JPH08306665A

JPH08306665A - 真空装置内における物理量測定装置

Info

Publication number: JPH08306665A
Application number: JP12936695A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Kato; 静一加藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1995-04-28
Filing date: 1995-04-28
Publication date: 1996-11-22

Abstract

(57)【要約】【目的】真空装置に全く改造を加えずに温度その他の
物理量を測定できるようにし、測定後すぐにその真空装
置本来の稼動を開始できるようにする。【構成】シリコンウエハ３０にはＣＭＯＳデバイス工
程によりサンプリング回路、制御パルス波形形成回路、
駆動部、復調部及び制御部が集積回路２６として形成さ
れている。そのシリコンウエハ３０上にはシリコン窒化
膜の層間絶縁膜を介して光電池２４、液晶光スイッチモ
ジュール４、及び白金抵抗体による温度検出部２ａが形
成されている。光電池２４、液晶光スイッチモジュール
４及び温度検出部２ａ上には石英スペーサが接着され、
その上にウエハ３０と同じ平面形状で、０.３ｍｍの厚
さの石英板３２がエポキシ系接着剤により貼り合わさ
れ、その石英板３２上には耐エッチング膜としてサファ
イア薄膜３４がスパッタ法により形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体製造プロセスで用
いる薄膜製造装置やプラズマエッチング装置などの真空
装置において、その真空装置内の温度その他の物理量を
測定する物理量測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路装置や薄膜の製造装置で
は、その装置の物理的特性を測定し、装置状況を把握す
ることは歩留まりを向上させるうえで重要である。しか
し、その物理的特性を測定するために、真空装置を改造
した検出器を設けたとすれば、実際に使用している状態
と異なった状態で測定することになり、実際に使用され
る状態での真空装置の特性を忠実に測定したことにはな
らない。真空装置の物理的特性としては、温度、荷電粒
子のエネルギー、ガス流量などが挙げられる。

【０００３】温度測定に関しては、例えば真空装置にベ
ローで伸縮できる手段により基板の薄膜形成側の表面に
熱電対を直接接触させて基板温度を測定する方法が報告
されている（特開昭６１−２９４３２０号公報参照）。
他の温度測定方法として、ヘテロ構造の超格子構造（Ａ
ｌＡｓ)ｎ／（ＧａＡｓ)ｎのｎ値の異なる複数個を積層
又は並列配置して作成した半導体装置を基板に組み込む
ことにより、その半導体装置に光を入射させて周囲温度
変化によって生ずるエネルギ・バンドギャップの変化に
関連したフォトルミネッセンスの変化を真空装置の外部
で測定することにより温度を検出する方法が提案されて
いる（特開昭６３−１５５７７９号公報、特開平２−１
２４４３９号公報参照）。さらに他の温度検出方法とし
て、プラズマ中におかれた被測定対象物からの放射光強
度からその被測定対象物の温度を検出する方法も提案さ
れている（特開平４−１１６４３３号公報参照）。

【０００４】プラズマエッチング装置などプラズマを用
いる真空装置では、プラズマから基板に入射する荷電粒
子のエネルギーも重要な物理的特性の１つであり、その
ような荷電粒子のエネルギーを測定するために、基板の
位置にエネルギーアナライザを取りつけることが行なわ
れている。ＣＶＤ装置やプラズマエッチング装置では真
空装置内に供給される反応ガスの流量も重要な物理的特
性の１つであり、そのようなガス流量を検出するため
に、シリコン基板にガスフローメータを形成することが
報告されている（ Solid state technology/日本語版/J
an./Feb. 1994, p.5 参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記に紹介した幾つか
の物理量測定方法では、それぞれの物理量を検出する検
出装置を半導体プロセスの処理が行なわれる基板の位置
や薄膜形成がなされる基板の位置に設置し、その信号を
リード線によって真空装置の外部に取り出すものが多
い。半導体により形成した温度測定用の素子のフォトル
ミネッセンスを用いる方法では、フォトルミネッセンス
を真空装置外で検出することにより、リード線を介さず
に温度を検出することができる。

