JP4718697B2 - 温度センサ付きウエハ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウエハ等の電気絶縁性板状体の表面温度を測定するための温度センサ付きウエハに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンウエハを使用する半導体製造プロセスにおいては、加熱処理装置内のシリコン基板の表面温度を検知することが重要であるため、熱電対を埋設したウエハセンサが使用されている。
【０００３】
この従来の熱電対付きウエハは、図１０に示すように、シリコンウエハ（基板）１０の裏面に凹部１１を設け、この凹部１１に熱電対１２の測温接点１２ａをアルミナセメント１３を用いて埋設し、この測温接点１２ａから０．０２〜０．０５ｍｍφと非常に細い線の素線１２ｂを引き出して外部の計測器に接続している。
【０００４】
この種の熱電対付きウエハは、ＣＶＤ装置や酸化拡散装置（アニール炉）、あるいは、スパッタ装置等のチャンバーに組み込んで設置される際に、熱電対１２の素線１２ｂをチャンバー壁面の素線引き出し孔から外部へ引き出す作業が必要になる。
【０００５】
この素線引き出し作業において、素線１２ｂを介して熱電対１２の測温接点１２ａを埋め込んで固着した部分引張り力や捩じりモーメント等が加わるので、この負荷により、この熱電対１２の測温接点１２ａがアルミナセメント１３と共に凹部１１から抜けて外れてしまうという問題がある。
【０００６】
この測温部に対する引張や捩じりは、熱電対付きウエハをウエハの加工装置に配置する時だけでなく、製造後にユーザーへの搬送する際の梱包作業時や搬送時移にも加わるおそれがあるため、取り扱いが非常に難しいという問題がある。
【０００７】
また、ウエハ１０の裏側に埋め込んで固着した測温接点１２ａにより，様々な加工が行われる側である表面の温度を測定するため、誤差が大きく、応答性も劣るという問題がある。
【０００８】
この問題に対処するため、特開２０００−１１１４１８号公報においては、図１１に示すように、ウエハ１の表面側に、適宜の深さの凹部３を設け、この凹部３の底面からウエハ１の裏面側に抜ける素線挿通孔４をそれぞれ設けて、熱電対２の両素線２ｂをこの両素線挿通孔５からウエハ１の裏面側に挿通して、熱電対２の測温接点２ａを凹部３に固着した熱電対付ウエハ１が提案されている。
【０００９】
そして、この構成により、熱電対２の素線２ｂが引っ張られたり、捩じられたりして、この固着部に力が加わっても、この測温接点２ａは凹部３の両素線挿通孔４，４間の底面部分３ａを跨いだ状態で凹部３に固着されているので、この底面３ａ部分により抜け防止ができるとしている。
【００１０】
また、表面側に設けた凹部で、その表面側に接近位置させた状態で固着することにより、計測すべきウエハの表面温度を誤差なく測定でき、また、高い応答性も得られるとしている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この素線挿通孔を有す熱電対付ウエハでは、素線がウエハの裏面に配設されることになるので、ウエハを加工するための台板に密着させることができず、実際の加工時と同じような配置ができず、熱伝導が異なってくるため、この熱電対付ウエハに対して正確な加熱又は冷却を行うことができないという問題がある。
【００１２】
また、これを避けるために裏面に素線収納用の凹部を設けると、この加工により製造コストが上昇すると共に、熱伝導も実際のウエハと異なってくるので、測定精度の面からも好ましくないという問題がある。
【００１３】
