(57)【要約】【課題】ウェハの面内におけるウェハの温度検知をより的確に行なうことができるウェハ型温度検知センサを提供する。【解決手段】ウェハ型温度検知センサ２１は、温度検知用のウェハ１６の上面１８に貼付される回路基板２２と、回路基板２２に搭載されており、温度検知用のウェハ１６の温度を検知する温度検知ユニット２３と、回路基板２２に搭載されており、温度検知ユニット２３により検知した温度検知用のウェハ１６の温度のデータを、温度検知用のウェハ１６の外部に送信可能なウェハデータ通信ユニット２４と、温度検知用のウェハ１６の上面１８内における複数の異なる個所に埋め込まれるようにして設けられ、埋め込まれた各位置における温度に関するデータを検出する温度データ検出部２８とを含む。ここで、回路基板２２の線膨張係数と、温度検知用のウェハ１６の線膨張係数とは、同等である。【選択図】図２
2011221006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度検知用のウェハと、
前記温度検知用のウェハの一方の面に貼付される回路基板と、
前記温度検知用のウェハの一方の面側に設けられており、温度に関するデータを検出する温度データ検出部と、
前記回路基板に搭載されており、前記温度データ検出部によって検出された温度データから前記温度検知用のウェハの温度を検知する温度検知ユニットとを含み、
前記回路基板の線膨張係数と、前記温度検知用のウェハの線膨張係数とは、同等である、ウェハ型温度検知センサ。
【請求項２】
前記回路基板は、熱圧着により前記温度検知用のウェハに貼付されている、請求項１に記載のウェハ型温度検知センサ。
【請求項３】
前記回路基板は、フレキシブル基板である、請求項１または２に記載のウェハ型温度検知センサ。
【請求項４】
前記温度データ検出部は、前記温度検知用のウェハの一方の面側において、複数設けられている、請求項１〜３のいずれかに記載のウェハ型温度検知センサ。
【請求項５】
前記温度データ検出部は、前記回路基板上に設けられている、請求項１〜４のいずれかに記載のウェハ型温度検知センサ。
【請求項６】
前記温度データ検出部と前記温度検知ユニットとを接続する導線は、前記回路基板上に設けられている、請求項５に記載のウェハ型温度検知センサ。
【請求項７】
前記温度検知ユニットにより検知した前記温度検知用のウェハの温度のデータを、前記温度検知用のウェハの外部に送信可能な送信部を含む、請求項１〜６のいずれかに記載のウェハ型温度検知センサ。
【請求項８】
前記回路基板の材質は、ポリイミド系樹脂であり、
前記温度検知用のウェハの材質は、シリコン、セラミックス、サファイヤ、およびガラスからなる群のうちの少なくとも一つの材質からなる、請求項１〜７のいずれかに記載のウェハ型温度検知センサ。
【請求項９】
前記回路基板の線膨張係数と前記温度検知用のウェハの線膨張係数との差は、５（ｐｐｍ／℃）以下である、請求項１〜８のいずれかに記載のウェハ型温度検知センサ。
【請求項１０】
温度検知用のウェハと、前記温度検知用のウェハの一方の面に貼付される回路基板と、前記温度検知用のウェハの一方の面側に設けられており、温度に関するデータを検出する温度データ検出部と、前記回路基板に搭載されており、前記温度データ検出部によって検出された温度データから前記温度検知用のウェハの温度を検知する温度検知ユニットとを含み、前記回路基板の線膨張係数と、前記温度検知用のウェハの線膨張係数とは、同等であるウェハ型温度検知センサの製造方法であって、
前記回路基板を、ウェハの処理に要する温度で熱圧着することにより前記温度検知用のウェハに貼付する熱圧着工程を備える、ウェハ型温度検知センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ウェハ型温度検知センサおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）やＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタ等の半導体素子は、被処理基板となるウェハに対して、フォトリソグラフィやエッチング、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スパッタリング等の処理を施して製造される。エッチングやＣＶＤ、スパッタリング等の処理については、例えば、そのエネルギー供給源としてプラズマを用いた処理方法、すなわち、プラズマエッチングやプラズマＣＶＤ、プラズマスパッタリングがある。
【０００３】
