JPH06331457A - 温度検出装置と、この温度検出装置を用いた半導体製造方法及び装置 - Google Patents
温度検出装置と、この温度検出装置を用いた半導体製造方法及び装置Info
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- JPH06331457A JPH06331457A JP11696593A JP11696593A JPH06331457A JP H06331457 A JPH06331457 A JP H06331457A JP 11696593 A JP11696593 A JP 11696593A JP 11696593 A JP11696593 A JP 11696593A JP H06331457 A JPH06331457 A JP H06331457A
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Abstract
を精度良く容易に行えるようにする。 【構成】 被測定物側の光ファイバ5の先端部に配置し
た蛍光体3を保護するキャップ4を、被測定物1に接触
させ、測定器8からの励起光のパルスを照射したとき
の、蛍光体3の発光特性の温度依存性によって、被測定
物1の温度を測定する温度検出装置において、光ファイ
バを被測定物側と測定器側とに分け、彼測定物側の光フ
ァイバ5をアクチュエータ7により単独で被測定物側に
進退可能とする。 【効果】 蛍光温度計の先端部を確実に被測定物に接触
させることができ、被測定物の温度を正確に測定するこ
とが出きる。
Description
おいて、製造プロセス中のウエハの温度を検出する温度
検出装置に関する。
化、集積化が進んでいる。より精密な半導体デバイスを
実現するためには、製造プロセスに影響するさまざまな
条件を適切に維持することが必要である。特に、製造プ
ロセス中のウエハの温度は、重要な要素のひとつであ
り、製造プロセス中のウエハ温度を検出し、このウエハ
温度を制御することが要求されている。
波プラズマエッチング装置を図6に示す。マイクロ波プ
ラズマエッチング装置は、マグネトロン27で発生させ
たマイクロ波21によって、プラズマ24を励起し、プ
ラズマ24のウエハ18に対する物理、化学作用によっ
てエッチングを行う装置である。このようなマイクロ波
プラズマエッチング装置において、ウエハ18の温度を
モニタするためには、いくつかの方法があるが、最も現
実的な方法は、蛍光温度計を用いることである。 蛍光
温度計は、蛍光体を光ファイバの先端に設置し、光ファ
イバを通じて励起光のパルスを照射したときの蛍光体の
発光の特性の温度依存性を利用して、蛍光体の温度を測
定する原理の温度計である。この蛍光温度計を用いて、
ウエハの温度をモニタするためには、蛍光体をウエハの
裏面に塗布または設置するか、または、先端に蛍光体を
取り付けた光ファイバを、ウエハの裏面に密着させる必
要がある。
プラズマエッチング装置は、光ファイバの先端に蛍光体
を設置し、蛍光体をさらに保護キャップで覆った先端形
状とし、ウエハの裏面側に、先端が電極の面からわずか
に突き出るようにして取り付けて、ウエハが静電吸着さ
れることにより、保護キャップがウエハの裏面に押し当
てられるものである。
術のウエハの裏面に蛍光体を塗付あるいは設置すること
は、ウエハが蛍光体によって、汚染される恐れがある
し、また、特開平4−58122号公報に記載されたような
構造では、先端部を確実にウエハに接触させ、かつウエ
ハを静電吸着するためには、先端の突き出しの寸法を正
確に調整し設定する必要があるが、この調整及び設定作
業が非常に困難である。
の温度測定を精度良く、容易に行えるようにすることを
目的とする。
バを通じて励起光のパルスを照射したときの蛍光体の発
光特性の温度依存性によって被測定物の温度を測定する
原理の蛍光温度計において、前記光ファイバを途中で中
継し、複数とすることにより、被測定物側の光ファイバ
を移動手段で、前記被測定物に対して進退可能とするこ
とにより達成される。
軽量な被測定物側の光ファイバのみを移動手段で前記被
測定物に対して進退可能とすれば良いので、蛍光体を保
護する保護キャップを確実に被測定物に接触させること
ができ、被測定物の温度を正確に測定することが出来
る。
図1に示す。該温度検出装置は、被測定物1を載せる面
に静電チャック9を有したホルダ2と、被測定物1側の
端部に蛍光体3と該蛍光体3を覆い保護する保護キャッ
プ4を有した被測定物側の光ファイバ5と、該被測定物
側の光ファイバ5を被測定物1が静電吸着される面に対
して進退させるアクチュエ−タ7と、該アクチュエ−タ
7が作動する作動空間33と、中継部15で光ファイバ
