JPH0567662A - ウエハ温度測定方法及び装置 - Google Patents

ウエハ温度測定方法及び装置

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JPH0567662A
JPH0567662A JP25464291A JP25464291A JPH0567662A JP H0567662 A JPH0567662 A JP H0567662A JP 25464291 A JP25464291 A JP 25464291A JP 25464291 A JP25464291 A JP 25464291A JP H0567662 A JPH0567662 A JP H0567662A
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JP
Japan
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wafer
temperature
probe
resistivity
silicon wafer
Prior art date
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JP25464291A
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English (en)
Inventor
Tomofune Tani
智船 谷
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】反応容器内で所定の処理を受けるウエハの温度
を正確に測定し、最適・高精度な温度制御を可能とす
る。 【構成】下部電極16の上面に、所定の間隔を置いて形
成された複数(たとえば一対)のプローブ収容穴24に
それぞれプローブ26が上向きに配設される。各プロー
ブ26は、円筒状のプローブ本体からプローブ針を突出
させたもので、プローブ本体の底部に設けたバネによっ
て該プローブ針を垂直方向に弾力的に支持している。下
部電極16上にシリコンウエハ20が置かれると、各プ
ローブ26のプローブ針先端が適度の加圧力でシリコン
ウエハ20の下面に接触する。各プローブ26は、下部
電極16を貫通するケーブル28を介して反応容器10
の外に配置されたウエハ温度モニタ装置30に接続され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、反応容器内で所定の処
理を受ける半導体ウエハの温度を測定するための方法お
よび装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体製造工程において、半導体ウエハ
は真空チャンバ等の反応容器内で所定の処理を受ける
が、その処理の出来具合はウエハ温度に左右されること
が多い。たとえば、最近のエッチング加工の主流である
プラズマエッチングにおいては、ウエハ温度を低くする
ほどサイドカットの少ない良好な異方性エッチングが得
られる。しかし、ウエハ温度が低いほどエッチング速度
は遅くなるので、ウエハ温度をいたずらに下げればよい
というわけでもなく、最適な温度を設定し、かつその設
定温度に制御しなければならない。最適な温度制御を行
うには、反応容器内のウエハの温度を正確に測定する必
要がある。
【0003】従来のウエハ温度測定方式は、ウエハを支
持する試料台に熱電対を取り付け、あるいはウエハ近辺
の冷却ガスの雰囲気中に温度センサを配設して、試料台
または冷却ガスの温度を検出し、その検出温度からウエ
ハの温度を推定していた。すなわち、ウエハは一時的な
処理のため反応容器に出し入れされる被加工物であるこ
とから、熱電対を直接ウエハに取り付けるわけにはいか
ないので、試料台または冷却ガスを介して間接的な温度
測定を行っていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、試料台
や冷却ガスは、ウエハに接触ないし近接しても、ウエハ
とは別個のもので、かつ異なる温度特性を有する材質の
ものであるから、試料台や冷却ガスの温度とウエハ温度
との近似性はよくない。このために、試料台または冷却
ガスの温度を検出してウエハの温度を推定する上記従来
方式は、測定誤差が多く、精度の高いウエハ温度測定値
が得られなかった。
【0005】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
もので、反応容器内のウエハの温度を正確に測定し、最
適・高精度な温度制御を可能とするウエハ温度測定方法
および装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のウエハ温度測定方法は、反応容器内の所定
位置に配置されたウエハの抵抗率を測定し、前記ウエハ
抵抗率の測定値を基に前記ウエハの温度を算出する方法
とした。
【0007】また、本発明のウエハ温度測定装置は、反
応容器内の所定位置に配置されて互いに所定の間隔を置
いてウエハに接触する複数のプローブ手段と、前記複数
のプローブ手段によって得られる電気的特性に基づいて
