JP4753662B2 - Test silicon wafer - Google Patents

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この発明はテスト用シリコンウェハー、詳しくは、ＩＣチップの製造過程において用いられるテスト用シリコンウェハーに関するものである。   The present invention relates to a test silicon wafer, and more particularly to a test silicon wafer used in the process of manufacturing an IC chip.

ＩＣチップの製造過程においては、素材であるシリコンウェハーを真空チャンバー内のプラズマ雰囲気中において熱処理する工程が存在しており、この熱処理工程の実施に先立ち、ダミーつまりテスト用のシリコンウェハーを真空チャンバー内に置き、プラズマ雰囲気中におけるシリコンウェハーの各部分の熱分布を実際に測定してみることが行われている。なお、テスト用のシリコンウェハー自体は、実際に熱処理されるものと全く同じものである。
特願２００４−３４００６７ なし In the IC chip manufacturing process, there is a process of heat-treating a silicon wafer as a material in a plasma atmosphere in a vacuum chamber. Prior to performing this heat treatment process, a dummy, that is, a test silicon wafer is placed in the vacuum chamber. In practice, the thermal distribution of each part of the silicon wafer in the plasma atmosphere is actually measured. Note that the test silicon wafer itself is exactly the same as that actually heat-treated.
Japanese Patent Application No. 2004-340067 None

この熱分布の測定には図２に示す様に、あらかじめ設定された特定の温度で不可逆的に発色する感温発色体１を基板上に固定したシート状の温度測定片２を用意し、これを図１に示す様に、ダミーのウェハー本体３の周縁や中央部などの所望部位に複数枚貼付し、真空チャンバー内のプラズマ雰囲気中で試験的に処理した後、ウェハー本体３に貼られている各温度測定片２の発色状態を確認することによって行われている。この様に、温度測定の対象であるウェハー本体３は真空チャンバーのプラズマ雰囲気中に置かれるが、プラズマ雰囲気中においては頻繁に放電現象が生起し、放電の際の電撃によって感温発色体１が損傷し、温度の測定結果を正しく表示出来なくなってしまう場合がしばしばあった。   For the measurement of the heat distribution, as shown in FIG. 2, a sheet-like temperature measuring piece 2 is prepared, in which a thermosensitive color former 1 that irreversibly develops color at a predetermined temperature is fixed on a substrate. As shown in FIG. 1, a plurality of sheets are affixed to a desired portion such as the periphery or center of a dummy wafer body 3, processed in a test atmosphere in a plasma atmosphere in a vacuum chamber, and then affixed to the wafer body 3. This is done by checking the color development state of each temperature measuring piece 2. As described above, the wafer body 3 that is the object of temperature measurement is placed in the plasma atmosphere of the vacuum chamber. However, a discharge phenomenon frequently occurs in the plasma atmosphere, and the temperature-sensitive color former 1 is caused by electric shock during discharge. In many cases, the temperature measurement results could not be displayed correctly due to damage.

特に、吸収紙を用い、特定の温度で融解する化学物質を吸収紙に浸み込ませることによって発色させる感温発色体１においては、プラズマ放電の際の電撃によって、吸収紙中の空気が急激に膨張する空気爆発現象が起こり、これによって本来ならば発色しないはずの高温側の感温発色体１が低温側の感温発色体１を飛び越えて発色してしまう所謂飛び現象が起こり、正確な温度測定が出来なくなってしまう場合があった。   In particular, in the temperature-sensitive color former 1 that uses an absorbent paper and develops color by immersing a chemical substance that melts at a specific temperature into the absorbent paper, the air in the absorbent paper is abruptly caused by electric shock during plasma discharge. This causes a so-called flying phenomenon in which the high-temperature-side temperature-sensitive color former 1 that should not develop a color jumps over the low-temperature-side temperature-sensitive color former 1 to cause color development. In some cases, temperature measurement could not be performed.

又、約３００℃以上の高温領域の温度測定を行う感温発色体１においては、その成分中にコバルトやニッケルなどの重金属が含まれているが、これらを含んだ感温発色体１をそのままプラズマ雰囲気中に置いた場合、プラズマ放電によってコバルトやニッケルなど重金属がガス化し、このガスが真空チャンバー内に拡散し、これを汚染してしまい、汚染された真空チャンバーはシリコンウェハーの本来の熱処理作業に用いられなくなってしまうという重大な問題もあった。   Further, in the temperature-sensitive color former 1 for measuring the temperature in a high temperature region of about 300 ° C. or higher, heavy metals such as cobalt and nickel are contained in the components, but the temperature-sensitive color former 1 containing these is used as it is. When placed in a plasma atmosphere, heavy metals such as cobalt and nickel are gasified by plasma discharge, this gas diffuses into the vacuum chamber and contaminates it, and the contaminated vacuum chamber is the original heat treatment of silicon wafers. There was also a serious problem that it was no longer used.

