JP4749688B2 - 温度測定用半導体ウェハ - Google Patents

Description

本発明は、半導体などの製造プロセスで半導体ウエハのような処理対象用基板の加熱又は冷却に用いられる温度調節ステージの制御方法を設定するための設定プロセス中で、温度調節ステージ上に載置される温度測定用基板又は温度調節ステージの温度を測定する温度測定装置及び温度測定用装置に関する。

例えば半導体製品の製造工程では、加熱及び冷却に用いられる温度調節ステージの上に半導体ウエハを載置し、温度調節ステージにより半導体ウエハの温度を調節しつつ、その半導体ウエハにレジスト液を塗布してコーティングしたりその後にエッチングを施したり等の処理が行われる。上記半導体製造プロセスを開始する前の準備段階において、半導体ウエハをむらなく最適温度に制御するように、温度調節ステージの制御方法（例えば、目標温度や制御演算などの各種のパラメータ）が設定される必要がある。この設定のプロセスにおいては、温度調節ステージ上に、温度センサが複数箇所に設けられた温度測定用の半導体ウエハ（以下、温度測定用基板と言う）が載置され、温度調節ステージが、所与の制御パラメータを用いて試験的に駆動されて、加熱、冷却動作を行い、その時の温度測定用基板の温度が測定され、測定された温度が最適であるか否かがチェックされる。その結果、最適でなければ、制御パラメータが修正され、修正された制御パラメータを用いて再び上記試験的駆動が行われる。

同様に半導体製造プロセスにおいても、このような温度調節ステージに被処理基板を載置して温度調節する。その際、被処理基板の温度をなるべく正確に測定することが大事である。従来、被処理基板の温度を測定するための方法として、載置プレートに熱電対を直接埋め込みその熱電対を用いて測定する第１の方法がある（特許文献１参照）。また、ＲＴＤ（白金測温抵抗体）が直接埋め込まれそれにリードが接着されたプローブウエハ（非特許文献１参照）を温度調節ステージに載置し、ＲＴＤを介してリードを流れる電流値に基づいてプローブウエハの温度を測定し、そのプローブウエハの温度測定の結果から、被処理基板の温度を推定する第２の方法が考えられる。

特開２００１−１１８６６２号公報 http://www.sensarray.com/public/docs/brochures/1840A-2001.pdf

第１の方法では、温度センサとなる熱電対は載置プレート内に埋め込まれているので、載置プレートそれ自体の温度を測定することはできても、被処理基板の温度を測定することは実質的に無理である。また、載置プレート内に点状温度センサを挿入するため、その温度センサを挿入するための穴をどこに設けたら良いか、どの程度の深さで穿てば良いか等、温度センサの位置決めが難しい。また、局所的にしか温度を測定することができないため、或る同一の領域内に温度センサが備えられても、その点状温度センサの実装位置によっては、例えば個々の熱電変換素子の吸熱又は発熱の能力差等によって、温度測定結果に著しい差が生じることがある。そのため、温度調節ステージを複数台製作した場合には、機体毎に温度測定精度にばらつきが出る可能性があり好ましくない（これは、上述したプローブウエハについても同様である）。

一方、第２の方法では、温度センサとなるＲＴＤがプローブウエハに直接埋め込まれているので、プローブウエハそれ自体の温度測定は可能ではあるが、ＲＴＤは、プローブウエハ内に離散的に点状に分布しているため、局所的にしか温度を測定することができない。このため、ＲＴＤが配置されていない箇所の温度は、複数箇所でそれぞれ測定された複数の温度を統計的手法で補間処理した温度（以下、「補間温度」と言う）として求めるしかないが、これでは、例えばＲＴＤが配置されていない箇所で動的な温度差が存在している場合には、その求められた補間温度は実際の温度を正確に反映していないことになる。従って、プローブウエハの温度を正確に測定することは難しい。

従って、本発明の目的は、温度測定用基板又は温度調節ステージの温度を正確に測定することができるようにすることにある。

本発明の更なる目的は、後述する実施の形態の記載から明らかになるであろう。

本発明の第１の側面に従う、製造プロセスで処理対象基板の加熱又は冷却に用いられる温度調節ステージの制御方法を設定するための設定プロセス中で、温度調節ステージ上に載置される温度測定用基板又は温度調節ステージの温度を測定する装置は、温度測定用基板表面若しくはその近傍、又は温度調節ステージ表面若しくはその近傍に、フィルム状のフィルム温度センサを備え、フィルム温度センサの面積に対応する半導体ウエハ又は温度調節ステージの領域の温度を測定できるようになっている。