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、測温用ウエハにおいて、温度センサの測温部接点とその素線を表面側に配置できて、測温精度を維持でき、しかも、引張りや捩じり等の外力に対しても、外れ難い温度センサ付きウエハを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成するための温度センサ付きウエハは、次のような特徴を有して形成される。
【００１５】
１）ウエハの表面側に温度センサの測温部を配設する測温部用孔を形成し、前記測温部用孔に温度センサの測温部を挿入して接着剤にて固定する温度センサ付きウエハにおいて、前記表面側に第１固定ピン用孔を形成し、該第１固定ピン用孔のひとつに収まるように二股状に形成された固定ピンを、前記測温部から出る素線を跨いで該第１固定ピン用孔のひとつに挿入し、接着剤で固定したことを特徴とする。
【００１６】
この温度センサとしては、熱電対等を使用することができ、接着剤としては、樹脂系やセラミックス系等の接着剤を使用できる。
【００１７】
あるいは、ウエハの表面側に温度センサの測温部を配設する測温部用孔と固定ピン用孔を形成し、前記測温部用孔に温度センサの測温部を挿入して接着剤にて固定すると共に、前記固定ピン用孔に挿入され接着剤で固定された固定ピンに前記温度センサの素線を溶接で固定することを特徴とする。
【００１８】
この固定ピンはステンレス等の金属で形成され、この固定ピンの上面で、温度センサの素線をスポット溶接で接合する。
【００１９】
以上の構成によれば、測温部用孔に埋設した測温部から出る素線を固定ピンによりウエハに固定し、この固定ピンは接着剤によって固定ピン用孔に固定されているので、素線に引張力や捩りモーメントが加わっても、この固定部で素線を固定支持するので、測温部に引張力や捩りモーメントが加わることが無く、測温部の離脱を防止できる。
【００２０】
また、上記の温度センサ付きウエハにおいて、前記測温部用孔と固定ピン用孔の少なくとも一つを貫通孔で形成することを特徴とする。
【００２１】
そして、前記温度センサを熱電対で形成することを特徴とする。
【００２２】
温度センサを熱電対で形成した場合には、二股状に形成された固定ピンで測温部から出る一対の素線のそれぞれを跨いで第１固定ピン用孔のひとつに固定するため、素線に引張力や捩りモーメントが加わっても、測温接点の離脱を防止できる。これによって、測温接点も強固に固定できる。
【００２３】
あるいは、前記測温部用孔を溝孔で形成すると共に、該溝孔の両端部に該溝孔と連通する第２固定ピン用孔をそれぞれ設け、前記測温部を前記測温部から出る一対の素線で引っ張るような形で溝孔に配置し、前記一対の素線のそれぞれを前記第２固定ピン用孔に通し、前記固定ピンで前記第２固定ピン用孔に前記一対の素線を固定したことを特徴とする。
【００２４】
この場合には、固定ピンで固定される素線により測温部を溝孔内に固定できる。
【００２５】
２）または、ウエハの表面側から裏面側に連続的又は段階的に断面積が拡大しながら貫通する測温部用孔を形成し、該測温部用孔に温度センサの測温部を挿入し、該測温部に、前記測温部用孔の表面側の開口部よりも大きく、裏面側の開口部より小さい抜け止め部を設けると共に、該抜け止め部を前記測温部用孔の内部に配置して、接着剤にて固定することを特徴とする。
【００２６】
この抜け止め部は熱電対の熱接点（溶接点）等で形成する。
【００２７】
そして、上記の温度センサ付きウエハにおいて、前記抜け止め部を前記測温部用孔の裏面側を塞ぐ接触板で形成し、該接触板に前記測温部を接合したことを特徴とする。
【００２８】
更に、上記の温度センサ付きウエハにおいて、前記接触板がステンレス又はインコネルで形成されていることを特徴とする。
【００２９】