この為、図３に示す様に、テスト用のウェハー本体３の表面側に窪み４を形成し、この中に温度測定片２を埋め込み、その上から透明な薄いサファイアガラス板５を被せたものも提案されている。このテスト用のシリコンウェハーにおいては、飛び現象もほとんどおこらず、重金属ガスの発生及び飛散による真空チャンバー内の汚染も抑止出来るので、従来のものに比べはるかにすぐれていることは事実であるが、ウェハー本体３の表面への窪み４の形成やサファイアガラス板５の固定に非常に加工コストがかかるという重大な欠点が存在していた。又、その構造上、繰り返し使用することは出来ず、一回のテスト毎に貴重なシリコンウェハーを用意しなければならず、この点においても、過大なコストがかかることは明らかであった。   For this reason, as shown in FIG. 3, a recess 4 is formed on the surface side of the test wafer body 3, the temperature measuring piece 2 is embedded therein, and a transparent thin sapphire glass plate 5 is covered thereon. Has also been proposed. In this test silicon wafer, there is almost no flying phenomenon, and contamination of the vacuum chamber due to generation and scattering of heavy metal gas can be suppressed, so it is true that it is far superior to the conventional one, There has been a serious drawback in that the formation of the recess 4 on the surface of the wafer body 3 and the fixing of the sapphire glass plate 5 are very expensive. Also, because of its structure, it cannot be used repeatedly, and a precious silicon wafer must be prepared for each test, and it is clear that this is too expensive.

本発明者は、シリコンウェハーの真空チャンバー内におけるプラズマ処理に先立ち行われる温度分布測定作業の際のプラズマ放電現象に起因する上記問題点を解決すべく研究を行った結果、プラズマ放電による損傷を回避出来、重金属ガスによる真空チャンバー内の汚染も起こらず、しかも一枚のシリコンウェハーを数回繰り返しテストの用に供することが出来る、すぐれたコストパフォーマンスを持ったテスト用シリコンウェハーを開発することに成功し、本発明としてここに提案するものである。   The present inventor conducted research to solve the above problems caused by the plasma discharge phenomenon in the temperature distribution measurement work performed prior to the plasma processing in the vacuum chamber of the silicon wafer, and as a result, avoided damage due to the plasma discharge. It is possible to develop a test silicon wafer with excellent cost performance that can be used for repeated test several times without causing contamination of the vacuum chamber by heavy metal gas. The present invention is proposed here.

ウェハー本体３表面の所望位置に、粉末状のワックスとバインダーとを混合してなり、あらかじめ定められた設定温度に達するとそれまでの白濁した不透明状態から透明あるいは半透明状態に変化する温度表示材７をスポット的に塗布し、その上を耐熱性樹脂層１１で覆ってテスト用シリコンウェハーを構成することにより上記課題を解決した。このとき、耐熱性樹脂層１１は、温度表示材７の上に耐熱性を有する合成樹脂フィルム１２を覆せることによって形成しても良く、温度表示材７の上に耐熱性を有する合成樹脂をコーティングすることにより形成しても良い。
。 A temperature indicating material which is made by mixing powdery wax and a binder at a desired position on the surface of the wafer body 3 and changes from a cloudy opaque state to a transparent or translucent state until reaching a predetermined set temperature. The above problem was solved by applying a spot 7 and covering it with a heat-resistant resin layer 11 to form a test silicon wafer. At this time, the heat-resistant resin layer 11 may be formed by covering the temperature display material 7 with a heat-resistant synthetic resin film 12, and a heat-resistant synthetic resin is formed on the temperature display material 7. It may be formed by coating.
.

なお、耐熱性樹脂層１１を構成する合成樹脂フィルム１２としては、ポリイミドフィルムを好適に用いることが出来る。   In addition, as the synthetic resin film 12 which comprises the heat resistant resin layer 11, a polyimide film can be used suitably.

このテスト用シリコンウェハーを真空チャンバー内に入れてテスト的な熱処理作業を行うと、ウェハー本体３の各部分に固定されている温度表示材７は、あらかじめ定められた設定温度を超過した時点でその中の粉末状のワックスが融解し、それまでの白濁していたものが透明化し、この温度表示材７が塗布固定されているウェハー本体３表面が透けて見える様になり、その視覚的変化によって設定温度超過の事実が外部に表示される。 When this test silicon wafer is put into a vacuum chamber and a test heat treatment operation is performed, the temperature display material 7 fixed to each part of the wafer body 3 is not changed when a predetermined set temperature is exceeded. The powdered wax inside melts and the white cloudy so far becomes transparent, so that the surface of the wafer body 3 on which the temperature indicating material 7 is applied and fixed can be seen through. The fact that the set temperature has been exceeded is displayed externally.

