KR20140057270A

KR20140057270A - 온도 측정용 판 형상체 및 그것을 구비한 온도 측정 장치

Info

Publication number: KR20140057270A
Application number: KR1020147003987A
Authority: KR
Inventors: 마모루 고사카이; 가즈노리 이시무라; 다케시 와타나베; 히토시 고노; 류지 하야하라
Original assignee: 스미토모 오사카 세멘토 가부시키가이샤
Priority date: 2011-08-26
Filing date: 2012-08-22
Publication date: 2014-05-12
Also published as: TWI540675B; WO2013031596A1; US20140204975A1; JP2013046035A; US10502639B2; JP5915026B2; TW201316450A; KR101783362B1

Abstract

정전 척 장치의 재치면에 단순히 재치하는 것만으로, 제품이 되는 반도체 웨이퍼 그 자체를 사용하는 것이 아니라, 정전 척 장치의 재치면의 면내 온도 분포나 승온 특성이나 강온시에 있어서의 냉각 특성을 용이하게 최적화하는 것이 가능한 온도 측정용 판 형상체 및 그것을 구비한 온도 측정 장치가 제공된다.
그와 같은 온도 측정용 웨이퍼(온도 측정용 판 형상체)(1)는, 웨이퍼(2)의 표면(2a) 전면에 절연성 접착제(3)가 부착되고, 이 절연성 접착제(3) 상에 히터 엘리먼트(4)가 설치되며, 이 절연성 접착제(3)의 표면(3a) 상의 히터 엘리먼트(4)를 제외한 영역에 웨이퍼(2)의 표면(2a)의 온도를 측정하기 위한 온도 측정 영역(5)이 설치되며, 이들 히터 엘리먼트(4) 및 온도 측정 영역(5)은 절연막(6)에 의해 피복되어 있다.

Description

온도 측정용 판 형상체 및 그것을 구비한 온도 측정 장치{PLATE SHAPED BODY FOR TEMPERATURE MEASUREMENT AND TEMPERATURE MEASURING APPARATUS PROVIDED WITH SAME}

본 발명은, 온도 측정용 판 형상체 및 그것을 구비한 온도 측정 장치에 관한 것이며, 더 상세하게는, 반도체 제조 프로세스에 있어서 반도체 웨이퍼 등의 판 형상 시료를 재치하는 정전 척 장치의 재치면에 있어서의 면내 온도 분포나 승온 특성이나 강온시에 있어서의 냉각 특성을 간편하게 게다가 리얼타임으로 평가하는 것이 가능한 온도 측정용 판 형상체 및 그것을 구비한 온도 측정 장치에 관한 것이다.

본원은, 2011년 8월 26일에, 일본에 출원된 일본 특허출원 특원2011-185124호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

최근, 반도체 제조 프로세스에 있어서는, 소자의 고집적화나 고성능화에 따라, 미세 가공 기술의 향상이 한층 더 요구되어지고 있다. 이 반도체 제조 프로세스 중에서도 에칭 기술은, 미세 가공 기술의 중요한 하나이며, 최근에는, 에칭 기술 내에서도, 고효율이면서 대면적의 미세 가공이 가능한 플라즈마 에칭 기술이 주류로 되어 있다.

플라즈마 에칭 장치 등의 플라즈마를 이용한 반도체 제조 장치에 있어서는, 종래부터, 시료대에 간단하게 웨이퍼를 부착하고, 고정함과 함께, 이 웨이퍼를 원하는 온도로 유지하는 장치로서 정전 척 장치가 사용되고 있다.

그런데, 종래의 정전 척 장치에서는, 제품이 되는 반도체 웨이퍼 등의 판 형상 시료를 실제로 반도체 제조 라인으로 흐르게 할 때에, 미리, 이 반도체 제조 라인에 있어서의 정전 척 장치의 재치면의 면내 온도 분포나 승온 특성이나 강온시에 있어서의 냉각 특성을 최적인 값의 범위로 조정할 필요가 있고, 그래서, 웨이퍼의 표면에 점재(点在)하는 복수의 오목부 각각에 열전대의 온(溫) 접점을 내열 시멘트로 접착·고정한 온도 센서를 갖는 웨이퍼가 제안되어져 있다(특허문헌 1).

이 온도 센서를 갖는 웨이퍼를 이용하여 반도체 제조 라인에 있어서의 정전 척 장치의 제조 조건을 최적화하는 경우, 이 온도 센서를 갖는 웨이퍼를 정전 척 장치의 재치면에 재치하고, 이 온도 센서를 갖는 웨이퍼가 재치된 정전 척 장치를 반도체 제조 라인 내를 흐르게 하는 동안에 웨이퍼의 온도를 온도 센서에 의해 리얼타임으로 측정하는 방법이 채용되어져 있었다.