【０００６】半導体製造装置や薄膜製造装置では、計器
に表示されたプロセス条件が同じであっても、エッチン
グ処理されたパータン形状や、成膜された薄膜の膜質が
異なる場合がある。そのような変化が基板温度や基板上
のガス流量、磁束密度、基板に入射するイオンや電子の
エネルギーなどのどの物理量の変化に基づくものか分か
らないことが多い。そのような物理量を測定するために
真空装置に改造を加えて測定子を設けて測定しても、以
前の変動のあった状態を忠実に再現して測定したかどう
かには問題がある。また真空装置を改造すれば、その真
空装置を本来の処理や薄膜形成を行なうために復旧させ
るのに時間も長くかかる問題が生じる。本発明は真空装
置に全く改造を加えずに温度その他の物理量を測定でき
るようにし、測定後すぐにその真空装置本来の稼動を開
始できるようにすることを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の物理量測定装置
は、真空装置内での物理量を検出する検出部と、外部か
らの連続光を情報を含んだパルス光に変換する液晶光ス
イッチと、検出部の検出信号をサンプリングし、その検
出信号に応じたパルス信号にして液晶光スイッチを駆動
するサンプリング及び駆動部と、光電池を備えて外部か
ら供給される光又はこの真空装置がプラズマ装置である
場合にはそのプラズマが放射する光を光電変換して各部
の電源として供給する電源部とを備え、これらの各部が
単一の基板に形成され、真空装置内の所定の位置へ搬送
されて着脱可能に装着されるものである。

【０００８】本発明の物理量測定装置は、その基板に、
外部から供給される光パルス信号を受光する受光部、そ
の受光部が受光した光パルス信号を情報に復調する復調
部、並びにその復調された情報に基づいてサンプリング
及び駆動部を制御する制御部をさらに備えていることが
好ましい。物理量が測定される真空装置は、例えば半導
体製造装置や薄膜製造装置である。物理量が測定される
真空装置が半導体製造装置である場合には、本発明の物
理量測定装置の基板が半導体装置を形成するシリコンウ
エハと同一平面形状をもっていることが好ましい。

【０００９】検出部の例としては、温度を抵抗値変化と
して検出する温度センサや、流路内に温度センサを有し
その温度センサの温度変化としてガス流量を検出するガ
スフローセンサや、磁束密度を検出するホール素子を挙
げることができる。さらに他の検出部の例としては、入
射した荷電粒子を電流値に変換するコレクタと、コレク
タよりも入口側にあって真空装置内に存在する荷電粒子
よりも負の電位を有しその荷電粒子を引き入れる電極
と、この電極とコレクタとの間に配置され、コレクタに
入射する荷電粒子のエネルギーを選択するためにその電
極よりも正で可変の電圧が印加されるリターディング電
極とを有するエネルギーアナライザを挙げることができ
る。

【００１０】

【作用】半導体製造装置や薄膜製造装置に物理量測定装
置を搬送するためには、電源や入出力のためのケーブル
による接続は困難である。本発明では電源供給のために
測定装置自体に光電池をもつ電源装置を備え、検出部が
検出した信号を真空装置の外部に送信するために液晶光
スイッチを使用しているので、低消費電力で情報の送信
を行なうことができる。この測定装置が形成された基板
を搬送可能で真空装置内の所定の位置へ着脱可能に装着
できるようにすることによって、温度その他の物理量を
随時測定することができ、また測定終了後は直ちに本来
のプロセス処理や薄膜形成に移行することができる。

【００１１】

【実施例】図１は本発明の測定装置を概略的に表わした
ものである。検出部２は被測定物理量情報に応じて選択
されるものであり、被測定物理量が温度である場合には
温度センサ、ガス流量である場合にはガスフローセン
サ、磁束密度である場合にはホール素子、荷電粒子であ
る場合にはエネルギーアナライザが該当する。４は信号
伝達手段としての液晶光スイッチであり、真空装置１の
外部から供給される連続光のプローブ光６を検出部２が
検出した検出信号に対応した情報を含む測定情報光信号
８として真空装置１の外部へ出力する。サンプリング回
路１０は検出部２が検出した信号をデジタル信号に変換
するＡ／Ｄコンバータとサンプルホールド回路を備えて
おり、そのサンプリングされた信号に基づいて液晶光ス
イッチ４を制御するためのパルス信号を形成するため
に、制御パルス波形形成回路１２が設けられている。制
御パルス波形形成回路１２はサンプリングされたデジタ
ル信号を量子化し、符号化する。液晶光スイッチ４を制
御パルス波形形成回路１２でのパルス波形に基づいて駆
動するために、駆動部１４が設けられている。

