基板端子間電圧検知回路
【目的】電圧測定器を接続することなく、半導体ウェハに生じたプラズマチャージアップを広い範囲にわたって迅速に検知することが可能な基板端子間電圧検知回路を提供する
【構成】半導体基板上に設けられた一対の電極間に生じた電圧を検知する基板端子間電圧検知回路は、電極間に接続された抵抗路と、抵抗路の中間点に一端が接続された回路電源と、抵抗路の両端部の一方と回路電源の他端との間に互いに並列接続されて互いに異なる溶断定格電流を有する少なくとも２つのヒューズ回路と、からなる基板端子間電圧検知回路であって、ヒューズ回路の各々は、一方と前記中間点との間の電位差に応じてオンオフするスイッチと、前記スイッチに直列接続した抵抗素子及びヒューズ素子を含んで前記回路電源の両端に接続した電流路と、を含むことを特徴とする。
【構成】半導体基板上に設けられた一対の電極間に生じた電圧を検知する基板端子間電圧検知回路は、電極間に接続された抵抗路と、抵抗路の中間点に一端が接続された回路電源と、抵抗路の両端部の一方と回路電源の他端との間に互いに並列接続されて互いに異なる溶断定格電流を有する少なくとも２つのヒューズ回路と、からなる基板端子間電圧検知回路であって、ヒューズ回路の各々は、一方と前記中間点との間の電位差に応じてオンオフするスイッチと、前記スイッチに直列接続した抵抗素子及びヒューズ素子を含んで前記回路電源の両端に接続した電流路と、を含むことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを構成する荷電粒子によって半導体基板に生じた帯電を検知する回路に関し、特に、電圧計を接続することなく、ワイヤレスで帯電量に相当する電圧を迅速に測定可能な基板端子間電圧検知回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程においては、半導体ウェハやその上に形成された絶縁膜にホールやウェル構造等のパターンを形成するために、プラズマエッチング処理が使用されている。プラズマエッチング工程では、マスクを介してプラズマを構成する荷電粒子を半導体ウェハ上に入射することによって、一定のパターン形成が試みられる。プラズマの不均一性によってウェハに流入する荷電粒子に偏りが生じ、半導体ウェハやその上に形成された絶縁膜等電気伝導率が低いことと相まって、半導体ウェハに「チャージング」現象が生ずる。すなわち、正又は負電荷が半導体ウェハ又は絶縁膜の表面近傍に局在化してしまう。
【０００３】
かかる「チャージング」現象が生じた状態で、さらに、プラズマエッチング処理を行うと、形状異常、すなわち、所望の加工形状が得られないという問題が生ずる。半導体ウェハ又は絶縁膜の表面近傍に局在化した電荷の極性と荷電粒子の極性とが同一である場合、局在化した電荷が生ずる表面に向けて荷電粒子を照射しても、お互いのクーロン反発によって、荷電粒子の軌道が曲げられてしまうからである。荷電粒子の軌道が局在化した電荷を避けるように半導体ウェハ又は絶縁膜の表面に照射される結果、パターンの加工形状に異常が生じてしまう。
【０００４】
さらに、例えば、半導体ウェハ上の絶縁膜にホールパターンやその他のウェル構造を形成する際、ホールやウェルの上面である絶縁膜表面とホールやウェルの底面との電荷帯電量の差によって電位差が発生し、プラズマからエッチングを促進するための正イオンが十分なエネルギーを持ってホールやウェルの底面に入射することができず、ある深さ以上は、エッチングが進行しないというエッチングストップの問題も生じる。
【０００５】
プラズマによって引き起される形状異常やエッチングストップ等のこれら問題の分析及び解決のために、プラズマ自体の様々な物理量（プラズマ密度、プラズマ温度等）やプラズマエッチング処理の際に生ずるウェハ上の帯電分布をＩｎ−ｓｉｔｕにて測定するためのセンサが提案されている。
【０００６】
かかる帯電量測定回路として、プラズマ生成チャンバ内に帯電分布を検知するセンサを設置し、プラズマチャンバ外に検知された帯電量に相当する電圧を測定する電圧計を設置する技術が開示されている（特許文献１）。かかる技術においては、プラズマチャンバ内にあるセンサからの出力を得るために、センサに接続されたワイヤをチャンバ外の電圧計へ引き出すための専用端子をプラズマチャンバに取り付ける必要がある。また、プラズマを構成する荷電粒子がワイヤに照射されたり、プラズマ発生装置に用いる高圧電源により出力電圧が影響される可能性もある。
【０００７】
基板上に形成されたヒューズの溶断を視覚的に観察したり、ヒューズの抵抗値を測定することによって、エッチング工程において基板に生じたチャージアップを測定する技術も開示されている（特許文献２）。しかしながら、ヒューズ自身にプラズマ荷電粒子が照射されて、ヒューズに流れる電流が荷電粒子によって大きく影響される可能性がある。空間的に離間された箇所における帯電量の偏りを測定することとなると、ヒューズ長や配線経路が増大し、プラズマ荷電粒子による影響がますます大きくなってしまう。また、帯電量の偏りを多段階的に検知するには、溶断電流が異なるヒューズを複数個準備することが必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−２２５６７７
【特許文献２】特開２００８−１７０２７４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、電圧測定器を接続することなく、半導体ウェハに生じたプラズマチャージアップを広い範囲にわたって迅速に検知することが可能な基板端子間電圧検知回路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】
【００１０】
本発明の第１の特徴による基板端子間電圧検知回路は、半導体基板上に設けられた一対の電極間に生じた電圧を検知する基板端子間電圧検知回路であって、前記電極間に接続された抵抗路と、前記抵抗路の中間点に一端が接続された回路電源と、前記抵抗路の両端部の一方と前記回路電源の他端との間に互いに並列接続されて互いに異なる溶断定格電流を有する少なくとも２つのヒューズ回路と、からなる基板端子間電圧検知回路であって、前記ヒューズ回路の各々は、前記一方と前記中間点との間の電位差に応じてオンオフするスイッチと、前記スイッチに直列接続した抵抗素子及びヒューズ素子を含んで前記回路電源の両端に接続した電流路と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の第１の特徴による基板端子間電圧検知回路を半導体基板に装着し、プラズマチャージングによる帯電量の偏りが生じた場合、２つのヒューズ回路は異なる溶断定格電流を有するので、その各々には異なる電流が生ずる。帯電量が増加することにともなって、電極間の電圧が増大して、ヒューズ回路に流れる電流が溶断定格電流に到達すれと、ヒューズ素子が断線する。ヒューズが断線する際の溶断定格電流と電極間の電圧との関係について予め設定しておけば、電極間に生じた帯電量の偏りを断線ヒューズ素子の個数により定量的に決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の第１実施例である基板端子間電圧検知回路の概略平面図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施例である基板端子間電圧検知回路の回路図である。
【図３】図３は、本発明の第２実施例である基板端子間電圧検知回路の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
【実施例１】
【００１４】
