JPH0437172A - 熱電対及び熱電対を備えた半導体製造装置 - Google Patents

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】 〔目次〕 ・概要 ・産業上の利用分野 ・従来の技術（第６図） ・発明が解決しようとする課題（第７図）・課題を解決
するための手段 ・作用 ・実施例 ■第１の実施例（第１図、第５図） ■第２の実施例（第２図） ■第３の実施例（第３図） ■第４の実施例（第４図） ・発明の効果 〔概要〕 熱電対及び熱電対を備えた半導体製造装置に関し、更に
詳しく言えば、高周波電力を印加する半導体製造装置内
で処理されるウェハなどの温度測定に用いられる熱電対
及び熱電対を備えた半導体製造装置に関し、 熱電対の導線に誘導される高周波ノイズを除去し、精度
のよい温度測定を行うことができる熱電対及び熱電対を
備えた半導体製造装置を提供することを目的とし、 熱電対は、２本の異なるｓｍが接合されてなる熱電対に
おいて、前記各導線又は補償導線に、コイルが備えられ
ていることを含み構成し、熱電対を備えた半導体製造装
置は、交流電源と、上記の熱電対とを含み構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、熱電対に関し、更に詳しく言えば、高周波電
力を印加する半導体製造装置内で処理されるウェハなど
の温度測定に用いられる熱電対に関する。

〔従来の技術〕

高周波電力を印加してエツチングガスをプラズマ化し、
このプラズマガスによりウェハ上のＡＩ膜等をエツチン
グするドライエツチング装置などにおいて、反応を制御
するためウェハの温度を監視するｌ・要がある。

このため、従来、第６図（ａ）に示すような熱電対が用
いられている。二〇熱電対においては、２本の補償導線
２ａ、２ｂを接合した接合部１を被測定物に接触させる
と、その温度に対応して、通常補償導線２ａ、２ｂの開
放端間に通常同図（ｂ）のような直流の電圧差が発生す
る。そして、この電圧差を測定し、温度に換算すること
により、被測定物の温度測定が完了する。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、ガスをプラズマ化するため高周波電力を印加す
ると、熱電対の導線２ａ、２ｂに高周波ｉｔ源からの高
周波ノイズが誘導され、これが直流電圧に重畳されるた
め正確な温度測定ができないという問題がある６例えば
、１．５に−の高周波電力を印加したとき、数十■の高
周波ノイズが補償導線２ａ、２ｂに誘導されて測定すべ
き電圧数十ｍＶに重畳するため、測定すべき電圧が全く
測定不能になってしまう（第７図）。

そこで、高周波ノイズが誘導されるＳ線を用いずに、光
ファイバを介して温度情報を伝達できる蛍光光フアイバ
温度針を用いることにより、高周波ノイズが誘導されな
い状態で温度測定を行っている。

しかし、この場合、ウェハの被温度測定部に蛍光物質を
塗布する必要がある。

このため、この蛍光物質によりチャンバ内が汚染された
り、この蛍光物質がウェハ上に後々まで残存したりして
半導体装置の特性や信錬性を悪化させるという問題があ
る。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので
、熱電対の５ＩＩＡに誘導される高周波ノイズを除去し
、ウェハを汚染せずに精度のよい温度測定を行うことが
できる熱電対及び熱電対を備えた半導体製造装置を提供
することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記課題は、第１に、２本の異なる導線が接合されてな
る熱電対において、前記各導線に、コイルが備えられて
いることを特徴とする熱電対によって解決され、 第２に、第１の発明に記載の各導線に備えられたコイル
に接続され、ローパスフィルタを構成するコンデンサを
有することを特徴とする熱電対によって解決され、 第３に、第２の発明に記載のコイルとコンデンサとから
なるローパスフィルタが前記２本の導線に複数継続に備
えられていることを特徴とする熱電対によって解決され
、 第４に、第１．第２又は第３に記載のコイルの巻線が磁
性体の周囲に巻かれていることを特徴とする熱電対によ
って解決され、 第５に、第１．第２．第３又は第４の発明に記載のコイ
ルが、前記導線もしくは該導線の補償導線からなること
を特徴とする熱電対によって解決され、 第６に、交流電源と、第１．第２．第３．第４第５又は
第６記載の熱電対とを有する半導体製造装置によって解
決される。