일본특허 제 3663035호 공보

그런데, 상술한 종래의 온도 센서를 갖는 웨이퍼에서는, 정전 척 장치의 제조 조건을 최적화하기 위해, 이 온도 센서를 갖는 웨이퍼를 반도체 제조 라인에 실제로 흘려 보고 제조 조건을 최적화한다는 방법이 채용되어져 있고, 따라서, 온도 센서를 갖는 웨이퍼 자체를 정전 척 장치의 조건 최적화를 위해 소비해버린다는 문제점이 있었다.

또한 온도 센서를 갖는 웨이퍼의 가열을, 정전 척 장치에 내장된 히터를 이용하여, 혹은 반도체 장치의 플라즈마 조사 또는 외부 히터를 이용하여 행할 필요가 있으며, 정전 척 장치의 재치면의 면내 온도 분포나 승온 특성이나 강온시에 있어서의 냉각 특성의 최적치화의 프로세스가 번잡해져, 최적치화까지 시간이 걸린다는 문제점이 있었다.

또한, 온도 센서를 갖는 웨이퍼를 반도체 제조 장치에 실제로 흘리지 않고 사용하는 경우에 있어서도, 온도 센서를 갖는 웨이퍼의 가열을 외부 히터를 이용하여 행할 필요가 있으며, 마찬가지로 정전 척 장치의 재치면의 면내 온도 분포나 승온 특성이나 강온시에 있어서의 냉각 특성의 최적치화의 프로세스가 번잡해져, 최적치화까지 시간이 걸린다는 문제점이 있었다.

본 발명은, 상기의 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 정전 척 장치의 재치면에 단순히 재치하는 것만으로, 제품이 되는 반도체 웨이퍼 그 자체를 사용하는 것이 아니라, 정전 척 장치의 재치면의 면내 온도 분포나 승온 특성이나 강온시에 있어서의 냉각 특성을 용이하게 최적화하는 것이 가능한 온도 측정용 판 형상체 및 그것을 구비한 온도 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 상기의 과제를 해결하기 위해 예의 검토를 행한 결과, 정전 척 장치의 재치면에 재치하는 판 형상체의 일방의 주면에 가열 부재를 설치하고, 또한, 이 주면 상의 가열 부재를 제외한 영역에, 이 판 형상체의 온도를 측정하기 위한 온도 측정 영역을 설치하면, 이 온도 측정 영역의 실제의 온도, 즉 판 형상체의 실제의 표면 온도를, 서모그래프, 광 온도계, 방사 온도계 등의 비접촉식 온도 측정 장치, 혹은 열전대 등의 접촉식 온도 측정 장치를 이용하여 리얼타임으로 측정할 수 있으며, 따라서, 정전 척 장치의 재치면에 있어서의 면내 온도 분포나 승온 특성이나 강온시에 있어서의 냉각 특성을 간편하게 게다가 리얼타임으로 평가하는 것이 가능한 것을 지견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명의 온도 측정용 판 형상체는, 판 형상체의 일방의 주면에 가열 부재를 설치하고, 또한 상기 일방의 주면 상의 상기 가열 부재를 제외한 영역의 일부에, 상기 판 형상체의 온도를 측정하기 위한 온도 측정 영역을 설치하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이 온도 측정용 판 형상체에서는, 이 온도 측정용 판 형상체를 정전 척 장치의 재치면에 재치한 상태에서, 이 온도 측정용 판 형상체에 설치된 가열 부재를 이용하여 가열함으로써, 온도 측정 영역의 실제의 온도를, 서모그래프, 광 온도계, 방사 온도계 등의 비접촉식 온도 측정 장치를 이용하여 리얼타임으로 측정하는 것이 가능해진다. 이것에 의해, 이 판 형상체의 온도 측정 영역에 있어서의 실제의 표면 온도를 리얼타임으로 측정하는 것이 가능해지며, 이 측정값에 의거하여 정전 척 장치의 재치면에 있어서의 면내 온도 분포나 승온 특성이나 강온시에 있어서의 냉각 특성을 간편하게 게다가 리얼타임으로 평가하는 것이 가능해진다.

본 발명의 온도 측정용 판 형상체에 있어서, 상기 가열 부재는 금속박이며, 이 금속박은 상기 일방의 주면에 절연성 접착제를 통하여 접착되어 있는 것을 특징으로 한다.