【００１２】この測定装置における測定の開始や、測定
結果を液晶光スイッチ４から出力させる動作などを制御
するために、真空装置外部から光信号として供給される
測定制御用光信号１６を受光するためにフォトダイオー
ドなどによる受光部１８が設けられており、受光部１８
が受光したパルス信号を測定状態を制御する信号に復調
するために復調部２０が設けられている。復調部２０で
復調された測定状態制御信号に基づいて検出部２が検出
した信号のサンプリング動作や液晶光スイッチ４の動作
を制御するために、制御部２２が設けられている。

【００１３】これら各部の動作用電源を供給するため
に、光電池２４が設けられており、光電池２４はこの真
空装置の外部から供給される光又はこの真空装置がプラ
ズマ装置である場合にはそのプラズマが放射する光を光
電変換して電力を得、それを各部の電源として供給す
る。サンプリング回路１０と制御パルス波形形成回路１
２及び駆動部１４はサンプリング及び駆動部に該当す
る。

【００１４】図１の測定装置の動作を説明すると、温度
などの被測定物理量は検出部２で検出され、サンプリン
グ回路１０によりデジタル化され、制御パルス波形形成
回路１２により量子化されて符号化されることにより、
その測定値がＰＣＭデジタル信号に変換される。一方、
この真空装置の外部から測定制御用光信号１６が送信さ
れ、受光部１８でその光信号が受信され、復調部２０で
制御デジタル信号に変換されて測定状態制御信号として
制御部２２に送られる。制御部２２ではこの制御信号に
基づいて測定の開始時間、測定間隔、測定レンジなどを
制御し、検出部２が複数種類設けられている場合にはそ
の検出部の切換えも制御する。制御部２２からは制御ク
ロック信号が出力され、制御パルス波形形成回路１２に
おいて測定値を示すＰＣＭデジタル信号にその測定値の
種類などを示すデジタルストローブ信号が付加される。
このようにして、測定情報は矩形のシリアルデジタル信
号として駆動部１４に供給され、駆動部１４により液晶
光スイッチ４を駆動するに十分な振幅に増幅されて液晶
光スイッチ４が駆動される。

【００１５】検出部が温度センサである場合の測定装置
の一例を図２から図４に示す。図２は全体を示したもの
である。この測定装置が形成される基板はエッチング装
置や薄膜製造装置などのシリコンウエハと同一形状又は
少なくとも同一平面形状をもち、シリコンウエハととも
に搬送可能な基板である。一例としてはそのようなウエ
ハと同一平面形状をもつシリコンウエハにハイブリット
ＩＣとして図１の各部を形成した例について説明する。

【００１６】石英やガラス基板を用いる装置では、それ
らの基板にシリコンチップを貼りつけて実装すればシリ
コンウエハ基板と同様に製作することができる。図１に
おける二重線で囲まれた領域内の各ブロックで示される
部分は全て共通のシリコンウエハにハイブリットＩＣと
して構成されたものであり、１点鎖線で囲まれた部分２
６はシリコンウエハにＣＭＯＳデバイス工程により形成
された半導体集積回路部分である。動作温度が高い場合
には、シリコンウエハに代えてＳＩＭＯＸウエハを用い
ることができる。

【００１７】図２において、シリコンウエハ３０にはＣ
ＭＯＳデバイス工程により図１のサンプリング回路１
０、制御パルス波形形成回路１２、駆動部１４、復調部
２０及び制御部２２が集積回路２６として形成されてい
る。そのシリコンウエハ３０上にはシリコン窒化膜の層
間絶縁膜を介して光電池２４、液晶光スイッチモジュー
ル４、及び白金抵抗体による温度検出部２ａが形成され
ている。光電池２４、液晶光スイッチモジュール４及び
温度検出部２ａ上には石英スペーサが接着され、その上
にウエハ３０と同じ平面形状で、０.３ｍｍの厚さの石
英板３２がエポキシ系接着剤により貼り合わされ、その
石英板３２上には耐エッチング膜としてサファイア薄膜
３４がスパッタ法により形成されている。

