JPH0298954A - Temperature detection of semiconductor wafer - Google Patents
Temperature detection of semiconductor waferInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体製造工程のうち特に半導体ウェハー処理
装置における加熱もしくは冷却された半導体ウェハーの
温度検出方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for detecting the temperature of a heated or cooled semiconductor wafer in a semiconductor wafer processing apparatus, particularly in a semiconductor manufacturing process.
半導体ウェハー処理装置において最適なプロセス条件を
得るために半導体ウェハー(以下、ウェハーと記す)の
加熱、もしくは冷却を行う装置ではモニタ用として熱電
対等の温度検出素子を処理室内に備え、その出力をフィ
ードバックすることによりウェハーの温度制御を行って
いる。例えば薄膜形成のためのスパッタリング装置では
ウェハー上に形成されるアルミニウムなどの金属薄膜の
比抵抗8反射率、硬度、ダレインサイズ等の膜質が温度
依存性を有しているためウェハー温度を所望の温度に精
度良くコントロールすることは、非常に重要である。In order to obtain optimal process conditions in semiconductor wafer processing equipment, equipment that heats or cools semiconductor wafers (hereinafter referred to as wafers) is equipped with temperature detection elements such as thermocouples for monitoring in the processing chamber, and the output is fed back. By doing this, the temperature of the wafer is controlled. For example, in sputtering equipment for forming thin films, the film properties such as resistivity 8 reflectance, hardness, and duplex size of metal thin films such as aluminum formed on wafers are temperature dependent, so the wafer temperature can be adjusted to the desired temperature. Precise temperature control is very important.
一般に温度測定位置に搬送されてきたウェハーに温度検
出素子を移動させ熱接触状態良く接触させることは困難
であり、かつ再現性にも乏しい。Generally, it is difficult to move a temperature detection element to a wafer that has been transported to a temperature measurement position and bring it into good thermal contact, and the reproducibility is also poor.
これは処理室内に備えられている温度検出素子の多くは
その感温部が面状ではないため、ウェハーとの接触が不
安定になり物体の表面温度測定には適していないこと、
さらには、ウェハーへ接触させる際に加えられる力の強
さ、あるいは方向がわずかでも変化すると、接触状態が
変化し検出温度にばらつきが生じることなどに起因して
いる。またウェハーと接触する際の圧力により機械的強
度に乏しい温度検出素子にダメージを与えたり、あるい
は破損したりする恐れもある。このため一般に半導体ウ
ェハー処理装置ではモニタ用の温度検出素子はウェハー
の近傍に取付けられウェハーとは非接触で温度検出が行
われている。This is because most of the temperature sensing elements installed in the processing chamber do not have a planar temperature sensing part, which makes contact with the wafer unstable and is not suitable for measuring the surface temperature of an object.
Furthermore, if the strength or direction of the force applied when contacting the wafer changes even slightly, the contact state changes and the detected temperature varies. Furthermore, there is a risk that the pressure when coming into contact with the wafer may damage or break the temperature sensing element, which has poor mechanical strength. For this reason, generally in semiconductor wafer processing equipment, a temperature detection element for monitoring is mounted near the wafer, and temperature detection is performed without contacting the wafer.
例えば、第3図(a)のように、加熱ランプ9゜反射板
10から成る加熱系においては加熱中のウェハー8の温
度は加熱エリア内に取り付けられた熱電対20により検
出され、フィードバック制御が行われている。また、第
3図(b)に示すヒータ16を内蔵した加熱ブロック1
7により加熱されているウェハー8の温度は加熱ブロッ
ク17の内部に埋め込まれた熱電対20によって検出さ
れている。For example, as shown in FIG. 3(a), in a heating system consisting of a heating lamp 9° and a reflector 10, the temperature of the wafer 8 being heated is detected by a thermocouple 20 installed in the heating area, and feedback control is performed. It is being done. In addition, a heating block 1 having a built-in heater 16 shown in FIG. 3(b)
The temperature of the wafer 8 being heated by the heating block 7 is detected by a thermocouple 20 embedded inside the heating block 17.