従って、この温度表示材７を図４に示す様に、テスト用のウェハー本体３表面の各部分に多数スポット的に塗布しておけば、ウェハー本体３の各部分の温度分布を詳細に知ることが出来るのである。この際、温度表示材７は耐熱性樹脂層１１によって覆われているので、真空チャンバー内においてプラズマ放電が起きても、温度表示材７自体は電撃に直接晒されることはなく、プラズマ放電によってその温度表示機能に狂いが生じることはない。 Therefore, as shown in FIG. 4, if the temperature indicating material 7 is applied in a spot manner to each part of the surface of the test wafer body 3, the temperature distribution of each part of the wafer body 3 can be known in detail. Is possible. At this time, since the temperature display material 7 is covered with the heat-resistant resin layer 11, even if plasma discharge occurs in the vacuum chamber, the temperature display material 7 itself is not directly exposed to electric shock. There is no error in the temperature display function.

更に、ワックスなどの化学物質を浸み込ませる為の吸収紙を一切用いていないので、加熱に伴い吸収紙中の空気が急激に膨張する空気爆発も起こり得ず、空気爆発を原因とする所謂飛び現象が発生する余地もない。   Furthermore, since no absorbent paper is used for soaking a chemical substance such as wax, an air explosion in which the air in the absorbent paper rapidly expands with heating cannot occur, so-called air explosion is caused. There is no room for the flying phenomenon to occur.

又、温度表示材７は耐熱性樹脂層１２によって覆われているので、温度表示材７がニッケルやコバルトなどの重金属類を含んでいても、これら重金属類がガス化して真空チャンバー内に飛散してこれを汚染するおそれはなく、ニッケルやコバルトなどの重金属類を含有した温度表示材７を用いなければならない高温域の温度測定をより安全に行うことが出来る。 Moreover, since the temperature display material 7 is covered with the heat resistant resin layer 12, even if the temperature display material 7 contains heavy metals such as nickel and cobalt, these heavy metals are gasified and scattered in the vacuum chamber. Therefore, temperature measurement in a high temperature range where the temperature indicating material 7 containing heavy metals such as nickel and cobalt must be used can be performed more safely.

更に、ウェハー本体３表面への温度表示材７の塗布作業も極めて簡単であり、一旦真空チャンバー内における温度分布測定作業に供しても、耐熱性樹脂層１１及び温度表示材７を撤去し、新たに耐熱性樹脂層１１及び温度表示材７を固定し直すことにより、少なくとも数回の再利用は可能で、高価なシリコンウェハーを無駄なく有効に利用出来る効果を有し、極めて高い実用的価値を有するものである。 Furthermore, the operation of applying the temperature display material 7 to the surface of the wafer body 3 is very simple. Even if the temperature distribution measurement operation is once performed in the vacuum chamber, the heat-resistant resin layer 11 and the temperature display material 7 are removed, and a new one is added. By re-fixing the heat-resistant resin layer 11 and the temperature display material 7 to each other, it can be reused at least several times, has the effect of effectively using an expensive silicon wafer without waste, and has extremely high practical value. It is what you have.

吸収紙を用いなくとも温度感知が出来る様にすると共に、耐熱性樹脂層１１によって温度表示材７をプラズマ雰囲気中の電撃から保護する様にした点に本質的特徴があり、これにより高精度な温度分布測定が可能なテスト用シリコンウェハーを低コストで製作出来る様になった。 There is an essential feature in that the temperature can be sensed without using absorbent paper, and the temperature indicating material 7 is protected from electric shock in the plasma atmosphere by the heat-resistant resin layer 11, thereby achieving high accuracy. Test silicon wafers capable of measuring temperature distribution can be manufactured at low cost.

図４はこの発明に係わるテスト用シリコンウェハーの実施例１の全体の配置を示した斜視図、図５はその一部を拡大して描いた断面図である。   FIG. 4 is a perspective view showing the overall arrangement of Example 1 of the test silicon wafer according to the present invention, and FIG. 5 is an enlarged sectional view of a part thereof.