上記温度測定装置は、温度調節ステージ表面上に配置されたフィルム温度センサと、温度調節ステージ表面との間に、断熱材を備えることができる。

本発明の第２の側面に従う、製造プロセスで処理対象基板の加熱又は冷却に用いられる温度調節ステージの制御方法を設定するための設定プロセス中で、温度調節ステージ上に載置される温度測定用基板は、基板と、基板の表面又は内部に設けられたフィルム状のフィルム温度センサとを備え、フィルム温度センサの面積に対応した温度測定用基板の領域の温度を測定することができるようになっている。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る温度調節ステージの一例を示す。具体的には、図１（Ａ）は、温度調節ステージの平面図であり、図１（Ｂ）は、その温度調節ステージのＸ−Ｘ断面図である。

温度調節ステージ４００は、半導体ウエハを載置するための載置プレート４０３と、多数の熱電変換素子を有しペルチェ効果によって載置プレート４０３側及び後述の熱交換プレート５５０側を加熱又は冷却する熱電変換部４０５と、熱電変換部４０５と外部との間の熱交換を行うための熱交換プレート５５０とを備える。

載置プレート４０３は、上面と下面を有し、上面に、半導体ウエハを載置するための複数の突起（以下、これを「支持ピン」と言う）６０７、６０７、…が設けられている。半導体製造プロセスでは、処理対象の半導体ウエハが、これら複数の支持ピン６０７、６０７、…上に載置される。一方、半導体製造プロセスが開始する前に、温度調節ステージの制御方法（例えば、目標温度や制御演算など各種のパラメータ）を設定する準備段階では、本発明に従うフィルム状のフィルム温度センサ６００が設けられた温度測定用の半導体ウエハ（温度測定用基板）４０２が、支持ピン６０７、６０７…上に載置されることになる。また、設定プロセスにおいて、温度調節ステージ（特に載置プレート４０３）の温度を測定するためには、載置プレート４０３の表面に、フィルム状のフィルム温度センサ６００が貼り付けられる。

載置プレート４０３の下面に熱電モジュール４０５が設けられている。熱電変換部４０５は、１又は複数の熱電変換モジュールを有する（図１（Ｂ）には一つの熱電変換モジュールを例示している）。各熱電モジュールは、２次元配列された複数の熱電変換素子と、それら複数の熱電変換素子（４０１Ｎ、４０１Ｐ）を電気的に接続して両側の熱交換面を構成している複数の電極（５１４Ａ、５１４Ｂ）とを持ち、それらが２枚の平板５１１Ａ、５１１Ｂの間に挟まれた構成となっている。具体的に言うと、上側の薄型の平板（例えば厚さ０．１ｍｍ程度のセラミックス又はポリイミド樹脂から成る接着剤シート）５１１Ａの下面上に備えられている上側の各電極（例えば銅板又は銅箔）５１４Ａに、１つのＰ型半導体素子４０１Ｐと１つのＮ型半導体素子４０１Ｎが半田付けされたパイ型のユニット形成されており、更に、各パイ型ユニットのＰ型半導体素子４０１Ｐとその隣のパイ型ユニットのＮ型半導体素子４０１Ｎとが、下側の平板５１１Ｂの上面に備えられている下側の各電極５１４Ｂに半田付けされている。こうして、複数のＰ型半導体素子４０１Ｐと複数のＮ型半導体素子４０１Ｐが上側と下側の電極（５１４Ａ、５１４Ｂ）によって電気的に直列に接続されている。そして、このＰ型半導体素子４０１ＰとＮ型半導体素子４０１Ｎの直列接続体に直流電流を流すと、電流の方向に応じて、上側の面（上側熱交換面）で吸熱し、下側の面（下側熱交換面）で放熱をするか、又は下側熱交換面で吸熱し、上側熱交換面で放熱をする。

熱交換プレート５５０は、内部に熱媒流体（例えば冷却水）を流すための流路５５１を有する。その流路５５１は、単純な形状をしたもの（例えば直方体状の空間）であっても良いし、熱交換プレート５５０の実質的全面に亘ってサーペンタイン状に巡っていても良い。なお、特に図示しないが、この熱交換プレート５５０の下方に、又は熱交換プレート５５０に代えて、空冷フィンが備えられていても良い。

図２は、フィルム温度センサ６００の構成を示す図である。

フィルム温度センサ６００は、後に具体的に説明するように、絶縁材料製のフィルムで形成されている。そして、その絶縁材料製のフィルムは、温度を測定するための薄膜状の抵抗パターン５５と、その抵抗パターン５５への外部からの電流供給、及び抵抗パターン５５の両端子間電圧を外部装置へ出力するための薄膜状のリード５６とを備えている。リード５６の末端部には、リード５６と外部装置とを電気的に接続するためのセンサターミナル５７が設けられている。そして、抵抗パターン５５と、リード５６と、センサターミナル５７とは、上記絶縁材料製のフィルムの表面上又は内部に一体的に形成されている。

