KR102414892B1 - 온도 측정용 기판 및 온도 측정 시스템 - Google Patents

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KR102414892B1 KR1020187029883A KR20187029883A KR102414892B1 KR 102414892 B1 KR102414892 B1 KR 102414892B1 KR 1020187029883 A KR1020187029883 A KR 1020187029883A KR 20187029883 A KR20187029883 A KR 20187029883A KR 102414892 B1 KR102414892 B1 KR 102414892B1
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사토시 다나카
츠요시 모리야
도시야 마츠다
마사아키 미야가와
겐야 이와사키
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 실시형태의 온도 측정용 기판은, 반도체 웨이퍼, 또는 플랫 패널 디스플레이용 기판 중 어느 하나인 기판과, 상기 기판의 표면에 부설되고, 제1 패턴부와, 상기 제1 패턴부 보다 조밀하게 형성된 제2 패턴부를 갖는 적어도 1개의 광파이버를 구비한다.

Description

온도 측정용 기판 및 온도 측정 시스템
본 발명은 온도 측정용 기판 및 온도 측정 시스템에 관한 것이다.
종래부터, 기판에 복수의 열전대나 백금 저항 열 검출기 등의 온도 검출부를 설치한 온도 측정용 기판이 알려져 있다(예컨대, 특허문헌 1, 2 참조). 이들 온도 측정용 기판에서는, 기판의 온도를 복수의 온도 검출부에 의해 검출함으로써, 기판의 온도 분포를 측정하고 있다.
또한, 피측정물에 광파이버를 부설하여, 광파이버 내에 입사한 펄스광의 라만 효과에 의해 발생하는 후방 산란광을 검출함으로써, 피측정물의 온도 분포를 측정하는 구성이 알려져 있다(예컨대, 특허문헌 3 참조).
특허문헌 1: 일본 특허 공개 평성 제11-344386호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공표 제2002-544502호 공보 특허문헌 3: 일본 특허 공개 평성 제5-346355호 공보
그러나, 특허문헌 1, 2에 기재된 구성에서는, 기판의 온도를 복수의 온도 검출부에 의해 검출함으로써 기판의 온도 분포를 측정하고 있기 때문에, 연속적인 온도 분포를 측정할 수 없고, 높은 공간 분해능으로 온도 분포를 측정하는 것이 곤란하였다.
또한, 특허문헌 3에 기재된 구성에서는, 반도체 웨이퍼 등의 기판의 온도 분포를 측정하는 경우, 높은 공간 분해능으로 온도 분포를 측정하는 것이 곤란하였다. 이것은, 광파이버 내에 입사하는 펄스광의 펄스 길이가, 반도체 웨이퍼 등의 기판의 크기와 비교하여 길기 때문이다.
그래서, 일 측면에서는, 본 발명은 높은 공간 분해능으로 온도 분포의 측정이 가능한 온도 측정용 기판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 양태에 따른 온도 측정용 기판은, 반도체 웨이퍼, 또는 플랫 패널 디스플레이용 기판 중 어느 하나인 기판과, 상기 기판의 표면에 부설되고, 제1 패턴부와, 상기 제1 패턴부 보다 조밀하게 형성된 제2 패턴부를 갖는 적어도 1개의 광파이버를 구비한다.
개시의 온도 측정용 기판에 의하면, 높은 공간 분해능으로 온도 분포를 측정할 수 있다.
도 1은 본 실시형태의 온도 측정 시스템의 일례를 도시한 블록도이다.
도 2는 제1 실시형태의 온도 측정용 웨이퍼의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a는 도 2의 온도 측정용 웨이퍼의 조밀부의 일례를 도시한 도면이다.
도 3b는 도 2의 온도 측정용 웨이퍼의 조밀부의 일례를 도시한 도면이다.
도 4a는 도 2의 온도 측정용 웨이퍼의 조밀부의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 4b는 도 2의 온도 측정용 웨이퍼의 조밀부의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 5는 도 2의 온도 측정용 웨이퍼의 조밀부의 또 다른 예를 도시한 도면이다.
도 6은 제2 실시형태의 온도 측정용 웨이퍼의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 제3 실시형태의 온도 측정용 웨이퍼의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 8a는 제4 실시형태의 온도 측정용 웨이퍼의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 8b는 제4 실시형태의 온도 측정용 웨이퍼의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 한편, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 구성에 대해서는, 동일한 부호를 붙임으로써 중복된 설명을 생략한다.
(온도 측정 시스템)
본 실시형태의 온도 측정 시스템에 대해 설명한다. 본 실시형태의 온도 측정 시스템은, 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼」라고 함)의 표면에 부설한 광파이버를 센서로서 이용하고, 후방 산란광의 하나인 라만 산란광을 이용하여 광파이버를 따른 온도 분포를 측정하는 시스템이다. 본 실시형태의 온도 측정 시스템은, 예컨대 반도체 웨이퍼 등의 기판에 대해, 열처리 등의 미리 정해진 처리를 실시하는 기판 처리 장치에 이용된다. 이하에서는, 후방 산란광의 하나인 라만 산란광을 이용하여 광파이버를 따른 온도 분포를 측정하는 시스템을 ROTDR(Raman Optical Time Domain Reflectometer) 시스템이라고도 칭한다.
