(57)【要約】【課題】所望の複数点の部位の温度を、容易・迅速且つ正確に測ることを課題とする。【解決手段】温度測定装置を、第一の熱電対素子、第二の熱電対素子、前記第一の熱電対素子と電気的に直列に接続されたのＭＯＳトランジスタ及び、前記第二の熱電対素子と電気的に直列に接続されたＭＯＳトランジスタを有し、前記第一の熱電対素子からの出力信号と前記第二の熱電対素子からの出力信号の切り替えが、一方のＭＯＳトランジスタをオン又はオフのいずれかの状態から他に状態にし、他方のＭＯＳトランジスタを前記他の状態と反対の状態にすることにより行われる構成とする。【選択図】図２
2011137666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の熱電対素子、
第二の熱電対素子、
前記第一の熱電対素子と電気的に直列に接続されたのＭＯＳトランジスタ及び、
前記第二の熱電対素子と電気的に直列に接続されたＭＯＳトランジスタを有し、
前記第一の熱電対素子からの出力信号と前記第二の熱電対素子からの出力信号の切り替えが、一方のＭＯＳトランジスタをオン又はオフのいずれかの状態から他に状態にし、他方のＭＯＳトランジスタを前記他の状態と反対の状態にすることにより行われることを特徴とする温度測定装置。
【請求項２】
前記ＭＯＳトランジスタのソース電極及びドレイン電極とこれら電極に繋がる配線の材料並びに熱電対補償導線の材料が同一であることを特徴とする請求項１に記載の温度測定装置。
【請求項３】
基板及び
前記基板の上に第一の配線及び第二の配線を有するマトリックス配線を有し、
前記第一の配線と第二の配線の交差部に熱電対素子及びＭＯＳトランジスタが電気的に直列の状態で配置されており、前記熱電対素子及びＭＯＳトランジスタが電気的に直列の状態の部分の一の端は第二の配線に配線されおり、前記ＭＯＳトランジスタは第一の配線に印加された電圧信号によってオンの状態にされ、前記第二の配線と前記熱電対素子及びＭＯＳトランジスタが電気的に直列の状態の部分の他の端との電圧を測定することを特徴とする温度測定装置。
【請求項４】
前記熱電対素子の前記
基板と反対側に前記基板より大きな熱伝導率を有する絶縁膜層が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の温度測定装置。
【請求項５】
前記熱電対素子の基板側に前記基板より大きな熱伝導率を有する絶縁膜層が形成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の温度測定装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の温度測定装置を用いて処理対象物を処理する又は予め処理の準備をする工程を有することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板の大口径化に伴い、基板面内で複数の部位の温度を迅速・正確に測定する必要が生じる。
【０００３】
このような要求に対するもととして、Ｓｉウエーハに複数個の熱電対素子を埋め込んだ温度測定装置があった（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３６６３０３５号公報（第１−４ページ、第１−２図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、所望の複数点の部位の温度を容易・迅速且つ正確に測ることである。また、従来より更に温度管理がされた電子デバイスの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係わる温度測定装置は、第一の熱電対素子、第二の熱電対素子、前記第一の熱電対素子と電気的に直列に接続されたのＭＯＳトランジスタ及び、前記第二の熱電対素子と電気的に直列に接続されたＭＯＳトランジスタを有し、前記第一の熱電対素子からの出力信号と前記第二の熱電対素子からの出力信号の切り替えが、一方のＭＯＳトランジスタをオン又はオフのいずれかの状態から他に状態にし、他方のＭＯＳトランジスタを前記他の状態と反対の状態にすることにより行われる構成とする。
上記課題を解決するために、本願に係わるデバイスの製造方法は、本願に係わる温度測定装置を用いて処理対象物を処理する又は予め処理の準備をする工程を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、所望の複数点の部位の温度を容易・迅速且つ正確に測ることが可能となる。また、被測定対象と温度差が小さい状態で被測定対象物の温度を測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の熱電対素子の基本構成部品を説明するための図である。