上述した従来の半導体ウェハー処理装置におけるウェハ
ー温度検出方法はウェハー温度そのものではなく、加熱
系、あるいは冷却系内部に設けられた温度検出素子によ
る間接的な温度検出であるため実際のウェハー温度との
間に誤差が生じてしまうという欠点があった。この誤差
はウェハーと温度検出素子の間に存在する空間や物体に
よる熱損失、さらにウェハーと温度検出素子両者の加熱
源もしくは冷却源との位置関係の相違などの要因により
生じるものである。このため、例えばウェハー温度が3
00℃の時に温度検出素子による検出温度が50℃以上
の誤差を招くことも決して少くはなく、モニタ用温度検
出素子によるウェハー温度はあくまでも一つのめやすに
しかすぎなかった。The wafer temperature detection method in the conventional semiconductor wafer processing equipment described above does not measure the wafer temperature itself, but indirectly detects the temperature using a temperature detection element installed inside the heating system or cooling system, so there is a difference between the actual wafer temperature and The disadvantage is that errors occur. This error is caused by factors such as heat loss due to a space or object existing between the wafer and the temperature detection element, and a difference in the positional relationship between the wafer and the temperature detection element with the heating source or cooling source. For this reason, for example, if the wafer temperature is
It is not uncommon for the temperature detected by the temperature sensing element to have an error of 50°C or more when the temperature is 00°C, and the wafer temperature measured by the monitoring temperature sensing element is only a guide.
このように、従来の半導体ウェハー処理装置では真のウ
ェハー温度を測定することができず、ウェハーの温度を
最適値に精度良くコントロールすることが難しいという
問題点があった。As described above, conventional semiconductor wafer processing equipment has the problem that it is not possible to measure the true wafer temperature, and it is difficult to precisely control the wafer temperature to an optimum value.
上述した従来の非接触でのウェハー温度検出方法に対し
本発明は温度検出素子と一体化された面状の温度検出用
チップを用いてウェハーと良好な熱接触状態を保ちなが
ら、温度検出を行うという相違点を有する。In contrast to the conventional non-contact wafer temperature detection method described above, the present invention uses a planar temperature detection chip integrated with a temperature detection element to detect temperature while maintaining good thermal contact with the wafer. There is a difference.
本発明のウェハー温度検出方法は、ウェハーと熱的性質
の近似した材料の基板に温度検出素子を一体に形成する
ことにより作られた温度検出用チップを処理室内部に備
え、温度測定位置まで搬送されてきたウェハーの表面も
しくは裏面に、温度検出用チップを接触させた状態で、
温度検出素子の出力により、ウェハーの温度を検出する
方法である。In the wafer temperature detection method of the present invention, a temperature detection chip made by integrally forming a temperature detection element on a substrate made of a material with similar thermal properties to that of the wafer is provided inside a processing chamber, and the chip is transported to a temperature measurement position. With the temperature detection chip in contact with the front or back side of the wafer,
This method detects the temperature of the wafer based on the output of the temperature detection element.
次に、本発明について図面を参照して説明する。 Next, the present invention will be explained with reference to the drawings.
第1図(a)は本発明の第1の実施例における温度検出
用チップ1の断面図、(b)は平面図である。FIG. 1(a) is a sectional view of a temperature detection chip 1 according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1(b) is a plan view.
本実施例では、温度測定の対象となるウェハーをシリコ
ンウェハーとしており、このため温度検出用チップ1の
基板にもシリコンを用いている。まず、第1図(a)、
(b)に示すように、シリコン基板2上に酸化膜から
なる絶縁膜3を形成した後、その上に白金、金の合金電
極4a、4bを取り付け、さらにRF蒸着法、あるいは
RFスパッタリング法により炭化ケイ素(SiC)5を
数μmの厚さに堆積させる。なお、各々の膜はLSI製
造の工法を用いて選択的に形成されている。以上の工程
によりシリコン基板2に温度検出素子として炭化ケイ素
薄膜サーミスタ5を一体に形成することができ、これを
、数鵬角の大きさにスライスして温度検出チップ1とす
る。In this embodiment, the wafer to be measured is a silicon wafer, and therefore the substrate of the temperature detection chip 1 is also made of silicon. First, Figure 1(a),
As shown in (b), after an insulating film 3 made of an oxide film is formed on a silicon substrate 2, alloy electrodes 4a and 4b of platinum and gold are attached thereon, and then RF vapor deposition or RF sputtering is performed. Silicon carbide (SiC) 5 is deposited to a thickness of several μm. Note that each film is selectively formed using an LSI manufacturing method. Through the above steps, silicon carbide thin film thermistor 5 can be integrally formed as a temperature detection element on silicon substrate 2, and this is sliced into a size of several angles to form temperature detection chip 1.