도 1은 본 실시형태의 온도 측정 시스템의 일례를 도시한 개략 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시형태의 온도 측정 시스템은, 온도 측정용 웨이퍼(10)와, 계산기(20)와, 계측기 본체(30)를 갖는다.
온도 측정용 웨이퍼(10)는, 웨이퍼의 표면에 광파이버가 부설된 기판이다. 온도 측정용 웨이퍼(10)의 세부사항에 대해서는 후술한다. 계산기(20)는, 계측기 본체(30)를 제어하는 컴퓨터 등이다.
계측기 본체(30)는, 광원(31)과, 빔 스플리터(32)와, 파장 분리부(33)와, 광 검출기(34)와, 신호 처리부(35)를 갖고, 광파이버에 접속하여 사용한다.
광원(31)은, 미리 정해진 펄스 길이의 레이저광(이하, 「펄스광」이라고도 함)을 일정한 주기로 출력한다. 레이저광은, 빔 스플리터(32)를 지나 광파이버의 광원(31)측의 단부(입사단)로부터 광파이버 내에 입사한다. 광파이버 내에 입사한 광은, 광파이버를 구성하는 분자에 의해 산란을 일으키면서 진행한다. 광파이버 내에서 발생한 산란광의 일부는, 후방 산란광으로서 입사단으로 되돌아간다.
후방 산란광의 하나인 라만 산란광(스토크스광 및 안티 스토크스광)에는 온도 의존성이 있다. 온도 의존성은, 안티 스토크스광 쪽이 스토크스광 보다 크다. 한편, 스토크스광은 입사광 보다 장파장측으로 시프트한 라만 산란광이고, 안티 스토크스광은 입사광 보다 단파장측으로 시프트한 라만 산란광이다.
후방 산란광은, 광파이버 내를 지나, 광파이버의 입사단으로부터 출사하고, 빔 스플리터(32)에 의해 반사되어, 파장 분리부(33)에 입사한다.
파장 분리부(33)는, 빔 스플리터, 광학 필터, 집광 렌즈 등을 포함하고, 라만 산란광을 스토크스광과 안티 스토크스광으로 분리하며, 분리한 광을 광 검출기(34)에 입력한다. 광 검출기(34)는, 스토크스광 및 안티 스토크스광의 강도에 따른 전기 신호를 출력한다. 신호 처리부(35)는, 광 검출기(34)로부터 출력되는 전기 신호에 기초하여, 광파이버의 길이 방향의 온도 분포를 산출한다.
이와 같이, 본 실시형태의 온도 측정 시스템에서는, 웨이퍼의 표면에 부설한 광파이버를 센서로서 이용하여, 후방 산란광의 하나인 라만 산란광의 온도 의존성을 검출함으로써, 웨이퍼의 온도 분포를 산출한다. 또한, 광파이버에 펄스광이 입사하고 나서, 광파이버 내에서 발생한 후방 라만 산란광이 입사단으로 되돌아오기까지의 왕복 시간을 측정함으로써, 후방 라만 산란광이 발생한 위치(거리)를 산출한다.
(온도 측정용 웨이퍼)
본 실시형태의 온도 측정용 웨이퍼(10)에 대해 설명한다. 본 실시형태의 온도 측정용 웨이퍼(10)는, 웨이퍼의 표면에 부설된 광파이버 내에 펄스광을 입사시켜 웨이퍼의 온도 분포를 산출할 때에 이용된다. 이하에서는, 웨이퍼의 온도 분포를 측정할 수 있는, 제1 실시형태 내지 제4 실시형태의 온도 측정용 웨이퍼에 대해 설명한다.
[제1 실시형태]
도 2는 제1 실시형태의 온도 측정용 웨이퍼의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 실시형태의 온도 측정용 웨이퍼(10A)는, 웨이퍼(11)와, 광파이버(12)를 갖는다.
웨이퍼(11)로서는, 예컨대 실리콘(Si) 웨이퍼를 이용할 수 있다. 웨이퍼(11)의 직경은, 특별히 한정되지 않으나, 예컨대 300 ㎜, 450 ㎜로 할 수 있다.
광파이버(12)는, 웨이퍼(11)의 표면에 부설되어 있다. 광파이버(12)는, 석영 유리, 플라스틱 등으로 형성된 1개의 가느다란 섬유형의 관이다. 광파이버(12)에는, 도 1에 기재된 광원(31)으로부터 출력되는 펄스광이 입사한다. 광파이버(12)는, 웨이퍼(11)의 외주부에 시단(始端)과 종단(終端)을 갖는다. 시단 및 종단은, 도 1에 기재된 계측기 본체(30)와 접속되는 접속부(13)로서 기능한다. 한편, 시단 및 종단은, 광이 입사할 수 있으면 되고, 예컨대 웨이퍼(11)의 중심부에 배치되어 있어도 좋다.
