JP2007324308A - 測定部材、温度測定用ウェハ - Google Patents

Abstract

【課題】減圧又は昇圧された空間内の圧力を一定に保って、その空間内に設置された被測定部材の状態を測定することが可能な測定部材を提供する。
【解決手段】大気圧よりも昇圧又は減圧された空間内に設置された被測定部材の状態を測定するための測定部材１’であって、被測定部材に接続される熱電対１２と、熱電対１２を挟んで貼りあわされた一対のシート部材１１と、一対のシート部材１１と熱電対１２と間の隙間の少なくとも一部を埋める隙間埋め部材１３とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、大気圧と同等或いは大気圧よりも昇圧又は減圧された空間内に設置された被測定部材の状態を測定するための測定部材に関する。

半導体製造装置でウェハを加工する場合に、加工処理中のウェハ温度の制御が重要なプロセスは多く、加工処理中のウェハ温度と、その面内分布を精度良く測定する技術が必要となる。通常、半導体製造装置内のウェハステージやウェハの表面温度を測定する方法としては、ウェハ表面もしくは内部に様々なタイプの熱電対を接着固定し、この熱電対からの信号により温度測定を行うといった温度測定用ウェハが用いられている。

温度測定用ウェハが設置される半導体製造装置内は、大気圧に対して減圧又は昇圧されている場合が多く、熱電対からの信号線を大気圧の半導体製造装置外部に引き出す方法として、一般的に次の２つの手法がとられている。図６は、これら２つの手法を実現するための装置構成を模式的に示した図であり、図７は図６（ｂ）の部分拡大図である。これらの図を参照して、上記２つの手法について説明する。

１つの手法は、図６（ａ）に示す装置を用いるフィードスルー方式である。半導体製造装置４０の筐体には、フランジポートが形成されており、このフランジポートに、補償導線３１，３２を有するフランジ３０が嵌め込まれて、半導体製造装置４０内は密閉されている。このような半導体製造装置４０内に、測定対象となるウェハ１０を設置し、このウェハ１０に熱電対線２０の一端を接続し、他端を補償導線３１に接続する。補償導線３２には別の熱電対線２１を接続し、この熱電対線２１に熱電対の回路を接続する。そして、半導体製造装置４０を昇圧又は減圧した状態で、熱電対線２０、補償導線３１，３２、熱電対線２１を介して、ウェハ１０の表面温度等を測定する。

もう１つの手法は、図６（ｂ）に示す装置を用いるＯリングシール方式である。半導体製造装置４０の筐体には孔部４１が設けられており、この孔部４１を通じて、半導体製造装置４０内と半導体製造装置４０外とが結ばれている。このような半導体製造装置４０内に、測定対象となるウェハ１０を設置し、このウェハ１０に、ウェハ１０の状態を測定するための測定部材１を接続する。測定部材１は、ウェハ１０に電気的に接続される接続部材である熱電対１２と、この熱電対１２を挟んで貼りあわされた一対のポリイミド等からなるシート部材１１とを備える。

図７に示すように、測定部材１は、孔部４１を通して、半導体製造装置４０内から外へと引き出すことが可能となっている。孔部４１内には、孔部４１を通して半導体製造装置４０内から外へ引き出される測定部材１のシート部材１１を、孔部４１において半導体製造装置４０の筐体に接触させるための接触支援部材であるＯリング４２が設けられており、このＯリング４２によって、シート部材１１を上方の筐体に押し付けることで、半導体製造装置４０内の密閉度をある程度確保することができる。図７に示したように測定部材１を半導体製造装置４０外部に引き出した後は、半導体製造装置４０を昇圧又は減圧した状態で、熱電対１２を用いてウェハ１０の表面温度等を測定する。

フィードスルー方式は、半導体製造装置４０が完全に密閉されるため、真空度を維持した状態で測定が可能であるが、フランジポートのポート口径により、ウェハに接続可能な熱電対の数が制限されたり、補償導線種により使用可能な熱電対タイプが制限されたりなど自由度が少ない。又、補償導線は装置内外の両端で信号線と物理的に接続を行わなければならず、これによる信号の電圧降下等、測定の精度面からも障害が大きい。熱電対の場合、途中で導線を別のものにしてしまうと、測定精度劣化が特に懸念される。

一方、Ｏリングシート方式は、半導体製造装置４０を完全に密閉はできないが、フィードスルー方式の持つ諸問題は無視することができ、ウェハ温度の測定を行う場合には、特に有効な手法である。

ウェハ温度測定に関する文献として特許文献１が挙げられる。

特開２００３−３４７３８３号公報

図８は、Ｏリングシート方式で用いる測定部材１をシート部材１１の一部分で切断したときの断面模式図である。
測定部材１は、熱電対１２を１対のシート部材１１で挟んだ構成となっているが、一対のシート部材１１と熱電対１２との間には、従来、図８に示すように、隙間Ｓが生じている。Ｏリングシート方式の場合、Ｏリングによって、ある程度は半導体製造装置内が密閉されているが、測定部材１に隙間Ｓが存在すると、この隙間Ｓを介して半導体製造装置外から装置内へと大気が流入し、装置内の圧力が一定に保てなくなってしまう。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、大気圧に対して減圧又は昇圧された空間内の圧力を一定に保って、その空間内に設置された被測定部材の状態を測定することが可能な測定部材を提供することを目的とする。