〔作用〕

第１の発明の熱電対においては、熱電対の各導線にコイ
ルが接続されているので、交流を抑制するコイルの働き
により高周波ノイズの伝達は抑制され、直流成分である
温度情報はそのまま伝達される。

これにより、必要な温度情報のみが測定器に伝達される
ので、精度のよい温度測定を行うことができる。

また、第２の発明の熱電対においては、第１の発明に記
載のコイルの前後の位置に対応させて各コイルがコンデ
ンサを介して互いに接続されている。これらのコイルと
コンデンサとはローパスフィルタを構成するので、第１
の発明の場合よりも高周波ノイズの伝達を更に抑制する
ことができる。

これにより、読み取り精度が向上し、−層精度のよい温
度測定を行うことができる。

更に、第３の発明の熱電対によれば、第２の発明に記載
のコイル及びコンデンサからなるローパスフィルタが複
数段継続に備えられているので、第２の発明の場合より
も更に高周波ノイズの伝達を抑制することができる。

これにより、−層精度のよい温度測定を行うことができ
る。

また、第４の発明の熱電対によれば、第１〜第３の発明
に記載のコイルの巻線が磁性体の周囲に巻かれているの
で、同じインダクタンスを得るのにコイルの大きさを小
さくできる。

更に、第５の発明のように、特にコイルの材料として導
線の補償導線が用いられているので、コイルと導線との
接続部でゼーベック効果などによる起電力が生じるのを
防止することができる。

これにより、誤差のない必要な温度情報のみが測定器に
伝達され、精度のよい温度測定を行うことができる。

また、第６の発明の半導体製造装置によれば、第１〜第
５の発明の熱電対を備えているので、交流電源により処
理されるウェハの温度を測定する際、交流電源からの交
流ノイズが熱電対の導線にのった場合でも、交流ノイズ
の伝達は抑制され、直流成分である温度情報はそのまま
伝達することができる。

これにより、必要な温度情報のみが測定器に伝達される
ので、従来のように蛍光光フアイバ温度計を用いること
なく精度のよい温度測定を行うことができる。従って、
ウェハの汚染も防止することができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明
する。

■第１の実施例 第１図（ａ）は、第１の実施例の熱電対を示す断面図で
ある。

同図において、４ａ、４ｂはそれぞれクロメルアルメル
からなる２本の導線、３はこれらの先端同士が溶接など
により接合された接合部で、この接合部３を被測定物に
接触させて温度を測定する。６ａ、６ｂは各導線４ａ、
４ｂの一部をコイル状に巻いて作成されたコイルで、接
合部３と開放端５ａ、５ｂとの間に直列に設けられ、そ
れぞれの補償導線４ａ、４ｂに接続されたコイル６ａ６
ｂのインダクタンスがともに約３．２ｄとなるように、
巻数を５０１円筒状のコイルの円筒の直径を約２ｃ＋ｍ
としている。

この熱電対においては、測定温度に対応して接合部３に
発生する起電力がコイル６ａ、６ｂを通過して開放端５
ａ、５ｂに伝達される。そして、この開放端５ａと５ｂ
との間に接続された電圧針で電圧差が読み取られ、この
電圧差が更に温度に換算される。

このような第１の実施例の熱電対によれば、接合部３と
開放端５ａ、５ｂとの間にコイル６ａ６ｂを有している
ので、導線４ａ、４ｂに外部から高周波ノイズが誘導さ
れた場合でも、高周波ノイズの伝達が抑制され、低周波
成分のみ開放＠５ａ、５ｂに伝達される。

また、上記実施例の場合、コイル６ａ、６ｂと導線４ａ
、４ｂとは一体的に形成されているので、異なる導線の
接続によるゼーベック効果に基づく起電力は生じない。

従って、接合部３で発生する温度情報たる直流の電圧差
を精度よく測定することができる。

次に、ドライエツチング装置においてこの熱電対１８に
よりウェハの温度を測定する実験について説明する。

第５図は、実験に用いたドライエツチング装置で、図中
符号１４はウェハ１６上のＡＩ膜などのエツチングが行
われる減圧室、Ｉ５はウェハＩ６を静電的に固定するた
めの静電チャック、１６はガスをプラズマ化するための
一方の電極と接続されているウェハ、１７はガスをプラ
ズマ化するための他方の電極、１８はウェハ１６の温度
を測定するための第１図（ａ）に示す熱電対、２０は減
圧室Ｉ４内のガスをプラズマ化する周波数１３．５６Ｍ
Ｈｚの高周波電力を供給するための高周波型ａ（交流電
源）である。なお、１９は蛍光光フアイバ温度計で測定
温度の比較のために特別に設置しているものである。