광파이버(12)는, 시단과 종단 사이에 있어서, 성기게 형성된 부분(이하, 「성김부(14)」라고 함)과, 성김부(14) 보다 조밀하게 형성된 부분(이하, 「조밀부(15)」라고 함)을 갖는다. 광파이버(12)의 성김부(14)와 조밀부(15)는 교대로 배치되어 있다. 성김부(14)의 수 및 조밀부(15)의 수는, 특별히 한정되지 않으나, 웨이퍼(11)의 크기 등에 따라 정할 수 있다. 광파이버(12)가 복수의 조밀부(15)를 갖는 경우, 각각의 조밀부(15)는 동일한 형상이어도 좋고, 상이한 형상이어도 좋다. 도 2에서는, 웨이퍼(11)의 표면의 전체에 걸쳐, 18개의 성김부(14)와 17개의 조밀부(15)가 교대로 배치되어 있는 예를 도시하고 있다.
도 3a 및 도 3b는 도 2의 온도 측정용 웨이퍼의 조밀부의 일례를 도시한 도면이다. 도 3a는 조밀부의 개략 평면도이고, 도 3b는 조밀부의 개략 단면도이다. 한편, 도 3a 및 도 3b에서는, 도 2의 온도 측정용 웨이퍼에서의 복수의 조밀부 중 하나를 도시하고 있다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 조밀부(15)는, 평면에서 보아 조밀부(15)의 중심을 소용돌이의 중심으로 하는 소용돌이 형상으로 형성되어 있다. 조밀부(15)의 감김수는 특별히 한정되지 않으나, 광파이버(12)에 입사시키는 펄스광의 펄스 길이에 따라 정하는 것이 바람직하다. 이것은, ROTDR 시스템에 의한 온도 측정에 있어서는, 광파이버(12)의 길이 방향의 공간 분해능이, 측정에 이용하는 레이저광의 광파이버(12)의 코어 중에서의 펄스 길이에 의존하기 때문이다. 구체적으로는, 광파이버(12)에 입사시키는 펄스광의 펄스 길이 이상의 길이가 되는 것과 같은 감김수인 것이 바람직하다. 이에 의해, 특히 높은 공간 분해능으로 온도 분포를 측정할 수 있다. 또한, 조밀부(15)의 감김수는, 광파이버(12)에 입사시키는 펄스광의 펄스 길이의 2배 이하의 길이가 되는 것과 같은 감김수인 것이 바람직하고, 광파이버(12)에 입사시키는 펄스광의 펄스 길이의 1.5배 이하의 길이가 되는 것과 같은 감김수인 것이 보다 바람직하다. 이에 의해, 웨이퍼(11)의 표면에 가능한 한 많은 조밀부(15)를 형성할 수 있기 때문에, 웨이퍼(11)의 표면에서의 측정점수를 증가시킬 수 있고, 공간 분해능이 향상된다.
한편, 펄스 길이 L(m)은, 이하의 식 (1)에 의해 산출되는 값이다.
L=c×t/(2×nλ) (1)
여기서, t(s)는 레이저의 펄스폭, c(m/s)는 광속, λ(nm)는 코어에서의 레이저 파장, nλ는 레이저 파장 λ(㎚)에서의 굴절률이다. 한편, 일반적인 ROTDR 시스템을 이용하는 경우, 펄스 길이 L(m)은 1 m∼2 m 정도이다.
또한, 조밀부(15)에 있어서, 광파이버(12)의 굽힘 반경이 가장 작은 부분에서의 굽힘 반경(이하, 「최소 굽힘 반경」이라고 함)은, 광파이버(12)의 허용 굽힘 반경 이상인 것이 바람직하고, 허용 굽힘 반경과 동일한 것이 보다 바람직하다. 이에 의해, 광파이버(12)를 파손시키지 않고, 또한, 광파이버(12)를 조밀하게 부설할 수 있다. 이 때문에, 동일한 감김수를 형성하기 위해서 필요한 면적을 작게 할 수 있다. 그 결과, 웨이퍼(11)의 표면의 보다 작은 영역의 온도를 측정할 수 있다. 또한, 웨이퍼(11)의 표면에 보다 많은 조밀부(15)를 형성할 수 있고, 온도 분포를 측정할 때의 공간 분해능이 향상된다. 한편, 도 3a에서는, 최소 굽힘 반경을 Rmin, 허용 굽힘 반경을 Ra로 나타내고 있다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 조밀부(15)는, 조밀부(15)의 외주부의 3개소에 설치된 접착 부재(16)에 의해 웨이퍼(11)의 표면에 고정되어 있다. 이에 의해, 조밀부(15)는, 웨이퍼(11)의 표면에 접촉한 상태를 유지할 수 있다. 이 때문에, 진공 중이어도 대기 중과 마찬가지로 웨이퍼(11)의 온도 분포를 측정할 수 있다. 접착 부재(16)의 종류는, 웨이퍼(11)의 표면에 조밀부(15)를 고정하는 것이 가능한 것이면 특별히 한정되지 않는다.