以上の構成によれば、測温部用孔に埋設した測温部を抜け止め部にて保持し、この抜け止め部が、測温部用孔の表面側の開口部より大きく形成されているため、抜け止め効果を発揮するので、素線に引張力や捩りモーメントが加わっても、測温部の離脱を防止できる。また、温度センサの素線を表面側に配置できる。
【００３０】
３）あるいは、ウエハの表面側に溝部を設け、温度センサの測温部を配置し、該測温部を蓋板で覆うと共に、前記測温部と前記蓋板を接着剤にて前記溝部に固定することを特徴とする。
【００３１】
この構成によれば、測温部を蓋板で覆うと共に、測温部と蓋板を接着剤で固定しているので、測温部のみを接着剤で固定する場合に比べて、接着面積を著しく大きくすることができる。そのため、素線に引張力や捩りモーメントが加わっても、測温部の離脱を防止できる。また、温度センサの素線を表面側に配置できる。
【００３２】
４）そして、ウエハの表面側に第一開口部及び第二開口部を有し、ウエハ内にて連通する測温部埋設用孔を設け、該測温部埋設用孔内に温度センサの測温部を配置すると共に、前記第一開口部に前記測温部に連結する一方の素線を挿通し、前記第二開口部に他方の素線を挿通して、前記測温部を接着剤にて固定することを特徴とする。
【００３３】
この構成によれば、測温部がウエハの表面側に第一及び第二開口部を有する測温部埋設用孔に配置され、素線がそれぞれ第一及び第二開口部に挿通し、測温部を接着剤で測温部埋設用孔内に固定しているので、素線に引張力や捩りモーメントが加わっても、測温部の離脱を防止できる。また、温度センサの素線を表面側に配置できる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態に係る温度センサ付きウエハについて説明する。
【００３５】
〔第１の実施の形態〕
本発明の第１の実施の形態に係る温度センサ付きウエハ１は、図１〜図４に示すように、ウエハ２０の表面側に、設置する熱電対３０で形成される温度センサ１個に対して、測温部用孔４０を１個と、固定ピン用孔４１を２個を形成する。
【００３６】
この測温部用孔４０と固定ピン用孔４１は図１や図２のように貫通孔で形成してもよいが、必ずしも貫通孔で形成する必要はなく、図３や図４に示すような溝孔であってもよい。
【００３７】
また、熱電対３０は、熱起電力特性を持つアルメル−クロメル、クロメル−コンスタンタン、鉄−コンスタンタン等の素線３２ａ，３２ｂを組み合わせ、この素線を溶接接合することにより、測温部である測温接点３１を形成する。
【００３８】
そして、図１に示すように、この測温部用孔４０に温度センサである熱電対３０の測温接点（測温部）３１を挿入して、樹脂系又はセラミックス系等の接着剤５０にて接着固定する。また、熱電対３０の素線３２ａ，３２ｂを固定ピン用孔４１，４１上を通過させると共に、この素線３２ａ，３２ｂをＵ字形の固定ピン４２，４２で跨ぎ、この固定ピン４２を固定ピン用孔４１に挿入して接着剤５０にて固定する。
【００３９】
あるいは、図２に示すように、熱電対３０の素線３２ａ，３２ｂを固定ピン用孔４１，４１上を通過させると共に、固定ピン用孔４１に挿入され、接着剤５０で固定された固定ピン４２Ａ，４２Ａにこの素線３２ａ，３２ｂをスポット溶接６０，６０でそれぞれ固定する。
【００４０】
そして、測温接点３１の固定に関しては、図１や図２に示すように、測温部用孔４０に測温接点３１を挿入して接着剤５０で固定したり、あるいは、図３に示すように、測温部用孔４０Ａに接点固定用ピン４２Ｂを挿入して接着剤５０で固定し、この接点固定用ピン４２Ｂの上面に熱電対３０の測温接点３１をスポット溶接６１で溶接して固定する。
【００４１】
または、図４に示すように、測温部用孔を溝孔４０Ａで形成し、この溝孔４０Ａの両端部に貫通孔で形成される固定ピン用孔４１Ａ，４１Ａをそれぞれ設けて、溝孔４０Ａに測温接点３１を、貫通孔の固定ピン用孔４１Ａ，４１Ａに素線３２ａ，３２ｂを跨いで固定するＵ字形の固定ピン４２，４２を、それぞれ挿入して、測温部３１を素線３２ａ，３２ｂで引張っるような形で溝孔４０Ａに配置し、接着剤５０にて固定する。