本発明の実施例１である基板端子間電圧検知回路について図１及び図２を参照して説明する。図１及び図２に示した実施例１の基板端子間電圧検知回路（１３）は、半導体基板（１）上に設けられた一対の電極（１０及び１１）間に生じた電圧を検知し、電極間に接続された抵抗路（点Ｂ〜点Ｃ）と、抵抗路（点Ｂ〜点Ｃ）の中間点Ａに一端が接続された回路電源（１５）と、前記抵抗路（点Ｂ〜点Ｃ）の両端部の一方（点Ｂ）と前記回路電源の他端との間に互いに並列接続されて互いに異なる溶断定格電流を有する少なくとも２つのヒューズ回路（抵抗素子３１、ヒューズ素子４１、ＭＯＳトランジスタ５１からなる直列接続回路、抵抗素子３２、ヒューズ素子４２、ＭＯＳトランジスタ５２からなる直列接続回路）と、からなり、前記ヒューズ回路の各々は、前記一方（点Ｂ）と前記中間点（点Ａ）との間の電位差に応じてオンオフするスイッチ（５１、５２）と、前記スイッチ（５１、５２）に直列接続した抵抗素子（３１、３２）及びヒューズ素子（４１、４２）を含んで前記回路電源の両端に接続した電流路と、を含む。
【００１５】
図１は、本発明の基板端子間電圧検知回路１３を半導体基板１に搭載したときの概略平面図である。図１に示すように、半導体ウェハ上にある電極１０及び１１に基板端子間電圧検知回路１３が接続されている。この基板端子間電圧検知回路は透明な絶縁性カバー１２により覆われており、プラズマから保護されている。透明であるので、基板端子間電圧検知回路のヒューズ素子が断線しているか否かを視認することができる。さらに、プラズマを構成する荷電粒子が基板端子間電圧検知回路に直接的に照射されて、基板端子間電圧検知回路内のヒューズ素子、素子間を接続する配線、端子等に荷電粒子が流入することを防ぐ保護カバーとしても機能し得る。
【００１６】
図１に示した基板端子間電圧検知回路１３の回路構成について図２を参照して説明する。図１に示した基板端子間電圧検知回路１３はプラズマ発生チャンバ内（図示せず）内に配送され得る。図２に示した回路は、図１の電極１０、１１、及び基板端子間電圧検知回路１３に相当する。
【００１７】
電極１０と電極１１との間には、第１抵抗２１及び第２抵抗２２が直列に接続された抵抗路（点Ｃ〜点Ｂ）がある。実施例１において、第１抵抗の抵抗値は、第２抵抗の抵抗値よりも大となるように構成している。具体的には、第１抵抗の抵抗値は、例えば、９００ＭΩに設定し、第２抵抗は、例えば、１００ＭΩに設定している。このように第１抵抗の抵抗値を第２抵抗の抵抗値に比べて大となるように構成しているのは、基板端子間電圧検知回路が電極間に生ずる電圧に及ぼす影響を最小限に抑えるためである。プラズマ発生チャンバ内は高温となるため、抵抗路は温度依存性が小さいものを使用するのが好ましい。プラズマ発生条件によって、チャンバ内の温度の変化に応じて抵抗率が変化してしまうと、これに応じてヒューズに流れる電流値にも影響するからである。
【００１８】
第１抵抗及び第２抵抗との間にあるＡ点に電圧電源１５の一端が接続されている。実施例においては、電源は３Ｖの電圧を供給する。プラズマ発生チャンバ内は高温となるため、電圧電源は耐熱性を有するものか或いは耐熱処理をなされたものを使用するのが好ましい。プラズマ発生時に電圧を供給できなくなってしまうと、ＭＯＳトランジスタのスイッチ動作に影響を及ぼすからである。
【００１９】
電源１５に対して、抵抗素子３１、ヒューズ素子４１、ＭＯＳトランジスタ５１からなる直列接続が並列接続されている。同様に、抵抗素子３２、ヒューズ素子４２、ＭＯＳトランジスタ５２からなる直列接続と、抵抗素子３４、ヒューズ素子４４、ＭＯＳトランジスタ５４からなる直列接続と、抵抗素子３５、ヒューズ素子４５、ＭＯＳトランジスタ５５からなる直列接続とは、電源１５に並列に接続されている。図２に示した実施例において、４つの直列接続が接続されているが、その個数は４つ限定されず、少なくとも２つの直列接続があればよい。抵抗素子３１、３２、３３、３４の抵抗値は、互いに異なる抵抗値を有するように設定しており、例えば、それぞれ５Ω、６Ω、７Ω、８Ωに設定されている。
【００２０】
ヒューズ素子４１、４２、４３、４４は、互いに同一の特性をし、所定の電流が生じると断線する。本実施例においては、全てのヒューズ素子が、０．１Ａ以上の電流が流れると断線する。
【００２１】
ＭＯＳトランジスタ５１、５２、５３、５４の各々は、ドレイン、ゲート、ソースを有し、ドレインは対応するヒューズ素子に接続され、ゲートは電極１１の一端に接続され、ソースはＡ点に接続されている。ＭＯＳトランジスタ５１、５２、５３、５４は互いに同一の特性を有し、電極１１の電位によってゲート制御され、ドレイン電位がソース電位よりも高くなるとオン状態になる。また、ドレイン電位がソース電位よりも高い場合であっても、ソースとゲートの電位が同電位のときにはオフ状態となる。プラズマ発生チャンバ内は高温となるため、抵抗素子、ヒューズ素子、ＭＯＳトランジスタは、抵抗値等の物理特性の温度依存性が小さいものを使用するのが好ましい。
【００２２】
次に図１及び図２に示した回路の動作について説明する。
１．電極間の電位差が０Ｖである場合
まず、図１及び図２に示した電圧検知回路において、電極間に帯電量の偏りが生じていない場合、すなわち、電極間に電位差が生じていない場合について説明する。
【００２３】
かかる場合、電極１１における電位を０Ｖとした場合、ＭＯＳトランジスタ５１のゲート電位は０Ｖであり、かつソース電位は０Ｖであり、ゲート‐ソース間の電圧は０Ｖとなっているので、ＭＯＳトランジスタはオフ状態である。同様に、他の全てのＭＯＳトランジスタもオフ状態である。
【００２４】
よって、電極間に電圧が生じていない場合には、ＭＯＳトランジスタ５１、５２、５３、５４の全てがオフ状態であるので、ヒューズ素子の各々には電流は流れない。
２．電極間に１５Ｖの電位差が生じている場合
次に、図１に示したセンサをプラズマに曝すと、プラズマから荷電粒子が半導体ウェハに入射され、ウェハ上に電荷が帯電する。同様に電極１１及び１２の露出部分にも帯電が生ずる。この時、電極間に帯電量の偏りが生じることによって、電極間に＋１５Ｖの電位差が生じた場合について説明する。なお、説明を簡略化するため、電極１１における電位を＋１５Ｖとして、電極１０における電位を０Ｖとする。
【００２５】
かかる場合、電極１０における電位は０Ｖであり、電極１１における電位は＋１５Ｖであり、電圧分配の規則によって、電極１０及び点Ａ間の電圧は、１５Ｖの９／１０倍に相当する１３．５Ｖであり、点Ｂと点Ａ間の電圧は、１５Ｖの１／１０倍に相当する１．５Ｖである。これは、抵抗２１と抵抗２２との比が、９：１であることに帰属する。よって、点Ａでの電位は１３．５Ｖであり、点Ｂにおける電位は１５Ｖとなっている。このように、抵抗２１の抵抗値を抵抗２２の抵抗値に比べて大きく設定することによって、各ＭＯＳトランジスタのゲート‐ソース間の電圧を低減することができる。
【００２６】
このように電極間に１５Ｖの電位差が生じた場合において、ＭＯＳトランジスタ５１、５２、５３、５４の各々オン‐オフ状態について説明する。点ＡはＭＯＳトランジスタ５１、５２、５３、５４の各々のソースに接続されているので、ソース電位は点Ａの電位に等しく、１３．５Ｖである。一方、ＭＯＳトランジスタのゲートは点Ｂに接続されているので、ゲート電位は１５Ｖである。ＭＯＳトランジスタのソースとゲートとの間には、１．５Ｖの電圧が生ずる。さらに、ＭＯＳトランジスタのドレインは、３Ｖの電源を介して点Ｂに接続されているので、１３．５Ｖより大きな電位となっている。また、ＭＯＳトランジスタのソースとトレイン間には、電圧源から供給される３Ｖから抵抗素子での電圧降下分を差し引いた電圧が印加されることになる。
【００２７】
かかる場合、ＭＯＳトランジスタの原理に従って、ＭＯＳトランジスタ５１、５２、５３、５４の各々はＯＮ状態となり、電源１５→抵抗３１→ヒューズ素子４１→ＭＯＳトランジスタ５１のドレイン‐ソース→電源１５からなる閉ループに電流が生ずる。同様に、ＭＯＳトランジスタ５２、５３、５４を介した閉ループにおいても電流が流れる。このように、ＭＯＳトランジスタ５１、５２、５３、５４が同時にＯＮ状態となるのは、ＭＯＳトランジスタ５１、５２、５３、５４が同一の特性を有し、各々のゲートが共に電極１１に接続され、各々がソースが共にＡ点に接続され、各々のドレインの電位が電源電圧、抵抗素子、ヒューズ素子を介して各々のソース電位よりも高電位となるからである。
【００２８】