도 4a 및 도 4b는 도 2의 온도 측정용 웨이퍼의 조밀부의 다른 예를 도시한 도면이고, 온도 측정용 웨이퍼의 조밀부의 단면을 도시하고 있다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 조밀부(15)는, 웨이퍼(11)와 조밀부(15) 사이에 설치된 접착 부재(16)에 의해 웨이퍼(11)에 고정되는 구성이어도 좋다. 이 경우, 접착 부재(16)로서는, 고열전도성 재료인 것이 바람직하고, 예컨대 열전도성 접착제, 열전도성 시트를 이용할 수 있다. 이에 의해, 웨이퍼(11)의 열을 조밀부(15)에 효율적으로 전달할 수 있다. 이 때문에, 진공 중이어도 대기 중과 마찬가지로 웨이퍼(11)의 온도 분포를 측정할 수 있다.
또한, 도 4b에 도시된 바와 같이, 조밀부(15)는, 웨이퍼(11)의 표면에 형성된 오목부(17) 내에 배치되고, 접착 부재(16)에 의해 덮여 있는 구성이어도 좋다. 이에 의해, 접착 부재(16)에 의해 조밀부(15)가 보호되기 때문에, 신뢰성이 향상된다. 이 경우, 접착 부재(16)로서는, 고열전도성 재료인 것이 바람직하고, 예컨대 열전도성 접착제, 열전도성 시트를 이용할 수 있다. 이에 의해, 웨이퍼(11)의 열을 조밀부(15)에 효율적으로 전달할 수 있다. 이 때문에, 진공 중이어도 대기 중과 마찬가지로 웨이퍼(11)의 온도 분포를 측정할 수 있다.
도 5는 도 2의 온도 측정용 웨이퍼의 조밀부의 또 다른 예를 도시한 도면이고, 온도 측정용 웨이퍼의 조밀부의 상면을 도시하고 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 조밀부(15)는, 평면에서 보아 2개의 중심을 갖고, 조밀부(15)의 영역 내에 부설되는 광파이버(12)의 전체 길이의 중점이 조밀부(15)의 중심에 위치하도록 소용돌이 형상으로 형성되어 있다. 조밀부(15)의 감김수는 특별히 한정되지 않으나, 광파이버(12)에 입사하는 펄스광의 펄스 길이 이상의 길이가 되는 것과 같은 감김수인 것이 바람직하다. 이에 의해, 특히 높은 공간 분해능으로 온도 분포를 측정할 수 있다. 또한, 조밀부(15)의 감김수는, 광파이버(12)에 입사시키는 펄스광의 펄스 길이의 2배 이하의 길이가 되는 것과 같은 감김수인 것이 바람직하고, 광파이버(12)에 입사시키는 펄스광의 펄스 길이의 1.5배 이하의 길이가 되는 것과 같은 감김수인 것이 보다 바람직하다. 이에 의해, 웨이퍼(11)의 표면에 가능한 한 많은 조밀부(15)를 형성할 수 있기 때문에, 공간 분해능이 향상된다.
또한, 조밀부(15)에 있어서, 광파이버(12)의 최소 굽힘 반경은, 광파이버(12)의 허용 굽힘 반경 이상인 것이 바람직하고, 허용 굽힘 반경과 동일한 것이 보다 바람직하다. 이에 의해, 광파이버(12)를 파손시키지 않고, 또한, 광파이버(12)를 조밀하게 부설할 수 있다. 이 때문에, 동일한 감김수를 형성하기 위해서 필요한 면적을 작게 할 수 있다. 그 결과, 웨이퍼(11)의 표면의 보다 작은 영역의 온도를 측정할 수 있다. 또한, 웨이퍼(11)의 표면에 보다 많은 조밀부(15)를 형성할 수 있고, 온도 분포를 측정할 때의 공간 분해능이 향상된다. 한편, 도 5에서는, 최소 굽힘 반경을 Rmin1, Rmin2, 허용 굽힘 반경을 Ra로 나타내고 있다.
이상으로 설명한 바와 같이, 제1 실시형태의 온도 측정용 웨이퍼(10A)에서는, 웨이퍼(11)의 표면에, 성김부(14)와, 성김부(14) 보다 조밀하게 형성된 조밀부(15)를 갖는 광파이버(12)가 부설되어 있다. 이에 의해, 광파이버(12) 내에 입사하는 펄스광의 펄스 길이 보다 작은 웨이퍼(11) 직경의 온도 분포를 측정하는 경우라도, 적어도 조밀부(15)의 영역에서의 온도를 취득할 수 있고, 높은 공간 분해능으로 웨이퍼(11)의 면 내 온도 분포를 측정할 수 있다.