이 온도 측정용 판 형상체에서는, 가열 부재를 금속박으로 하고, 이 금속박을 절연성 접착제를 통하여 일방의 주면에 접착함으로써, 가열 부재와 판 형상체의 사이의 열 전달률이 일정해진다.

본 발명의 온도 측정용 판 형상체에 있어서, 상기 판 형상체는, 규소, 탄화 규소, 질화 규소, Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체, Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체 중 어느 1종으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이 온도 측정용 판 형상체에서는, 판 형상체를 규소, 탄화 규소, 질화 규소, Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체, Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체 중 어느 1종으로 함으로써, 제품이 되는 반도체 웨이퍼를 이용한 경우와 동등한 정전 척 장치의 재치면에 있어서의 평가를 얻는 것이 가능해진다.

본 발명의 온도 측정용 판 형상체에 있어서, 상기 가열 부재는, 절연막에 의해 피복되어 있는 것을 특징으로 한다.

이 온도 측정용 판 형상체에서는, 가열 부재를 절연막에 의해 피복하였으므로, 가열 부재의 절연성이 양호하게 유지된다. 또한, 절연막에 의한 피복에 의해, 서모그래프를 이용한 온도 측정이 가능해진다.

본 발명의 온도 측정용 판 형상체에 있어서, 상기 절연성 접착제는, 아크릴계 접착제, 에폭시계 접착제, 폴리이미드아미드계 접착제 중 어느 1종을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이 온도 측정용 판 형상체에서는, 절연성 접착제를, 아크릴계 접착제, 에폭시계 접착제, 폴리이미드아미드계 접착제 중 어느 1종을 포함하는 것으로 함으로써, 판 형상체와 가열 부재의 사이의 응력이 완화되어, 가열 부재가 판 형상체로부터 박리되는 등의 문제가 생길 우려가 없어진다.

본 발명의 온도 측정용 판 형상체에 있어서, 상기 온도 측정 영역에 열전대를 접속하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이 온도 측정용 판 형상체에서는, 온도 측정 영역에 열전대를 접속함으로써, 온도 측정 영역의 실제의 온도를, 열전대를 이용하여 리얼타임으로 직접 측정하는 것이 가능해진다. 이것에 의해, 이 판 형상체의 온도 측정 영역에 있어서의 실제의 표면 온도를 리얼타임으로 정확하게 측정하는 것이 가능해진다.

본 발명의 온도 측정 장치는, 본 발명의 온도 측정용 판 형상체를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

이 온도 측정 장치에서는, 본 발명의 온도 측정용 판 형상체를 구비함으로써, 정전 척 장치의 재치면에 있어서의 면내 온도 분포나 승온 특성이나 강온시에 있어서의 냉각 특성을 간편하게 게다가 리얼타임으로 평가하는 것이 가능해진다.

본 발명의 온도 측정용 판 형상체에 의하면, 판 형상체의 일방의 주면에 가열 부재를 설치하고, 또한 상기 일방의 주면 상의 상기 가열 부재를 제외한 영역에, 상기 판 형상체의 온도를 측정하기 위한 온도 측정 영역을 설치하였으므로, 이 온도 측정용 판 형상체를 정전 척 장치의 재치면에 재치한 상태에서, 이 온도 측정용 판 형상체가 내장된 가열 부재를 이용하여 가열함으로써, 온도 측정 영역의 실제의 온도를, 서모그래프, 광 온도계, 방사 온도계 등의 비접촉식 온도 측정 장치를 이용하여 리얼타임으로 측정할 수 있다. 따라서, 이 온도 측정 영역의 실제의 표면 온도를 리얼타임으로 측정할 수 있으며, 이 측정값에 의거하여 정전 척 장치의 재치면에 있어서의 면내 온도 분포나 승온 특성이나 강온시에 있어서의 냉각 특성을 간편하게 게다가 리얼타임으로 평가할 수 있다.

본 발명의 온도 측정 장치에 의하면, 본 발명의 온도 측정용 판 형상체를 구비하였으므로, 이 온도 측정용 판 형상체를 이용하여 정전 척 장치의 재치면에 있어서의 면내 온도 분포나 승온 특성이나 강온시에 있어서의 냉각 특성을 간편하게 게다가 리얼타임으로 평가할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 제 1 실시형태의 온도 측정용 판 형상체를 나타낸 평면도이다.
도 2는, 도 1의 A-B선을 따른 단면도이다.
도 3은, 본 발명의 제 1 실시형태의 온도 측정용 판 형상체를 구비한 온도 측정 장치를 나타낸 모식도이다.
도 4는, 본 발명의 제 2 실시형태의 온도 측정용 판 형상체를 나타낸 단면도이다.