【００１８】図２（Ａ）の平面内の配置図に示されるよ
うに、光電池２４はウエハ３０の表面の１／４ずつの扇
形の領域２つ分に形成され、温度検出部２ａは中心と周
囲４個所の合計５個所に配置され、液晶光スイッチモジ
ュール４は光電池２４の形成されていないウエハ領域に
形成されている。

【００１９】光電池２４は図３（Ｂ）平面内の配置図に
示されるように、短冊状に分割されて形成されている。
光電池２４の構造は図３（Ａ）に示されるように太陽電
池と同じであり、シリコンウエハ３０の表面に形成され
たシリコン窒化膜の層間絶縁膜上にクロム膜が下部電極
４０として形成され、その上にｎ型の微結晶シリコン層
４２が形成され、その微結晶シリコン層４２上にｉ型ア
モルファスシリコン層４４、さらにそのｉ型アモルファ
スシリコン層４４上にｐ型アモルファスシリコン層４６
が形成され、最上層に透明導電膜として酸化インジウム
（ＩＴＯ）膜４８が形成されている。

【００２０】液晶光スイッチモジュール４は図４（Ａ）
に示される構造をしている。厚さが０.３ｍｍの石英基
板５０の裏面に反射膜としてクロム膜５２が形成されて
おり、石英基板５０の表面には下部電極５４として短冊
状にパターン化されたＩＴＯ膜が形成され、各下部電極
５４の一端部にはクロム膜とその上に形成されたアルミ
ニウム膜からなる電極パッド５６が形成されている。一
方、厚さが０.３ｍｍの石英板６０にＩＴＯ膜が短冊状
にパターン化されて上部電極６２が形成されており、各
上部電極６２の一端部にもクロム膜とその上に形成され
たアルミニウム膜からなるパッド電極６４が形成されて
いる。

【００２１】石英基板５０上には下部電極５４上から配
向膜が印刷され、ラビリング処理が施された後、シール
材が印刷されてスペーサが散布される。そして上部電極
６２が下部電極５４と対向して直交する方向に配置さ
れ、両基板５０，６０が貼り合わされてシール焼成さ
れ、各液晶素子用に切断された後、液晶が両電極５４，
６２間に封入されて封止されている。石英基板６０の外
側面上には偏光フィルタが接着されて液晶光スイッチモ
ジュール４が形成されている。この液晶光スイッチモジ
ュール４は図４（Ｂ）に示されるようにウエハ３０の所
定の位置に接着され、上部電極のパッド電極６４がウエ
ハ３０のパッド電極６６に導電性接着剤で接続され、下
部電極のパッド電極５６がウエハのパッド電極６８にワ
イヤーボンディングされる。

【００２２】光電池２４、液晶光スイッチモジュール４
及び温度検出部２ａはシリコンウエハ３０上のシリコン
窒化膜の層間絶縁膜に設けられたコンタクトホールを介
して、シリコンウエハ３０に形成された集積回路２６に
接続されている。

【００２３】次に、この実施例の製造方法について説明
する。シリコンウエハ３０に集積回路２６を形成した
後、ＣＶＤ法により層間絶縁膜のシリコン窒化膜を形成
する。光電池２４は太陽電池を製造するプロセスと同様
な手法を用い、まず下部電極としてクロム膜をスパッタ
法により形成し、フォトリソグラフィーとエッチングに
より、図３（Ｂ）のようにパターン化して分割する。そ
の上に、ｎ型微結晶シリコン膜、ｉ型アモルファスシリ
コン膜、ｐ型アモルファスシリコン膜の順に各層別の３
つの成膜装置のチャンバにて成膜する。さらに、その上
に透明導電膜のＩＴＯ膜をスパッタ法により形成する。
その上にフォトリソグラフィーにより、図３（Ｂ）に示
されるパターンのフォトレジストパターンを形成した
後、それをマスクにしてまず塩化第２鉄系エッチング液
によりウエットエッチング法によりＩＴＯ膜をパターン
化し、続いてアモルファスシリコン層及び微結晶シリコ
ン層をＣＣｌ₄系ガスでＲＩＥ（リアクティブ・イオン
・エッチング）法によりエッチングし、図３（Ｂ）の光
電池を形成する。