또한, 제1 실시형태의 온도 측정용 웨이퍼(10A)에서는, 웨이퍼(11)의 표면에는 광파이버(12)와 접착 부재(16)가 설치될 뿐이다. 이 때문에, 온도 측정용 웨이퍼(10A)를 제조하기 위한 비용을 저감시킬 수 있다. 또한, 전기적인 요소를 포함하지 않기 때문에, 예컨대 플라즈마가 발생하는 기판 처리 장치의 환경하에서도, 플라즈마에 의한 전자 노이즈의 영향을 받지 않고 온도 분포를 측정할 수 있다.
특히, 제1 실시형태의 온도 측정용 웨이퍼(10A)에서는, 웨이퍼(11)의 표면의 전체에 걸쳐 복수의 조밀부(15)와 성김부(14)가 교대로 배치되어 있기 때문에, 웨이퍼(11)의 표면의 전체에 있어서, 높은 공간 분해능으로 면 내 온도 분포를 정밀하게 측정할 수 있다. 또한, 다른 효과로서, 웨이퍼(11)의 표면의 전체에 걸쳐 복수의 조밀부(15)와 성김부(14)가 교대로 배치되어 있기 때문에, 조밀부(15)의 시인이 용이하고, 온도 측정 위치의 동정(同定)을 행하기 쉬우며, 웨이퍼(11)의 원하는 위치의 온도를 측정할 수 있다.
[제2 실시형태]
도 6은 제2 실시형태의 온도 측정용 웨이퍼의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제2 실시형태의 온도 측정용 웨이퍼(10B)는, 웨이퍼(11)와, 광파이버(12)를 갖는다.
웨이퍼(11)로서는, 예컨대 실리콘(Si) 웨이퍼를 이용할 수 있다. 웨이퍼(11)의 직경은, 특별히 한정되지 않으나, 예컨대 300 ㎜, 450 ㎜로 할 수 있다.
광파이버(12)는, 웨이퍼(11)의 표면에 부설되어 있다. 광파이버(12)는, 석영 유리, 플라스틱 등으로 형성된 1개의 가느다란 섬유형의 관이다. 광파이버(12)에는, 도 1에 기재된 광원(31)으로부터 출력되는 펄스광이 입사한다. 광파이버(12)는, 웨이퍼(11)의 외주부에 시단과 종단을 갖는다. 시단 및 종단은, 도 1에 기재된 계측기 본체(30)와 접속되는 접속부(13)로서 기능한다. 한편, 시단 및 종단은, 광이 입사할 수 있으면 되고, 예컨대 웨이퍼(11)의 중심부에 배치되어 있어도 좋다.
광파이버(12)는, 시단과 종단 사이에 있어서, 웨이퍼(11)의 외주부에 배치된 조밀부(15)와, 조밀부(15) 보다 웨이퍼(11)의 중심측에 배치되고, 조밀부(15)보다 성기게 형성된 성김부(14)를 갖는다. 조밀부(15)의 감김수는 특별히 한정되지 않으나, 광파이버(12)에 입사하는 펄스광의 펄스 길이 이상의 길이가 되는 것과 같은 감김수인 것이 바람직하다. 이에 의해, 특히 높은 공간 분해능으로 온도 분포를 측정할 수 있다. 또한, 조밀부(15)의 감김수는, 광파이버(12)에 입사시키는 펄스광의 펄스 길이의 2배 이하의 길이가 되는 것과 같은 감김수인 것이 바람직하고, 광파이버(12)에 입사시키는 펄스광의 펄스 길이의 1.5배 이하의 길이가 되는 것과 같은 감김수인 것이 보다 바람직하다. 이에 의해, 웨이퍼(11)의 표면에 가능한 한 많은 조밀부(15)를 형성할 수 있기 때문에, 공간 분해능이 향상된다.
한편, 도 6에서는, 성김부(14)와 조밀부(15)가 하나씩 배치되어 있는 예를 도시하고 있으나, 웨이퍼(11)의 외주부로부터 중심을 향해 조밀부(15)와 성김부(14)가 교대로 배치되어 있어도 좋다. 웨이퍼(11)의 외주부로부터 중심을 향해 조밀부(15)와 성김부(14)가 교대로 배치되어 있음으로써, 웨이퍼(11)의 직경 방향의 공간 분해능을 특히 향상시킬 수 있다. 또한, 웨이퍼(11)의 외주부로부터 중심을 향해 조밀부(15)와 성김부(14)가 교대로 배치되어 있는 경우, 조밀부(15)의 시인이 용이하고, 온도 측정 위치의 동정을 행하기 쉬우며, 웨이퍼(11)의 직경 방향에서의 원하는 위치의 온도를 측정할 수 있다.
