JP5915026B2 - 温度測定用板状体及びそれを備えた温度測定装置 - Google Patents
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Description
プラズマエッチング装置等のプラズマを用いた半導体製造装置においては、従来から、試料台に簡単にウエハを取付け、固定するとともに、このウエハを所望の温度に維持する装置として静電チャック装置が使用されている。
この温度センサー付きウエハを用いて半導体製造ラインにおける静電チャック装置の製造条件を最適化する場合、この温度センサー付きウエハを静電チャック装置の載置面に載置し、この温度センサー付きウエハが載置された静電チャック装置を半導体製造ライン内を流す間にウエハの温度を温度センサーにてリアルタイムで測定する方法が採られていた。
また、温度センサー付きウエハの加熱を、静電チャック装置に内蔵されたヒーターを用い、あるいは半導体装置のプラズマ照射または外部ヒーターを用いて行う必要があり、静電チャック装置の載置面の面内温度分布や昇温特性や降温時における冷却特性の最適値化のプロセスが煩雑になり、最適値化までに時間が掛かるという問題点があった。
この温度測定用板状体では、加熱部材を金属箔とし、この金属箔を絶縁性接着剤を介して一方の主面に接着したことにより、加熱部材と板状体との間の熱伝達率が一定となる。
この温度測定用板状体では、板状体をケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、III−V属化合物半導体、II−VI属化合物半導体のいずれか1種とすることにより、製品となる半導体ウエハを用いた場合と同等の静電チャック装置の載置面における評価を得ることが可能になる。
この温度測定用板状体では、加熱部材を絶縁膜により被覆したので、加熱部材の絶縁性が良好に保持される。また、絶縁膜による被覆により、サーモグラフを用いた温度測定が可能になる。
この温度測定用板状体では、絶縁性接着剤を、アクリル系接着剤、エポキシ系接着剤、ポリイミドアミド系接着剤のいずれか1種を含むこととしたことにより、板状体と加熱部材との間の応力が緩和され、加熱部材が板状体から剥離する等の不具合が生じるそれがなくなる。
この温度測定用板状体では、温度測定領域に熱電対を接続したことにより、温度測定領域の実際の温度を、熱電対を用いてリアルタイムで直接測定することが可能になる。これにより、この板状体の温度測定領域における実際の表面温度をリアルタイムで正確に測定することが可能になる。
この温度測定装置では、本発明の温度測定用板状体を備えたことにより、静電チャック装置の載置面における面内温度分布や昇温特性や降温時における冷却特性を簡便にしかもリアルタイムで評価することが可能になる。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
図1は、本発明の第1の実施形態の温度測定用ウエハ(温度測定用板状体)を示す平面図、図2は、図1のA−B線に沿う断面図である。
この温度測定用ウエハ1は、ウエハ(板状体)2の表面(一方の主面)2a全面に絶縁性接着剤3が貼着され、この絶縁性接着剤3上に略蛇行状の所定のパターンを有するヒーターエレメント(加熱部材)4が設けられている。そして、この絶縁性接着剤3の表面3a上のヒーターエレメント4を除く領域のうち所定個所(一部)には、ウエハ2の表面2aの温度を測定するための略円形状の温度測定領域5が設けられている。
このウエハ2としては、例えば、シリコンウエハ、SiC(炭化ケイ素)ウエハ、Si3N4(窒化ケイ素)ウエハ、GaAs、GaAsN等のIII−V属化合物半導体ウエハ、ZnSe等のII−VI属化合物半導体ウエハ等が挙げられ、製品となる半導体ウエハに合わせて適宜選択使用される。
このウエハ2の大きさや形状は、この温度測定用ウエハ1を載置する静電チャック装置に合わせて適宜選択すればよく、特に制限はない。
この絶縁性接着剤3の厚みは5μm以上かつ100μm以下が好ましく、より好ましくは15μm以上かつ50μm以下である。この絶縁性接着剤3の面内の厚みのバラツキは、その厚みの10%以内であることが好ましい。
ここでは、1本の金属細線を蛇行させて全体形状を扇形状としたエレメント片を中心軸の回りに8枚配列し、これらを接続して1本のヒータエレメント4としてある。なお、図1のヒータエレメント4のパターンは、一例を示したものであり、対象となる半導体ウエハの処理や用途に合わせて適宜変更可能である。
ここで、ヒータエレメント4の厚みを300μm以下とした理由は、厚みが300μmを超えると、ヒーターエレメントの線幅が細くなるためにエッチング加工の精度のばらつきが大きくなり、その結果、ウエハ2の表面の温度分布が変化し、ウエハ2の表面の温度分布を正確に測定することができなくなるからである。
この温度測定領域5が形成される位置は、温度測定用ウエハ1が載置される静電チャック装置の載置面の面内温度分布や昇温特性や降温時における冷却特性を正確に知るために、ウエハ2の面内温度分布を正確に表すように選択される。ここでは、ウエハ2の表面に十字形状に点在しており、各温度測定領域5は、互いに所定の間隔をおいて一列に配列している。