抵抗パターン５５は、温度によって抵抗率が変化する材料（例えば銅等の金属）から構成されている。そのため、抵抗パターン５５に一定電流を流した場合、抵抗パターン５５の両端子間電圧は、抵抗パターン５５の温度によって異なる。そのため、このフィルム温度センサ６００は、抵抗パターン５５の両端子間電圧の測定結果と、抵抗パターン５５の材料の温度と抵抗率との関係に基づいて、温度を測定することができるようになっている。
また、抵抗パターン５５は、図２に示すように、半導体ウエハ６０１の全域又は所定の一部領域に亘ってサーペンタイン状に密に巡っている。

リード５６は、抵抗パターン５５に電流を流し、そして抵抗パターン５５の両端子間電圧を外部装置へ出力する電気配線である。そして、このリード５６も、抵抗パターン５５と同時に同じ方法で、抵抗パターン５５と一体につながった薄膜状のラインパターンに形成されている。また、センサターミナル５７も、リード５６と抵抗パターン５５と同時に同じ方法で、抵抗パターン５５及びリード５６と一体的に薄膜状に形成されている。

なお、抵抗パターン５５は、上述したものに限る必要はなく、種々のバリエーションが考えられる。例えば、抵抗パターン５５は、以下の（ａ）〜（ｄ）の抵抗パターン、
（ａ）曲がりくねった細長い抵抗パターンであって、その抵抗パターンの電流経路に沿った長さ方向の複数箇所の各々に、外部回路と接続するためのセンサターミナル５７が備えられたもの、
（ｂ）曲がりくねった細長い抵抗パターンであって、その抵抗パターンの電流経路に沿った長さ方向の複数箇所の各々に、他の箇所と電気的に接続して短絡するための短絡用センサターミナル５７が備えられたもの、
（ｃ）梯子型の抵抗パターンであって、その梯子型の抵抗パターンを流れる電流の入口と出口が対角の位置になっている、
（ｄ）領域を有する抵抗パターン、
の少なくとも１つ、すなわち、抵抗パターンを所定の又は所望の箇所を削る又は短絡させることによって抵抗値の調節が可能な抵抗パターンであっても良い。

従来、半導体ウエハの温度を測定する際は、半導体ウエハの表面に複数の円筒の井戸形状穴をあけ、穴をあけた複数箇所に温度センサを接着固定していた。さらに、穴近傍にワイヤーのリード線をとりつけ、取り付けられたリード線から温度情報を検知していた。そのため、リード線の存在のため基板上に微妙な気流の変化を生じさせてしまい、結果的に微妙な温度変化を生じさせてしまい正確な温度を測定できなかった。そして、リード線を基板上にハンダ等で固定していたため、リード線は壊れやすくハンディ性にかけている。

これに対して、本実施形態のように、抵抗パターン５５とリード５６とが一体的に形成されている場合だと、抵抗パターン５５とリード５６とが一体的に形成されているため、抵抗パターン５５とリード５６との接続部分の耐久性が高い。また、リード５６と抵抗パターン５５とが一体的なフィルムになっているため、半導体ウエハ６０１上での微妙な気流の乱れを造ってしまう恐れが少ない。また、フィルム温度センサ６００は、フィルム状なので容易に曲がることができるので、平面だけでなく、曲面に貼ることもできる。よって、フィルム温度センサ６００は温度を正確に計ることができる。

さて、上述したフィルム温度センサ６００の実装態様（例えばフィルム温度センサ６００の実装位置や形状）には幾つかのバリエーションが考えられる。以下、図３以降を参照して説明する。

図３は、フィルム温度センサ６００の実装態様の第１のバリエーションを示す。なお、以下、同一の構成要素には同一の参照番号を付し、重複した説明をなるべく省略する。

フィルム温度センサ６００の実装態様の第１のバリエーションは、フィルム温度センサ６００が所定の方法で載置プレート４０３の表面に貼付されることである（なお、支持ピン６０７の図示は省略している）。具体的には、例えば、接着剤又は樹脂系接着フィルムを用いてフィルム温度センサ６００と載置プレート４０３表面とが接着される、又は、載置プレート４０３の表面に孔を設けてその孔から吸引が行われることによってフィルム温度センサ６００が載置プレート４０３表面に吸い付けられることである。

なお、熱応答性の妨げとならないように、接着剤又は接着フィルムは、熱伝導性の高いものが好ましい。

また、図３では、フィルム温度センサ６００の抵抗パターンや、外部機器と電気的に接続するためのセンサターミナル５７の図示は省略してあるが（これは図４以降も同様）、これは当業者の実施を妨げるものにはならない。当業者であれば、図２を参照する等によってフィルム温度センサ６００の設計や製造は可能である。

また、フィルム温度センサ６００の面積は、図示のように、載置プレート４０３表面上の半導体ウエハ６０１に対応した領域の面積と実質的に同一であっても良いし、それ以上でもそれ以下であっても良い。

また、図３では、１個のフィルム温度センサ６００が備えられているが、複数個のフィルム温度センサ６００が、載置プレート４０３表面の複数のゾーンにそれぞれ備えられても良い（これは、図４以降でも同様である）。