본 발명의 온도 측정용 판 형상체 및 그것을 구비한 온도 측정 장치를 실시하기 위한 형태에 대해, 도면에 의거하여 설명한다.

또한, 이 형태는, 발명의 취지를 보다 좋게 이해시키기 위해 구체적으로 설명한 것이며, 특별히 지정이 없는 한, 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

「제 1 실시형태」

도 1은, 본 발명의 제 1 실시형태의 온도 측정용 웨이퍼(온도 측정용 판 형상체)를 나타낸 평면도, 도 2는, 도 1의 A-B선을 따른 단면도이다.

이 온도 측정용 웨이퍼(1)는, 웨이퍼(판 형상체)(2)의 표면(일방의 주면)(2a) 전면에 절연성 접착제(3)가 부착되고, 이 절연성 접착제(3) 상에 대략 사행(蛇行) 형상의 소정의 패턴을 가지는 히터 엘리먼트(가열 부재)(4)가 설치되어 있다. 그리고, 이 절연성 접착제(3)의 표면(3a) 상의 히터 엘리먼트(4)를 제외한 영역 중 소정 개소(일부)에는, 웨이퍼(2)의 표면(2a)의 온도를 측정하기 위한 대략 원 형상의 온도 측정 영역(5)이 설치되어 있다.

이들 히터 엘리먼트(4) 및 온도 측정 영역(5)은, 적외선 투과율이 80% 이하인 절연막(6)에 의해 피복되어 있다. 또한, 11, 12는 히터 엘리먼트(4)의 양단부에 설치된 전압 인가용 전극, 13은 웨이퍼(2)를 위치 결정하기 위한 노치(notch)이다.

웨이퍼(2)는, 제품이 되는 반도체 웨이퍼 등의 판 형상 시료이며, 실제의 반도체 제조 라인에 흐르고 있는 판 형상 시료를 그대로 이용하는 것이 바람직하다.

이 웨이퍼(2)로서는, 예를 들면, 실리콘 웨이퍼, SiC(탄화 규소) 웨이퍼, Si₃N₄(질화 규소) 웨이퍼, GaAs, GaAsN 등의 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체 웨이퍼, ZnSe 등의 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체 웨이퍼 등을 들 수 있으며, 제품이 되는 반도체 웨이퍼에 맞춰 적절히 선택 사용된다.

이 웨이퍼(2)의 크기나 형상은, 이 온도 측정용 웨이퍼(1)를 재치하는 정전 척 장치에 맞춰 적절히 선택하면 되며, 특별히 제한은 없다.

절연성 접착제(3)는, 내열성 및 절연성을 가지는 시트 형상 또는 필름 형상의 접착제이며, 아크릴계 접착제, 에폭시계 접착제, 폴리이미드아미드계 접착제 중 어느 1종을 주성분으로 하는 접착제이다.

이 절연성 접착제(3)의 두께는 5㎛ 이상 또한 100㎛ 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 15㎛ 이상 또한 50㎛ 이하이다. 이 절연성 접착제(3)의 면내의 두께의 편차는, 그 두께의 10% 이내인 것이 바람직하다.

여기서, 절연성 접착제(3)의 면내의 두께의 편차가 10%를 넘으면, 웨이퍼(2)와 히터 엘리먼트(4)의 면내 간격에, 절연성 접착제(3)의 면내의 두께의 10%를 넘는 편차가 생겨, 히터 엘리먼트(4)로부터 웨이퍼(2)에 전달되는 열의 면내 균일성이 저하하고, 그 결과, 웨이퍼(2)의 표면(2a)에 있어서의 면내 온도가 불균일해져, 정전 척 장치의 재치면의 면내 온도 분포나 승온 특성이나 강온시에 있어서의 냉각 특성을 최적화할 수 없게 되므로, 바람직하지 않다.

히터 엘리먼트(4)는, 전력 인가용 전극(11, 12)에 소정의 전압을 인가함으로써 발열하는 것이며, 소정의 패턴을 가지는 비자성 금속박으로 이루어지는 것이다.

여기에서는, 1개의 금속 세선을 사행시켜 전체 형상을 부채 형상으로 한 엘리먼트 편(片)을 중심축의 주위에 8매 배열하고, 이들을 접속하여 1개의 히터 엘리먼트(4)로 하고 있다. 또한, 도 1의 히터 엘리먼트(4)의 패턴은, 일례를 나타낸 것이며, 대상이 되는 반도체 웨이퍼의 처리나 용도에 맞춰 적절히 변경 가능하다.