この絶縁膜6を用いることで、サーモグラフによる測定時に、サーモグラフの写り込みによりサーモグラフ自体の温度が測定値に影響することを防ぐことができる。また、サーモグラフを用いた温度測定では、被測定物の輻射率により温度の測定結果が変わるが、この絶縁膜6を用いることでヒータエレメント4と絶縁性接着剤3等とを同じ輻射率とすることができ、よって温度の測定精度が向上する。
まず、製品となる半導体ウエハ等の板状試料から目的の半導体製造ラインに流されるウエハ2を選択する。
次いで、このウエハ2上に、シート状またはフィルム状の接着剤である絶縁性接着剤3を貼着する。
以上により、温度測定用ウエハ1を作製することができる。
まず、静電チャック装置31の載置面に本実施形態の温度測定用ウエハ1を載置する。
この静電チャック装置31は、円板状の静電チャック部32と、この静電チャック部32を所望の温度に冷却する厚みのある円板状の冷却ベース部33とを備えている。
この静電チャック部32は、シリコンウエハ等の板状試料を加熱するためのヒーターを内蔵していてもよい。
このサーモグラフ24による測定の結果、温度測定用ウエハ1におけるウエハ2の昇温特性が分かる。したがって、静電チャック装置31の載置面における昇温特性を、簡便にしかもリアルタイムで評価することができる。
サーモグラフ24による測定の結果、温度測定用ウエハ1におけるウエハ2の面内温度分布が分かる。したがって、静電チャック装置31の載置面における面内温度分布を簡便にしかもリアルタイムで評価することができる。
サーモグラフ24による測定の結果、温度測定用ウエハ1におけるウエハ2の冷却過程における冷却特性がリアルタイムで分かる。したがって、静電チャック装置31の載置面の冷却過程における冷却特性を簡便にしかもリアルタイムで評価することができる。
このように、静電チャック装置31を簡易的に測定できるので、静電チャック装置の出荷検査や品質管理にも用いることができる。
図4は、本発明の第2の実施形態の温度測定用ウエハ(温度測定用板状体)を示す断面図であり、本実施形態の温度測定用ウエハ41が第1の実施形態の温度測定用ウエハ1と異なる点は、第1の実施形態の温度測定用ウエハ1では、絶縁性接着剤3上のヒーターエレメント4を除く領域のうち所定個所(一部)に温度測定領域5を設け、これらヒーターエレメント4及び温度測定領域5を赤外線透過率が80%以下の絶縁膜6により被覆したのに対し、本実施形態の温度測定用ウエハ41では、絶縁性接着剤3の温度測定領域に当たる複数の部分を除去して、それらの部分のウエハ2の表面2aを露出させ、この露出したウエハ2の表面2aに熱電対42の温接点部43を接着固定し、これら温接点部43各々を耐熱性及び絶縁性を有する接着剤44にて封止した点である。
2 ウエハ(板状体)
2a 表面(一方の主面)
3 絶縁性接着剤
4 ヒーターエレメント(加熱部材)
5 温度測定領域
6 絶縁膜
11、12 電圧印加用電極
13 ノッチ
21 温度測定装置
22 密閉容器
23 スペース
24 サーモグラフ
25 窓
31 静電チャック装置
32 静電チャック部
33 冷却ベース部
41 温度測定用ウエハ(温度測定用板状体)
42 熱電対
43 温接点部
44 接着剤
Claims (7)
- 静電チャック装置において板状試料が載置される載置面に載置して用いられる温度測定用板状体であって、
前記載置面に載置する板状体の一方の主面に加熱部材を設け、かつ前記一方の主面上であって前記加熱部材を除く領域の一部に、前記板状体の温度を測定するための温度測定領域を設けてなることを特徴とする温度測定用板状体。 - 前記加熱部材は金属箔であり、この金属箔は前記一方の主面に絶縁性接着剤を介して接着されていることを特徴とする請求項1記載の温度測定用板状体。
- 前記板状体は、ケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、III−V属化合物半導体、II−VI属化合物半導体のいずれか1種からなることを特徴とする請求項1または2記載の温度測定用板状体。
- 前記加熱部材は、絶縁膜により被覆されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項記載の温度測定用板状体。
- 前記絶縁性接着剤は、アクリル系接着剤、エポキシ系接着剤、ポリイミドアミド系接着剤のいずれか1種を含むことを特徴とする請求項2記載の温度測定用板状体。
- 前記温度測定領域に熱電対を接続してなることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項記載の温度測定用板状体。
- 請求項1ないし6のいずれか1項記載の温度測定用板状体を備えていることを特徴とする温度測定装置。
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