【００２４】層間絶縁膜のシリコン窒化膜にフォトリソ
グラフィーとＣＨＦ₃系ガスによるＲＩＥエッチングに
より、下地の集積回路２６と接続するためのスルーホー
ルを形成する。そしてアルミニウム薄膜をスパッタ法に
より形成し、フォトリソグラフィーとＣｌ₂系ガス又は
ＢＣｌ₃系ガスによりＲＩＥエッチングを施してパター
ン化し、有機アミン系溶液により後処理を行なってアル
ミニウム配線を形成し、光電池２４と集積回路２６を接
続する。

【００２５】温度検出器２ａは次のように形成する。フ
ォトリソグラフィーにより温度検出部を形成する領域に
開口をもつようにレジストパターンを形成し、その上か
ら白金膜をスパッタ法により堆積し、リフトオフを行な
って白金抵抗体を形成する。

【００２６】液晶光スイッチモジュール４は次のように
製作する。０.３ｍｍの石英基板上の一方の面にクロム
薄膜をスパッタ法により形成して反射面とし、他方の面
にＩＴＯ膜をスパッタ法で形成し、リソグラフィーによ
りレジストパターンを形成し、塩化第２鉄系エッチング
液によりウエットエッチングを行なってＩＴＯ膜による
下部電極５４を形成する。メタルマスクを用いてクロム
膜とアルミニウム膜をその順にスパッタ法により形成
し、アルミ電極パッド５６を形成する。次に、石英基板
５０の下部電極５４が形成されている面に配向膜を印刷
し、ラビング処理を行ない、シール材を印刷し、スペー
サを散布する。

【００２７】次に、０.３ｍｍの石英基板６０に下部電
極と同様にＩＴＯ膜による上部電極６２とパッド電極６
４を形成する。このようにして形成した下部電極５４と
上部電極６２がそれぞれが内側になるように、かつ短冊
が互いに交差するように対向させて基板６０を基板５０
上に貼り、シール焼成して切断し、液晶を真空封入して
封止し、基板６０の外側面に偏光フィルタを接着して液
晶光スイッチモジュール４を完成する。

【００２８】その液晶光スイッチモジュール４をウエハ
３０の所定の位置に接着し、電極パッド５６，６４とウ
エハ上のパッド電極６８，６６とを接続する。最後に、
ウエハ基板上に石英スペーサを接着し、シリコンウエハ
と同じ平面形状の０.３ｍｍの厚さの石英板をエポキシ
系接着剤により貼り合わせ、その上にサファイアをスパ
ッタリング法により形成して耐エッチング膜とする。

【００２９】このようにして作成した測定装置は、ウエ
ハ用クライオスタットに取りつけて真空排気した後、温
度を設定し、赤外線をカットしたハロゲンランプを光源
とし、外部のパーソナルコンピュータから半導体レーザ
を用いて制御信号を送り、フォトダイオードを用いて測
定信号を検出してパーソナルコンピュータに取り込み、
温度校正データを作成した。

【００３０】次に、この測定装置を用いた測定結果を図
５に示すようなＲＩＥエッチング装置に適用した例を説
明する。この測定装置を通常のウエハと同様に搬送し、
エッチング装置７０内の下部電極７４上に装着する。７
２は上部電極である。このエッチング装置のチャンバの
外側から半導体レーザ７８を用いて受光部１８に制御用
光信号１６を照射するとともに、液晶光スイッチ４に連
続光のプローブ光６を照射する。プローブ光６の液晶光
スイッチ４による変調された反射光をエッチング装置７
０の外部のフォトダイオードによる受光部８０で受光す
る。制御光信号１６とプローブ光６の照射及び受光部８
０による受光信号のデータ処理はパーソナルコンピュー
タ８２を用いて行なった。エッチング装置７０の放電を
次の条件で行なった。（放電条件）ＣＣｌ₄ガス流速；１００ｓｃｃｍ，Ｈｅガス流速；４００ｓｃｃｍ，Ｏ₂ガス流速；１０ｓｃｃｍ，圧力；７０Ｐａ，高周波；パワー４００Ｗ，周波数１３.５６ＭＨｚ