図２に示した実施例において、ヒューズ素子４１、４２、４３、４４と電源１５との間にそれぞれ接続された抵抗素子３１、３２、３３、３４の抵抗値は、それぞれ、５Ω、６Ω、７Ω、８Ωに設定しており、段階的に増加するようにしている。ＭＯＳトランジスタ５１、５２、５３、５４は同一特性を有し、ヒューズ素子も同一特性を有する。よって、ヒューズ素子１１、１２、１３、１４に流れる電流値の各々は、抵抗素子２１、２２、２３、２４の抵抗値に依存している。
【００２９】
例えば、ヒューズ１１には０．１０Ａの電流が流れ、ヒューズ１２には０．０９Ａが流れ、ヒューズ１３には０．０８Ａの電流が流れ、ヒューズ１４には０．０７Ａの電流が流れる。これは、各ヒューズと電源との間に接続された抵抗素子の抵抗値を、本実施例のように、５Ω、６Ω、７Ω、８Ω・・・と段階的に増加させることによって、電圧を段階的に降下させたことに起因する。
【００３０】
実際には、抵抗１１に印加される電圧の大きさと各ヒューズ素子に流れる電流の大きさは、ヒューズに接続されている抵抗素子の抵抗値とＭＯＳトランジスタの特性に依存する。よって、抵抗素子１１に対して、ある電圧が印加されるとき、各ヒューズに所定電流が流れるように、事前に各抵抗素子の抵抗値とＭＯＳトランジスタの特性を調整する必要がある。よって、これらのヒューズ素子に流れる電流は事前に調整を行うことによって得られた値である。
【００３１】
図２に示した実施例において、すべてのヒューズ素子について０．１Ａ以上の電流が流れると溶断するものを採用した場合、ヒューズ素子４１に０．１０Ａの電流が流れるので、このヒューズ素子のみが断線する。残りのヒューズ素子には０．１０Ａ以上の電流は流れないので、断線することなく、電極間の電荷の偏りがなくなるまで、電流が流れ続ける。
【００３２】
電極間に２０Ｖの電位差が生じた場合については、例えば、ヒューズ４１には０．１１Ａの電流が流れ、ヒューズ４２には０．１０Ａが流れ、ヒューズ４３には０．０９Ａの電流が流れ、ヒューズ４４には０．０７Ａの電流が流れる。この場合、すべてのヒューズ素子について０．１Ａ以上の電流が流れると溶断するものを採用した場合、ヒューズ素子４１及び４２に０．１０Ａ以上の電流が流れるので、これらヒューズ素子４１及び４２のみが断線し、残りのヒューズ素子には０．１０Ａ以上の電流は流れないので、断線しない。
【００３３】
図２に示した回路においては、電極間の電位差が１５Ｖの時には、ヒューズ素子４１のみが断線し、さらに電極間の電位差が増大して１５Ｖから２０Ｖに到達した場合には、ヒューズ素子４１の次段のヒューズ素子４２のみが断線する。さらに、電極間の電位差が増大すれば、電極間の電位差の大きさに応じてヒューズ素子４３、４４が断線する。
【００３４】
図２に示した実施例は以下の効果を奏する。
【００３５】
低電位の電極１０には抵抗素子２１を接続し、高電位の電極には抵抗素子２２を接続し、抵抗素子２１の抵抗値を抵抗素子２２に比べて大きくなるよう設定しているので、ＭＯＳトランジスタのゲート‐ソース間の電位差を低減することができる。ＭＯＳトランジスタのＯＮ‐ＯＦＦ状態は、ＭＯＳトランジスタのゲート‐ソース間の電位差、及び、ソース電位に対して電源等を介して印加されるドレイン電位と関連しており、電源の供給電圧を低減することができる。
【００３６】
スイッチング素子としてＭＯＳトランジスタを使用している。ＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜によって、各ヒューズ素子４１、４２、４３、４４に流れる電流が電極１１に流れることが防止される。これにより、電極間の電位差は、各ヒューズ素子４１、４２、４３、４４に流れる電流によって影響されないので、電圧検知回路自信に帰属する不要因子を排除して、帯電によって生じた電極間の電位差を信頼性よく検知することができる。
【００３７】
抵抗素子、ヒューズ素子、ＭＯＳトランジスタからなる直列接続を電源に対して複数個並列に接続している。直列接続の各々の抵抗素子の抵抗値を段階的に増大させることによって、直列接続の各々のヒューズ素子に流れる電流を、段階的に低減することができる。よって、ヒューズ素子が断線する電流値が互いに同一であれば、電極間の電位差に応じてヒューズ素子は断線する。断線したときのヒューズ素子に流れた断線電流と、電極間の電位差との関係とは、予め分かっているので、ヒューズ素子が断線した際の電極間の電位差を、計算することなく視認することによって見積もることができる。電極１０と電極１１間の電圧が１０Ｖづつ高くなるほど、断線するヒューズの数が１個づつ多くなるように、ヒューズに接続されている抵抗素子の抵抗値を調整すると、例えば、ＯＶ〜１００Ｖの範囲の電圧に対して、１０個のヒューズがある場合、１０Ｖ間隔で断線するヒュ−ズの数が変わる。例えば、電極１０と電極１１間の電圧が５０Ｖの場合、１０個のうち５個のヒューズが断線する。また、電極１０と電極１１間の電圧が１００Ｖの場合、１０個全てのヒューズが断線する。つまり、ＯＶ〜１００Ｖの範囲の電圧に対して、断線するヒューズの数から、１０Ｖの精度で電極１０と電極１１間に発生した電位差を知ることが出来る。よって、ＭＯＳトランジスタと抵抗素子とヒューズからなる直列接続を１セットとすると、電圧測定のために回路に配置するこのセット数が大きいほど、例えばＯＶ〜１００Ｖの範囲の電圧に対して、高い精度（細かい間隔）で電圧を知ることが出来る。また、ここでは説明を簡単化するために、少ない素子の場合で説明したが、ＭＯＳトランジスタと抵抗素子とヒューズからなる直列接続セットを１００〜２００セット用いることが望ましい。１００〜２００セット用いた場合、例えば、ＯＶ〜１００Ｖの間の測定電圧に対して、１．０Ｖ〜０．５Ｖの間隔で、帯電によって生じた電極間の電位差を測定することができる。
【００３８】
また、電極１０と電極１１間に発生する電位差の大きさと断線するヒューズの関係は、ヒューズに配線接続される抵抗素子の抵抗値又はＭＯＳトランジスタの調整によって変更することができる。よって、各ＭＯＳトランジスタに配線接続される抵抗素子の抵抗値の調整によって測定する電圧の範囲を変えることが出来る。例えば、ＭＯＳトランジスタと抵抗素子とヒューズのセットを１００セット用いた場合、ヒューズに配線接続される抵抗素子が異なる抵抗値を有するように調整することによって（又は、ＭＯＳトランジスタの特性を調整することによって）、ＯＶ〜１０００Ｖの範囲の測定電圧に対して１０Ｖ間隔で測定することが出来る。
【００３９】
実施例１の回路によれば、ヒューズ等の検出素子を半導体基板や絶縁膜等に直接的に接続するのではなく電極を介して接続しており、回路自身は絶縁性プレートで覆われているので、プラズマ荷電粒子がヒューズに照射することによって誘起される不要成分が排除される。
【００４０】
端子間電圧とヒューズの溶断電流の値との関係は、予め分かっているので、溶断したヒューズの個数を目視するだけで、端子間電圧を測定することができる。
【００４１】
ＭＯＳトランジスタと、抵抗素子と、ヒューズとからなる直列接続の複数セットを電源に並列に接続した単純な回路であるので、Ｉｎ−ｓｉｔｕにて電位差を測定することが可能である。回路自身の配線が単純であり、壊れ難く、低コストで製造することができる。
【００４２】
また、プラズマチャンバ外の電圧計と検知素子を接続する必要がないため、ワイヤレスで、プラズマ装置を改良することなく電圧を測定することができる。プラズマチャンバ外の電圧計と接続するセンサに比べて、プラズマ発生高圧電源の影響や、プラズマ荷電粒子のワイヤへの流入も防止することができる。
【００４３】
更に、ワイヤレスであるため、センサを通常の搬送経路からプラズマチャンバ内に導入することができるので、プラズマチャンバを大気に戻すことを必要とせず、プラズマチャンバが汚染されることも防止される。
【００４４】