이상으로 설명한 바와 같이, 제2 실시형태의 온도 측정용 웨이퍼(10B)에서는, 제1 실시형태와 마찬가지로, 웨이퍼(11)의 표면에, 성김부(14)와, 성김부(14)보다 조밀하게 배치된 조밀부(15)를 갖는 광파이버(12)가 부설되어 있다. 이에 의해, 광파이버(12) 내에 입사하는 펄스광의 펄스 길이 보다 작은 웨이퍼(11) 직경의 온도 분포를 측정하는 경우라도, 적어도 조밀부(15)의 영역에서의 온도를 취득할 수 있고, 높은 공간 분해능으로 웨이퍼(11)의 면 내 온도 분포를 측정할 수 있다.
또한, 제2 실시형태의 온도 측정용 웨이퍼(10B)에서는, 제1 실시형태와 마찬가지로, 웨이퍼(11)의 표면에는 광파이버(12)와 접착 부재(16)가 설치될 뿐이다. 이 때문에, 온도 측정용 웨이퍼(10B)를 제조하기 위한 비용을 저감시킬 수 있다. 또한, 전기적인 요소를 포함하지 않기 때문에, 예컨대 플라즈마가 발생하는 기판 처리 장치의 환경하에서도, 플라즈마에 의한 전자 노이즈의 영향을 받지 않고 온도 분포를 측정할 수 있다.
특히, 제2 실시형태에서는, 웨이퍼(11)의 외주부에 조밀부(15)가 배치되고, 조밀부(15) 보다 웨이퍼(11)의 중심측에 성김부(14)가 배치되어 있기 때문에, 외주부의 공간 분해능을 향상시킬 수 있고, 웨이퍼(11)의 직경 방향에서의 공간 분해능을 향상시킬 수 있다.
[제3 실시형태]
도 7은 제3 실시형태의 온도 측정용 웨이퍼의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제3 실시형태의 온도 측정용 웨이퍼(10C)는, 웨이퍼(11)와, 광파이버(12)를 갖는다.
웨이퍼(11)로서는, 예컨대 실리콘(Si) 웨이퍼를 이용할 수 있다. 웨이퍼(11)의 직경은, 특별히 한정되지 않으나, 예컨대 300 ㎜, 450 ㎜로 할 수 있다.
광파이버(12)는, 웨이퍼(11)의 표면에 부설되어 있다. 광파이버(12)는, 석영 유리, 플라스틱 등으로 형성된 1개의 가느다란 섬유형의 관이다. 광파이버(12)에는, 도 1에 기재된 광원(31)으로부터 출력되는 펄스광이 입사한다. 광파이버(12)는, 웨이퍼(11)의 외주부에 시단과 종단을 갖는다. 시단 및 종단은, 도 1에 기재된 계측기 본체(30)와 접속되는 접속부(13)로서 기능한다. 한편, 시단 및 종단은, 광이 입사할 수 있으면 되고, 예컨대 웨이퍼(11)의 중심부에 배치되어 있어도 좋다.
광파이버(12)는, 시단과 종단 사이에 있어서, 웨이퍼(11)의 외주부에 배치된 제1 조밀부(151)와, 제1 조밀부(151) 보다 웨이퍼(11)의 중심측에 배치된 제2 조밀부(152) 및 성김부(14)를 갖는다. 제1 조밀부(151)는, 제2 실시형태의 조밀부(15)와 동일한 구성으로 할 수 있고, 성김부(14) 및 제2 조밀부(152)는, 제1 실시형태의 성김부(14) 및 조밀부(15)와 동일한 구성으로 할 수 있다.
이상으로 설명한 바와 같이, 제3 실시형태의 온도 측정용 웨이퍼(10C)에서는, 제1 실시형태와 마찬가지로, 웨이퍼(11)의 표면에, 성김부(14)와, 성김부(14) 보다 조밀하게 배치된 제2 조밀부(152)와, 제2 실시형태와 마찬가지로, 웨이퍼(11)의 외주부에 배치된 제1 조밀부(151)를 갖는 광파이버(12)가 부설되어 있다. 이에 의해, 광파이버(12) 내에 입사하는 펄스광의 펄스 길이 보다 작은 웨이퍼(11) 직경의 온도 분포를 측정하는 경우라도, 적어도 제1 조밀부(151) 및 제2 조밀부(152)의 영역에서의 온도를 취득할 수 있고, 높은 공간 분해능으로 웨이퍼(11)의 면 내 온도 분포를 측정할 수 있다.
또한, 제3 실시형태의 온도 측정용 웨이퍼(10C)에서는, 웨이퍼(11)의 표면에는 광파이버(12)와 접착 부재(16)가 설치될 뿐이다. 이 때문에, 온도 측정용 웨이퍼(10C)를 제조하기 위한 비용을 저감시킬 수 있다. 또한, 전기적인 요소를 포함하지 않기 때문에, 예컨대 플라즈마가 발생하는 기판 처리 장치의 환경하에서도, 플라즈마에 의한 전자 노이즈의 영향을 받지 않고 온도 분포를 측정할 수 있다.