前記ウエハの抵抗率を測定するウエハ抵抗率測定手段
と、前記ウエハ抵抗率の測定値を基に前記ウエハの温度
を演算するウエハ温度演算手段とを具備する構成とし
た。
【0008】
【作用】半導体の温度と抵抗率との間には一定の関係が
あり、温度が低くなるほど抵抗率は高くなる。したがっ
て、ウエハの抵抗率を測定することで、その抵抗率測定
値からウエハの温度を求めることができる。本発明のウ
エハ温度測定装置では、ウエハの下面に複数のプローブ
を当て、たとえばそれらのプローブ間に電流を流し、電
圧降下を検出することで、プローブ間の広がり抵抗を求
め、その広がり抵抗から所定の関係式よりウエハの抵抗
率の測定値を求め、そのウエハ抵抗率の測定値から所定
の関係式よりウエハの温度を割り出す。このように、本
発明では、ウエハ自体の特性値(抵抗率)からウエハの
温度を求める。
【0009】
【実施例】以下、添付図を参照して本発明の実施例を説
明する。図1は、本発明の一実施例による枚葉式プラズ
マエッチング装置の要部の構成を示す。このエッチング
装置において、反応容器10内の中央部に上部電極12
と下部電極16とが一定の間隔をおいて互いに平行に配
設され、下部電極16上に1枚のシリコンウエハ20が
配置される。反応容器10の側壁には、シリコンウエハ
20を出し入れするためのバルブ11が設けられてい
る。
【0010】上部電極12の中心部には、たとえばCF
4 ,SF6 等のエッチングガスを導入するための貫通孔
12Aが形成され、下面にはエッチングガスをシリコン
ウエハ20の上面(被加工面)に向けて均一に吹きつけ
るための多数の開口12Bが形成されている。また、上
部電極12には冷却水を通すための水路12Cが内設さ
れ、この水路12Cには上部冷却水供給装置14より冷
却水が供給される。上部冷却水供給装置14は、冷却水
の温度を検出する温度計、冷却水を冷却する冷却器、冷
却水を循環させるためのポンプ等を有している。
【0011】下部電極16は、シリコンウエハ20の試
料台または設置台を兼用する電極であって、その中心部
には冷却ガスを導入するための貫通孔16Aが設けられ
ている。また、冷却水を通すための水路16Bも内設さ
れ、この水路16Bには下部冷却水供給装置18より冷
却水が供給されるようになっている。下部冷却水供給装
置18は、上部冷却水供給装置14と同様な構成・機能
を有するものでよい。
【0012】上部電極12、下部電極16はそれぞれア
ース、高周波電源(図示せず)に接続され、両電極間に
高周波電源電圧が印加される。これにより、両電極間の
空間にプラズマが発生し、このプラズマ中の反応性イオ
ンがシリコンウエハ20に対して垂直に入射することに
より、異方性のエッチングが行われるようになってい
る。
【0013】下部電極16の外側には絶縁材からなる断
面L形のウエハ保持部材22が設けられる。このウエハ
保持部材22には、シリコンウエハ20の外周縁に近接
した位置に冷却ガス排出用の複数の孔22Aが形成され
ており、これら孔22Aから冷却ガスが送風される。そ
して、これら孔22Aから吹き付ける冷却ガスによっ
て、シリコンウエハ20には、垂直方向へり加圧力が作
用するが、ウエハ保持部材22がシリコンウエハ20の
外周縁部を押さえ付けることにより、シリコンウエハ2
0が保持されるようになっている。
【0014】下部電極16の貫通孔16Aよりシリコン
ウエハ20の下面中央部に吹きつけられた冷却ガスは、
シリコンウエハ20の下面と下部電極16の上面との隙
間を通ってシリコンウエハ20の外側に抜けて、ウエハ
保持部材22の孔22Aを通っていったん反応室に入
り、そこからガス排出口10Aを通って反応容器10の
外へ排出されるようになっている。
【0015】さて、本実施例では、下部電極16の上面
に、所定の間隔を置いて複数(たとえば一対)のプロー
ブ収容穴24が形成され、各プローブ収容穴24内にプ
ローブ26が上向きに配設される。各プローブ26は、
円筒状のプローブ本体からプローブ針を突出させたもの
で、プローブ本体の底部に設けた図示しないバネによっ
て該プローブ針を垂直方向に弾力的に支持している。こ
れにより、下部電極16上にシリコンウエハ20が置か
れると、各プローブ26のプローブ針先端が適度の加圧
力でシリコンウエハ20の下面に接触するようになって
いる。
【0016】各プローブ26は、下部電極16を貫通す
るケーブル28を介して反応容器10の外に配置された
ウエハ温度モニタ装置30に接続される。このモニタ装
置30は、プローブ26およびシリコンウエハ20を含
む直流回路に一定の電流Iを流す直流電圧源、一対のプ
ローブ26間の電圧降下Vを検出する電圧検出回路、電
流Iと電圧降下Vとからプローブ26間の広がり抵抗R
(R=V/I)を演算する抵抗検出回路、広がり抵抗R
と下式よりシリコンウエハ20の抵抗率を演算する広
がり抵抗演算回路、抵抗率ρと下式よりシリコンウエ
ハ20の温度を演算するウエハ温度演算回路を備えてい
る。 R=ρ/2a ………… ρ=ρ0 exp(−Eg /kB T) ………… ここで、aはプローブ針の直径、ρ0 は定数、Eg はギ
ャップエネルギ、KBはボルツマン定数、Tはウエハ2
0の絶対温度である。また、式はシリコンウエハ20