上記したエッチング処理等に用いられる一般的なプラズマ処理装置は、その内部で処理を行う処理容器と、処理容器内においてその上にウェハを載置するようにして保持する保持台とを備える。保持台上にウェハを保持した後、処理容器内において発生させたプラズマを用い、ウェハに対してエッチング処理やＣＶＤ処理を行う。保持台の内部には、保持台上に保持したウェハの温度を調整するヒータ等の温度調整器が設けられている。処理時においてウェハは、温度調整器により、処理に要求される適切な温度に調整される。  処理時におけるウェハの面内均一性の確保、例えば、円板状のウェハの中央側の領域と端部側の領域の処理の均一性の確保等の観点から、エッチング処理やＣＶＤ処理を行うに際しては、処理プロセス中におけるウェハの各位置における厳密な温度管理が重要となる。さらに、プロセス処理中だけではなく、ウェハの搬送中の温度管理も重要である。ここで、ウェハの温度を検知するためのウェハ型温度検知センサに関する技術が、特開２００５−１５６３１４号公報（特許文献１）や、特開２００７−１８７６１９号公報（特許文献２）に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１５６３１４号公報
【特許文献２】特開２００７−１８７６１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１や特許文献２によると、ウェハ型温度検知センサとしての温度測定装置は、被測定物としてのウェハを対象として温度を検出する温度検出手段としての温度検出ユニットと、データ処理手段としての受光ユニットとを備える。温度検出ユニットは、フレキシブル基板に搭載された温度センサと制御部からなる。フレキシブル基板は、チャンバ、すなわち、処理容器内でプラズマ処理されるウェハに搭載されている。温度検出ユニットは、検出された温度データを光パルス信号に変換して発信する。温度測定装置に備えられる受光ユニットは、温度検出ユニットに対して離れた位置に配置されて光パルス信号を受光し、温度データに復号する。
【０００６】
このように、ウェハ型温度検知センサにおいて、計測した温度データを通信により外部に送信する構成とするのは、ウェハの外部に配線を導出するのが困難であるためである。また、フレキシブル基板を用いたこのような構成とすると、測定位置の増加に伴うフレキシブル基板内の配線の多層化の観点からも有利である。なお、特許文献１においては、半導体ウェハの極一部の領域を占める制御部をポリイミド樹脂の防護層で被覆し、プラズマに対する耐久性を向上させている。
【０００７】
ここで、温度検出ユニットに備えられるフレキシブル基板は、温度検知用のウェハに搭載されるようにして配置されている。このような構成においては、温度検知用のウェハの温度を変化させた場合に以下の問題が発生する。すなわち、例えば、実使用状況下においては、要求される処理内容に応じて、処理温度を変化させる場合がある。この場合を想定して、保持台の内部に設けられた温度調整器から実際にプロセス処理されるウェハを模している温度検知用のウェハに対して加熱等を行なうが、この時に温度変化に応じて温度検知用のウェハおよびフレキシブル基板がそれぞれ変形する。そうすると、フレキシブル基板は温度検知用のウェハに対してある程度の面積を有するため、フレキシブル基板を搭載した温度検知用のウェハが一方面側またはその逆側に反ってしまうおそれがある。すなわち、特許文献１に示される半導体ウェハの極一部の領域を占める制御部をポリイミド樹脂の防護層で被覆したようなウェハについては、反りの問題が生じるおそれがある。
【０００８】
このような状況は、実際にプロセス処理されるウェハを模している温度検知用のウェハにとって、好ましくない。すなわち、温度検知用のウェハの反りの影響で、保持台の表面と温度検知用のウェハの表面との間の距離が温度検知用のウェハの各位置において異なることになり、温度検知用のウェハの各位置における均等な加熱等を行うことができないおそれがある。このように、加熱時において保持台の上に保持される温度検知用のウェハに対し、的確な加熱を行なうことができなくなると、結果として、温度検知用のウェハの面内における的確な温度検知ができないおそれがある。
【０００９】
すなわち、このようなウェハ型温度検知センサの結果に基づいて実際に半導体素子を形成するウェハにおける温度調整を行ない、処理を行えば、回路基板が設けられていない半導体素子を形成するウェハにおいて、面内において処理時における温度差が生じてしまうことになる。具体的には、実際には反りが発生しているにも関わらず、反りが発生していないものとして仮定しているウェハ型温度検知センサにおいて、中央部の領域が端部の領域に比べて温度が低い結果が出れば、保持台における温度調整において、中央部の領域よりも端部の領域の温度を高くするよう加熱してプロセス処理を行おうとする。しかし、半導体素子を形成するウェハにおいては、回路基板が設けられておらず、実際には反りが発生していないため、端部の領域において保持台から過剰に加熱され、温度が高くなってしまうことになる。そうすると、半導体素子を形成する際におけるウェハの処理の面内均一性を阻害してしまうおそれがある。このような観点から、温度検知用のウェハの面内における的確な温度検知が望まれる。  この発明の目的は、温度検知用のウェハの面内における温度検知用のウェハの温度検知をより的確に行なうことができるウェハ型温度検知センサを提供することである。
【００１０】