특히, 제3 실시형태의 온도 측정용 웨이퍼(10C)에서는, 제1 실시형태와 마찬가지로, 웨이퍼(11)의 표면에 복수의 제2 조밀부(152)와 성김부(14)가 교대로 배치되어 있기 때문에, 웨이퍼(11)의 표면의 전체에 있어서, 높은 공간 분해능으로 면 내 온도 분포를 정밀하게 측정할 수 있다.
또한, 제3 실시형태의 온도 측정용 웨이퍼(10C)에서는, 제2 실시형태와 마찬가지로, 웨이퍼(11)의 외주부에 제1 조밀부(151)가 배치되고, 제1 조밀부(151) 보다 웨이퍼(11)의 중심측에 성김부(14)가 배치되어 있기 때문에, 외주부의 공간 분해능을 향상시킬 수 있고, 웨이퍼(11)의 직경 방향에서의 공간 분해능을 향상시킬 수 있다. 이와 같이, 제3 실시형태에 있어서는, 1장의 온도 측정용 웨이퍼(10C)에 의해 웨이퍼(11)의 표면의 전체에 있어서 높은 공간 분해능으로 면 내 온도 분포를 정밀하게 측정할 수 있고, 또한, 웨이퍼(11)의 외주부 및 직경 방향의 공간 분해능을 향상시킬 수 있다. 이 때문에, 복수 매의 온도 측정용 웨이퍼를 이용하여 웨이퍼(11)의 온도 분포를 측정할 필요가 없고, 웨이퍼(11)의 온도 분포를 측정하는 시간을 단축시킬 수 있다.
[제4 실시형태]
도 8a 및 도 8b는 제4 실시형태의 온도 측정용 웨이퍼의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 도 8a는 온도 측정용 웨이퍼의 개략 사시도이고, 도 8b는 도 8a의 온도 측정용 웨이퍼의 분해 사시도이다.
도 8a에 도시된 바와 같이, 제4 실시형태의 온도 측정용 웨이퍼(10D)는, 제1 웨이퍼(111)와, 제2 웨이퍼(112)와, 광파이버 부설부(18)를 갖는다. 광파이버 부설부(18)는, 도 8b에 도시된 바와 같이, 제1 웨이퍼(111)의 광파이버(12)가 부설된 측의 표면에, 도시하지 않은 접착 부재를 이용하여 제2 웨이퍼(112)를 접합함으로써 형성되어 있다. 즉, 광파이버(12)는, 제1 웨이퍼(111)와 제2 웨이퍼(112)에 의해 끼워 넣어져 있고, 제1 웨이퍼(111)와 제2 웨이퍼(112)와의 간극에는, 접착 부재가 충전되어 있다.
광파이버(12)는, 제1 실시형태와 마찬가지로, 시단과 종단 사이에 있어서, 성김부(14)와, 성김부(14) 보다 조밀하게 형성된 조밀부(15)를 갖고, 성김부(14)와 조밀부(15)는 교대로 배치되어 있다. 한편, 광파이버(12)는, 제2 실시형태 또는 제3 실시형태와 동일하게 배치되어 있어도 좋다.
제4 실시형태의 온도 측정용 웨이퍼(10D)에서는, 광파이버(12)가 제1 웨이퍼(111)와 제2 웨이퍼(112)에 의해 끼워 넣어져 있고, 제1 웨이퍼(111)와 제2 웨이퍼(112)와의 간극에 접착 부재가 충전되어 있기 때문에, 광파이버(12)가 노출되지 않는다. 이 때문에, 광파이버(12)가 프로세스 환경에 직접 노출되지 않고, 부식성 가스나 플라즈마에 의한 광파이버(12)의 표면의 열화를 억제할 수 있다. 그 결과, 온도 측정용 웨이퍼(10D)의 내구성이 향상된다.
한편, 상기 각 실시형태에 있어서, 온도 측정용 웨이퍼(10)는, 온도 측정용 기판의 일례이다. 웨이퍼(11)는, 기판의 일례이다. 성김부(14)는, 제1 패턴부의 일례이다. 조밀부(15)는, 제2 패턴부의 일례이다.
이상, 온도 측정용 기판 및 온도 측정 시스템을 상기 실시형태에 의해 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지는 않으며, 본 발명의 범위 내에서 여러 가지 변형 및 개량이 가능하다.
상기 각 실시형태에서는, 웨이퍼(11)의 표면에 1개의 광파이버(12)가 부설되어 있는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 웨이퍼(11)의 표면에 복수 개의 광파이버(12)가 부설되어 있어도 좋다. 이 경우, 복수 개의 광파이버(12)의 각각에 대응하여 계산기(20) 및 계측기 본체(30)를 설치해도 좋다.
또한, 상기 각 실시형태에서는, 웨이퍼(11)의 한쪽 표면에 광파이버(12)가 부설되어 있는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 웨이퍼(11)의 양 표면에 광파이버(12)가 부설되어 있어도 좋다.