図４及び図５中、３はテスト用のウェハー本体であり、その表面側の周縁部や中央部などの所望位置には、温度表示材７がスポット的に塗布されており、温度表示材７の上面にはポリイミドフィルムなど耐熱性にすぐれた合成樹脂フィルム１２が貼付され、耐熱性樹脂層１１が形成されている。 In FIG. 4 and FIG. 5, 3 is a wafer body for testing, the desired position of such peripheral portion and central portion of the surface side, the temperature display member 7 are spot-applied, temperature display member 7 A synthetic resin film 12 having excellent heat resistance, such as a polyimide film, is attached to the upper surface of the film to form a heat resistant resin layer 11.

この実施例１において用いられている温度表示材７とは、あらかじめ定められた設定温度で融解する粉末状のワックスとバインダーとを混合した常温では白濁した状態を呈した不透明物質であり、本件出願人が特願２００４−２０８３１１中において開示しているワックス混合物と基本的に同一である。そして、この温度表示材７は、シルクスクリーン印刷などの手法により、シリコンウェハー本体３上に所望のパターンでスポット状に塗布固定されている。 The temperature indicating material 7 used in this Example 1 is an opaque substance that is white turbid at room temperature in which a powdery wax that melts at a preset temperature and a binder are mixed, and is filed in the present application. This is basically the same as the wax mixture disclosed in Japanese Patent Application No. 2004-208311. The temperature display material 7 is applied and fixed in a spot shape in a desired pattern on the silicon wafer body 3 by a technique such as silk screen printing.

又、この実施例においては、耐熱性樹脂層１１は合成樹脂フィルム１２を貼付することによって形成したが、耐熱性にすぐれた合成樹脂１３をウェハー本体３表面上にコーティングすることにより形成しても良い。更に、耐熱性を有するものであるなら各種レジスト剤などでコーティングすることも可能であり、要するに温度表示材７上を耐熱性樹脂層１１が覆っていれば良いのである。 In this embodiment, the heat-resistant resin layer 11 is formed by applying a synthetic resin film 12. However, the heat-resistant resin layer 11 may be formed by coating the surface of the wafer body 3 with a synthetic resin 13 having excellent heat resistance. good. Furthermore, if it has heat resistance, it can be coated with various resist agents and the like. In short, it is sufficient that the temperature display material 7 is covered with the heat resistant resin layer 11.

実施例１は上記の通りの構成を有するものであり、真空チャンバー内に入れてテスト的な熱処理作業を行うのであるが、その際、ウェハー本体３表面の各部分にスポット的に塗布されている温度表示材７は、あらかじめ定められた設定温度を超過した時点でその中の粉末状のワックスが融解し、それまで白濁していたものが透明化し、この温度表示材７が塗布固定されているウェハー本体３表面が透けて見える様になり、その視覚的変化によって設定温度超過の事実を外部に表示する。 Example 1 has the structure as described above, and is put into a vacuum chamber to perform a test heat treatment operation. At that time, it is spot-coated on each part of the surface of the wafer body 3. When the temperature display material 7 exceeds a predetermined set temperature, the powdery wax therein melts, and the white turbidity until then becomes transparent, and this temperature display material 7 is applied and fixed. The surface of the wafer body 3 can be seen through, and the fact that the set temperature has been exceeded is displayed to the outside by the visual change.

従って、この温度表示材７をテスト用のウェハー本体３表面の各部分に多数スポット的に塗布固定しておけば、ウェハー本体３の各部分の温度分布を詳細に知ることが出来るのである。 Therefore, the temperature distribution of each part of the wafer body 3 can be known in detail if the temperature display material 7 is applied and fixed in a spot manner to each part of the surface of the test wafer body 3.

又、温度表示材７は耐熱樹脂層１１によって覆われているので、真空チャンバー内においてプラズマ放電が起きても、温度表示材７自体は電撃に直接晒されることはなく、プラ
ズマ放電によってその温度表示機能に狂いが生じることはない。 Further, since the temperature display material 7 is covered with the heat-resistant resin layer 11, even if plasma discharge occurs in the vacuum chamber, the temperature display material 7 itself is not directly exposed to electric shock, and the temperature display is performed by plasma discharge. There is no upset in functionality.

更に、ワックスなどの化学物質を浸み込ませる吸収紙を一切用いていないので、加熱に伴い吸収紙中の空気が急激に膨張する空気爆発も起こり得ず、空気爆発を原因とする所謂飛び現象が発生する余地もない。   In addition, since no absorbent paper soaked with chemical substances such as wax is used, air explosions in which the air in the absorbent paper expands rapidly with heating cannot occur, so-called flying phenomenon caused by air explosion There is no room for this to occur.