【図２】本発明の温度測定装置の基本構成を説明するための図である。
【図３Ａ】本発明の温度測定装置の製造工程を説明するための図である。
【図３Ｂ】本発明の温度測定装置の製造工程を説明するための図である。
【図４】本発明に係わる温度測定装置の一例を説明するための図である。
【図５】本発明の温度測定装置を使用した工程を有する電子デバイスの製造方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は本発明の熱電対スイッチング装置の基本構成部品を示すものである。
【００１０】
図1(ａ)は、熱電対素子１０を示すものである。熱電対素子１０は、例えば１０ｅの白金と１０ｆ白金・ロジウムよりなり、１０ｃは白金と白金・ロジウムの熱接点を示す。１０ｇは、例えば銅よりなる補償銅線で、長さは数メートルとなる場合が多い。
【００１１】
熱電対金属の組み合わせとしては、上記の白金と白金・ロジウム合金の他、クロメルとアルメルあるいは銅とコンスタンタン等を挙げることが出来る。
【００１２】
図１（ｂ）、MOSトランジスタを回路記号で表したものである。２０ｇゲート電極、２０ｈは基板電極である。２０ｅと２０ｆは、ソース(あるいはドレイン)電極とドレイン（あるいはソース）電極を示す。ここで、基板電極２０ｈは、ゲート電極に対して基準電位を与えるもので、通常は基板をグランド電位に落とすことによって実現される。
【００１３】
ここで、ＭＯＳトランジスタとは、Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒの訳で、半導体の上に酸化膜の薄膜を作製し、その上に金属の電極を形成することにより作製することが出来る。
【００１４】
特徴は、薄い且つ微細なトランジスタを作製することが可能なことである。例えば、液晶ディスプレイ等に使用されている薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）もＭＯＳトランジスタ一種である。
【００１５】
これら電極とこれらに繋がる配線材料は図１（ａ）の補償導線１０ｇと同一材料である。例えば図１(a)１０ｃの補償導線が銅であれば、ソース電極２０ｅならびにドレイン電極２０ｆとこれらの電極に繋がる配線材料は銅からならなければならない。熱電対素子と繋がる２本の配線の一方だけに異種金属使用による電位差発生を防ぐためである。
【００１６】
図１（ｃ）の30は電圧計である。
【００１７】
図１（ｄ）は、図１（ｂ）のＭＯＳトランジスタ２０の具体的構造を示す断面図である。１０００はシリコン基板で、１１００は素子間を分離する素子間分離絶縁膜で５００ｎｍのシリコン酸化膜よりなる。１３００はゲート絶縁膜で、１０ｎｍの膜厚をもつシリコン酸化膜より形成される。ゲート電極１４００は膜厚１５０ｎｍの多結晶シリコンにより形成され、１２００ｅと１２００ｆは接合深さ０．１５μｍのソースならびにドレイン領域である。
さらに、１８００は膜厚０．５μmの窒化アルミニウム（以降ＡｌＮと記すこともある）のフィールド絶縁膜で、２０ｅ，２０ｆ、２０ｇはそれぞれ図１（ｂ）のソース電極銅配線、ドレイン電極銅配線、ゲート電極銅配線に対応する。
【００１８】
本発明の基本構成を以下に説明する。
【００１９】
図２の４０は、熱電対素子１０の2本線からなる補償導線１０ｇの片方がＭＯＳトランジスタ２０のソース電極２０ｅ（あるいはドレイン電極２０ｆ）に接続され、さらにドレイン電極２０ｆ（あるいはソース電極２０ｅ）が電圧計３０に接続されている図を示している。熱電対のもう一つ補償導線１０ｇは電圧計３０のグランド側に接続される。
【００２０】
ＭＯＳトランジスタのゲート電圧としてトランジスタを駆動させるに十分な電圧が与えられれば、熱電対起電力が電圧計に印加されることになる。一方、ゲート電圧が与えられない場合には熱電対起電力が電圧計に印加されることはない。このことは、MOSトランジシタが、熱電対起電力出力を電圧計で検出する際のスイッチ素子となることを示している。
【００２１】
次に、前記の熱電対素子１０とＭＯＳトランジスタ２０からなる本発明の係わる基本構成を基板上に形成する製造方法を示す。
【００２２】