【００４２】
以上の構成によれば、測温部用孔４０に埋設した測温接点３１から出る素線３２ａ，３２ｂを固定ピン４２，４２Ａによりウエハ２０、２０Ａ〜２０Ｃに固定することにより、素線３２ａ，３２ｂを単独で埋設した場合に比べて、接合面積を大きくでき、また、固定ピン４２，４３Ａの形状を容易に抜け難い形状にできるので、著しく堅固に固定できる。
【００４３】
そのため、例え、熱電対３０の素線３２ａ，３２ｂに引張力や捩りモーメントが加わっても、この固定部分４１，４２で素線３２ａ，３２ｂを支持できるので、測温接点３１に引張力や捩りモーメントが加わることが無く、測温接点３１のウエハ２０、２０Ａ〜２０Ｃからの離脱を防止できる。また、熱電対３０の素線３２ａ，３２ｂをウエハ２０、２０Ａ〜２０Ｃの表面側に配置できる。
【００４４】
〔第２の実施の形態〕
本発明の第２の実施の形態に係る温度センサ付きウエハ２０Ｄ，２０Ｅは、図５，図６に示すように、ウエハウエハ２０Ｄ，２０Ｅの表面側から裏面側に貫通する測温部用孔４４，４４Ａを形成するが、この測温部用孔４４，４４Ａの断面積が、連続的又は段階的に拡大する用に形成する。
【００４５】
図５では連続的に拡径しているが、この順次拡径する貫通孔４４は、レーザー光線で加工可能である。
【００４６】
図５に示す実施の形態では、この測温部用孔４４に熱電対３０の測温接点３１を挿入し、裏面側の開口部から抜き出して、この測温接点３１に、電気溶接、ガス溶接で拡大部分を形成したり、又は、セラミックス小片等を使用して抜け止め部３３を設ける。この抜け止め部３３は、測温部用孔４４の表面側の開口部よりも大きく、裏面側の開口部より小さく形成する。
【００４７】
そして、素線３２ａ，３２ｂ側を引張っるような形でこの抜け止め部３３を測温部用孔４４の内部に配置して、接着剤５０にて固定する。
【００４８】
また、図６に示す実施の形態では、測温部用孔を表面側の小穴４４Ａと裏面側の四ｌ形状の溝孔４４Ｂとで形成すると共に、この裏面側の溝孔４４Ｂを塞ぐステンレス又はインコネルで形成される接触板３５を設け、この接触板３５に測温接点３１をスポット溶接６２等により接合して抜け止め部３３を形成する。
【００４９】
そして、この接触板３５を素線３２ａ，３２ｂを引張っるような形で測温部用孔４４の溝孔４４Ｂの内部に配置して、裏面側の面をウエハ２０Ｅの裏面と面一にして樹脂系又はセラミックス系の接着剤５０で固定する。
【００５０】
この構成によれば、測温部用孔４４に埋設した測温接点３１を保持する抜け止め部３３，３５を、測温部用孔４４の表面側の開口部より大きく形成するので、抜け止め効果を発揮できるので、例え、素線３２ａ，３２ｂに引張力や捩りモーメントが加わっても、測温部３１の離脱を防止できる。また、熱電対３０の素線３２ａ，３２ｂをウエハ２０Ｄ，２０Ｅの表面側に配置できる。
【００５１】
〔第３の実施の形態〕
本発明の第３の実施の形態に係る温度センサ付きウエハ２０Ｆ，２０Ｇは、図７，図８に示すように、ウエハ２０Ｆ，２０Ｇの表面側に溝部４５，４５Ａを設け、この溝部４５，４５Ａ内に熱電対３０の測温接点３１を配置し、蓋板３６で覆うと共に、この測温接点３１と蓋板３６を樹脂系又はセラミックス系の接着剤５０で溝部４５，４５Ａに接着固定する。
【００５２】
この溝部の形状は、図７に示すように、矩形の溝部４５Ａの形状で形成したり、図８に示すように、素線３２ａ，３２ｂを引き出す部分のみ凸状になっている溝部４５Ａの形状で形成したりできる。
【００５３】
この溝部４５，４５Ａと蓋板３６の形状は特に限定する必要がなく、測温接点３１を覆うことができて、素線３２ａ，３２ｂを表面側に引き出すことができる形状であればよい。