本発明の測定部材は、大気圧と同等或いは大気圧よりも昇圧又は減圧された空間内に設置された被測定部材の状態を測定するための測定部材であって、前記被測定部材に接続される接続部材と、前記接続部材を挟んで貼りあわされた一対のシート部材と、前記一対のシート部材と前記接続部材と間の隙間の少なくとも一部を埋める隙間埋め部材とを備える。

本発明の測定部材は、前記空間を形成する空間形成部材には、前記空間内と前記空間外とを結ぶ孔部と、前記孔部を通して前記空間内から前記空間外へ引き出される前記測定部材の前記シート部材を、前記孔部において前記空間形成部材に接触させるための接触支援部材とが設けられており、前記一対のシート部材のうちの一方は、前記接触支援部材によって前記シート部材が接触する前記空間形成部材の表面形状に沿った形状であり、前記一対のシート部材のうちの他方は、前記接触支援部材の形状に沿った形状である。

本発明の測定部材は、前記接続部材が熱電対である。

本発明の測定部材は、前記隙間埋め部材が絶縁性材料からなる。

本発明の測定部材は、前記被測定部材がウェハである。

本発明の温度測定用ウェハは、ウェハ加工中のウェハ温度を測定するための温度測定用ウェハであって、前記測定部材が接続されたものである。

本発明によれば、大気圧と同等或いは大気圧に対して減圧又は昇圧された空間内の圧力を一定に保って、その空間内に設置された被測定部材の状態を測定することが可能な測定部材を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（第一実施形態）
本実施形態では、Ｏリングシート方式で用いる測定部材について説明する。この測定部材を用いて被測定部材の状態を測定する装置構成は、図６（ｂ）及び図７に示したものと同様であるため、これを援用して説明する。又、測定部材についても、その概観は図６（ｂ）に示すものと同様である。

図１は、本発明の第一実施形態で説明する測定部材１’の部分断面模式図である。
測定部材１’は、従来の測定部材１と同様に、ウェハ１０に電気的に接続される接続部材である熱電対１２と、この熱電対１２を挟んで貼りあわされた一対のポリイミド等からなるシート部材１１とを備える。測定部材１’をシート部材１１が存在する部分で切断したときの断面図が図１である。測定部材１’は、一対のシート部材１１と熱電対１２との間の隙間に、隙間埋め部材１３が埋められている。隙間埋め部材１３は、例えば粘着性のある絶縁性材料で構成される。

この隙間埋め部材１３を設けたことにより、図８に示すような隙間Ｓがなくなり、測定部材１’の一端を半導体製造装置４０内のウェハ１０に接続して、他端を半導体製造装置４０外へ引き出した図６（ｂ）に示すような状態においても、半導体製造装置４０外から装置内へと大気が流入するのを防ぐことができ、半導体製造装置４０内の圧力を一定に保つことができる。

又、Ｏリングシート方式に用いる従来の測定部材では、半導体製造装置内の密閉性を高めるために、熱電対１２の線径をできる限り細くして図８に示す隙間Ｓを少なくしようとすると、頻繁に変形が加えられるシート部材の部分において熱電対線の断線破壊が多く起こってしまうという問題がある。これに対し、測定部材１’によれば、隙間Ｓを隙間埋め部材１３で埋めているため、線径の太い熱電対線を選定することが可能となり、断線破壊を減少させることができる。

又、隙間埋め部材１３として粘着性のある材料を用いた場合には、１本１本の熱電対線を確実に固定することができる。このため、熱電対線同士の間隔を小さくすることができる。これにより、シート部材の幅を必要最小限に設計することが可能になり、シート部材の幅の減少によって、半導体製造装置４０の孔部４１の大きさも小さくすることができる。又、シート部材の幅を小さくすることで、Ｏリングとシート部材との隙間も小さくすることができる。この結果、半導体製造装置４０内の密閉度を上げることができる。

（第二実施形態）
図２は、第一実施形態で説明した測定部材１’を半導体製造装置４０の孔部４１を介して、装置内から装置外へ引き出した図７に示した状態で、半導体製造装置４０と測定部材１’とを図７中の破線で切断したときの断面を、測定部材１’を引き出す方向から見た断面模式図である。
図２に示すように、Ｏリング４２と測定部材１’との間には多少の隙間ｓが存在しており、その隙間ｓを介して、半導体製造装置４０外から半導体製造装置４０内へと大気が流入してしまう。本実施形態では、この隙間ｓを介した大気の流入を防いで、半導体製造装置４０内を完全に密閉することが可能な測定部材１’’について説明する。