実施例１の変形例について説明する。実施例１においては、本発明に係るヒューズ回路を、抵抗素子３１〜３４、ヒューズ素子４１〜４４及びＭＯＳトランジスタ５１〜５４が直列接続された回路として説明した。また、ヒューズ素子４１〜４４の全てを同一特性とし、ＭＯＳトランジスタ５１〜５４の全てを同一特性とし、抵抗素子３１〜３４の抵抗値のみを互いに異なる値に設定することによって、ヒューズ回路の各々が、異なる溶断定格電流を有するものとして説明してきた。変形例においては、全ての抵抗素子の抵抗値を同一とし、ＭＯＳトランジスタを同一特性とし、ヒューズ素子のみ互いに異なる溶断電流を有するように設定することによっても、ヒューズ回路の各々が異なる溶断定格電流を有するものとなすことも可能である。また、ＭＯＳトランジスタの全てについて互いに特性が異なるよう設定して、他の素子を同一特性に設定すれば、ヒューズ回路が互いに異なる溶断定格電流を有することができる。或いは、抵抗素子、ヒューズ素子、及びＭＯＳトランジスタの全てが互いに異なる特性を有するように設定することによっても、ヒューズ回路の各々は互いに異なる定格電流を有することができる。
【実施例２】
【００４５】
図１及び図２に示した第１実施例においては、測定電圧値はプラズマチャンバから取り出し電圧検知回路の断線したヒューズの数から読み取るので、ヒューズ素子の径のサイズが数ミリオーダーである場合、ヒューズ素子の各々について目視やテスターによっては、迅速に検知結果を得ることはできない。
【００４６】
第二の実施例は、プラズマチャンバから検知回路を取り出して、全ヒューズの断線の有無を同時に、しかも、目視容易な表示形態にて測定することができる回路。具体的には、第１実施例を適用したセンサをプラズマに曝し、プラズマチャンバからセンサを取り出した後に、センサの回路（第１実施例の回路）上に第２実施例の回路を接続する。第２実施例の回路には発光素子が第一の実施例のヒューズに相当する数だけ配置されており、断線したヒューズの数を特定の発光色を有する発光素子の点灯によって判断することができる。よって、断線したヒューズの数を利用者が視覚的に容易に判断することが可能となる。
【００４７】
図３を用いてワイヤレス電圧検知回路の構成について説明する。図３は、本発明の第１実施例であるワイヤレス電圧検知回路に接続される発光回路である。
【００４８】
発光回路は、電圧電源１５、スイッチ１６、第１発光素子６１、６２、６３、６４、６５、第２発光素子７１、７２、７３、７４、７５から構成されている。
【００４９】
発光回路の端子対３１１及び３１２は、図２に示した電圧検知回路のヒューズ素子４１の両端に接続され、端子３２１及び３２２は電圧検知回路のヒューズ素子４２の両端に接続され、端子３３１及び３３２は電圧検知回路のヒューズ素子４３の両端に接続され、端子３４１及び３４２は電圧検知回路のヒューズ素子４４の両端に接続される。図３から分かるように、発光回路の端子対は、図２に示した電圧検知回路のヒューズ素子に各々対応するので、その端子対の個数と電圧検知回路のヒューズ素子数とは一致させてある。
【００５０】
発光回路の端子３１１、３２１、３３１、３４１はスイッチに接続されている。一方、発光回路の端子３１２、３２２、３３２、３４２は、それぞれ発光素子６１、６２、６３、６４を介して、電源の−側に接続されている。第１発光素子６１、６２、６３、６４は例えば赤色のＬＥＤである。
【００５１】
第１発光素子６１、６２、６３、６４とそれぞれペアとなるように、第２発光素子７１、７２、７３、７４が隣接して設けられている。第２発光素子７１、７２、７３、７４は発光回路の端子対の各々に対応して、スイッチと電源とからなる直列接続に対して並列に接続されている。第２発光素子７１、７２、７３、７４は例えば緑色のＬＥＤである。スイッチがＯＮ状態になると、スイッチ→電源→第２発光素子→スイッチからなる閉ループが各々形成されて、第２発光素子の各々に電流が流れ、発光する。
【００５２】
図３に示した発光回路が、図２に示した電圧検知回路に接続されたとき動作について説明する。
【００５３】
尚、説明を簡略化するため、図２に示すヒューズ素子４１が断線している場合について説明する。
【００５４】
スイッチがＯＦＦ状態のときには、第１及び第２発光素子には電流が流れず、発光しない。スイッチがオン状態になると、閉ループが形成されて、第２発光素子７１、７２、７３、７４が同時に発光する。図２に示すヒューズ素子４１が断線している場合には、端子３１２→電源→スイッチ→端子３１１に閉ループが形成されない以上、第１発光素子６１には電流が流れず、発光しない。断線していないヒューズ素子４２については、端子３２２→第１発光素子６２→電源→スイッチ→端子３２１→抵抗素子３２→端子３２２からなる閉ループが形成されているので、第１発光素子６２に電流が流れ、発光する。同様に、断線していないヒューズ素子４３、４４に対応してそれぞれ設けられた発光素子６３、６４についても閉ループが形成され、発光素子６３、６４に電流が流れ、発光する。
【００５５】
以上より、図３に示した回路によって、図２の電圧検知回路において断線したヒューズ素子４１に対応する第１発光素子６１は発光せず、断線していないヒューズ素子４２、４３、４４に対応する第１発光素子６２、６３、６４と、第２発光素子７１、７２、７３、７４とが発光する。ここで、第１発光素子と第２発光素子は互いに重なり合うように配置されているので、第１発光素子が赤色に発光し、第２発光素子が緑色に発光し、かかる一対の発光素子６１、７１を一つの光源とみなしたとき、色の三原色の規則によって、この光源からの光は黄色に見える。一方、断線したヒューズ素子に対応して接続された第１及び第２発光素子対は、緑色のみが発光するので、光は緑色のままである。
【００５６】
第２実施例によれば、第１実施例の電圧検知回路のヒューズ素子の各々に対して、第１及び第２発光素子からなる一対の光源が割り当てられている。ヒューズ素子が断線している光源については、第１及び第２発光素子のうち第２発光素子のみが発光する。ヒューズ素子が断線していない光源については、第１及び第２発光素子の双方が発光し、両発光素子の合成光が発せられる。よって、ヒューズの断線チェックを、テスター等の測定器を用いることなく、発光素子の光の色によって視認することができる。図２のヒューズの数が多い場合、テスター等の測定装置を用いて１個づつ断線の有無を確認する必要もないので、全てのヒューズの溶断状態をしらべることができ、また、目視によるヒューズ溶断の有無を確認するよりも、信頼性の高い測定結果を得ることができる。
【００５７】
実施例２の変形例について説明する。図２の回路において溶断したヒューズ素子に対応する発光素子のみが発光したり、点滅したり、輝度が低減又は増大するよう変形することによって、より目視容易な表示形態にも変更することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１ 半導体ウェハ
１０ 電極
１１ 電極
１２ 絶縁性カバー
１３ 基板端子間電圧検知回路
１５ 電圧電源
１６ 電圧電源
１７ スイッチ
２１ 第１抵抗
２２ 第２抵抗
３１〜３４ 抵抗素子
４１〜４４ ヒューズ素子
５１〜５４ ＭＯＳトランジスタ
６１〜６５ 第１発光素子
７１〜７５ 第２発光素子
３１１〜３１５ 端子
３２１〜３２５ 端子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを構成する荷電粒子によって半導体基板に生じた帯電を検知する回路に関し、特に、電圧計を接続することなく、ワイヤレスで帯電量に相当する電圧を迅速に測定可能な基板端子間電圧検知回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程においては、半導体ウェハやその上に形成された絶縁膜にホールやウェル構造等のパターンを形成するために、プラズマエッチング処理が使用されている。プラズマエッチング工程では、マスクを介してプラズマを構成する荷電粒子を半導体ウェハ上に入射することによって、一定のパターン形成が試みられる。プラズマの不均一性によってウェハに流入する荷電粒子に偏りが生じ、半導体ウェハやその上に形成された絶縁膜等電気伝導率が低いことと相まって、半導体ウェハに「チャージング」現象が生ずる。すなわち、正又は負電荷が半導体ウェハ又は絶縁膜の表面近傍に局在化してしまう。
【０００３】