の軸心線を前記被測定物側の光ファイバ5の軸心線と合
致させた測定器側の光ファイバ6と、該測定器側の光フ
ァイバ6が接続されている蛍光温度計の測定器8とで構
成されている。前記アクチュエ−タ7は、被測定物側の
光ファイバ5に同心状に固定され光ファイバ5と共に被
測定物側に進退可能な円板状の鍔29と、該鍔29の測
定器8側の面とホルダ2内の作動空間33の床面とを接
続した二重ベローズで構成され、二重ベローズ内のガス
圧により被測定物1に対して被測定物側の光ファイバ5
を進退させるものである。ホルダ2内の作動空間33の
床面に配置された中継部15は、前記測定器側の光ファ
イバ6を固定し、前記被測定物側の光ファイバ5の軸心
線と合致させ、該光ファイバ5の移動を許容するような
円筒状を形成したものである。
面に載せられ、静電吸着される。このときは、光ファイ
バ5の先端の保護キャップ4は、ホルダ2の静電チャッ
ク9面よりも下にあり被測定物1とは接触していない。
被測定物1の静電チャック9面への吸着後、アクチュエ
−タ7により、前記被測定物側の光ファイバ5は、被測
定物1側に動かされ、先端部の保護キャップ4が被測定
物1に押し付けられて、蛍光体3の温度は被測定物1の
温度になる。この段階で、励起光のパルスが蛍光体3に
照射され、このときの蛍光体3の発光特性の温度依存性
によって被測定物1の温度を検出する。前記被測定物側
の光ファイバ5が、被測定物1側に移動することによっ
て、中継部15で前記被測定物側の光ファイバ5と前記
測定器側の光ファイバ6との間には、隙間が出来ること
になり、光が減衰することが考えられるが、蛍光温度計
による温度測定は、原理上、光の強度の減衰時定数に依
存し、光の強度の絶対値には依存しないので、誤差の原
因にはならない。
を用いた2重ベローズにより、光ファイバ5と、光ファ
イバ5に固定された鍔29を移動するものである。前記
光ファイバ5を進退させる方法としては、前記ガス圧の
代わりに、液圧による駆動や形状記憶合金やバイメタル
などの変形量を利用したもの、または、ピエゾ素子やマ
グネットを利用したものなどが考えられる。
を図2に示す。該温度検出装置は、第1の実施例のアク
チュエ−タ7の代わりに、被測定物側の光ファイバ5に
同心状に固定され光ファイバ5と共に被測定物側に進退
可能な円板状の鍔29と、該鍔29の測定器8側の面と
ホルダ2内の作動空間33の床面とを接続したばね10
を設けて構成されたものである。前記被測定物側の光フ
ァイバ5の先端の保護キャップ4が、ホルダ2の静電チ
ャック9面よりもわずかに被測定物1側に突き出した状
態に、前記被測定物側の光ファイバ5をばね10で保持
しておく。また、前記被測定物側の光ファイバ5と前記
測定器側の光ファイバ6との間には、中継部15で間隙
を設けておき、ばね10の力を被測定物1の重量より小
さくしておく。前記被測定物1をホルダ2の静電チャッ
ク9面に載せると、前記被測定物側の光ファイバ5が被
測定物1によって押し下げられるとともに、保護キャッ
プ4が被測定物1に押し付けられて、被測定物1の温度
を検出できる。
を図3に示す。該温度検出装置は、第1の実施例のアク
チュエ−タ7の代わりに、被測定物側の光ファイバ5に
同心状に固定され光ファイバ5と共に被測定物側に進退
可能な円板状の鍔29と、該鍔29の被測定物1側の面
とホルダ2内の作動空間33の天井面とを接続している
小径のベローズ11と、測定器側の光ファイバ6を固定
した中継部15を含んで、前記鍔29の測定器8側の面
とホルダ2内の作動空間33の底面を接続した大径のベ
ローズ12と、前記各々のベローズにガス13を供給す
るガス通路30とで構成されている。前記小径のベロー
ズ11の頭部は、ホルダ2の静電チャツク9面に連通し
ている。
加熱あるいは、冷却するときに、被測定物1とホルダ2
の接触面の熱伝導の促進のために、しばしばヘリウムガ
スなどのガス13を導入する。このガス13を被測定物
1と静電チャツク9面の隙間へ導入すると同時に、適切
なばね定数をもった前記大径のベロ−ズ12内にも導入
すると、前記鍔29で区分けされた被測定物側の作動空
間33のガス圧と前記大径のベロ−ズ12内のガス圧と
で差圧が生じ、この差圧を利用することによって、ガス
13の導入時に前記大径のベロ−ズ12が膨らみ、前記
鍔29を被測定物側に移動させ、これによって、光ファ
イバ5を被測定物側に移動させることができる。本実施
例では、径の異なる大小のベロ−ズを用いたが、その
他、ダイヤフラムや弾性体、またはピストンなどを用い
てもおなじ効果が得られる。
ァイバを被測定物側の光ファイバ5と測定器側の光ファ
イバ6の2本としたが、光ファイバを複数本中継しても
よい。
ァイバ相互の軸心線のずれやファイバ間の間隙によって
光が減衰する。蛍光温度計の精度は光の強度には依存し
