)都上升了。特别是，可知rf电力接通的情况下的在中央部(ctr)具有测温触点的内部温度传感器的输出值与rf电力断开的情况下的该输出值之间存在0.7℃的差异。这被认为是内部温度传感器的热电偶的电动势由于生成等离子体时的高频噪声而上升了。
[0066]
此外，在上述的实施方式中，金属网74是电磁屏蔽件的一例。
[0067]
应该认为，本次公开的实施方式在所有方面均为例示，而非限制性的。在不脱离所附权利要求书及其主旨的情况下，上述的实施方式也可以通过各种方式进行省略、置换、变更。
[0068]
在上述的实施方式中，说明了处理容器为单管构造的容器的情况，但是本公开并不限定于此。例如，处理容器也可以为双重管构造的容器。
[0069]
在上述的实施方式中，说明了等离子体处理装置一次对多个晶圆进行处理的批量式的装置的情况，但是本公开并不限定于此。例如，处理装置也可以是逐张地处理晶圆的单片式装置。另外，例如处理装置也可以是通过处理容器内的旋转台使配置在该旋转台上的多个晶圆进行公转并使晶圆依次通过供给第一气体的区域和供给第二气体的区域来对该晶圆进行处理的半批量式的装置。
[0070]
在上述的实施方式中，说明了基板为半导体晶圆的情况，但是本公开并不限定于此。例如，基板也可以是平板显示器(fpd：flat panel display)用的大型基板、有机el面板用的基板，太阳能电池用的基板。