また、フィルム温度センサ６００の基体がポリイミド樹脂等の接着性を有する材料で構成されている場合には、その基体に例えば所定量の熱を加えることで、フィルム温度センサ６００と載置プレート４０３とが接着されても良い。

図４は、フィルム温度センサ６００の実装態様の第２のバリエーションを示す。

フィルム温度センサ６００の実装態様の第２のバリエーションは、フィルム温度センサ６００が所定の方法で載置プレート４０３の裏面に貼付されることである（なお、支持ピン６０７の図示は省略している）。貼付の方法は、上記第１のバリエーションと同様である。フィルム温度センサ６００の面積は、図示のように、載置プレート４０３裏面上の半導体ウエハ６０１に対応した領域の面積と実質的に同一であっても良いし、それ以上でもそれ以下であっても良い。

図５は、フィルム温度センサ６００の実装態様の第３のバリエーションを示す。

フィルム温度センサ６００の実装態様の第３のバリエーションは、フィルム温度センサ６００が所定の方法で載置プレート４０３の側面に貼付されることである。貼付の方法は、上記第１のバリエーションと同様である。フィルム温度センサ６００の幅は、載置プレート４０３の厚み以下になるように帯状になっていっても良いし、一部分を折って載置プレート４０３の表面又は裏面に接着剤等で貼れるようになっても良い。また、フィルム温度センサ６００の長さは、載置プレート４０３の外縁を略１周することができる程度の長さであっても良いし、それ以上でもそれ以下であっても良い。

図６は、フィルム温度センサ６００の実装態様の第４のバリエーションを示す。

フィルム温度センサ６００の実装態様の第４のバリエーションは、載置プレート４０３の裏面と、熱電変換部４０５の表面（具体的には、例えば、熱電変換モジュールの上側プレート５１１Ａの上面）との間に、フィルム温度センサ６００が挟み込まれることである。この場合、フィルム温度センサ６００は、単に挟み込まれるだけであっても良いし、載置プレート４０３の裏面及び熱電変換部４０５の上面の少なくとも一方に貼付されても良い。

図７は、フィルム温度センサ６００の実装態様の第５のバリエーションを示す。

フィルム温度センサ６００の実装態様の第５のバリエーションは、フィルム温度センサ６００を載置プレート４０３表面に備える場合に、載置プレート４０３内部からその表面を突き出て半導体ウエハ６０１を持ち上げる１又は複数のウエハリフトピン（図示せず）や、支持ピン６０７（図示せず）の邪魔にならないように、フィルム温度センサ６００に所定の孔を設けることである。具体的には、フィルム温度センサ６００を載置プレート４０３表面に貼付した際にウエハリフトピンが位置するフィルム温度センサ６００上の各箇所に、ウエハリフトピンが通過可能なウエハリフトピン用の孔７０１が備えられ、且つ、支持ピン６０７が位置するフィルム温度センサ６００上の各箇所に、支持ピン６０７が通過可能な支持ピン用の孔７０３が備えられる。孔７０１、７０３の太さは、各種ピンよりも太いものとなっている。また、フィルム温度センサ６００が有する抵抗パターンは、各孔７０１、７０３を避けるように設計される。

図８は、フィルム温度センサ６００の実装態様の第６のバリエーションを示す。

フィルム温度センサ６００の実装態様の第６のバリエーションは、載置プレート４０３の表面に、フィルム温度センサ６００の一部分（例えば、ハッチングで示したように、フィルム温度センサ６００の外縁）のみを貼付し、他の部分は貼付されないことである。このため、図９に示すように、載置プレート４０３表面と、フィルム温度センサ６００の上記貼付されない部分との間には、所定の断熱材（例えば空気）６０５を介在することができる。これにより、フィルム温度センサ６００は載置プレート４０３の熱の影響を受けづらくなって、フィルム温度センサ６００の全域を載置プレート４０３表面に貼り付ける場合と比べて、半導体ウエハ６０１の温度変化を応答性良く捕らえる事が可能である。

図１０は、フィルム温度センサ６００の実装態様の第７のバリエーションを示す。

フィルム温度センサ６００の実装態様の第７のバリエーションは、半導体ウエハ６０１の表面又は裏面の実質的に全域又は一部領域に、フィルム温度センサ６００が貼付されることである。

図１１は、フィルム温度センサ６００の実装態様の第８のバリエーションを示す。

フィルム温度センサ６００の実装態様の第８のバリエーションは、半導体ウエハ６０１の表面又は裏面の複数のゾーンのそれぞれに、複数個のフィルム温度センサ６００、６００、…が貼付されることである。なお、図１１の例では、半導体ウエハ６０１の裏面の中心に、１つの円形のゾーン、その外縁の外に、同心円レイヤの一部分となった扇形の３つのゾーンが備えられるが、半導体ウエハ６０１のゾーンの態様（例えば数又は形状）はこれに限られず、処理目的等に応じて、ゾーンの数、各ゾーンの形状及び面積を決定することができる。また、どのゾーンにフィルム温度センサ６００が貼付されるかに基づいて、そのフィルム温度センサ６００の抵抗パターンの形態や抵抗値を調節することができる（なお、このことは、載置プレート４０３表面、裏面又は側面に備える場合にも同様である）。