【００３１】その条件での放電による温度を測定した結
果を図６に示す。放電電力（高周波電力）の増大にとも
なって測定温度も上昇していくことが読み取れる。この
ようにして、エッチング装置などの真空装置を全く改造
することなく、実際に使用している状態と同じ状態で温
度測定することができる。

【００３２】図７は本発明をガス流量検出用の測定装置
に適用した実施例を表わしたものである。シリコンウエ
ハ３０上に配置した光電池２４、液晶光スイッチモジュ
ール４及び受光部１８は図２と同じものである。この実
施例では検出部としてガス流量を測定するガスフローセ
ンサとしてのガス流量測定用ヒータモジュール２ｂが図
２の温度検出部２ａの位置に配置されている。ガス流量
測定用ヒータモジュール２ｂは、図８に示されるよう
に、単結晶シリコン９０の表面にシリコン酸化膜９２を
介して白金抵抗体９４が配置されたものであり、単結晶
シリコン９０にはガス流が通過する決まった容積の溝が
形成され、その表面に白金抵抗体９４が露出しており、
ガス流量の変化が白金抵抗体９４の温度変化として測定
できるように構成がなされている。このようなガス流量
測定装置は、ＣＶＤ装置でＡｒガスを用いて測定を行な
うことができる。

【００３３】ガス流量測定用ヒータモジュール２ｂを製
造するには、例えば（１００）面方位を有するシリコン
単結晶基板をウエット酸化して約１００００Åのシリコ
ン酸化膜９２を形成し、フォトリソグラフィーによりレ
ジストパターンを形成し、それをマスクにしてＫＯＨ水
溶液で異方性エッチングを施して酸化膜９２の下の単結
晶シリコン９０を貫通する溝を形成して酸化膜９２のブ
リッジを製作する。その酸化膜ブリッジ９２上に白金抵
抗体９４をスパッタ法により形成する。９６はこのヒー
タモジュール２ｂを支持するアルミ合金チャネルであ
る。光電池２４、液晶光スイッチモジュール４及びガス
流量測定用ヒータモジュール２ｂはシリコンウエハ３０
上のシリコン窒化膜の層間絶縁膜に設けられたコンタク
トホールを介して、シリコンウエハ３０に形成された集
積回路２６に接続されている。

【００３４】図９は本発明を磁束密度検出用の測定装置
に適用した実施例を表わしたものである。シリコンウエ
ハ３０上に配置した光電池２４、液晶光スイッチモジュ
ール４及び受光部１８は図２と同じものである。検出部
として磁束密度を検出するためのホール素子２ｃをウエ
ハ表面上の直交する２つの直径上に配置している。

【００３５】ホール素子２ｃは、図９（Ｃ）に示される
ように、白金などの導電体により十字形のパターンとし
て形成されたものであり、一方の導電部に電流Ｉを流
し、それに直交する他方の導電部で発生する電圧Ｖを検
出することにより、ウエハ面に垂直に印加される磁束密
度を検出することができる。このホール素子２ｃはシリ
コンウエハ上の層間絶縁膜上に導電膜を形成し、それを
パターン化することにより形成することができる。光電
池２４、液晶光スイッチモジュール４及びホール素子２
ｃはシリコンウエハ３０上のシリコン窒化膜の層間絶縁
膜に設けられたコンタクトホールを介して、シリコンウ
エハ３０に形成された集積回路２６に接続されている。
このホール素子を備えた測定装置をＥＣＲエッチング装
置に適用し、磁束密度を測定した結果を図１０に示す。
ウエハ上の位置によって磁束密度が変化しているのが分
かる。