【００５４】
この構成によれば、測温接点３１を蓋板３６で覆うと共に、測温接点３１と蓋板３６を接着剤５０で固定することにより、測温接点３１のみを接着剤５０で固定する場合に比べて、接着面積を著しく大きくすることができるので、例え、素線３２ａ，３２ｂに引張力や捩りモーメントが加わっても、測温部３１の離脱を防止できる。また、熱電対３０の素線３２ａ，３２ｂをウエハ２０Ｆ、２０Ｇの表面側に配置できる。
【００５５】
〔第４の実施の形態〕
本発明の第４の実施の形態に係る温度センサ付きウエハ２０Ｈは、図９に示すようウエハー２０Ｈの表面側に第一開口部４６ａ及び第二開口部４６ｂを有し、ウエハ２０Ｈ内にて連通する測温部埋設用孔４６を設ける。この測温部埋設用孔４６は、レーザー光線により、第一開口部４６ａから孔を表面に対して斜行して穿孔し、貫通する前に穿孔を中止し、更に、第二開口部４６ｂから孔を表面に対して斜行すると共に、先に第一開口部４６ａから穿孔した孔の方向に穿孔し、貫通させることで形成できる。
【００５６】
そして、一方の素線３２ａを通して引張ることにより、測温部埋設用孔４６内に熱電対３０の測温接点３１を配置する。これにより、第一開口部４６ａに測温接点３１に連結する一方の素線３２ａが挿通し、第二開口部４６ｂに他方の素線３２ｂが挿通することになるので、この測温接点３１を接着剤５０で測温部埋設用孔４６内に接着固定する。
【００５７】
なお、この測温部埋設用孔４６は、斜行する貫通孔を交差させて形成してもよく、この場合は裏面側を接着剤を詰めるか、栓するかして塞ぐ。
【００５８】
この構成によれば、測温接点３１がウエハ２０Ｈの表面側に第一開口部４６ａ及び第二開口部４６ｂを有する測温部埋設用孔４６に配置され、素線３２ａ，３２ｂがそれぞれ第一開口部４６ａ及び第二開口部４６ｂに挿通し、測温接点３１を接着剤５０で測温部埋設用孔４６内に固定しているので、例え、素線３２ａ，３２ｂに引張力や捩りモーメントが加わっても、測温接点３１の離脱を防止できる。また、熱電対３０の素線３２ａ，３２ｂをウエハ２０Ｈの表面側に配置できる。
【００５９】
以上の構成に際しては、温度センサを熱電対として説明したが、温度センサがその他の温度測定素子であってもよく、温度センサの測温部が溶接できない場合には溶接の代わりに接着剤を用いて接点固定ピン等に接合することができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上の説明のように、本発明の温度センサ付きウエハによれば、次のような効果を奏することができる。
【００６１】
測温部用孔に埋設した測温部から出る素線を固定ピンによりウエハに固定することにより、例え、温度センサの素線に引張力や捩りモーメントが加わっても、この固定部分で素線を固定支持するので、測温部に引張力や捩りモーメントが加わることが無く、測温部の離脱を防止できる。
【００６２】
また、測温部用孔に埋設した測温部を保持する抜け止め部を、測温部用孔の表面側の開口部より大きく形成するので、抜け止め効果を発揮でき、例え、素線に引張力や捩りモーメントが加わっても、測温部の離脱を防止できる。
【００６３】
あるいは、測温部を蓋板で覆うと共に、測温部と蓋板を接着剤で固定することにより、測温部のみを接着剤で固定する場合に比べて、接着面積を著しく大きくすることができるので。例え、素線に引張力や捩りモーメントが加わっても、測温部の離脱を防止できる。
【００６４】
また、測温部がウエハの表面側に第一及び第二開口部を有する測温部埋設用孔に配置され、素線がそれぞれ第一及び第二開口部に挿通し、測温部を接着剤で測温部埋設用孔内に固定しているので、例え、素線に引張力や捩りモーメントが加わっても、測温部の離脱を防止できる。
【００６５】