図１２は、フィルム温度センサ６００の実装態様の第９のバリエーションを示す。

フィルム温度センサ６００の実装態様の第９のバリエーションは、半導体ウエハ６０１の表面又は裏面に設けられた複数のゾーンが扇形になっており、それら複数のゾーンのそれぞれに、扇形の複数個のフィルム温度センサ６００、６００、…が貼付されることである。なお、このバリエーションでは、各ゾーン及び各温度センサ６００が、扇形になっていれば良く、ゾーン及び温度センサ６００の数は、図示のように４つに限らずそれ以上でも以下でも良い。

図１３は、フィルム温度センサ６００の実装態様の第１０のバリエーションを示す。

フィルム温度センサ６００の実装態様の第１０のバリエーションは、半導体ウエハ６０１上に備えられる１又は複数の任意の物体（例えば、半導体ウエハに備えられる半導体チップ）に対応した半導体ウエハ６０１裏面上の１又は複数の領域の全域又は一部に、フィルム温度センサ６００が貼付されることである。フィルム温度センサ６００は、図示のように、複数の任意の物体にそれぞれ対応した複数の領域の全てに設けられても良いし、任意に選択された１又は２以上の物体に対応した領域のみの温度を測定することができるように設けられても良い。

図１４は、フィルム温度センサ６００の実装態様の第１１のバリエーションを示す。

半導体ウエハ６０１の裏面の複数のゾーンに、それぞれ複数のフィルム温度センサ６００が貼付され、且つ、各フィルム温度センサ６００には、図１５に示すように、外部機器に電気的に接続するための複数個のセンサターミナル５７が備えられる（図示の例では、半導体ウエハ６０１の中心に円形のゾーン、その外縁の外に、その円形のゾーンの同心円レイヤの一部分となった扇形のゾーンといった２つのゾーンが備えられているが、ゾーンの態様はこれに限られない）。

センサターミナル５７は、フィルム温度センサ６００内に存在する抵抗パターンを流れる電流の入口である入力端子又はその電流の出口である出力端子である。各センサターミナル５７は、外部機器に設けられている端子に電気的に接続可能である。

この半導体ウエハ６０１は、例えば以下のような基板回転装置のステージに載せることができる。

図１６は、基板回転装置を示す。具体的には、図１６（ａ）は、基板回転装置の平面図（上方から見た図）であり、図１６（ｂ）は、基板回転装置の側面図である。

この基板回転装置７１３は、例えば後述のレジスト膜形成処理で使用されるものであり、半導体ウエハ６０１が載置される円形の平板状ステージ（以下、「基板ステージ」と言う）７１５と、基板ステージ７１５の中心に接続された基板ステージ７１５の回転軸（以下、「ステージ回転軸」と言う）７１４とを有している。ステージ回転軸７１４が、モーターとギヤとを備えたステージ回転軸駆動部（図示せず）によって所定方向（例えば反時計周り）に軸周りに回転することによって、基板ステージ７１５を円周方向に回転させることができる。

基板ステージ７１５の表面には、図１６（ａ）に示すように、複数の端子（以下、この端子を「回転装置ターミナル」と言う）７１７が備えられる。回転装置ターミナル７１７の数は、半導体ウエハ６０１の裏面に備えられたセンサターミナル５７の数と同数であり、複数の回転装置ターミナル７１７は、裏面が下に向いた図１４の半導体ウエハ６０１が基板ステージ７１５の所定位置に載置したときに、その半導体ウエハ６０１が有する複数のセンタターミナル５７と接触するような位置に備えられている。従って、裏面に１又は複数のフィルム温度センサ６００が備えられた半導体ウエハ６０１を、裏面を下に向けて基板ステージ７１５上の所定位置に載置すれば、複数の回転装置ターミナル７１７がそれぞれ複数のセンタターミナル５７に接触して電気的に接続する。それにより、半導体ウエハ６０１裏面にある各フィルム温度センサ６００に電流を流して、各フィルム温度センサ６００に対応した半導体ウエハ６０１の各ゾーンの温度を測定することができる。

なお、この状態において、半導体ウエハ６０１の表面には、従来技術のように、温度測定に必要な部材（例えばＲＴＤやリード）等のような無駄な物体は備えられていない。そのため、半導体ウエハ６０１の温度測定を行いつつ、半導体ウエハ６０１の表面に対して、所定の処理、例えばレジスト膜形成処理を施すことが可能である。それについて、図１８を参照して説明する。