【００３６】図１１は本発明を荷電粒子エネルギーを測
定する測定装置に適用した実施例を表わしたものであ
る。ここでは、検出部としてエネルギーアナライザモジ
ュール２ｄがウエハの中央部と周辺の４個所とに配置さ
れている。光電池２４、受光部１８、液晶光スイッチモ
ジュール４などの構成は図２のものと同じである。ただ
し、ここではエネルギーアナライザに要する電圧が数１
０Ｖと高くなり、高い電圧の光電池が必要となることや
エネルギーアナライザのイオン入射口が表面に露出する
点で異なっている。回路に電源を供給する光電池の他
に、エネルギーアナライザ用の高電圧を得る光電池とし
て光電池セルを１００個程度直列接続して電圧を高くし
たものも備えている。そのために、この測定装置では光
電池２４が配置されている領域が広くなっている。

【００３７】エネルギーアナライザモジュール２ｄは図
１２に示されたものである。ポリイミドを積層して形成
された開口部１００のイオン入射口にはイオン引込み電
極１０２がタングステン板に多数の孔をあけたものによ
り構成されており、シリコンウエハ上の層間絶縁膜上に
はコレクタ１０４が導電膜により形成されている。イオ
ン引込み電極１０２とコレクタ１０４の間にはリターデ
ィング電極１０６が配置されており、リターディング電
極１０６はイオン引込み電極１０２と同様にタングステ
ン板に多数の孔をあけた電極板として形成されている。
イオン引込み電極１０２には負の電圧が印加され、リタ
ーディング電極１０６には正の電圧が印加されるが、リ
ターディング電極１０６の電圧はコレクタ１０４に入射
するイオンのエネルギーを検出するために可変になって
いる。コレクタ１０４に入射するイオンが電流計１０８
により検出される。リターディング電極１０６に印加す
る電圧が大きくなるように変化させながらコレクタ１０
４に流れる電流を検出した信号をサンプリング回路１０
と制御パルス波形形成回路１２を経てＰＣＭ信号として
駆動部１４に送り、液晶光スイッチ４を駆動することに
より、プローブ光を変調して被測定装置の外部にイオン
のエネルギー情報を送ることができる。光電池２４、液
晶光スイッチモジュール４及びエネルギーアナライザモ
ジュール２ｄはシリコンウエハ３０上のシリコン窒化膜
の層間絶縁膜に設けられたコンタクトホールを介して、
シリコンウエハ３０に形成された集積回路２６に接続さ
れている。

【００３８】このエネルギーアナライザを備えた測定装
置をＥＣＲエッチング装置に搬送して装着し、イオンエ
ネルギーを測定した結果を図１３に示す。横軸のイオン
エネルギーはリターディング電極１０６に印加される電
圧であり、このような分布をもったイオンが基板に入射
していることが分かる。実施例は温度、ガス流量、磁束
密度、イオンエネルギーをそれぞれ個別に測定する測定
装置として実現しているが、それらの２以上を同時に測
定するように検出部に２種類以上のものを配置してもよ
い。

【００３９】

【発明の効果】本発明の物理量測定装置は、真空装置内
での物理量を検出する検出部と、外部からの連続光を情
報を含んだパルス光に変換する液晶光スイッチと、検出
部の検出信号をサンプリングし、その検出信号に応じた
パルス信号にして液晶光スイッチを駆動するサンプリン
グ及び駆動部と、光電池を備え電源部とを備え、これら
の各部を単一の基板に形成して真空装置内の所定の位置
へ搬送し着脱可能に装着できるようにしたので、物理量
が測定される真空装置に特別な改造を加えることなし
に、また電源や入出力のためのケーブルによる接続も行
なうことなしに、温度その他の物理量を随時測定するこ
とができ、また測定終了後は直ちに本来のプロセス処理
や薄膜形成に移行することができる。その基板に、外部
から供給される光パルス信号を受光する受光部、その受
光部が受光した光パルス信号を情報に復調する復調部、
並びにその復調された情報に基づいてサンプリング及び
駆動部を制御する制御部をさらに備えている場合には、
物理量を測定する時間などを任意に制御することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の測定装置を概略的に表わしたブロック
図である。

【図２】検出部が温度センサである場合の実施例を示す
図であり、（Ａ）は平面的配置図、（Ｂ）はそのＸ−
Ｘ’線位置での断面図である。

【図３】同実施例における光電池を示す図であり、
（Ａ）は斜視断面図、（Ｂ）は平面的配置図である。

【図４】同実施例における液晶光スイッチモジュール部
分を示す図であり、（Ａ）は液晶光スイッチモジュール
の分解斜視図、（Ｂ）は液晶光スイッチモジュールをシ
リコンウエハに装着する状態を示す分解斜視図である。