이 히터 엘리먼트(4)는, 두께가 300㎛ 이하, 바람직하게는 100㎛ 이하의 일정한 두께를 가지는 비자성 금속박, 예를 들면, 티탄(Ti), 텅스텐(W), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo) 등의 고융점 금속박을 포토 리소그래피법에 의해, 원하는 히터 패턴으로 에칭 가공함으로써 형성된다.

여기에서, 히터 엘리먼트(4)의 두께를 300㎛ 이하로 한 이유는, 두께가 300㎛를 넘으면, 히터 엘리먼트의 선 폭이 가늘어지기 때문에 에칭 가공의 정밀도의 편차가 커지고, 그 결과, 웨이퍼(2)의 표면의 온도 분포가 변화하여, 웨이퍼(2)의 표면의 온도 분포를 정확하게 측정할 수 없게 되기 때문이다.

또한, 히터 엘리먼트(4)를 비자성 금속박으로 형성하면, 이 온도 측정용 웨이퍼(1)를 고주파 분위기 중에서 이용하더라도 히터 엘리먼트가 고주파에 의해 자기 발열하지 않으며, 따라서, 이 온도 측정용 웨이퍼(1)의 면내 온도를 유지하는 것이 용이해지므로 바람직하다.

온도 측정 영역(5)은, 직경 2mm∼15mm의 대략 원 형상의 영역이며, 이 온도 측정 영역(5)의 온도를, 서모그래프, 광 온도계, 방사 온도계 등의 비접촉식 온도 측정 장치를 이용하여 리얼타임으로 측정하는 것이 가능하다.

이 온도 측정 영역(5)이 형성되는 위치는, 온도 측정용 웨이퍼(1)가 재치되는 정전 척 장치의 재치면의 면내 온도 분포나 승온 특성이나 강온시에 있어서의 냉각 특성을 정확하게 알기 위해, 웨이퍼(2)의 면내 온도 분포를 정확하게 나타내도록 선택된다. 여기에서는, 웨이퍼(2)의 표면에 십자 형상으로 점재되어 있고, 각 온도 측정 영역(5)은, 서로 소정의 간격을 두고 일렬로 배열되어 있다.

절연막(6)은, 온도 측정 영역(5)의 온도를 서모그래프를 이용하여 측정할 수 있도록 설치한 것이며, 서모그래프에 의한 측정이 가능한 내열성 및 절연성을 가지는 시트 형상 또는 필름 형상의 테플론(등록상표), 폴리이미드, 폴리아미드 등에 의해 구성되어 있다. 이 절연막(6)은, 서모그래프에 의해 적외선 투과율을 측정할 수 있는 것이면 되고, 이 경우의 적외선 투과율은 80% 이하인 것이 바람직하다.

이 절연막(6)을 이용함으로써, 서모그래프에 의한 측정시에, 서모그래프의 배경 반사(background reflections)에 의해 서모그래프 자체의 온도가 측정값에 영향을 주는 것을 막을 수 있다. 또한, 서모그래프를 이용한 온도 측정에서는, 피 측정물의 복사율에 의해 온도의 측정 결과가 바뀌지만, 이 절연막(6)을 이용함으로써 히터 엘리먼트(4)와 절연성 접착제(3) 등을 동일한 복사율로 할 수 있으며, 따라서 온도의 측정 정밀도가 향상된다.

이 절연막(6)은, 여기에서는 히터 엘리먼트(4) 및 온도 측정 영역(5) 전체를 덮고 있으나, 온도 측정 영역(5)의 온도를 서모그래프를 이용하여 측정하는 것을 고려하면, 온도 측정 영역(5) 만을 덮은 구성으로 해도 된다.

다음으로, 이 온도 측정용 웨이퍼(1)의 제조 방법에 대하여 설명한다.

먼저, 제품이 되는 반도체 웨이퍼 등의 판 형상 시료로부터 목적의 반도체 제조 라인으로 흐르게 되는 웨이퍼(2)를 선택한다.

이어서, 이 웨이퍼(2) 상에, 시트 형상 또는 필름 형상의 접착제인 절연성 접착제(3)를 부착한다.