フィルム温度センサ６００が裏面に備えられた半導体ウエハ６０１が、裏面が下に向いた状態で基板ステージ７１５表面上の所定位置に載置されることにより、半導体ウエハ６０１裏面上の複数のセンタターミナル５７が、それぞれ、基板ステージ７１５表面上の複数の回転装置ターミナル７１７に接触して、半導体ウエハ６０１の温度測定が可能な状態になる。半導体ウエハ６０１は、所定の方法（例えば、基板ステージ７１５の表面に設けられる図示しない１又は複数の孔から吸引が行われること）によって、基板ステージ７１５表面に固定される。

そして、基板ステージ７１５に固定された半導体ウエハ６０１の表面には、レジスト滴下ノズル７１８より適量のレジスト液が滴下される。その後、ステージ回転軸７１４が高速に回転することによって、基板ステージ７１５と共に、それに固定された半導体ウエハ６０１が高速に回転し、遠心力によって、滴下されたレジスト液が半導体ウエハ６０１の全域に拡散されて、レジスト膜が形成される。その際、半導体ウエハ６０１表面における各地点の回転速度は、中心からの距離と角速度との積で決定されるため、半導体ウエハ６０１の外周側の回転速度は中心側の回転速度よりも大きくなる。したがって、レジスト液が揮発する速度が外周側の方が大きくなりレジスト液の粘度が上昇する。その結果、形成されるレジスト膜は、中心側の膜厚が小さく、外周側の膜厚は大きくなり易い。レジスト膜の膜厚をリアルタイムで計測しながら回転数を変動調節し、均一な膜厚を得ることができればそうすることが望ましいかもしれないが、現実には困難である。本実施形態では、粘度の差を蒸発潜熱による半導体ウエハ６０１の温度差としてモニタし、その温度差のデータを用いて、均一な膜厚が得られるように回転数を変動調節することにより、レジスト膜の膜厚のコントロールが行われる。これが可能なのは、温度測定しつつ、半導体ウエハ６０１それ自体の表面に対して処理を施すことができるようになっているからである。

なお、上記説明では、半導体ウエハ６０１が電気的に接続することができる外部機器として基板回転装置７１３を例に採ったが、それに限らず、例えば、温度調節ステージ４００の載置プレート４０３の表面上に、基板ステージ７１５と同様に複数のターミナルを備え、それら複数のターミナルにそれぞれ複数のセンサターミナル５７を半田付け等の方法で電気的に接続することも可能である。なお、その際、半導体ウエハ６０１の裏面（例えばフィルム温度センサ６００）と載置プレート４０３との間に、断熱材を介在させても良い。

以上、上述した第１１のバリエーションによれば、フィルム温度センサ６００が半導体ウエハ６０１の裏面に備えられ、半導体ウエハ６０１の表面には格別凹凸は形成されない。そのため、半導体ウエハ６０１の温度測定を行いつつ、半導体ウエハ６０１表面に所定の処理（例えばレジスト膜の形成処理）を施すことができる。その際、半導体ウエハ６０１の表面に無駄な凹凸はないので、半導体ウエハ６０１上空に気流の乱れを生じさせることがない。また、半導体ウエハ６０１の温度測定を行いつつ表面にレジスト膜の形成が可能なので、レジストの蒸発潜熱を考慮した温度履歴の計測が可能である。また、レジスト膜が形成される半導体ウエハ６０１の表面には、格別凹凸は形成されないので、形成されたレジスト膜を薬液で剥離して、半導体ウエハ６０１を再利用することができる。

図１９は、フィルム温度センサ６００の実装態様の第１２のバリエーションを示す。

フィルム温度センサ６００の実装態様の第１２のバリエーションは、第１１のバリエーションと同様に、半導体ウエハ６０１の裏面にフィルム温度センサ６００及びセンサターミナル５７を備えるものであるが、以下の点で異なったものである。

すなわち、半導体ウエハ６０１の裏面には、半導体ウエハ６０１よりも広いフィルム温度センサ６００が固定される。そのフィルム温度センサ６００には、半導体ウエハ６０１に対応した中心エリア７３２内であって、半導体ウエハ６０１の複数のゾーン（例えば図示のように扇形ゾーン）にそれぞれ対応した複数の領域の各々に、独立した配線パターン７３１が備えられる。そして、各配線パターン７３１には、複数のセンサターミナル５７が備えられ、各センサターミナル５７は、半導体ウエハ６０１に対応したエリア７３２の外、つまり、フィルム温度センサ６００の外周エリア７３４上に備えられる。

なお、半導体ウエハ６０１に対応したエリア７３２の外に備えられるセンサターミナル５７は、必ずしもリング状の外周エリア７３４を用意してそこに備えなければならないわけではなく、例えばフランジのような態様でフィルム温度センサ６００の基体の一部分のみを半導体ウエハ６０１に対応したエリア７３２の外に張り出し、そこに、センサターミナル５７が備えられても良い。