実験は、このようなドライエツチング装置の減圧室１４
中の静電チャック１５にウェハ１６を固定した後、アル
ゴンガスを入れ、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力
１，５に−をウェハ１６と電極１７との間に印加してア
ルゴンガスをプラズマ化した状態で、うエバ１６に接触
した熱電対１８の２本の導線４ａ、４ｂの間の電圧差を
測定することにより行った。また、熱電対１８の２本の
導線４ａ、４ｂの間の電圧差の測定はオシロスコープの
波形観察により行った。なお、測定温度の比較のため、
蛍光光フアイバ温度計１９による温度測定も同時に行っ
た。

実験に用いた熱電対１８は、第１図（ａ）の構成のもの
を用いた。

実験結果によれば、第１図（ｂ）に示すように、電圧２
．２８■Ｖを中心として±０．２５ｎ＋ν変化する交流
波形が得られた。なお、２．２８■Ｖは５４，９°Ｃに
相当し、蛍光光フアイバ温度計１９により測定された温
度５５．１℃に対してほぼ整合のとれた値が得られた。

以上のように、本発明の第１の実施例の熱電対Ｉ８を備
えたドライエンチング装置によれば、従来導線に誘導さ
れ、測定端子に伝達していた数十Ｖの高周波ノイズは、
直列に挿入したコイル６ａ６ｂにより測定すべき電圧に
対して問題のないレヘルまで大幅に抑制することができ
た。

これにより、蛍光光フアイバ温度針を用いる必要がなく
なるので、ウェハ１６などを汚染することなく、精度の
よい温度測定を行うことが可能となる。

■第２の実施例 第２図（ａ）は、第２の実施例の熱電対を示す図である
。

二〇熱電対においては、両コイル８ａ、８ｂの開放端５
ａ、５ｂ側を２ｐＦのコンデンサ９を介して接続してい
る点が、コンデンサを有せず、導線４ａ、４ｂ間を開放
している第１図に示す第１の発明の実施例の場合と異な
っている。なお、これらのコイル８ａ、８ｂのインダク
タンスは、第１の発明の実施例のコイル６ａ、６ｂのイ
ンダクタンスと等しくなるようにともに３．２ｍＨとさ
れている。この場合、磁心コイルを用いているので、コ
イル８ａ、８ｂの巻線の巻数は２０と少なくなっている
。そして、これらのコイル８ａ　　８ｂとコンデンサ９
とはローパスフィルタを構成している。

このような熱電対を備えたドライエツチング装置を用い
て第１の実施例で説明した実験と同様な実験を行うと、
第２図（ｂ）に示す電圧波形が得られた。

実験結果によれば、電圧２．４１■Ｖを中心として±０
．０５■Ｖ変化する交流波形が得られた。なお、２，４
１■Ｖは５８．１°Ｃに相当し、蛍光光フアイバ温度針
の温度５日、３°Ｃに対してほぼ整合のとれた値となっ
ている、また、この場合、コンデンサ９の追加により特
に波形がより均されてきているため、読み取り精度が向
上する。

これにより、蛍光光フアイバ温度計を用いる必要がなく
なるので、ウェハ１６などを汚染することなく、更に精
度のよい温度測定を行うことが可能となる。

■第３の実施例 第３図（ａ）は、第３の実施例の熱電対を示す図である
。

同図（ａ）において、ｌｌａ、ｌｌｂは先端がそれぞれ
接合されたクロメル−アルメルからなる２本の導線で、
先端の接合部１０を被測定部に接触させ、接合部１０に
発生する起電力を測定することにより温度測定を行う。