이어서, 이 절연성 접착제(3) 상에, 티탄(Ti), 텅스텐(W), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo) 등의 비자성 금속박을 부착하고, 포토 리소그래피법에 의해, 원하는 히터 패턴으로 에칭 가공하여, 히터 엘리먼트(4)로 한다. 이 에칭 가공 시에, 온도 측정 영역(5)도 동시에 형성된다.

이어서, 히터 엘리먼트(4) 및 온도 측정 영역(5) 전체를 덮도록, 절연막(6)을 형성한다. 이 절연막(6)은, 서모그래프에 의한 측정을 고려한 경우, 서모그래프 본체 및 챔버 외벽 등의 적외선의 배경 반사를 방지하기 위해, 내열성 및 절연성을 가지는 시트 형상 또는 필름 형상의 테플론(등록상표), 폴리이미드, 폴리아미드 등을 부착함으로써 형성할 수 있다.

이상으로, 온도 측정용 웨이퍼(1)를 제조할 수 있다.

도 3은, 본 실시형태의 온도 측정용 웨이퍼(1)를 구비한 온도 측정 장치(21)를 나타낸 모식도이며, 이 온도 측정 장치(21)는, 분위기의 종류, 온도, 습도, 압력 등이 조절 가능한 밀폐 용기(22)의 바닥부에, 온도 측정용 웨이퍼(1)를 재치하는 정전 척 장치(31)를 수납하는 스페이스(23)가 있고, 이 스페이스(23)에 대향하는 밀폐 용기(22)의 천판(天板)의 외측에는, 표면 온도를 피접촉으로 측정할 수 있는 서모그래프(24)가 설치되며, 이 서모그래프(24)는 천판에 형성된 윈도우(25)를 통하여 스페이스(23) 내에 수납된 정전 척 장치(31)의 표면 온도를 측정할 수 있도록 되어 있다.

이 온도 측정 장치(21)를 이용하여 정전 척 장치의 면내 온도 분포나 승온 특성이나 강온시에 있어서의 냉각 특성 등의 여러 가지 특성을 측정하는 방법에 대해 설명한다.

먼저, 정전 척 장치(31)의 재치면에 본 실시형태의 온도 측정용 웨이퍼(1)를 재치한다.

이 정전 척 장치(31)는, 원판 형상의 정전 척부(32)와, 이 정전 척부(32)를 원하는 온도로 냉각하는 두께가 있는 원판 형상의 냉각 베이스부(33)를 구비하고 있다.

이 정전 척부(32)는, 실리콘 웨이퍼 등의 판 형상 시료를 가열하기 위한 히터를 내장하고 있어도 된다.

이어서, 이 온도 측정용 웨이퍼(1)를 재치한 정전 척 장치(31)를 밀폐 용기(22)의 바닥부의 스페이스(23) 상에 배치하고, 이 밀폐 용기(22) 내의 분위기, 온도, 압력 등을 조정한다.

예를 들면, 진공 분위기, 온도 60℃로 조정한다. 또한, 밀폐 용기(22) 내에 원하는 가스를 도입하여 분위기, 온도, 압력 등을 조정해도 된다.

이어서, 서모그래프(24)에 의해 온도 측정용 웨이퍼(1)의 복수의 온도 측정 영역(5)의 온도를 리얼타임으로 측정하면서, 온도 측정용 웨이퍼(1)의 히터 엘리먼트(4)에 전압을 인가하고, 이 온도 측정용 웨이퍼(1)를 반도체 제조 프로세스에 있어서 도달해야 할 목표의 웨이퍼 온도로까지 가열한다.

이 서모그래프(24)에 의한 측정 결과, 온도 측정용 웨이퍼(1)에 있어서의 웨이퍼(2)의 승온 특성을 알 수 있다. 따라서, 정전 척 장치(31)의 재치면에 있어서의 승온 특성을, 간편하게 게다가 리얼타임으로 평가할 수 있다.

이 온도 측정용 웨이퍼(1)의 온도가 목표의 웨이퍼 온도에 안정되었을 때를 가늠하여, 서모그래프(24)에 의해 온도 측정용 웨이퍼(1)의 복수의 온도 측정 영역(5)의 온도를, 리얼타임으로 순차 측정한다.

서모그래프(24)에 의한 측정 결과, 온도 측정용 웨이퍼(1)에 있어서의 웨이퍼(2)의 면내 온도 분포를 알 수 있다. 따라서, 정전 척 장치(31)의 재치면에 있어서의 면내 온도 분포를 간편하게 게다가 리얼타임으로 평가할 수 있다.