図２０は、フィルム温度センサ６００の実装態様の第１３のバリエーションを示す。

フィルム温度センサ６００の実装態様の第１３のバリエーションは、半導体ウエハ６０１の表面と裏面の両方に、フィルム温度センサ６００が貼付されることである。その際、表面に貼付されたフィルム温度センサ６００が温度測定する領域と、裏面に貼付されたフィルム温度センサ６００が温度測定する領域は、例えば、同一形状且つ同一面積であって、互いに対向した位置にある。換言すれば、フィルム温度センサ６００は、半導体ウエハ６０１の表面と、それに対向する同位相の裏面に貼付される。これは、半導体ウエハ６０１の表面（又は裏面）に備える温度センサ６００の数が１個であっても複数個であっても同様である。

この第１３のバリエーションによれば、半導体ウエハ６０１の任意領域について、表面と裏面との温度差を計測すること、つまり厚さ方向の温度差を計測することができる。その際、フィルム温度センサ６００は薄いので（例えば厚さはμｍオーダーなので）、半導体ウエハ６０１上の気流を乱すことがない。

図２１は、フィルム温度センサ６００の実装態様の第１４のバリエーションを示す。

フィルム温度センサ６００の実装態様の第１４のバリエーションは、半導体ウエハ６０１が、多層状になり、多層の半導体ウエハ６０１の内部に一レイヤとしてフィルム温度センサ６００が備えられることである。この半導体ウエハ６０１は、例えば薄厚ウエハであり、例えばハンドリングの裏打ち材となり得る保護シート（例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やガラス基板）７７７に、ポリイミド樹脂等から作られた接着シート７７５を介してフィルム温度センサ６００が接着され、更に、そのフィルム温度センサ６００に、接着シート７７３を介して、レジスト膜形成処理等の所定の処理が施される表面を持った被処理シート（例えばシリコン等の半導体）７７１が接着されて積層状になったものである。保護シート７７７は、接着剤シート７７５から剥離することができるようになっている。

この被処理シート７７１は、例えば直径２００ｍｍで厚さが２５〜３００μｍ程度であり、半導体ウエハ６０１の総厚は、被処理シート７７１の平坦性を損なわない厚さ、例えば１ｍｍ程度である。この半導体ウエハ６０１は、例えば、実際の半導体製造工程で集積回路を形成する実ワークとして用いリアルタイムで温度測定されても良いし、特定のプロセスの温度プロファイルを検査するダミーウエハとして使用されても良い。また、フィルム温度センサ６００の数は、１個でも良いし複数個でも良い。フィルム温度センサ６００が複数個備えられる場合は、フィルム温度センサ６００同士の隙間には、接着剤等の所定部材で埋められても良いし、空いたままになっていても良い。また、フィルム温度センサ６００は、半導体ウエハ６０１内部ではなく裏面に貼付されても良い。

この第１４のバリエーションによれば、フィルム温度センサ６００は薄いため、多層状の薄厚ウエハ内に一レイヤとして組み込むことができ、それにより、薄厚ウエハの処理中に、薄厚ウエハの全域又は一部領域の代表温度を測定することができる。

なお、この第１４のバリエーションにおいて、フィルム温度センサ６００の基体が、例えばハンドリングの裏打ち材となり得る材料で構成されていれば（つまり、フィルム温度センサ６００が保護シートの役割を兼ねることができれば）、図２２に示すように、保護シート７７７及びその上層にある接着剤シート７７５はなくても良い。これにより、半導体ウエハ６０１をより薄くすることができる。

また、ペルチェ効果により加熱又は冷却を実行する温度調節ステージ４００を例に挙げたが、それに限らず、別種の温度調節ステージ、例えば、（１）抵抗発熱体（例えば、ニクロム線状体やステンレス等の薄膜抵抗体）及び冷却装置（例えば、空冷フィンを備えた冷却機構や、冷却液の流路を備えた冷却機構）のどちらか一方又は両方を有するステージ、（２）シリコンラバーヒータ、マイカヒータ、シーズヒータ、フォイルヒータ等の発熱体を有する加熱用ステージ、（３）複雑な冷却回路（例えば冷却のための熱媒流体が流れる流路であってサーペンタイン状になった流路を有する熱交換部）を有する冷却用ステージへの適用も同様の理由（すなわち、所定領域内における多数の箇所が平均化された代表温度が測定できるという理由）で可能である。

また、上述の説明では、載置プレート４０３も半導体ウエハ６０１も図示の例では円形であるが、必ずしも円形である必要なく、例えば方形等別の形状をしていても良い。その場合、フィルム温度センサ６００の形状も、載置プレート４０３や半導体ウエハ６０１の形状に応じてデザインすることができる。

また、半導体ウエハ６０１又は温度調節ステージ４００の温度変化を応答性良く検知するという観点から考えれば、温度センサは、上述したような薄膜状のフィルム温度センサ以外のセンサ、例えば点状センサであっても良い。温度センサは、例えば以下のように、温度調節ステージ４００（又は半導体ウエハ６０１）に実装することができる。