次に絶縁性が良く、かつ熱電導率が小さい材料であるセ
ラミック製の棒6の先端に第1図(C)に示すように温
度検出チップ1を接着し、さらに2つの白金、金合金電
極4a、4bに出力線7a。Next, as shown in FIG. 1(C), a temperature detection chip 1 is glued to the tip of a ceramic rod 6, which is a material with good insulation and low thermal conductivity, and two platinum and gold alloy electrodes are then attached. Output line 7a to 4a and 4b.
7bを結線する。このセラミック棒6をウェハー処理室
内部に取付けて、以下に示す手順によりシリコンウェハ
ーの温度測定を行う。Connect 7b. This ceramic rod 6 is installed inside the wafer processing chamber, and the temperature of the silicon wafer is measured by the procedure shown below.
まず、シリコンウェハー8がウェハー処理装置の搬送機
構によって、処理室内の例えば第1図(d)のような加
熱ランプ92反射板10から成る加熱位置へ搬送されて
くると直線運動機構11を備えたセラミック棒6が、シ
リコンウェハー8へ向って移動していく。セラミック棒
6は緩衝機構12を有しており、このためセラミック棒
6の先端の温度検出用チップ1とシリコンウェハー8と
がソフトコンタクトするしくみとなっている。First, when the silicon wafer 8 is transported by the transport mechanism of the wafer processing apparatus to a heating position in the processing chamber consisting of a heating lamp 92 and a reflecting plate 10 as shown in FIG. Ceramic rod 6 moves toward silicon wafer 8. The ceramic rod 6 has a buffer mechanism 12, so that the temperature detection chip 1 at the tip of the ceramic rod 6 and the silicon wafer 8 come into soft contact.
従って点線で示すようにシリコンウェハー8に温度測定
用チップ1を面接触させた状態で炭化ケイ素薄膜ザーミ
スタ5の電気抵抗値を測ることにより、加熱中のシリコ
ンウェハー8の温度検出がリアルタイムに行われる。Therefore, by measuring the electrical resistance value of the silicon carbide thin film thermistor 5 with the temperature measuring chip 1 in surface contact with the silicon wafer 8 as shown by the dotted line, the temperature of the silicon wafer 8 during heating can be detected in real time. .
なお、炭化ケイ素系の薄膜サーミスタは使用温度範囲が
(−) 100〜(+) 450℃と広く、また熱サイ
クルにおける安定性も優れているため、本実施例ではシ
リコンウェハーの常温から高温までの広範囲な加熱過程
にわたって、信頼性良く温度の測定をすることが可能と
なっている。Note that silicon carbide thin film thermistors have a wide operating temperature range of (-) 100 to (+) 450 degrees Celsius, and also have excellent stability in thermal cycles. It is now possible to reliably measure temperature over a wide range of heating processes.
第2図(a)、 (b)は本発明の第2の実施例におけ
る温度検出用チップ1′の断面図、および平面図である
。第2図(a)、 (b)に示すように、実施例1と同
様にLSI製造の工法によりシリコン基板2′上に絶縁
膜3′を形成した後、その上に測温抵抗体として一般に
用いられている白金の薄膜13を選択的に形成する。通
常使用されている白金側温抵抗体の抵抗値は例えば′o
(℃)において100(Ω)であるので、同様な抵抗値
となるよう白金膜13の膜厚、線幅、長さを決定する。FIGS. 2(a) and 2(b) are a sectional view and a plan view of a temperature detection chip 1' in a second embodiment of the present invention. As shown in FIGS. 2(a) and 2(b), after forming an insulating film 3' on a silicon substrate 2' using the same LSI manufacturing method as in Example 1, it is generally used as a resistance temperature detector. The platinum thin film 13 used is selectively formed. The resistance value of the commonly used platinum-side temperature resistor is, for example, 'o
(° C.), the film thickness, line width, and length of the platinum film 13 are determined so that the resistance values are the same.