이어서, 온도 측정용 웨이퍼(1)의 히터 엘리먼트(4)로의 전압 인가를 차단하고, 냉각 베이스부(33)에 의해 온도 측정용 웨이퍼(1)를 냉각하면서, 서모그래프(24)에 의해 온도 측정용 웨이퍼(1)의 복수의 온도 측정 영역(5)의 온도를, 리얼타임으로 순차 측정한다.

서모그래프(24)에 의한 측정 결과, 온도 측정용 웨이퍼(1)에 있어서의 웨이퍼(2)의 냉각 과정에 있어서의 냉각 특성을 리얼타임으로 알 수 있다. 따라서, 정전 척 장치(31)의 재치면의 냉각 과정에 있어서의 냉각 특성을 간편하게 게다가 리얼타임으로 평가할 수 있다.

이 온도 측정용 웨이퍼(1)를 이용하여 정전 척 장치(31)의 재치면의 승온 과정에 있어서의 승온 특성 및 냉각 과정에 있어서의 냉각 특성을 평가한 결과, 정전 척 장치의 설계를 간편하게 단시간에 행하는 것이 가능해졌다.

본 실시형태의 온도 측정용 웨이퍼(1)에 의하면, 웨이퍼(2)의 표면(2a) 전면에 절연성 접착제(3)를 부착하고, 이 절연성 접착제(3) 상에 히터 엘리먼트(4)를 설치함과 함께, 이 히터 엘리먼트(4)를 제외한 영역 중 소정 개소(일부)에 대략 원 형상의 온도 측정 영역(5)을 복수 설치하고, 이들 히터 엘리먼트(4) 및 온도 측정 영역(5)을 절연막(6)으로 피복하였으므로, 온도 측정 영역(5)의 표면 온도의 측정값에 의거하여 정전 척 장치의 재치면에 있어서의 면내 온도 분포 및 강온시에 있어서의 냉각 특성을 간편하게 게다가 리얼타임으로 평가할 수 있다.

본 실시형태의 온도 측정 장치(21)에 의하면, 밀폐 용기(22)의 바닥부에, 온도 측정용 웨이퍼(1)를 재치하는 정전 척 장치(31)를 수납하는 스페이스(23)를 설치하고, 이 스페이스(23)에 대향하는 밀폐 용기(22)의 천판의 외측에 서모그래프(24)를 설치하고, 이 서모그래프(24)에 의해 천판에 형성된 윈도우(25)를 통하여 정전 척 장치(31)의 표면 온도를 측정하는 것으로 하였으므로, 온도 측정용 웨이퍼(1)를 이용하여 정전 척 장치(31)의 재치면에 있어서의 면내 온도 분포 및 강온시에 있어서의 냉각 특성을 간편하게 게다가 리얼타임으로 평가할 수 있다.

이와 같이, 정전 척 장치(31)를 간이적으로 측정할 수 있으므로, 정전 척 장치의 출하 검사나 품질 관리에도 이용할 수 있다.

또한, 이 온도 측정 장치(21)에서는, 밀폐 용기(22)의 천판의 외측에 서모그래프(24)를 설치하고, 이 서모그래프(24)에 의해 천판에 형성된 윈도우(25)를 통하여 정전 척 장치(31)의 표면 온도를 측정하는 구성으로 하였으나, 서모그래프(24) 대신, 광 온도계, 방사 온도계 등의 비접촉식 온도 측정 장치를 이용하더라도, 동일하게 정전 척 장치(31)의 재치면에 있어서의 면내 온도 분포 및 강온시에 있어서의 냉각 특성을 간편하게 게다가 리얼타임으로 평가할 수 있다.

「제 2 실시형태」

도 4는, 본 발명의 제 2 실시형태의 온도 측정용 웨이퍼(온도 측정용 판 형상체)를 나타낸 단면도이며, 본 실시형태의 온도 측정용 웨이퍼(41)가 제 1 실시형태의 온도 측정용 웨이퍼(1)와 다른 점은, 제 1 실시형태의 온도 측정용 웨이퍼(1)에서는, 절연성 접착제(3) 상의 히터 엘리먼트(4)를 제외한 영역 중 소정 개소(일부)에 온도 측정 영역(5)을 설치하고, 이들 히터 엘리먼트(4) 및 온도 측정 영역(5)을 적외선 투과율이 80% 이하인 절연막(6)에 의해 피복한 것에 대해, 본 실시형태의 온도 측정용 웨이퍼(41)에서는, 절연성 접착제(3)의 온도 측정 영역에 해당하는 복수의 부분을 제거하여, 그들 부분의 웨이퍼(2)의 표면(2a)을 노출시키고, 이 노출된 웨이퍼(2)의 표면(2a)에 열전대(42)의 온 접점부(43)를 접착 고정하고, 이들 온 접점부(43) 각각을 내열성 및 절연성을 가지는 접착제(44)로 밀봉한 점이다.