図２３は、温度センサの温度調節ステージ４００への実装例を示す。なお、この図では、載置プレート４０３より下方の要素（例えば熱交換部４０５）の図示は省略してある。

載置プレート４０３表面に、ポリイミド樹脂等の断熱材シート８０５が供えられ、断熱材シート８０５の上には、１又は複数個の温度センサ７８０が備えられる。このように、載置プレート４０３と温度センサ７８０との間には、断熱材が介在するので、温度センサ７８０が載置プレート４０３の熱の影響を受けづらくなり、半導体ウエハ６０１の温度変化を応答性良く検知することができる。

本発明のフィルム温度センサは、温度調節ステージに貼ることで、温度調節ステージの温度の測定にも利用できる。半導体製造プロセス中に処理されている半導体ウエハの温度を測定するために、本発明のフィルム温度センサを用いて温度調節ステージの温度測定をしてもよい。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、これらは本発明の説明のための例示であって、本発明の範囲をこれらの実施例にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱することなく、他の種々の形態でも実施することができる。

樹脂フィルムに抵抗パターン５５（抵抗体）及びリード５６等の導体膜を一体形成する方法として、（１）スパッタ膜＋エッチング、（２）銅めっき膜＋パターンエッチング、（３）パターン銅めっき、（４）スクリーン印刷などが採用できる。

また、２以上のセンサ部を同一位置で積層し、熱流束センサとして機能させても良い。例えば、両面に金属箔が接着されたフレキシブル基板を利用して上下同じ位置に抵抗パターン（抵抗体）を作り温度センサとして機能させれば、上下の温度差データからその位置を通る熱流束を計算することが出来る。

図１（Ａ）は、本発明の一実施形態に係る温度調節ステージの平面図。図１（Ｂ）は、その温度調節ステージのＸ−Ｘ断面図である。 フィルム温度センサの一例を示す図。 フィルム温度センサの実装態様の第１のバリエーションを示す。 フィルム温度センサの実装態様の第２のバリエーションを示す。 フィルム温度センサの実装態様の第３のバリエーションを示す。 フィルム温度センサの実装態様の第４のバリエーションを示す。 フィルム温度センサの実装態様の第５のバリエーションを示す。 フィルム温度センサの実装態様の第６のバリエーションを示す。 載置プレート表面とフィルム温度センサとの間に断熱材が介在する様子を示す図。 フィルム温度センサの実装態様の第７のバリエーションを示す。 フィルム温度センサの実装態様の第８のバリエーションを示す。 フィルム温度センサの実装態様の第９のバリエーションを示す。 フィルム温度センサの実装態様の第１０のバリエーションを示す。 フィルム温度センサの実装態様の第１１のバリエーションを示す。 基板の裏面上の、センサターミナルが備えられる部分の拡大図。 図１６（Ａ）は、センサターミナルを備えた基板が載置される基板回転装置の平面図。図１６（Ｂ）は、その基板回転装置の側面図。 基板ステージ上の、回転装置ターミナルが備えられる部分の拡大図。 レジスト膜形成処理の様子を示す図。 フィルム温度センサの実装態様の第１２のバリエーションを示す。 フィルム温度センサの実装態様の第１３のバリエーションを示す。 フィルム温度センサの実装態様の第１４のバリエーションを示す。 第１４のバリエーションにおいて、フィルム温度センサが保護シートの役割を兼ねる場合の基板を示す図。 温度センサの温度調節ステージへの実装例を示す図。

符号の説明

４００…温度調節ステージ、４０１Ｎ…Ｎ型熱電変換素子、４０１Ｐ…Ｐ型熱電変換素子、４０２…基板、４０３…載置プレート、４０５…熱電変換部、５１１Ａ…上側プレート、５１１Ｂ…下側プレート、５１４Ａ…上側電極、５１４Ｂ…下側電極、５５０…熱交換プレート、５５１…流路、６００…フィルム温度センサ、６０７…支持ピン

Claims (1)

1. 半導体製造プロセスで処理対象半導体ウェハの加熱又は冷却に用いられる温度調節ステージ（４００）の制御方法を設定するための設定プロセス中で、前記温度調節ステージ（４００）上に載置される温度測定用半導体ウェハにおいて、
   半導体ウェハと、
   前記半導体ウェハの裏面に設けられたフィルム状のフィルム温度センサ（６００）と、
   前記半導体ウェハの裏面に前記フィルム温度センサを外部機器に電気的に接続するための前記センサターミナルを備え、
   前記フィルム温度センサ（６００）はフィルム上に抵抗パターンを形成し、前記抵抗パターンの面積に対応した前記温度測定用半導体ウェハの領域の温度を測定することを特徴とする温度測定用半導体ウェハ。
   

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