が真性半導体である場合の関係式である。
【0017】なお、上記抵抗値Rにはシリコンウエハ2
0とプローブ26間の接触抵抗が含まれるので、その抵
抗値が無視できないような値であれば、その抵抗値を補
償するための補正回路を設ければよい。また、上記各種
の演算回路をマイクロコンピュータによってソフトウェ
ア的に構成することも可能である。
【0018】このように、本実施例では、下部電極16
に置かれたシリコンウエハ20の下面にプローブ26を
接触させて、シリコンウエハ20の広がり抵抗を測定
し、その広がり抵抗の測定値からシリコンウエハ20の
抵抗率を求め、その抵抗率の測定値からシリコンウエハ
20の温度を求めるようにした。したがって、シリコン
ウエハ20自体の特性値(抵抗率)からシリコンウエハ
20の温度測定を行うことになり、高い精度の温度測定
値を得ることができる。また、プローブ26はシリコン
ウエハ20の下面に接触するだけで、固着取付されるも
のではないから、シリコンウエハ20の交換が容易であ
る。
【0019】なお、ウエハ温度モニタ装置30は、シリ
コンウエハ20の温度測定値をディスプレイに表示して
よい。さらに、ウエハ温度の最適化制御を行うために、
ウエハ温度モニタ装置30で得られたウエハ温度測定値
を、冷却ガス供給装置(図示せず)あるいは冷却水供給
装置18,26等の温度制御部へ与えるようにしてもよ
い。
【0020】上述した実施例では、シリコンウエハ20
の下面に一対のプローブ26を当てたが、2対のプロー
ブ26を当てて、2つの回路で広がり抵抗→ウエハ抵抗
率→ウエハ温度を求め、それらの平均値を得るようにし
てもよい。また、ウエハの抵抗率を求める方法として
は、上述した広がり抵抗法以外に、4探針法等も知られ
ているので、そのような他の測定法を用いることも可能
である。また、シリコンウエハ20が不真性半導体の場
合は、上記式の修正式を用いればよい。
【0021】また、本実施例は枚葉式プラズマエッチン
グ装置に係るものであったが、本発明のウエハ温度測定
装置はこれに限定されるものではなく、他の方式のブラ
ラズマエッチング装置、ドライエッチング装置、さらに
は成膜等の他の処理を行う装置にも適用可能である。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
反応容器内の所定位置に配置されたウエハの抵抗率をプ
ローブ等を用いて直接測定し、そのウエハ抵抗率の測定
値を基にウエハの温度を割り出すことにより、ウエハ自
体の特性値(抵抗率)からウエハ温度の測定値を求める
ようにしたので、精度の高いウエハ温度測定を行うこと
ができる。したがって、ウエハ温度の最適化制御または
精密制御が可能となり、良好な処理結果を得ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による枚葉式プラズマエッチ
ング装置の要部の構成を示す略断面図である。 10 反応容器 12 上部電極 14 冷却水供給装置 16 下部電極 18 冷却水供給装置 20 ウエハ 22 ウエハ保持部材 24 プローブ収容穴 26 プローブ 30 ウエハ温度モニタ装置

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 反応容器内の所定位置に配置されたウエ
    ハの温度を測定するための方法において、 前記ウエハの抵抗率を測定し、前記ウエハ抵抗率の測定
    値を基に前記ウエハの温度を算出することを特徴とする
    ウエハ温度測定方法。
  2. 【請求項2】 反応容器内の所定位置に配置されたウエ
    ハの温度を測定するための装置において、 前記所定位置に配置されて互いに所定の間隔を置いて前
    記ウエハに接触する複数のプローブ手段と、前記複数の
    プローブ手段によって得られる電気的特性に基づいて前
    記ウエハの抵抗率を測定するウエハ抵抗率測定手段と、
    前記ウエハ抵抗率の測定値を基に前記ウエハの温度を演
    算するウエハ温度演算手段とを具備したことを特徴とす
    るウエハ温度測定装置。
JP25464291A 1991-09-05 1991-09-05 ウエハ温度測定方法及び装置 Withdrawn JPH0567662A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990085791A (ko) * 1998-05-21 1999-12-15 윤종용 반도체 제조 공정의 측정 설비
JP2003007687A (ja) * 2001-06-26 2003-01-10 Shin Etsu Chem Co Ltd プラズマ処理中の温度測定方法及びそれに使用する温度測定用部材

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990085791A (ko) * 1998-05-21 1999-12-15 윤종용 반도체 제조 공정의 측정 설비
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Effective date: 19981203