이 온도 측정용 웨이퍼(41)에서는, 히터 엘리먼트(4)에 전압을 인가하고, 이 온도 측정용 웨이퍼(41)를 반도체 제조 프로세스에 있어서 도달해야 할 목표의 웨이퍼 온도로까지 가열했을 때에, 열전대(42)에 의해 온도 측정용 웨이퍼(41)의 복수의 온도 측정 영역에 있어서의 각각의 웨이퍼(2)의 표면(2a)의 온도를, 리얼타임으로 순차 측정함으로써, 정전 척 장치의 재치면에 있어서의 면내 온도 분포를 간편하게 게다가 리얼타임으로 평가할 수 있다.

또한, 냉각 베이스부(33)에 의해 온도 측정용 웨이퍼(41)를 냉각하면서, 열전대(42)에 의해 온도 측정용 웨이퍼(41)의 복수의 온도 측정 영역에 있어서의 각각의 웨이퍼(2)의 표면(2a)의 온도를, 리얼타임으로 순차 측정함으로써, 정전 척 장치의 재치면의 냉각 과정에 있어서의 냉각 특성을 간편하게 게다가 리얼타임으로 평가할 수 있다.

또한, 본 실시형태의 온도 측정용 웨이퍼(41)에서는, 노출되어 있는 웨이퍼(2)의 표면(2a)의 복수의 온도 측정 영역 각각의 전부에 열전대(42)의 온 접점부(43)를 접착제(44)로 밀봉한 것으로 하였으나, 열전대(42)는, 온도 측정 영역(5) 각각의 전부에 설치할 필요는 없고, 웨이퍼(2)의 표면(2a) 중 필요하게 되는 온도 측정 영역만을 복수 개소 선택하여 노출시키고, 이들의 노출된 웨이퍼(2)의 표면(2a)에 열전대(42)의 온 접점부(43)를 접착 고정하여, 접착제(44)로 밀봉한 것으로 해도 된다.

본 발명은, 온도 측정용 판 형상체 및 그것을 구비한 온도 측정 장치, 더 상세하게는, 반도체 제조 프로세스에 있어서 반도체 웨이퍼 등의 판 형상 시료를 재치하는 정전 척 장치의 재치면에 있어서의 면내 온도 분포나 승온 특성이나 강온시에 있어서의 냉각 특성을 간편하게 게다가 리얼타임으로 평가하는 것이 가능한 온도 측정용 판 형상체 및 그것을 구비한 온도 측정 장치에 적용할 수 있다.

1: 온도 측정용 웨이퍼(온도 측정용 판 형상체) 2: 웨이퍼(판 형상체)
2a: 표면(일방의 주면) 3: 절연성 접착제
4: 히터 엘리먼트(가열 부재) 5: 온도 측정 영역
6: 절연막
11, 12: 전압 인가용 전극 13: 노치
21: 온도 측정 장치 22: 밀폐 용기
23: 스페이스 24: 서모그래프
25: 윈도우 31: 정전 척 장치
32: 정전 척부 33: 냉각 베이스부
41: 온도 측정용 웨이퍼(온도 측정용 판 형상체) 42: 열전대
43: 온 접점부 44: 접착제

Claims

판 형상체의 일방의 주면에 가열 부재를 설치하고, 또한 상기 일방의 주면 상의 상기 가열 부재를 제외한 영역의 일부에, 상기 판 형상체의 온도를 측정하기 위한 온도 측정 영역을 설치하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 온도 측정용 판 형상체.
제 1항에 있어서,
상기 가열 부재는 금속박이며, 이 금속박은 상기 일방의 주면에 절연성 접착제를 통하여 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 온도 측정용 판 형상체.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 판 형상체는, 규소, 탄화 규소, 질화 규소, Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체, Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체 중 어느 1종으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 온도 측정용 판 형상체.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 가열 부재는, 절연막에 의해 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 온도 측정용 판 형상체.
제 2항에 있어서,
상기 절연성 접착제는, 아크릴계 접착제, 에폭시계 접착제, 폴리이미드아미드계 접착제 중 어느 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 측정용 판 형상체.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 온도 측정 영역에 열전대를 접속하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 온도 측정용 판 형상체.
제 1항 또는 제 2항에 기재된 온도 측정용 판 형상체를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치.