또한, 상기 각 실시형태에서의 온도 측정용 웨이퍼(10)는, 예컨대 웨이퍼에 미리 정해진 처리나 검사를 행하기 위해서 웨이퍼를 유지하는 웨이퍼 배치대에 배치된 상태에서 사용되어도 좋다. 온도 측정용 웨이퍼(10)를 웨이퍼 배치대에 배치한 상태에서 사용할 때에는, 웨이퍼(11)의 한쪽 표면에 광파이버(12)가 부설되어 있는 경우, 예컨대 웨이퍼(11)의 한쪽 표면을 상측으로 하여, 광파이버(12)를 웨이퍼 배치대에 접촉하지 않는 상태로 배치해도 좋다. 또한, 예컨대 웨이퍼(11)의 한쪽 표면을 하측으로 하여, 광파이버(12)를 웨이퍼 배치대에 접촉하는 상태로 배치해도 좋다.
본 발명의 온도 측정용 기판에 이용되는 기판은, 웨이퍼에 한정되지 않고, 예컨대 플랫 패널 디스플레이나 태양 전지에 이용되는 기판이어도 좋다.
본원은 일본 특허청에 2016년 4월 19일에 출원된 기초 출원 2016-083933호의 우선권을 주장하는 것이며, 그 모든 내용을 참조에 의해 여기에 원용한다.
10: 온도 측정용 웨이퍼 11: 웨이퍼
12: 광파이버 13 :접속부
14: 성김부 15: 조밀부
16: 접착 부재 17: 오목부
18: 광파이버 부설부 20: 계산기
30: 계측기 본체

Claims (15)

  1. 반도체 웨이퍼 또는 플랫 패널 디스플레이용 기판; 및
    상기 반도체 웨이퍼 또는 상기 플랫 패널 디스플레이용 기판의 표면에 부설되고, 제1 패턴부와, 상기 제1 패턴부 보다 조밀하게 형성된 제2 패턴부를 갖는 적어도 1개의 광파이버
    를 포함하고,
    상기 제2 패턴부는, 평면에서 보아 제1 최소 굽힘 반경을 갖는 제1 턴 및 상기 제1 최소 굽힘 반경과 상이한 위치에 제2 최소 굽힘 반경을 갖는 제2 턴을 갖는 소용돌이 형상으로 형성되어 있는 것인 온도 측정용 기판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광파이버는, 광을 입사시킬 수 있는 시단(始端) 및 종단(終端)을 갖는 것인 온도 측정용 기판.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 패턴부와 상기 제2 패턴부는 교대로 배치되어 있는 것인 온도 측정용 기판.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2 패턴부의 길이는, 상기 광파이버에 입사하는 펄스광의 펄스 길이 이상인 것인 온도 측정용 기판.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2 패턴부의 제1 및 제2 최소 굽힘 반경은, 상기 광파이버의 허용 굽힘 반경 이상인 것인 온도 측정용 기판.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2 패턴부의 제1 및 제2 최소 굽힘 반경은, 상기 광파이버의 허용 굽힘 반경과 동일한 것인 온도 측정용 기판.
  7. 제1항에 있어서, 상기 광파이버는, 복수의 상기 제2 패턴부를 가지며,
    상기 복수의 제2 패턴부의 각각은 동일한 형상인 것인 온도 측정용 기판.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제2 패턴부는, 상기 반도체 웨이퍼 또는 상기 플랫 패널 디스플레이용 기판의 외주부에 배치되고,
    상기 제1 패턴부는, 상기 제2 패턴부 보다 상기 반도체 웨이퍼 또는 상기 플랫 패널 디스플레이용 기판의 중심측에 배치되는 것인 온도 측정용 기판.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제2 패턴부는, 평면에서 보아 소용돌이 형상으로 형성된 부분과, 상기 제1 패턴부 보다 외주측에 배치된 부분을 가지는 것인 온도 측정용 기판.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제2 패턴부는, 접착 부재에 의해 상기 반도체 웨이퍼 또는 상기 플랫 패널 디스플레이용 기판의 표면에 고정되어 있는 것인 온도 측정용 기판.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제2 패턴부는, 상기 접착 부재에 덮여 있는 것인 온도 측정용 기판.
  12. 제10항에 있어서, 상기 접착 부재는, 고열전도성 재료인 것인 온도 측정용 기판.
  13. 제1항에 기재된 온도 측정용 기판; 및
    상기 온도 측정용 기판의 상기 광파이버에 펄스광을 입사시키는 계측기 본체
    를 포함하는 온도 측정 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 상기 제2 패턴부의 상기 제1 턴과 상기 제2 턴은, 상기 제1 턴의 접선에 수직인 방향으로 서로 이격되어 있는 것인 온도 측정용 기판.
  15. 제1항에 있어서, 상기 제2 패턴부의 전부는, 상기 반도체 웨이퍼 또는 상기 플랫 패널 디스플레이용 기판의 표면과 접촉하는 것인 온도 측정용 기판.
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