かかる「チャージング」現象が生じた状態で、さらに、プラズマエッチング処理を行うと、形状異常、すなわち、所望の加工形状が得られないという問題が生ずる。半導体ウェハ又は絶縁膜の表面近傍に局在化した電荷の極性と荷電粒子の極性とが同一である場合、局在化した電荷が生ずる表面に向けて荷電粒子を照射しても、お互いのクーロン反発によって、荷電粒子の軌道が曲げられてしまうからである。荷電粒子の軌道が局在化した電荷を避けるように半導体ウェハ又は絶縁膜の表面に照射される結果、パターンの加工形状に異常が生じてしまう。
【０００４】
さらに、例えば、半導体ウェハ上の絶縁膜にホールパターンやその他のウェル構造を形成する際、ホールやウェルの上面である絶縁膜表面とホールやウェルの底面との電荷帯電量の差によって電位差が発生し、プラズマからエッチングを促進するための正イオンが十分なエネルギーを持ってホールやウェルの底面に入射することができず、ある深さ以上は、エッチングが進行しないというエッチングストップの問題も生じる。
【０００５】
プラズマによって引き起される形状異常やエッチングストップ等のこれら問題の分析及び解決のために、プラズマ自体の様々な物理量（プラズマ密度、プラズマ温度等）やプラズマエッチング処理の際に生ずるウェハ上の帯電分布をＩｎ−ｓｉｔｕにて測定するためのセンサが提案されている。
【０００６】
かかる帯電量測定回路として、プラズマ生成チャンバ内に帯電分布を検知するセンサを設置し、プラズマチャンバ外に検知された帯電量に相当する電圧を測定する電圧計を設置する技術が開示されている（特許文献１）。かかる技術においては、プラズマチャンバ内にあるセンサからの出力を得るために、センサに接続されたワイヤをチャンバ外の電圧計へ引き出すための専用端子をプラズマチャンバに取り付ける必要がある。また、プラズマを構成する荷電粒子がワイヤに照射されたり、プラズマ発生装置に用いる高圧電源により出力電圧が影響される可能性もある。
【０００７】
基板上に形成されたヒューズの溶断を視覚的に観察したり、ヒューズの抵抗値を測定することによって、エッチング工程において基板に生じたチャージアップを測定する技術も開示されている（特許文献２）。しかしながら、ヒューズ自身にプラズマ荷電粒子が照射されて、ヒューズに流れる電流が荷電粒子によって大きく影響される可能性がある。空間的に離間された箇所における帯電量の偏りを測定することとなると、ヒューズ長や配線経路が増大し、プラズマ荷電粒子による影響がますます大きくなってしまう。また、帯電量の偏りを多段階的に検知するには、溶断電流が異なるヒューズを複数個準備することが必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−２２５６７７
【特許文献２】特開２００８−１７０２７４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、電圧測定器を接続することなく、半導体ウェハに生じたプラズマチャージアップを広い範囲にわたって迅速に検知することが可能な基板端子間電圧検知回路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】
【００１０】
本発明の第１の特徴による基板端子間電圧検知回路は、半導体基板上に設けられた一対の電極間に生じた電圧を検知する基板端子間電圧検知回路であって、前記電極間に接続された抵抗路と、前記抵抗路の中間点に一端が接続された回路電源と、前記抵抗路の両端部の一方と前記回路電源の他端との間に互いに並列接続されて互いに異なる溶断定格電流を有する少なくとも２つのヒューズ回路と、からなる基板端子間電圧検知回路であって、前記ヒューズ回路の各々は、前記一方と前記中間点との間の電位差に応じてオンオフするスイッチと、前記スイッチに直列接続した抵抗素子及びヒューズ素子を含んで前記回路電源の両端に接続した電流路と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の第１の特徴による基板端子間電圧検知回路を半導体基板に装着し、プラズマチャージングによる帯電量の偏りが生じた場合、２つのヒューズ回路は異なる溶断定格電流を有するので、その各々には異なる電流が生ずる。帯電量が増加することにともなって、電極間の電圧が増大して、ヒューズ回路に流れる電流が溶断定格電流に到達すれと、ヒューズ素子が断線する。ヒューズが断線する際の溶断定格電流と電極間の電圧との関係について予め設定しておけば、電極間に生じた帯電量の偏りを断線ヒューズ素子の個数により定量的に決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の第１実施例である基板端子間電圧検知回路の概略平面図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施例である基板端子間電圧検知回路の回路図である。
【図３】図３は、本発明の第２実施例である基板端子間電圧検知回路の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
【実施例１】
【００１４】
本発明の実施例１である基板端子間電圧検知回路について図１及び図２を参照して説明する。図１及び図２に示した実施例１の基板端子間電圧検知回路（１３）は、半導体基板（１）上に設けられた一対の電極（１０及び１１）間に生じた電圧を検知し、電極間に接続された抵抗路（点Ｂ〜点Ｃ）と、抵抗路（点Ｂ〜点Ｃ）の中間点Ａに一端が接続された回路電源（１５）と、前記抵抗路（点Ｂ〜点Ｃ）の両端部の一方（点Ｂ）と前記回路電源の他端との間に互いに並列接続されて互いに異なる溶断定格電流を有する少なくとも２つのヒューズ回路（抵抗素子３１、ヒューズ素子４１、ＭＯＳトランジスタ５１からなる直列接続回路、抵抗素子３２、ヒューズ素子４２、ＭＯＳトランジスタ５２からなる直列接続回路）と、からなり、前記ヒューズ回路の各々は、前記一方（点Ｂ）と前記中間点（点Ａ）との間の電位差に応じてオンオフするスイッチ（５１、５２）と、前記スイッチ（５１、５２）に直列接続した抵抗素子（３１、３２）及びヒューズ素子（４１、４２）を含んで前記回路電源の両端に接続した電流路と、を含む。
【００１５】
図１は、本発明の基板端子間電圧検知回路１３を半導体基板１に搭載したときの概略平面図である。図１に示すように、半導体ウェハ上にある電極１０及び１１に基板端子間電圧検知回路１３が接続されている。この基板端子間電圧検知回路は透明な絶縁性カバー１２により覆われており、プラズマから保護されている。透明であるので、基板端子間電圧検知回路のヒューズ素子が断線しているか否かを視認することができる。さらに、プラズマを構成する荷電粒子が基板端子間電圧検知回路に直接的に照射されて、基板端子間電圧検知回路内のヒューズ素子、素子間を接続する配線、端子等に荷電粒子が流入することを防ぐ保護カバーとしても機能し得る。
【００１６】
図１に示した基板端子間電圧検知回路１３の回路構成について図２を参照して説明する。図１に示した基板端子間電圧検知回路１３はプラズマ発生チャンバ内（図示せず）内に配送され得る。図２に示した回路は、図１の電極１０、１１、及び基板端子間電圧検知回路１３に相当する。
【００１７】
電極１０と電極１１との間には、第１抵抗２１及び第２抵抗２２が直列に接続された抵抗路（点Ｃ〜点Ｂ）がある。実施例１において、第１抵抗の抵抗値は、第２抵抗の抵抗値よりも大となるように構成している。具体的には、第１抵抗の抵抗値は、例えば、９００ＭΩに設定し、第２抵抗は、例えば、１００ＭΩに設定している。このように第１抵抗の抵抗値を第２抵抗の抵抗値に比べて大となるように構成しているのは、基板端子間電圧検知回路が電極間に生ずる電圧に及ぼす影響を最小限に抑えるためである。プラズマ発生チャンバ内は高温となるため、抵抗路は温度依存性が小さいものを使用するのが好ましい。プラズマ発生条件によって、チャンバ内の温度の変化に応じて抵抗率が変化してしまうと、これに応じてヒューズに流れる電流値にも影響するからである。
【００１８】