図３は、本発明の第二実施形態で説明する測定部材１’’の部分断面模式図である。図３において図２と同様の構成には同一符号を付してある。図３は、測定部材１’’をシート部材１１が存在する部分で切断したときの断面図である。
図３に示す測定部材１’’は、一対のシート部材１１のうちの一方が、Ｏリング４２によってシート部材１１が接触させられる半導体製造装置４０の筐体の表面形状に沿った形状となっており、一対のシート部材１１のうちの他方が、Ｏリング４２の形状に沿った形状となっていることが特徴である。

図４は、図３に示す測定部材１’’を半導体製造装置４０の孔部４１を介して、装置内から装置外へ引き出した図７に示した状態で、半導体製造装置４０と測定部材１’’とを図７中の破線で切断したときの断面を、測定部材１’’を引き出す方向から見た断面模式図である。
Ｏリング４２によって半導体製造装置４０の筐体に接触させられる一方のシート部材１１は、その筐体の表面と同じ平面形状となっており、他方のシート部材１１はＯリング４２の曲面と同じ曲面形状となっているため、図７に示した状態において、Ｏリング４２と半導体製造装置４０の筐体との間に隙間がなくなり、半導体製造装置４０内を完全に密閉することが可能となる。

尚、以上で説明した隙間埋め部材１３は、一対のシート部材１１と熱電対１２との間の隙間を介して、大気が半導体製造装置内に流入するのを防ぐことを目的として設けているため、この隙間を全て隙間埋め部材１３で埋めておく必要はない。図５は、測定部材１’の平面図である。例えば、図５に示すように、平面視において、シート部材１１の一部の領域にある隙間にのみ、隙間埋め部材１３を埋める構成であっても良い。測定部材１’の場合は、隙間埋め部材１３を埋める位置は、図５中の左右方向にいくらでもずらすことができる。測定部材１’’の場合は、Ｏリング４２と半導体製造装置４０との隙間を埋める必要があるため、少なくとも平面視においてＯリング４２と重なる部分にある隙間に、隙間埋め部材１３を埋めておけば良い。

又、第一実施形態及び第二実施形態では、測定部材１’，１’’を、減圧又は昇圧された空間を形成する半導体製造装置内に設置されたウェハの温度を測定するためのものとして説明したが、これに限らず、大気圧に対して減圧又は昇圧された空間内から大気圧に信号線を取り出して、空間内にある被測定部材の状態を測定するような場合に用いることができる。この場合、被測定部材の測定すべき内容に応じて、測定部材１’，１’’の熱電対を別のもの（例えばテスターに接続するための配線等）に変更した構成とすれば良い。

又、第一実施形態及び第二実施形態では、測定部材１’，１’’を、減圧又は昇圧された空間を形成する半導体製造装置内に設置されたウェハの温度を測定するためのものとして説明したが、これに限らず、大気圧と同等の空間を形成する半導体製造装置内に設置されたウェハの温度を測定するためのものとしても良い。

本発明の第一実施形態で説明する測定部材の部分断面模式図 第一実施形態で説明する測定部材をセッティングした半導体製造装置の孔部付近の断面模式図 本発明の第二実施形態で説明する測定部材の部分断面模式図 第二実施形態で説明する測定部材をセッティングした半導体製造装置の孔部付近の断面模式図 測定部材の平面図 ウェハ温度を測定するための装置構成図 図６（ｂ）の部分断面図 従来の測定部材の部分断面模式図

符号の説明

１’，１’’ 測定部材
１１ シート部材
１２ 熱電対
１３ 隙間埋め部材
４０ 半導体製造装置
４１ 孔部
４２ Ｏリング
Ｓ，ｓ 隙間

Claims (6)

1. 大気圧と同等或いは大気圧よりも昇圧又は減圧された空間内に設置された被測定部材の状態を測定するための測定部材であって、
   前記被測定部材に接続される接続部材と、
   前記接続部材を挟んで貼りあわされた一対のシート部材と、
   前記一対のシート部材と前記接続部材との間の隙間の少なくとも一部を埋める隙間埋め部材とを備える測定部材。
2. 請求項１記載の測定部材であって、
   前記空間を形成する空間形成部材には、前記空間内と前記空間外とを結ぶ孔部と、前記孔部を通して前記空間内から前記空間外へ引き出される前記測定部材の前記シート部材を、前記孔部において前記空間形成部材に接触させるための接触支援部材とが設けられており、
   前記一対のシート部材のうちの一方は、前記接触支援部材によって前記シート部材が接触する前記空間形成部材の表面形状に沿った形状であり、
   前記一対のシート部材のうちの他方は、前記接触支援部材の形状に沿った形状である測定部材。
3. 請求項１又は２記載の測定部材であって、
   前記接続部材が熱電対である測定部材。
4. 請求項３記載の測定部材であって、
   前記隙間埋め部材が絶縁性材料からなる測定部材。
5. 請求項３又は４記載の測定部材であって、
   前記被測定部材がウェハである測定部材。
6. ウェハ加工中のウェハ温度を測定するための温度測定用ウェハであって、
   請求項３〜５のいずれか１項記載の測定部材が接続された温度測定用ウェハ。

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