【図５】同実施例の測定装置をＲＩＥエッチング装置に
適用した状態を示すＲＩＥエッチング装置の概略断面図
である。

【図６】同実施例の測定装置により温度測定を行なった
結果を示す図である。

【図７】検出部がガスフローセンサである場合の実施例
を示す図であり、（Ａ）は平面的配置図、（Ｂ）はその
Ｙ−Ｙ’線位置での断面図である。

【図８】ガスフローセンサとしてのガス流量測定用ヒー
タモジュールを示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）
はそのＺ−Ｚ’線位置での断面図である。

【図９】検出部が磁束密度検出用のホール素子である場
合の実施例を示す図であり、（Ａ）は平面的配置図、
（Ｂ）はそのＳ−Ｓ’線位置での断面図、（Ｃ）はホー
ル素子を表わす平面図である。

【図１０】同実施例の測定装置により磁束密度測定を行
なった結果を示す図である。

【図１１】検出部がエネルギーアナライザである場合の
実施例を示す図であり、（Ａ）は平面的配置図、（Ｂ）
はそのＴ−Ｔ’線位置での断面図である。

【図１２】同実施例におけるエネルギーアナライザを示
す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）はそのＵ−Ｕ’線
位置での断面図、（Ｃ）は（Ａ）の右側面図である。

【図１３】同実施例の測定装置によりイオンエネルギ測
定を行なった結果を示す図である。

【符号の説明】

２検出部２ａ温度センサ２ｂガスフローセンサ２ｃホール素子２ｄエネルギーアナライザ４液晶光スイッチ６プローブ光８測定情報光信号１０サンプリング回路１２制御パルス波形形成回路１４液晶光スイッチ１６測定制御用光信号１８受光部２０復調部２２制御部２４光電池３０シリコンウエハ基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空装置内での物理量を検出する検出部
と、外部からの連続光を情報を含んだパルス光に変換する液
晶光スイッチと、前記検出部の検出信号をサンプリングし、その検出信号
に応じたパルス信号にして前記液晶光スイッチを駆動す
るサンプリング及び駆動部と、光電池を備えて外部から供給される光又は前記真空装置
がプラズマ装置である場合にはそのプラズマが放射する
光を光電変換して前記各部の電源として供給する電源部
とを備え、これらの各部が単一の基板に形成され、前記真空装置内
の所定の位置へ搬送されて着脱可能に装着される物理量
測定装置。
【請求項２】外部から供給される光パルス信号を受光
する受光部、その受光部が受光した光パルス信号を情報
に復調する復調部、及びその復調された情報に基づいて
前記サンプリング及び駆動部を制御する制御部をさらに
備え、これら各部も前記基板に形成されている請求項１
に記載の物理量測定装置。
【請求項３】物理量が測定される真空装置が半導体製
造装置であり、前記基板が半導体装置を形成するシリコ
ンウエハと同一平面形状をもっている請求項１又は２に
記載の物理量測定装置。
【請求項４】物理量が測定される真空装置が薄膜製造
装置である請求項１又は２に記載の物理量測定装置。
【請求項５】前記検出部は温度を抵抗値変化として検
出する温度センサである請求項１又は２に記載の物理量
測定装置。
【請求項６】前記検出部は流路内に温度センサを有
し、その温度センサの温度変化としてガス流量を検出す
るガスフローセンサである請求項１又は２に記載の物理
量測定装置。
【請求項７】前記検出部は磁束密度を検出するホール
素子である請求項１又は２に記載の物理量測定装置。
【請求項８】前記検出部は入射した荷電粒子を電流値
に変換するコレクタと、コレクタよりも入口側にあって
前記真空装置内に存在する荷電粒子よりも負の電位を有
しその荷電粒子を引き入れる電極と、この電極とコレク
タとの間に配置され、コレクタに入射する荷電粒子のエ
ネルギーを選択するために前記電極よりも正で可変の電
圧が印加されるリターディング電極とを有するエネルギ
ーアナライザである請求項１又は２に記載の物理量測定
装置。