また、他端の接続部１２ａ。

１２ｂは溶接などによりローパスフィルタに接続されて
いる。

このローパスフィルタのコイルし１〜Ｌ１２及び導線は
導線１１ａ、ｌｌｂと同じクロメル−アルメルを用いて
それぞれ作成され、第２の発明の実施例の構成を基本と
する四端子のローパスフィルタが両導線１１ａ、ｌｌｂ
の接続部１２ａ、　１２ｂに１０段継続接続されている
。但し、この場合コイルとして空心コイルが用いられて
いる点が第２の発明の実施例の構成と異なっている。な
お、０１〜Ｃ５はコンデンサを示す。

以上のように、第３の実施例の熱電対によれば、コイル
し１〜Ｌ１２及び導線の材料として導線と同じ材料を用
いているので、ローパスフィルタと導線１１ａ、Ｉｌｂ
との接続部１２ａ、１２ｂでゼーベック効果に基づく起
電力の発生を防止できる。また、ローパスフィルタによ
り、高周波成分の伝達が抑制され、低周波成分のみが伝
達される。

これにより、温度情報たる導線１１ａ、Ｉｌｂの接合部
１０の直流の起電力のみを精度よく測定することができ
る。

次に、二〇熱電対を備えた第６の発明の実施例のドライ
エツチング装置を用いてウェハ温度を測定する実験につ
いて説明する。

実験は、第１及び第２の実施例で説明した実験と同様な
構成、条件で行った。熱電対に接続されたローパスフィ
ルタは全コイル（Ｌｌ＋・・・＋Ｌ１２）のインダクタ
ンスが計６．４ｍＨ、全コンデンサ（Ｃ１＋・・・十Ｃ
５）のキャパシタンスが計２９Ｆとなるように決められ
、かつ段間はインピーダンス整合されている。このよう
な条件を満たすように、各コイルのインダクタンス及び
各コンデンサのキャパシタンスは、 ■Ｌｌ＝Ｌ６＝Ｌ７＝Ｌ１２＝０．３２鋼ＨＬ２〜Ｌ５
＝Ｌ８〜Ｌ１１＝０．６４＋＊Ｈ■Ｃ１〜Ｃ５＝０．４
ｐＦ としである。

実験結果によれば、測定された電圧は直流成分２．４５
閣Ｖのみで交流成分はほとんど観察されなかった。なお
、２．４５閣Ｖは５９．１°Ｃに相当し、蛍光光フアイ
バ温度計１９の温度５９．４℃に対してほぼ整合のとれ
た値が得られた。

以上のように、第３の実施例の熱電対を備えた第６の発
明の実施例によれば、ローパスフィルタを両導線１１ａ
、ｌｌｂの接続部１２ａ、１２ｂに１０段継続接続する
ことにより、従来の熱電対の導線に誘導された数十■の
高周波ノイズをほぼ除去することができた。従って、読
み取り精度を更に向上することができる。また、ローパ
スフィルタのコツイルＬ１〜Ｌ１２及び導線が熱電対の
導線と同し材料で作成されているので、接続部１２ａ、
１２ｂでゼーベック効果に基ずく起電力も発生せず、誤
差を最小にすることができる。

これにより、蛍光光フアイバ温度計を用いる必要がなく
なるので、ウェハ１６などを汚染することなく、第２の
発明の実施例の熱雷対を用いた場合と比較して更に精度
のよい温度測定を行うことが可能となる。

■第４の実施例 第４図（ａ）は、第４の実施例の熱電対を示す図で、接
合部３と開放端５ａ、５ｂとの間に磁心コイルが接続さ
れている点が、空心コイルを用いた第１の発明の実施例
の場合と異なっている。

第４図（ａ）において、棒状のフェライトからなる磁性
体７ａ、７ｂの周囲にクロメル−アルメルからなる導線
４ａ、４ｂが巻かれて磁心コイルが構成されている。

このような熱電対によれば、磁心コイルを用いている分
だけ空心コイルよりも磁力線を有効に利用できるので、
第１の発明の実施例のコイル６ａ６ｂと比較して、イン
ダクタンスが３．２ｍＨになるコイル８ａ、８ｂの巻線
の巻数を２０と少なくすることができる。即ち、大きさ
を小さくすることができる。

次に、この熱電対を備えたドライエツチング装置を用い
て第１ないし第３の実施例で説明した実験と同様な実験
を行うと、第４図（ｂ）に示す測定電圧波形が得られた
。

即ち、実験結果によれば、電圧２．５ｍＶを中心として
±０，２５■Ｖ変化する交流波形が得られた。なお、２
．５園νは６０．３℃に相当し、蛍光光フアイバ温度計
１９の温度６０．４°Ｃに対してほぼ整合のとれた値と
なった。