膜厚が1000人の場合、白金膜の層抵抗は、約1゜7
5Ω/口であるので線幅を10μmとすれば長さは約6
00μmとなる。さらに、その上に保護膜としてポロン
リン珪酸ガラス(B P S G)膜14を形成した後
、白金膜13の抵抗体素子の両端よりアルミ電極15a
、15bを取り出す。以上のようにシリコン基板2′上
に温度検出素子として白金側温抵抗体13を形成した後
、数−角の大きさにスライスして温度検出チップ1′と
する。この第2の実施例は第2図(C)のようにヒータ
16を内蔵した銅製の加熱ブロック17によって加熱さ
れるシリコンウェハー8の温度測定に関する。まず初め
に白金測温抵抗体13のアルミ電極15a、15bに図
示されていない出力線を結線し、次に温度検出用チップ
1′をセラミック製の基板18に接着する。加熱ブロッ
ク17には、あらかじめ溝が作られており、セラミック
基板18を緩衝機構12′を介して溝部に取り付ける。When the film thickness is 1000, the layer resistance of the platinum film is approximately 1°7
Since it is 5Ω/mouth, if the line width is 10μm, the length is about 6
00 μm. Furthermore, after forming a poron phosphorus silicate glass (BPSG) film 14 as a protective film thereon, aluminum electrodes 15a are connected from both ends of the resistor element of the platinum film 13.
, 15b. After forming the platinum-side temperature resistor 13 as a temperature detection element on the silicon substrate 2' as described above, it is sliced into several square pieces to form a temperature detection chip 1'. This second embodiment relates to temperature measurement of a silicon wafer 8 heated by a copper heating block 17 having a built-in heater 16 as shown in FIG. 2(C). First, output lines (not shown) are connected to the aluminum electrodes 15a and 15b of the platinum resistance temperature sensor 13, and then the temperature detection chip 1' is bonded to the ceramic substrate 18. A groove is previously formed in the heating block 17, and the ceramic substrate 18 is attached to the groove via a buffer mechanism 12'.
ただし、この時温度検出チップ1′が加熱ブロック17
の前面より1〜2(mm)程度外側へ出るように組み立
てられており、このため、搬送されてきたシリコンウェ
ハー8が抑え機構19によって加熱ブロック17に押し
つけられると温度検出チップ1′も加熱ブロック17の
前面と同じ位置まで押し込まれた状態でシリコンウェハ
ー8の裏面と接触する。この状態において、温度検出チ
ップ1′の白金側温抵抗体13の抵抗値を測定すれば加
熱中のシリコ・ンウェハー8の温度を検出することがで
きる。However, at this time, the temperature detection chip 1' is not connected to the heating block 17.
The temperature detection chip 1' is assembled so that it protrudes about 1 to 2 (mm) outward from the front surface of the heating block. Therefore, when the silicon wafer 8 being conveyed is pressed against the heating block 17 by the holding mechanism 19, the temperature detection chip 1' is also pressed against the heating block 17. It comes into contact with the back surface of the silicon wafer 8 while being pushed to the same position as the front surface of the silicon wafer 17 . In this state, the temperature of the silicon wafer 8 being heated can be detected by measuring the resistance value of the platinum temperature resistor 13 of the temperature detection chip 1'.
以上説明したように本発明は、処理室内の温度測定位置
において温度検出素子と一体化された温度検出チップと
ウェハーとを面接触させた状態で温度検出を行うことに
より、温度検出素子とウェハーの熱接触状態を良好に、
かつ常に一定に保つことができ、ウェハーの真の温度を
高精度に、再現性良く測定することが可能である。As explained above, the present invention detects the temperature while the temperature detection chip integrated with the temperature detection element and the wafer are in surface contact with each other at the temperature measurement position in the processing chamber. Good thermal contact condition,
Moreover, it can be kept constant at all times, and the true temperature of the wafer can be measured with high precision and good reproducibility.