図３は、本発明の基本構成図２に記載の熱電対素子１０とＭＯＳトランジスタ２０をシリコン半導体装置の製造方法により、同一シリコン基板上に作製する製造方法を示すものである。但し、本発明が原理的に可能であることを示すもので、配線工程のバリアメタル使用などの詳細は省略してある。
【００２３】
図３Ａ（ａ）では、シリコン基板１０００にシャロー・トレンチアイソレーション（STI法）により５００nmのシリコン酸化膜よりなる素子間分離絶縁膜１１００を形成した工程までを示した。
【００２４】
図３Ａ（ｂ）では、１０ｎｍのシリコン酸化膜によるゲート絶縁膜１３００を形成し、さらにチャネル長１μmの多結晶シリコンのゲート電極１４００を形成した。さらにゲート電極１４００をマスクとしイオン注入法によりソース領域１２００ｅとドレイン領域１２００ｆを形成する。
【００２５】
図３Ａ（ｃ）では膜厚０．５μmの窒化アルミニウム（ＡｌＮ）をＲＦ溶射法により被着しフィールド絶縁膜１８００を形成し、コンタクト孔を設けソース電極配線２０ｅ、ドレイン電極配線２０ｆ、ゲート電極配線２０ｇを取り出す。尚、ドレイン電極配線２０ｆは図のごとくフィールド酸化膜上に延在させている。
【００２６】
図３Ａ（ｄ）では、前記ＲＦ溶射法により０．５μｍの窒化アルミニウム（ＡｌＮ）よりなる層間絶縁膜１９００を堆積させた。
【００２７】
図３Ａ（ｅ）では、前記ドレイン電極配線上の１９００層間絶縁膜にダマシン法により開口を行い、白金ロジウム１０ｆを埋設する。さらに白金ロジウム１０ｆを囲うようにフォトレジスト３１００に露光現像して開口する。
【００２８】
図３Ｂ（ｆ）では、所定のパターンを有するフォトレジスト３１００形成後、白金を真空蒸着法により５μｍの膜厚堆積し、フォトレジスト３１００を有機溶剤で除去する。いわゆる、リフトオフ法により白金凸部１０ｅを形成する。
【００２９】
その後、前記白金ロジウム１０ｆと白金１０ｅの界面を熱処理によりミキシングさせることにより、熱接点を形成する。
【００３０】
該熱接点の両端間で熱起電力が発生することとなる。
【００３１】
図３Ｂ（ｇ）では白金凸部１０ｅを上に極めて熱伝導性の良い絶縁膜である窒化アルミニウム４１００をスパッタ法に１００ｎｍ堆積させる。
【００３２】
図３Ｂ（ｈ）では、リソグラフィーならびにドライエッチングによりゲート電極２０ｇ及びソース電極上の層間絶縁膜１９００と窒化アルミニウム層４１００を除去しコンタクト孔５０００を形成する。
【００３３】
図３Ｂ（ｉ）がプロセス的には最終工程で、該コンタクト孔５０００を含む面に埋め込み金属である銅を堆積し、フォトリソグラフィとエッチングによりコンタクト孔以外に堆積した埋め込み金属を除去することにより、ゲート電極配線２０ｇとソース電極配線２０ｅへの外部接続を可能にする接続端子部５０００ａを形成する。
【００３４】
以上の工程により、図２に示す本発明の基本構成を作製することが出来る。
【００３５】
ここで、熱電対の構成である１０ｅ、１０ｆの熱流の上流側である保護膜４１００に熱伝導率の高いＡｌＮを採用した場合、被測定対象と温度差が小さい状態で被測定対象物の温度を測定することが出来る。
【００３６】
一方、被測定対象の熱の下流部に熱伝導の悪いものがあると、そこで熱の流れが絞られる為、それより上流側である測定部の温度が上がるという事態が生ずる。そのような場合には、熱電対構成である１０ｅ、１０ｆの直下以下の
層間絶縁膜１９００、フィールド絶縁膜１８００に熱伝導率の高い材料を使用することにより、そのような問題も回避することが出来る。
【００３７】
但し、本発明に係わる温度測定装置が載置される例えば基板ホルダの温度が高く、温度測定装置内のＭＯＳトランジスタに悪い影響を与える場合には、フィールド酸化膜１８００はむしろ熱伝導率の低いシリコン酸化膜の方が好ましい。
【００３８】
どの程度の熱伝導率の高い材料を使用することが推奨されるかということに関しては、発明者は鋭意研究した結果、基板自体より高い熱伝導率を有する膜を作製すると良いとの見識を得た。
【００３９】
具体的に検討すると、基板がＳｉの場合、Ｓｉの熱伝導率は大きく１６８Ｗｍ−１Ｋ１であるので、それより熱伝導率の大きな材料としてはＡｌＮ（熱伝導率；２００Ｗｍ−１Ｋ−１）がある。また、シリコンより熱伝導率の大きい絶縁物として窒化ホウ素ＢＮ、シリコンカーバイトＳｉＣ、酸化ベリリウムＢｅＯ等も候補である。また、理想的にはダイヤモンド（熱伝導率は約１０００Ｗｍ−１Ｋ−１以上）がある。そして、人工的に作製されるＣＶＤダイヤモンドも本発明が必要としている特性を有している。
【００４０】