第１抵抗及び第２抵抗との間にあるＡ点に電圧電源１５の一端が接続されている。実施例においては、電源は３Ｖの電圧を供給する。プラズマ発生チャンバ内は高温となるため、電圧電源は耐熱性を有するものか或いは耐熱処理をなされたものを使用するのが好ましい。プラズマ発生時に電圧を供給できなくなってしまうと、ＭＯＳトランジスタのスイッチ動作に影響を及ぼすからである。
【００１９】
電源１５に対して、抵抗素子３１、ヒューズ素子４１、ＭＯＳトランジスタ５１からなる直列接続が並列接続されている。同様に、抵抗素子３２、ヒューズ素子４２、ＭＯＳトランジスタ５２からなる直列接続と、抵抗素子３４、ヒューズ素子４４、ＭＯＳトランジスタ５４からなる直列接続と、抵抗素子３５、ヒューズ素子４５、ＭＯＳトランジスタ５５からなる直列接続とは、電源１５に並列に接続されている。図２に示した実施例において、４つの直列接続が接続されているが、その個数は４つ限定されず、少なくとも２つの直列接続があればよい。抵抗素子３１、３２、３３、３４の抵抗値は、互いに異なる抵抗値を有するように設定しており、例えば、それぞれ５Ω、６Ω、７Ω、８Ωに設定されている。
【００２０】
ヒューズ素子４１、４２、４３、４４は、互いに同一の特性をし、所定の電流が生じると断線する。本実施例においては、全てのヒューズ素子が、０．１Ａ以上の電流が流れると断線する。
【００２１】
ＭＯＳトランジスタ５１、５２、５３、５４の各々は、ドレイン、ゲート、ソースを有し、ドレインは対応するヒューズ素子に接続され、ゲートは電極１１の一端に接続され、ソースはＡ点に接続されている。ＭＯＳトランジスタ５１、５２、５３、５４は互いに同一の特性を有し、電極１１の電位によってゲート制御され、ドレイン電位がソース電位よりも高くなるとオン状態になる。また、ドレイン電位がソース電位よりも高い場合であっても、ソースとゲートの電位が同電位のときにはオフ状態となる。プラズマ発生チャンバ内は高温となるため、抵抗素子、ヒューズ素子、ＭＯＳトランジスタは、抵抗値等の物理特性の温度依存性が小さいものを使用するのが好ましい。
【００２２】
次に図１及び図２に示した回路の動作について説明する。
１．電極間の電位差が０Ｖである場合
まず、図１及び図２に示した電圧検知回路において、電極間に帯電量の偏りが生じていない場合、すなわち、電極間に電位差が生じていない場合について説明する。
【００２３】
かかる場合、電極１１における電位を０Ｖとした場合、ＭＯＳトランジスタ５１のゲート電位は０Ｖであり、かつソース電位は０Ｖであり、ゲート‐ソース間の電圧は０Ｖとなっているので、ＭＯＳトランジスタはオフ状態である。同様に、他の全てのＭＯＳトランジスタもオフ状態である。
【００２４】
よって、電極間に電圧が生じていない場合には、ＭＯＳトランジスタ５１、５２、５３、５４の全てがオフ状態であるので、ヒューズ素子の各々には電流は流れない。
２．電極間に１５Ｖの電位差が生じている場合
次に、図１に示したセンサをプラズマに曝すと、プラズマから荷電粒子が半導体ウェハに入射され、ウェハ上に電荷が帯電する。同様に電極１１及び１２の露出部分にも帯電が生ずる。この時、電極間に帯電量の偏りが生じることによって、電極間に＋１５Ｖの電位差が生じた場合について説明する。なお、説明を簡略化するため、電極１１における電位を＋１５Ｖとして、電極１０における電位を０Ｖとする。
【００２５】
かかる場合、電極１０における電位は０Ｖであり、電極１１における電位は＋１５Ｖであり、電圧分配の規則によって、電極１０及び点Ａ間の電圧は、１５Ｖの９／１０倍に相当する１３．５Ｖであり、点Ｂと点Ａ間の電圧は、１５Ｖの１／１０倍に相当する１．５Ｖである。これは、抵抗２１と抵抗２２との比が、９：１であることに帰属する。よって、点Ａでの電位は１３．５Ｖであり、点Ｂにおける電位は１５Ｖとなっている。このように、抵抗２１の抵抗値を抵抗２２の抵抗値に比べて大きく設定することによって、各ＭＯＳトランジスタのゲート‐ソース間の電圧を低減することができる。
【００２６】
このように電極間に１５Ｖの電位差が生じた場合において、ＭＯＳトランジスタ５１、５２、５３、５４の各々オン‐オフ状態について説明する。点ＡはＭＯＳトランジスタ５１、５２、５３、５４の各々のソースに接続されているので、ソース電位は点Ａの電位に等しく、１３．５Ｖである。一方、ＭＯＳトランジスタのゲートは点Ｂに接続されているので、ゲート電位は１５Ｖである。ＭＯＳトランジスタのソースとゲートとの間には、１．５Ｖの電圧が生ずる。さらに、ＭＯＳトランジスタのドレインは、３Ｖの電源を介して点Ｂに接続されているので、１３．５Ｖより大きな電位となっている。また、ＭＯＳトランジスタのソースとトレイン間には、電圧源から供給される３Ｖから抵抗素子での電圧降下分を差し引いた電圧が印加されることになる。
【００２７】
かかる場合、ＭＯＳトランジスタの原理に従って、ＭＯＳトランジスタ５１、５２、５３、５４の各々はＯＮ状態となり、電源１５→抵抗３１→ヒューズ素子４１→ＭＯＳトランジスタ５１のドレイン‐ソース→電源１５からなる閉ループに電流が生ずる。同様に、ＭＯＳトランジスタ５２、５３、５４を介した閉ループにおいても電流が流れる。このように、ＭＯＳトランジスタ５１、５２、５３、５４が同時にＯＮ状態となるのは、ＭＯＳトランジスタ５１、５２、５３、５４が同一の特性を有し、各々のゲートが共に電極１１に接続され、各々がソースが共にＡ点に接続され、各々のドレインの電位が電源電圧、抵抗素子、ヒューズ素子を介して各々のソース電位よりも高電位となるからである。
【００２８】
図２に示した実施例において、ヒューズ素子４１、４２、４３、４４と電源１５との間にそれぞれ接続された抵抗素子３１、３２、３３、３４の抵抗値は、それぞれ、５Ω、６Ω、７Ω、８Ωに設定しており、段階的に増加するようにしている。ＭＯＳトランジスタ５１、５２、５３、５４は同一特性を有し、ヒューズ素子も同一特性を有する。よって、ヒューズ素子１１、１２、１３、１４に流れる電流値の各々は、抵抗素子２１、２２、２３、２４の抵抗値に依存している。
【００２９】
例えば、ヒューズ１１には０．１０Ａの電流が流れ、ヒューズ１２には０．０９Ａが流れ、ヒューズ１３には０．０８Ａの電流が流れ、ヒューズ１４には０．０７Ａの電流が流れる。これは、各ヒューズと電源との間に接続された抵抗素子の抵抗値を、本実施例のように、５Ω、６Ω、７Ω、８Ω・・・と段階的に増加させることによって、電圧を段階的に降下させたことに起因する。
【００３０】
実際には、抵抗１１に印加される電圧の大きさと各ヒューズ素子に流れる電流の大きさは、ヒューズに接続されている抵抗素子の抵抗値とＭＯＳトランジスタの特性に依存する。よって、抵抗素子１１に対して、ある電圧が印加されるとき、各ヒューズに所定電流が流れるように、事前に各抵抗素子の抵抗値とＭＯＳトランジスタの特性を調整する必要がある。よって、これらのヒューズ素子に流れる電流は事前に調整を行うことによって得られた値である。
【００３１】
図２に示した実施例において、すべてのヒューズ素子について０．１Ａ以上の電流が流れると溶断するものを採用した場合、ヒューズ素子４１に０．１０Ａの電流が流れるので、このヒューズ素子のみが断線する。残りのヒューズ素子には０．１０Ａ以上の電流は流れないので、断線することなく、電極間の電荷の偏りがなくなるまで、電流が流れ続ける。
【００３２】
電極間に２０Ｖの電位差が生じた場合については、例えば、ヒューズ４１には０．１１Ａの電流が流れ、ヒューズ４２には０．１０Ａが流れ、ヒューズ４３には０．０９Ａの電流が流れ、ヒューズ４４には０．０７Ａの電流が流れる。この場合、すべてのヒューズ素子について０．１Ａ以上の電流が流れると溶断するものを採用した場合、ヒューズ素子４１及び４２に０．１０Ａ以上の電流が流れるので、これらヒューズ素子４１及び４２のみが断線し、残りのヒューズ素子には０．１０Ａ以上の電流は流れないので、断線しない。
【００３３】
図２に示した回路においては、電極間の電位差が１５Ｖの時には、ヒューズ素子４１のみが断線し、さらに電極間の電位差が増大して１５Ｖから２０Ｖに到達した場合には、ヒューズ素子４１の次段のヒューズ素子４２のみが断線する。さらに、電極間の電位差が増大すれば、電極間の電位差の大きさに応じてヒューズ素子４３、４４が断線する。