又、温度表示材７は耐熱性樹脂層１１によって覆われているので、温度表示材７がニッケルやコバルトなどの重金属類を含んでいても、これら重金属類がガス化して真空チャンバー内に飛散してこれを汚染するおそれはなく、ニッケルやコバルトなどの重金属類を含有した温度表示材７を用いなければならない高温域の温度測定をより安全に行うことが出来る。 Moreover, since the temperature display material 7 is covered with the heat-resistant resin layer 11, even if the temperature display material 7 contains heavy metals such as nickel and cobalt, these heavy metals are gasified and scattered in the vacuum chamber. Therefore, temperature measurement in a high temperature range where the temperature indicating material 7 containing heavy metals such as nickel and cobalt must be used can be performed more safely.

更に、ウェハー本体３表面への温度表示材７の塗布作業も極めて簡単であり、一旦真空チャンバー内における温度分布測定作業に供しても、耐熱性樹脂層１１及び温度表示材７を撤去し、新たに耐熱性樹脂層１１及び温度表示材７を固定し直すことにより少なくとも数回の再利用は可能で、高価なシリコンウェハーを無駄なく有効利用出来る効果を有し、極めて高い実用的価値を有するものである。 Furthermore, the operation of applying the temperature display material 7 to the surface of the wafer body 3 is very simple. Even if the temperature distribution measurement operation is once performed in the vacuum chamber, the heat-resistant resin layer 11 and the temperature display material 7 are removed, and a new one is added. By re-fixing the heat-resistant resin layer 11 and the temperature display material 7 to each other, it can be reused at least several times, has the effect of effectively using an expensive silicon wafer without waste, and has extremely high practical value It is.

半導体製造をその利用分野とする。   Semiconductor manufacturing is the application field.

テスト用シリコンウェハーの従来の代表例の平面図。The top view of the conventional typical example of the silicon wafer for a test. 図１において用いられている温度測定片２の拡大斜視図。The expansion perspective view of the temperature measurement piece 2 used in FIG. プラズマ放電現象による電撃から温度測定片２を保護する様に配慮された従来例の拡大部分断面図。The expanded partial sectional view of the prior art example considered so that the temperature measurement piece 2 might be protected from the electric shock by a plasma discharge phenomenon. この発明に係わるテスト用シリコンウェハーの実施例１の全体の平面図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an overall plan view of a first embodiment of a test silicon wafer according to the present invention. その要部の拡大部分断面図。The expanded partial sectional view of the principal part.

１ 感温発色体
２ 温度測定片
３ ウェハー本体
４ 窪み
５ サファイアガラス板
７ 温度表示材
８ ベースフィルム
１１ 耐熱性樹脂層
１２ 合成樹脂フィルム DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Temperature sensitive color body 2 Temperature measurement piece 3 Wafer main body 4 Indentation 5 Sapphire glass board 7 Temperature display material 8 Base film 11 Heat resistant resin layer 12 Synthetic resin film

Claims (4)

ウェハー本体（３）表面の所望位置に、粉末状のワックスとバインダーとを混合してなり、あらかじめ定められた設定温度に達するとそれまでの白濁した不透明状態から透明あるいは半透明に変化する温度表示材（７）をスポット的に塗布し、その上を耐熱性樹脂層（１１）で覆ったことを特徴とするテスト用シリコンウェハー。 A temperature display that changes from a cloudy opaque state to a transparent or semi-transparent state when a preset temperature is reached by mixing powdered wax and binder at the desired position on the surface of the wafer body (3). A test silicon wafer, characterized in that the material ( 7) is applied in a spot manner and covered with a heat-resistant resin layer (11). 温度表示材（７）の上に耐熱性を有する合成樹脂フィルム（１２）を覆せることによって耐熱性樹脂層（１１）を形成せしめたことを特徴とする請求項１記載のテスト用シリコンウェハー。 The test silicon wafer according to claim 1, wherein the heat-resistant resin layer (11) is formed by covering the temperature indicating material ( 7) with a heat-resistant synthetic resin film (12). 温度表示材（７）の上に耐熱性を有する合成樹脂をコーティングすることにより耐熱性樹脂層（１１）を形成せしめたことを特徴とする請求項１記載のテスト用シリコンウェハー。 The test silicon wafer according to claim 1, wherein the heat-resistant resin layer (11) is formed by coating a synthetic resin having heat resistance on the temperature indicating material ( 7). 合成樹脂フィルム（１２）がポリイミドフィルムであることを特徴とする請求項２記載のテスト用シリコンウェハー。   The test silicon wafer according to claim 2, wherein the synthetic resin film (12) is a polyimide film.
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