一方、基板としてガラスを使用した場合には、ガラスの主たる素材であるＳｉ酸化膜の熱伝導率は１．４Ｗｍ−１Ｋ−１であるので、絶縁膜である下地膜２としては前述の熱伝導率の大きい電気的絶縁物の他、酸化アルミニウム（熱伝導率：２１Ｗｍ−１Ｋ−１）も候補となる。
【００４１】
ここで、被測定対象と温度差の小さな測定を望む場合には、熱の流れの上流側である
保護膜４１００及び層間絶縁膜１９００に熱伝導率の高い膜を成膜するのが望ましい。更に、下流側で熱の流れが絞られ、それより上流側である測定部の温度が上がるという状態を抑制する為には、下流側に位置するフィールド酸化膜１８００も熱伝導性の高い膜にすることが望ましい。
【００４２】
図４は、図２に示した本発明の基本構成４０を使って9個の熱電対素子による温度測定をする温度測定装置１００を示したものである。この実施例では1個の電圧計３０で９個の熱電対素子の測定が可能であることを示した。９個の熱電対素子はＸＡＤとＹＡＤの中のスイッチの切り替えで指定できる。
【００４３】
今、ここで一番上の最左端の熱電対素子４０を（１、１）、その右側の熱電対素子を（１．２）、更にその右側の熱電対素子を（１、３）と表す。そして、（１，１）の下側の熱電対素子を（２、１）と表すこととする。即ち、（  ）ないの最初の文字は上から数えた順番（以降［行数］と呼ぶこととする）を、次の文字は左から数えた順番（以降［列数］と呼ぶこととする）を表す。以降、この数字の組をアドレスと呼ぶこともある。
【００４４】
ここで、Ｌ１，Ｌ２及びＬ３の配線は、それぞれ１行、２行及び３行に属するＭＯＳトランジスタのゲート電極を結んでいる。一方、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３の配線は、それぞれ１列、２列及び３列に属する熱電対素子のＭＯＳトランジスタが繋がっている反対側の端子と繋がっている。そして、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３はそれぞれＸＡＤ中のスイッチＸ１、Ｘ２及びＸ３と繋がっている。
【００４５】
また、ＭＯＳトランジスタの熱電対素子に繋がっている反対側の端子は、それぞれ各行に対応して設けられているＹＡＤ中のスイッチに繋がっている。
【００４６】
ここで、Ｌ１，Ｌ２及びＬ３の配線の全て又は少なくとも一つを介して、ＭＯＳトランジスタのゲート電極を駆動させる十分な電圧が印加されれば該ＭＯＳトランジスタは導通状態となる。
【００４７】
そして、例えば（１,１）で表される熱電対素子の出力を測定したい場合は、Ｌ１に所要の電圧を印加してＭＯＳトランジスタは導通状態にし、Ｘ１及びＹ１のスイッチをオンにすれば（１，１）に熱電対素子の出力を測定することが出来る。また、（２,２）で表される熱電対素子の出力を測定したい場合は、Ｌ２に所要の電圧を印加してＭＯＳトランジスタは導通状態にし、Ｘ２及びＹ２のスイッチをオンにすれば（２，２）の熱電対素子の出力を測定することが出来る。
【００４８】
図４ではＸＡＤとＹＡＤのスイッチ群を機械的スイッチで表現したが、このスイッチ群の機能を持つ集積回路に置き換えることが可能である。このような集積回路スイッチと共にメモリー回路を併せれば自動化と共に小型化が容易に可能である。
【００４９】
前述の一群の機械的スイッチ、スイッチ群の機能を持つ集積回路あるいはメモリー回路を有するスイッチ群の機能を持つ集積回路は温度測定装置１００に対するコントローラ（制御手段）を構成する。
【００５０】
次に本発明の温度測定素子を使用した物を生産する方法に関する説明をする。
【００５１】
図５は、本発明の温度測定素子を使用した基板処理装置の説明図である。５００は基板処理装置、５０１は内部を真空に出来る真空容器、５０２は電極、５０３は電極５０２を真空容器７０１から電気絶縁する電気的絶縁材、５０４は電極５０２に対してＲＦ電力を印加するＲＦ電源、５０５は真空容器５０１内にプロセスガスを導入するガス導入手段、５０６は温度測定対象物である基板、５０７は本発明に係わる温度測定装置、５０８は基板ホルダ、５０９は本発明に係わる温度測定装置５０７からの取り出し配線をまとめてホルダの外部に取り出すための孔、５１０は該取り出し配線を真空容器５０１の外に取り出すためのフィードスルー、５１１は排気口、５１２がゲートバルブそして５１３は本発明の温度測定素子を制御し且つ出力信号を受けるコンローラである。ここで、排気孔５１１に繋がれているターボ分子ポンプ、クライオポンプあるいはドライポンプ等の真空排気手段は描かれていない。