【００３４】
図２に示した実施例は以下の効果を奏する。
【００３５】
低電位の電極１０には抵抗素子２１を接続し、高電位の電極には抵抗素子２２を接続し、抵抗素子２１の抵抗値を抵抗素子２２に比べて大きくなるよう設定しているので、ＭＯＳトランジスタのゲート‐ソース間の電位差を低減することができる。ＭＯＳトランジスタのＯＮ‐ＯＦＦ状態は、ＭＯＳトランジスタのゲート‐ソース間の電位差、及び、ソース電位に対して電源等を介して印加されるドレイン電位と関連しており、電源の供給電圧を低減することができる。
【００３６】
スイッチング素子としてＭＯＳトランジスタを使用している。ＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜によって、各ヒューズ素子４１、４２、４３、４４に流れる電流が電極１１に流れることが防止される。これにより、電極間の電位差は、各ヒューズ素子４１、４２、４３、４４に流れる電流によって影響されないので、電圧検知回路自信に帰属する不要因子を排除して、帯電によって生じた電極間の電位差を信頼性よく検知することができる。
【００３７】
抵抗素子、ヒューズ素子、ＭＯＳトランジスタからなる直列接続を電源に対して複数個並列に接続している。直列接続の各々の抵抗素子の抵抗値を段階的に増大させることによって、直列接続の各々のヒューズ素子に流れる電流を、段階的に低減することができる。よって、ヒューズ素子が断線する電流値が互いに同一であれば、電極間の電位差に応じてヒューズ素子は断線する。断線したときのヒューズ素子に流れた断線電流と、電極間の電位差との関係とは、予め分かっているので、ヒューズ素子が断線した際の電極間の電位差を、計算することなく視認することによって見積もることができる。電極１０と電極１１間の電圧が１０Ｖづつ高くなるほど、断線するヒューズの数が１個づつ多くなるように、ヒューズに接続されている抵抗素子の抵抗値を調整すると、例えば、ＯＶ〜１００Ｖの範囲の電圧に対して、１０個のヒューズがある場合、１０Ｖ間隔で断線するヒュ−ズの数が変わる。例えば、電極１０と電極１１間の電圧が５０Ｖの場合、１０個のうち５個のヒューズが断線する。また、電極１０と電極１１間の電圧が１００Ｖの場合、１０個全てのヒューズが断線する。つまり、ＯＶ〜１００Ｖの範囲の電圧に対して、断線するヒューズの数から、１０Ｖの精度で電極１０と電極１１間に発生した電位差を知ることが出来る。よって、ＭＯＳトランジスタと抵抗素子とヒューズからなる直列接続を１セットとすると、電圧測定のために回路に配置するこのセット数が大きいほど、例えばＯＶ〜１００Ｖの範囲の電圧に対して、高い精度（細かい間隔）で電圧を知ることが出来る。また、ここでは説明を簡単化するために、少ない素子の場合で説明したが、ＭＯＳトランジスタと抵抗素子とヒューズからなる直列接続セットを１００〜２００セット用いることが望ましい。１００〜２００セット用いた場合、例えば、ＯＶ〜１００Ｖの間の測定電圧に対して、１．０Ｖ〜０．５Ｖの間隔で、帯電によって生じた電極間の電位差を測定することができる。
【００３８】
また、電極１０と電極１１間に発生する電位差の大きさと断線するヒューズの関係は、ヒューズに配線接続される抵抗素子の抵抗値又はＭＯＳトランジスタの調整によって変更することができる。よって、各ＭＯＳトランジスタに配線接続される抵抗素子の抵抗値の調整によって測定する電圧の範囲を変えることが出来る。例えば、ＭＯＳトランジスタと抵抗素子とヒューズのセットを１００セット用いた場合、ヒューズに配線接続される抵抗素子が異なる抵抗値を有するように調整することによって（又は、ＭＯＳトランジスタの特性を調整することによって）、ＯＶ〜１０００Ｖの範囲の測定電圧に対して１０Ｖ間隔で測定することが出来る。
【００３９】
実施例１の回路によれば、ヒューズ等の検出素子を半導体基板や絶縁膜等に直接的に接続するのではなく電極を介して接続しており、回路自身は絶縁性プレートで覆われているので、プラズマ荷電粒子がヒューズに照射することによって誘起される不要成分が排除される。
【００４０】
端子間電圧とヒューズの溶断電流の値との関係は、予め分かっているので、溶断したヒューズの個数を目視するだけで、端子間電圧を測定することができる。
【００４１】
ＭＯＳトランジスタと、抵抗素子と、ヒューズとからなる直列接続の複数セットを電源に並列に接続した単純な回路であるので、Ｉｎ−ｓｉｔｕにて電位差を測定することが可能である。回路自身の配線が単純であり、壊れ難く、低コストで製造することができる。
【００４２】
また、プラズマチャンバ外の電圧計と検知素子を接続する必要がないため、ワイヤレスで、プラズマ装置を改良することなく電圧を測定することができる。プラズマチャンバ外の電圧計と接続するセンサに比べて、プラズマ発生高圧電源の影響や、プラズマ荷電粒子のワイヤへの流入も防止することができる。
【００４３】
更に、ワイヤレスであるため、センサを通常の搬送経路からプラズマチャンバ内に導入することができるので、プラズマチャンバを大気に戻すことを必要とせず、プラズマチャンバが汚染されることも防止される。
【００４４】
実施例１の変形例について説明する。実施例１においては、本発明に係るヒューズ回路を、抵抗素子３１〜３４、ヒューズ素子４１〜４４及びＭＯＳトランジスタ５１〜５４が直列接続された回路として説明した。また、ヒューズ素子４１〜４４の全てを同一特性とし、ＭＯＳトランジスタ５１〜５４の全てを同一特性とし、抵抗素子３１〜３４の抵抗値のみを互いに異なる値に設定することによって、ヒューズ回路の各々が、異なる溶断定格電流を有するものとして説明してきた。変形例においては、全ての抵抗素子の抵抗値を同一とし、ＭＯＳトランジスタを同一特性とし、ヒューズ素子のみ互いに異なる溶断電流を有するように設定することによっても、ヒューズ回路の各々が異なる溶断定格電流を有するものとなすことも可能である。また、ＭＯＳトランジスタの全てについて互いに特性が異なるよう設定して、他の素子を同一特性に設定すれば、ヒューズ回路が互いに異なる溶断定格電流を有することができる。或いは、抵抗素子、ヒューズ素子、及びＭＯＳトランジスタの全てが互いに異なる特性を有するように設定することによっても、ヒューズ回路の各々は互いに異なる定格電流を有することができる。
【実施例２】
【００４５】
図１及び図２に示した第１実施例においては、測定電圧値はプラズマチャンバから取り出し電圧検知回路の断線したヒューズの数から読み取るので、ヒューズ素子の径のサイズが数ミリオーダーである場合、ヒューズ素子の各々について目視やテスターによっては、迅速に検知結果を得ることはできない。
【００４６】
第二の実施例は、プラズマチャンバから検知回路を取り出して、全ヒューズの断線の有無を同時に、しかも、目視容易な表示形態にて測定することができる回路。具体的には、第１実施例を適用したセンサをプラズマに曝し、プラズマチャンバからセンサを取り出した後に、センサの回路（第１実施例の回路）上に第２実施例の回路を接続する。第２実施例の回路には発光素子が第一の実施例のヒューズに相当する数だけ配置されており、断線したヒューズの数を特定の発光色を有する発光素子の点灯によって判断することができる。よって、断線したヒューズの数を利用者が視覚的に容易に判断することが可能となる。
【００４７】
図３を用いてワイヤレス電圧検知回路の構成について説明する。図３は、本発明の第１実施例であるワイヤレス電圧検知回路に接続される発光回路である。
【００４８】
発光回路は、電圧電源１５、スイッチ１６、第１発光素子６１、６２、６３、６４、６５、第２発光素子７１、７２、７３、７４、７５から構成されている。
【００４９】
発光回路の端子対３１１及び３１２は、図２に示した電圧検知回路のヒューズ素子４１の両端に接続され、端子３２１及び３２２は電圧検知回路のヒューズ素子４２の両端に接続され、端子３３１及び３３２は電圧検知回路のヒューズ素子４３の両端に接続され、端子３４１及び３４２は電圧検知回路のヒューズ素子４４の両端に接続される。図３から分かるように、発光回路の端子対は、図２に示した電圧検知回路のヒューズ素子に各々対応するので、その端子対の個数と電圧検知回路のヒューズ素子数とは一致させてある。