このため、加熱系や冷却系へ常時、正確なウェハー温度
をフィードバックすることができ、ウェハー処理プロセ
スにおいてウェハー温度を所望の温度に制御できるとい
う効果がある。Therefore, accurate wafer temperature can be constantly fed back to the heating system and cooling system, and the wafer temperature can be controlled to a desired temperature in the wafer processing process.
第1図および第2図はそれぞれ本発明・の実施例を示す
図であり、第3図は従来技術を示す図である。
■、1′・・・・・・温度検出用チップ、2・・・・・
・シリコン基板、3,3′・・・・・・絶縁膜、4a、
4b・・・・・・白金・金合金電極、5・・・・・・炭
化ケイ素膜(炭化ケイ素薄膜サーミスタ)、6・・・・
・・セラミック棒、7a。
7b・・・・・・出力線、8・・・・・・シリコンウェ
ハー 9・・・・・・加熱ランプ、10・・・・・・反
射板、11・・・・・・直線駆動機構、12.12’・
・・・・・緩衝機構、13・・・・・・白金膜(白金測
温抵抗体)、14・・・・・・ポロンリン珪酸ガラス(
E P S G)、15 a、 15 b−アルミ電極
、
6・・・・・・ヒータ、
7・・・・・・加熱ブロック、
8・・・・・・セラミック基板、
■
9・・・・・・ウェハー押え
機構、
20・・・・・・熱電対。FIG. 1 and FIG. 2 are diagrams showing an embodiment of the present invention, respectively, and FIG. 3 is a diagram showing a prior art. ■, 1'...Temperature detection chip, 2...
・Silicon substrate, 3, 3'...Insulating film, 4a,
4b...Platinum/gold alloy electrode, 5...Silicon carbide film (silicon carbide thin film thermistor), 6...
...Ceramic rod, 7a. 7b...Output line, 8...Silicon wafer 9...Heating lamp, 10...Reflector plate, 11...Linear drive mechanism, 12.12'・
... Buffer mechanism, 13 ... Platinum film (platinum resistance thermometer), 14 ... Poronphosphorus silicate glass (
EPSG), 15 a, 15 b-aluminum electrode, 6... heater, 7... heating block, 8... ceramic substrate, ■ 9... ...Wafer holding mechanism, 20...Thermocouple.
Claims (1)
出方法において、温度検出素子と一体に形成された温度
検出用チップを処理室内に有し、温度測定位置にて該温
度検出用チップを半導体ウェハーに面接触させた状態で
温度検出を行うことを特徴とする半導体ウェハー温度検
出方法。In a semiconductor wafer temperature detection method in a semiconductor wafer processing apparatus, a temperature detection chip formed integrally with a temperature detection element is provided in the processing chamber, and the temperature detection chip is brought into surface contact with the semiconductor wafer at a temperature measurement position. A semiconductor wafer temperature detection method characterized by performing temperature detection in a state.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25260688A JPH0298954A (en) | 1988-10-05 | 1988-10-05 | Temperature detection of semiconductor wafer |
Applications Claiming Priority (1)
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JP25260688A JPH0298954A (en) | 1988-10-05 | 1988-10-05 | Temperature detection of semiconductor wafer |
Publications (1)
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JPH0298954A true JPH0298954A (en) | 1990-04-11 |
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JP25260688A Pending JPH0298954A (en) | 1988-10-05 | 1988-10-05 | Temperature detection of semiconductor wafer |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH0298954A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017160507A (en) * | 2016-03-11 | 2017-09-14 | 三菱マテリアル株式会社 | Apparatus for manufacturing thermistor film |
-
1988
- 1988-10-05 JP JP25260688A patent/JPH0298954A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2017160507A (en) * | 2016-03-11 | 2017-09-14 | 三菱マテリアル株式会社 | Apparatus for manufacturing thermistor film |
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