そして、上記のいずれの構成においても、温度センサの素線を表面側に配置できるので、実際の加工時と同じようにウエハを加工するための台板に密着させて配置することができ、熱電対付ウエハに対しても実際に加工されるウエハと同様な加熱又は冷却を行うことができ、正確な温度測定ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態の固定ピンで素線を跨いで固定した温度センサ付きウエハの構成図であり、（ａ）は、斜視図で、（ｂ）は断面図で、（ｃ）は拡大断面図である。
【図２】本発明に係る第１の実施の形態の素線を固定ピンに溶接して固定した他の温度センサ付きウエハの構成図であり、（ａ）は斜視図で、（ｂ）は断面図で、（ｃ）は拡大断面図である。
【図３】本発明に係る第１の実施の形態の測温接点を接点固定ピンに溶接固定した温度センサ付きウエハの構成図であり、（ａ）は斜視図で、（ｂ）は断面図で、（ｃ）は拡大断面図である。
【図４】本発明に係る第１の実施の形態の溝部の両端に貫通孔を設けた温度センサ付きウエハの構成図であり、（ａ）は斜視図で、（ｂ）は断面図で、（ｃ）は拡大断面図である。
【図５】本発明に係る第２の実施の形態の温度センサ付きウエハの構成図であり、（ａ）は斜視図で、（ｂ）は断面図で、（ｃ）は拡大断面図である。
【図６】本発明に係る第２の実施の形態の他の温度センサ付きウエハの構成図であり、（ａ）は斜視図で、（ｂ）は断面図で、（ｃ）は拡大断面図である。
【図７】本発明に係る第３の実施の形態の温度センサ付きウエハの構成図であり、（ａ）は斜視図で、（ｂ）は断面図で、（ｃ）は拡大断面図である。
【図８】本発明に係る第３の実施の形態の他の温度センサ付きウエハの構成図であり、（ａ）は斜視図で、（ｂ）は断面図で、（ｃ）は拡大断面図である。
【図９】本発明に係る第４の実施の形態の温度センサ付きウエハの構成図であり、（ａ）は斜視図で、（ｂ）は断面図で、（ｃ）は拡大断面図である。
【図１０】従来技術の温度センサ付きウエハの温度センサ取付部の拡大断面図である。
【図１１】従来技術の他の温度センサ付きウエハの温度センサ取付部の拡大図であり、（ａ）は断面図で、（ｂ）は平面図である。
【符号の説明】
２０，２０Ａ〜２０Ｈ 温度センサ付きウエハ
３０ 熱電対（温度センサ）
３１ 測温接点（測温部）
３２ａ，３２ｂ 素線
３３ 抜け止め部
３５ 接触板
３６ 蓋板
４０，４０Ａ 測温部用孔
４１，４１Ａ 固定ピン用孔
４２ 固定ピン
４４，４４Ａ，４４Ｂ 測温部用孔
４５ 溝部
４６ 測温部埋設用孔
４６ａ 第一開口部
４６ｂ 第二開口部
５０ 接着剤

Claims (3)

1. ウエハの表面側に温度センサの測温部を配設する測温部用孔を形成し、前記測温部用孔に温度センサの測温部を挿入して接着剤にて固定する温度センサ付きウエハにおいて、前記表面側に第１固定ピン用孔を形成し、該第１固定ピン用孔のひとつに収まるように二股状に形成された固定ピンを、前記測温部から出る素線を跨いで該第１固定ピン用孔のひとつに挿入し、接着剤で固定したことを特徴とする温度センサ付きウエハ。
2. 前記測温部用孔を溝孔で形成すると共に、該溝孔の両端部に該溝孔と連通する第２固定ピン用孔をそれぞれ設け、前記測温部を前記測温部から出る一対の素線で引っ張るような形で前記溝孔に配置し、前記一対の素線のそれぞれを前記第２固定ピン用孔に通し、前記固定ピンで前記第２固定ピン用孔に前記一対の素線を固定したことを特徴とする請求項１に記載の温度センサ付きウエハ。
3. 前記温度センサを熱電対で形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の温度センサ付きウエハ。

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