【００５０】
発光回路の端子３１１、３２１、３３１、３４１はスイッチに接続されている。一方、発光回路の端子３１２、３２２、３３２、３４２は、それぞれ発光素子６１、６２、６３、６４を介して、電源の−側に接続されている。第１発光素子６１、６２、６３、６４は例えば赤色のＬＥＤである。
【００５１】
第１発光素子６１、６２、６３、６４とそれぞれペアとなるように、第２発光素子７１、７２、７３、７４が隣接して設けられている。第２発光素子７１、７２、７３、７４は発光回路の端子対の各々に対応して、スイッチと電源とからなる直列接続に対して並列に接続されている。第２発光素子７１、７２、７３、７４は例えば緑色のＬＥＤである。スイッチがＯＮ状態になると、スイッチ→電源→第２発光素子→スイッチからなる閉ループが各々形成されて、第２発光素子の各々に電流が流れ、発光する。
【００５２】
図３に示した発光回路が、図２に示した電圧検知回路に接続されたとき動作について説明する。
【００５３】
尚、説明を簡略化するため、図２に示すヒューズ素子４１が断線している場合について説明する。
【００５４】
スイッチがＯＦＦ状態のときには、第１及び第２発光素子には電流が流れず、発光しない。スイッチがオン状態になると、閉ループが形成されて、第２発光素子７１、７２、７３、７４が同時に発光する。図２に示すヒューズ素子４１が断線している場合には、端子３１２→電源→スイッチ→端子３１１に閉ループが形成されない以上、第１発光素子６１には電流が流れず、発光しない。断線していないヒューズ素子４２については、端子３２２→第１発光素子６２→電源→スイッチ→端子３２１→抵抗素子３２→端子３２２からなる閉ループが形成されているので、第１発光素子６２に電流が流れ、発光する。同様に、断線していないヒューズ素子４３、４４に対応してそれぞれ設けられた発光素子６３、６４についても閉ループが形成され、発光素子６３、６４に電流が流れ、発光する。
【００５５】
以上より、図３に示した回路によって、図２の電圧検知回路において断線したヒューズ素子４１に対応する第１発光素子６１は発光せず、断線していないヒューズ素子４２、４３、４４に対応する第１発光素子６２、６３、６４と、第２発光素子７１、７２、７３、７４とが発光する。ここで、第１発光素子と第２発光素子は互いに重なり合うように配置されているので、第１発光素子が赤色に発光し、第２発光素子が緑色に発光し、かかる一対の発光素子６１、７１を一つの光源とみなしたとき、色の三原色の規則によって、この光源からの光は黄色に見える。一方、断線したヒューズ素子に対応して接続された第１及び第２発光素子対は、緑色のみが発光するので、光は緑色のままである。
【００５６】
第２実施例によれば、第１実施例の電圧検知回路のヒューズ素子の各々に対して、第１及び第２発光素子からなる一対の光源が割り当てられている。ヒューズ素子が断線している光源については、第１及び第２発光素子のうち第２発光素子のみが発光する。ヒューズ素子が断線していない光源については、第１及び第２発光素子の双方が発光し、両発光素子の合成光が発せられる。よって、ヒューズの断線チェックを、テスター等の測定器を用いることなく、発光素子の光の色によって視認することができる。図２のヒューズの数が多い場合、テスター等の測定装置を用いて１個づつ断線の有無を確認する必要もないので、全てのヒューズの溶断状態をしらべることができ、また、目視によるヒューズ溶断の有無を確認するよりも、信頼性の高い測定結果を得ることができる。
【００５７】
実施例２の変形例について説明する。図２の回路において溶断したヒューズ素子に対応する発光素子のみが発光したり、点滅したり、輝度が低減又は増大するよう変形することによって、より目視容易な表示形態にも変更することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１ 半導体ウェハ
１０ 電極
１１ 電極
１２ 絶縁性カバー
１３ 基板端子間電圧検知回路
１５ 電圧電源
１６ 電圧電源
１７ スイッチ
２１ 第１抵抗
２２ 第２抵抗
３１〜３４ 抵抗素子
４１〜４４ ヒューズ素子
５１〜５４ ＭＯＳトランジスタ
６１〜６５ 第１発光素子
７１〜７５ 第２発光素子
３１１〜３１５ 端子
３２１〜３２５ 端子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に設けられた一対の電極間に生じた電圧を検知する基板端子間電圧検知回路であって、
前記電極間に接続された抵抗路と、
前記抵抗路の中間点に一端が接続された回路電源と、
前記抵抗路の両端部の一方と前記回路電源の他端との間に互いに並列接続されて互いに異なる溶断定格電流を有する少なくとも２つのヒューズ回路と、からなる基板端子間電圧検知回路であって、
前記ヒューズ回路の各々は、前記一方と前記中間点との間の電位差に応じてオンオフするスイッチと、前記スイッチに直列接続した抵抗素子及びヒューズ素子を含んで前記回路電源の両端に接続した電流路と、を含むことを特徴とする基板端子間電圧検知回路。
【請求項２】
前記抵抗素子の抵抗の大きさが互いに異なることを特徴とする請求項１に記載の基板端子間電圧検知回路。
【請求項３】
前記ヒューズ素子の定格電流の大きさが互いに異なることを特徴とする請求項１に記載の基板端子間電圧検知回路。
【請求項４】
前記スイッチはＭＯＳトランジスタであることを特徴とする請求項１に記載の基板端子間電圧検知回路。
【請求項５】
請求項１に記載の基板端子間電圧検知回路の前記ヒューズ素子の各々の両端に接続されて、前記ヒューズ素子の溶断及び非溶断状態に応じて異なる態様にて発光する発光素子を含むヒューズ溶断状態表示回路。
【請求項１】
半導体基板上に設けられた一対の電極間に生じた電圧を検知する基板端子間電圧検知回路であって、
前記電極間に接続された抵抗路と、
前記抵抗路の中間点に一端が接続された回路電源と、
前記抵抗路の両端部の一方と前記回路電源の他端との間に互いに並列接続されて互いに異なる溶断定格電流を有する少なくとも２つのヒューズ回路と、からなる基板端子間電圧検知回路であって、
前記ヒューズ回路の各々は、前記一方と前記中間点との間の電位差に応じてオンオフするスイッチと、前記スイッチに直列接続した抵抗素子及びヒューズ素子を含んで前記回路電源の両端に接続した電流路と、を含むことを特徴とする基板端子間電圧検知回路。
【請求項２】
前記抵抗素子の抵抗の大きさが互いに異なることを特徴とする請求項１に記載の基板端子間電圧検知回路。
【請求項３】
前記ヒューズ素子の定格電流の大きさが互いに異なることを特徴とする請求項１に記載の基板端子間電圧検知回路。
【請求項４】
前記スイッチはＭＯＳトランジスタであることを特徴とする請求項１に記載の基板端子間電圧検知回路。
【請求項５】
請求項１に記載の基板端子間電圧検知回路の前記ヒューズ素子の各々の両端に接続されて、前記ヒューズ素子の溶断及び非溶断状態に応じて異なる態様にて発光する発光素子を含むヒューズ溶断状態表示回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−１９２９７２（Ｐ２０１１−１９２９７２Ａ）
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１７９２（Ｐ２０１１−２１７９２）
【出願日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【出願人】（３０８０３３７１１）ＯＫＩセミコンダクタ株式会社 (898)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【出願人】（３０８０３３７１１）ＯＫＩセミコンダクタ株式会社 (898)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]