ないが、著しく強度が減衰すると測定不能となる。これ
を防ぐためには、図4に示すように、被測定物側の光フ
ァイバ5と測定器側の光ファイバ6の中継部15の間隙
に、測定に用いる光の波長に対して透過率が高く、かつ
光ファイバのコアの屈折率に近い液体14を充填し、光
の減衰を減少させる方法がある。
ラズマエッチング装置へ使用した実施例を図5に示す。
本マイクロ波プラズマエッチング装置は、マイクロ波2
1を透過する石英ペルジャ23と、本装置に磁場を作る
ソレノイドコイル22と、エッチングガス19を給排気
する中でプラズマ24を励起する空間31と、ウエハ1
8を静電吸着して保持する電極16と、該電極16に内
装された本発明による温度検出装置17と、前記熱伝導
促進のためのヘリウムガス13の通路30と、電極16
を冷却する冷媒26が流れる冷媒通路32と、冷媒26
を制御するウエハの加熱冷却器(図示せず)と、電極1
6に電圧を印加する高周波電源25と、で構成されてい
る。この装置により、ウエハの静電吸着面に、蛍光温度
計の温度検出端(保護キャップ)を接触させてエッチン
グ中のウエハ温度をモニタすることが可能となる。
度を用いて、冷媒26の流量と温度を調節して、ウエハ
の温度を制御することにより、正確なエッチング条件を
実現でき、よりよいエッチングが可能となる。
る際に、先端の温度検出端の取付精度を要しないため、
取り付け、組み立てが容易となり、製造コストを低減で
きるという効果があり、温度検出装置をマイクロ波プラ
ズマエッチング装置へ用いれば、半導体プロセス中のウ
エハ温度を正確に測定でき、得られたウエハ温度を正確
に制御することによって、より微細で高性能な半導体が
製造できるようになる。
である。
である。
である。
中継部の部分断面図である。
ッチング装置の断面図である。
面図の例である。
ファイバ 7 アクチュエータ 8 蛍光温度計の
測定器 9 静電チャック 10 ばね 11 小径のベロ−ズ 12 大径のベロ
−ズ 13 ガス 14 液体 15 中継部 16 電極 17 温度検出装置 18 ウエハ 19 エッチングガス 20 排気される
ガス 21 マイクロ波 22 ソレノイド
コイル 23 石英ベルジャ 24 プラズマ 25 高周波電源 26 冷媒 27 マグネトロン 28 導波管 29 鍔 30 ガス通路 31 プラズマの励起空間 32 冷媒通路 33 作動空間
Claims (7)
- 【請求項1】 光ファイバを通じて励起光のパルスを照
射したときの蛍光体の発光特性の温度依存性によって被
測定物の温度を測定する原理の蛍光温度計において、前
記光ファイバを途中で中継し、複数とすることにより、
被測定物側の光ファイバを移動手段で、前記被測定物に
対して進退可能としたことを特徴とする温度検出装置。 - 【請求項2】 被測定物側の光ファイバをばねで支持し
たことを特徴とする請求項1に記載の温度検出装置。 - 【請求項3】 前記被測定物側の光ファイバの移動手段
として、ホルダに内装された径の異なる大小のベローズ
内にガスを導入して、該ベローズの外部との差圧を利用
したことを特徴とする請求項1に記載の温度検出装置。 - 【請求項4】 前記被測定物側の光ファイバと測定器側
の光ファイバの中継部に、光ファイバのコア部の屈折率
に近い液体を充填したことを特徴とする請求項1から3
のうち、いずれか1項に記載の温度検出装置。 - 【請求項5】 被測定物を保持するためのホルダに内装
され、前記被測定物に先端が接触するように配置された
光ファイバと、該光ファイバの被測定物側の端部に蛍光
体と、該蛍光体を覆い保護する保護キャップとを含んで
なることを特徴とする請求項1から4のうち、いずれか
1項に記載の温度検出装置。 - 【請求項6】 プラズマを発生するプラズマ源と、ウエ
ハを保持するホルダと、プロセスガスの導入路と、ホル
ダを冷却する冷媒通路と、冷媒を制御する加熱冷却器
と、処理室と、真空ポンプとで構成された半導体製造装
置において、前記ホルダに、請求項1から5のうち、い
ずれか1項に記載の温度検出装置が内装されたことを特
徴とする半導体製造装置。 - 【請求項7】 請求項6に記載の半導体製造装置におい
て、前記温度検出装置によって検出したウエハの温度を
用いて、ウエハの加熱冷却器を制御することを特徴とす
る半導体製造方法。
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1993
- 1993-05-19 JP JP11696593A patent/JP3188991B2/ja not_active Expired - Fee Related
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