【００５２】
該基板処理装置５００を使用するためには、不図示の搬送手段により基板５０６を、基板ホルダ５０８上に載置されている本発明に係わる温度測定装置５０７の上に載置する。次いで、不図示の真空排気手段により真空容器５０１内を所定の圧力に排気する。
【００５３】
次いで、ガス導入手段５０５より所望のプロセスガスを導入する。そしてＲＦ電源５０４を作動させて電極５０２にパワーを印加する。これにより、ガス導入手段５０５より導入されたプロセスガスがプラズマ化され、イオン、中性活性種等が生成される。
【００５４】
例えば上記処理がドライエッチングである場合は、上述のイオン・中性活性種等が基板５０６上のマスクで覆われていない部分に作用して、選択的にエッチングが進む。
【００５５】
この際、本発明の温度測定素子よりなる温度測定装置５０７を使用して、コントローラ５１３により指定した温度測定素子の出力電圧より当該部分の温度が分る。また、所定の面に関して温度マップが必要な場合は、コントローラ５１３により熱電対素子をスキャンしてやれば良い。
【００５６】
上記のような本発明の温度測定素子の使用により、その場且つその時に測定したい位置の温度を知ることが出来る。その結果、たとえ設計ルールが数十ｎｍという微細なデバイスの製造工程において、わずか０．１度の温度差で１．５ｎｍの誤差が生じると言われているレジスト工程においても、十分な精度で加工する為のデータ得ることが出来る。
【００５７】
また、予め使用する予定のプロセス条件で本発明に係わる温度測定装置を使用して基板上に温度を測定しておき、以降は本発に係わる温度測定装置を使用せずに、その温度を測定したプロセス条件と同一のプロセス条件で処理を行うことにより、所定の温度で基板処理を行うことも出来る。
【００５８】
このようにして、各プロセス条件に対する基板の各点での温度を知ることが出来る。そして、このようにして得られたデータを使用して、各プロセス工程の最適化を容易に行うことが出来る。
【００５９】
上記においてはエッチング工程について説明をしたが、正確な温度の測定が有するあらゆる工程に適用が可能である。製品に関しては、ＤＲＡＭ、ＭＲＡＭ等の半導体装置、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬ表示装置等の電子表示装置、ハードディスク、ハードディスクヘッド等の電子部品等の電子デバイスに関して適用可能である。
【００６０】
また、工程に関しては、既に説明したエッチング工程に限らず、スパッリング又はＣＶＤ等の成膜工程、前処理工程或いは後処理工程等の基板のその場・その時の温度を知る必要があるあらゆる工程に適用可能である。
【００６１】
実施例を通じて、基板の上に直接高熱伝導率の電気的絶縁膜を形成したが、なんらこの形態の限定される必要はない。例えば、基板の上にＴｉ等の金属膜を一旦形成して、その上に高熱伝導率の電気的絶縁膜を形成しても良い。
【００６２】
以上、本発明について実施例に基づいて説明して来たが、本発明は何らかかる実施の形態に拘束されものではない。
【符号の説明】
【００６３】
１０  熱電対素子            
２０  ＭＯＳトランジスタ
３０  電圧計
４０  本発明の基本構成
１０００  シリコン基板                    
１１００  素子間分離絶縁膜
１２００  ソース領域、ドレイン領域
１３００  ゲート絶縁膜
１４００  ゲート電極
１８００  フィールド絶縁膜
１９００  層間絶縁膜
３１００  フォトレジスト
４１００  保護膜（窒化アルミニウム）
５００  基板処理装置
５０１  真空容器
５０２  電極
５０３  電気的絶縁材
５０４  ＲＦ電源
５０５  ガス導入手段
５０６  基板
１００、５０７              本発明に係わる温度測定装置
５０８  基板ホルダ
５０９  孔
５１０  フィールドスルー
５１１  排気口
５１２  ゲートバルブ
５１３  コントローラ（制御手段）
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３  行配線
Ｒ１，Ｒ２、Ｒ３  列配線
【図１】
2011137666.tif 000003
【図２】
2011137666.tif 000004
【図３Ａ】
2011137666.tif 000005
【図３Ｂ】
2011137666.tif 000006
【図４】
2011137666.tif 000007
【図５】
2011137666.tif 000008