以上のように、第４の実施例の熱電対によれば、磁心コ
イルを用いることにより熱電対の大きさを小さくできる
ので、装置に備える場合、より設置し易くなる。

〔発明の効果〕

以上のように、第１の発明の熱電対によれば、熱電対の
各導線にコイルが接続されているので、高周波ノイズの
伝達が抑制され、直流成分である温度情報はそのまま伝
達される。

これにより、必要な温度情報のみが測定器に伝達される
ので、精度のよい温度測定を行うことができる。

また、第２の発明の熱電対によれば、第１の発明に記載
のコイルの前後の位置に対応させて２本の導線がコンデ
ンサを介して接続されているので、コイルとコンデンサ
とはローパスフィルタを構成し、第１の発明の熱電対に
比較して読み取り精度を向上させ、−層精度のよい温度
測定を行うことができる。

更に、第３の発明の熱電対によれば、第２の発明に記載
のコイル及びコンデンサからなるローパスフィルタを複
数段継続接続しているので、第２の発明の場合よりも更
に高周波ノイズの伝達を抑制することができ、−層精度
のよい温度測定を行うことができる。

また、第４の発明の熱電対によれば、第１〜第３の発明
に記載のコイルの巻線が磁性体の周囲に巻かれているの
で、同じインダクタンスを得るのにコイルの大きさを小
さくできる。

更に、第５及び第６の発明のように、特にコイルが導線
と同し材料からなるので、コイルと導線との接続部でゼ
ーベック効果などによる起電力が生しるのを防止するこ
とができる。

これにより、誤差のない必要な温度情報の心が測定器に
伝達され、精度のよい温度測定を行うことができる。

また、第７の発明の半導体製造装置によれば、第１〜第
６の発明の熱電対を備えているので、必要な温度情報の
みが測定器に伝達されるので、従来のように蛍光光フア
イバ温度計を用いることなく精度のよい温度測定を行う
ことができる。従って、ウェハの汚染も防止することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、第１の実施例の熱電対を説明する図、第２図
は、第２の実施例の熱電対を説明する図、第３図は、第
３の実施例の熱電対を説明する図、第４図は、第４の実
施例の熱電対を説明する図、第５図は、実施例の熱電対
の実験に用いたドライエンチング装置の構成図、 第６図は、従来例の熱電対を説明する図、第７図は、従
来例の熱電対の問題点を説明する図である。 〔符号の説明〕 １、．３．１０・・・接合部、 ２　ａ、　　２　ｂ、　　４　ａ、　　４　ｂ、　ｌｌ
ａ、　１ｌｂ−導線、５ａ、５ｂ・・・開放端、 ６ａ、６ｂ、８ａ、８ｂ、Ｌｌ　〜Ｌ９−ｖイル、７ａ
、７ｂ・・・磁性体、 ９．０１〜Ｃ５・・・コンデンサ、 １２ａ １２ｂ・・・接続部、 １４・・・減圧室、 １５・・・静電チャック、 １６・・・ウェハ、 １７・・・電極、 １８・・・熱電対、 １９・・・蛍光光フアイバ温度計、 ２０・・・高周波電源（交流電源）。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）２本の異なる導線が接合されてなる熱電対におい
   て、 前記各導線に、コイルが備えられていることを特徴とす
   る熱電対。
2. （２）請求項１記載の各導線に備えられたコイルに接続
   され、ローパスフィルタを構成するコンデンサを有する
   ことを特徴とする熱電対。
3. （３）請求項２記載のコイルとコンデンサとからなるロ
   ーパスフィルタが前記２本の導線に複数継続に備えられ
   ていることを特徴とする熱電対。
4. （４）請求項１、請求項２又は請求項３記載のコイルの
   巻線が磁性体の周囲に巻かれていることを特徴とする熱
   電対。
5. （５）請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４記載
   のコイルが、前記導線もしくは該導線の補償導線からな
   ることを特徴とする熱電対。
6. （６）交流電源と、 請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５又
   は請求項６記載の熱電対とを有する半導体製造装置。