この発明の他の目的は、温度検知用のウェハの面内における温度検知用のウェハの温度検知をより的確に行なうことができるウェハ型温度検知センサの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係るウェハ型温度検知センサは、温度検知用のウェハと、温度検知用のウェハの一方の面に貼付される回路基板と、温度検知用のウェハの一方の面側に設けられており、温度に関するデータを検出する温度データ検出部と、回路基板に搭載されており、温度データ検出部によって検出された温度に関するデータから温度検知用のウェハの温度を検知する温度検知ユニットとを含む。ここで、回路基板の線膨張係数と、温度検知用のウェハの線膨張係数とは、同等である。
【００１２】
このようなウェハ型温度検知センサによると、回路基板の線膨張係数と温度検知用のウェハの線膨張係数とが同等であるため、温度検知用のウェハへの加熱等により温度検知用のウェハの温度変化があった場合でも、温度検知用のウェハの温度変化に起因する変形に追従して回路基板も同じように変形することができる。そうすると、温度変化時における温度検知用のウェハの反りを抑制することができ、実際に処理されるウェハと同様に、温度検知用のウェハの各位置における均等な加熱等を行うことが容易になる。したがって、温度検知用のウェハの温度検知をより的確に行なうことができる。
【００１３】
好ましくは、回路基板は、熱圧着により温度検知用のウェハに貼付されている。こうすることにより、実際の処理温度に近い温度で熱圧着させて、温度検知用のウェハの反りの影響を低減することができる。したがって、温度検知用のウェハの面内における温度検知用のウェハの温度検知をさらに的確に行なうことができる。
【００１４】
好ましい一実施形態として、回路基板の材質は、ポリイミド系樹脂であり、温度検知用のウェハの材質は、シリコン、セラミックス、サファイヤ、およびガラスからなる群のうちの少なくとも一つの材質からなる。
【００１５】
なお、回路基板の線膨張係数と温度検知用のウェハの線膨張係数との差は、５（ｐｐｍ（ｐａｒｔｓ  ｐｅｒ  ｍｉｌｌｉｏｎ）／℃）以下であるように構成してもよい。  さらに好ましい一実施形態として、回路基板は、フレキシブル基板である。
【００１６】
さらに好ましくは、温度データ検出部は、温度検知用のウェハの一方の面側において、複数設けられている。
【００１７】
また、温度データ検出部は、回路基板上に設けられていてもよい。また、温度データ検出部と温度検知ユニットとを接続する導線は、回路基板上に設けられていてもよい。
【００１８】
また、温度検知ユニットにより検知した温度検知用のウェハの温度のデータを、温度検知用のウェハの外部に送信可能な送信部を含むよう構成してもよい。
【００１９】
この発明の他の局面において、ウェハ型温度検知センサの製造方法は、温度検知用のウェハと、温度検知用のウェハの一方の面に貼付される回路基板と、温度検知用のウェハの一方の面側に設けられており、温度に関するデータを検出する温度データ検出部と、回路基板に搭載されており、温度データ検出部によって検出された温度データから温度検知用のウェハの温度を検知する温度検知ユニットとを含み、回路基板の線膨張係数と、温度検知用のウェハの線膨張係数とは、同等であるウェハ型温度検知センサの製造方法である。ここで、ウェハ型温度検知センサの製造方法は、回路基板を、ウェハの処理に要する温度で熱圧着することにより温度検知用のウェハに貼付する熱圧着工程を備える。
【００２０】
このようなウェハ型温度検知センサの製造方法によると、製造されたウェハ型温度検知センサにおいて、回路基板と温度検知用のウェハとが、実際の処理に要する温度で熱圧着されているため、実際の処理に要する温度状況下において、線膨張係数の差による反りの影響を極めて小さくすることができ、保持台の表面とウェハ型温度検知センサの表面との平行度合いを高くした状態で、温度検知を行うことができる。したがって、実際の処理時における温度検知をより的確に行うことができる。
【発明の効果】
【００２１】
このようなウェハ型温度検知センサによると、回路基板の線膨張係数と温度検知用のウェハの線膨張係数とが同等であるため、温度検知用のウェハへの加熱等により温度検知用のウェハの温度変化があった場合でも、温度検知用のウェハの温度変化に起因する変形に追従して回路基板も同じように変形することができる。そうすると、温度変化時における温度検知用のウェハの反りを抑制することができ、実際に処理されるウェハと同様に、温度検知用のウェハの各位置における均等な加熱等を行うことが容易になる。したがって、温度検知用のウェハの温度検知をより的確に行なうことができる。
【００２２】
また、このようなウェハ型温度検知センサの製造方法によると、製造されたウェハ型温度検知センサにおいて、回路基板と温度検知用のウェハとが、実際の処理に要する温度で熱圧着されているため、実際の処理に要する温度状況下において、線膨張係数の差による反りの影響を極めて小さくすることができ、保持台の表面とウェハ型温度検知センサの表面との平行度合いを高くした状態で、温度検知を行うことができる。したがって、実際の処理時における温度検知をより的確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ウェハの処理を行うプラズマ処理装置の一部を概略的に示す概略断面図である。
【図２】この発明の一実施形態に係るウェハ型温度検知センサを板厚方向から見た図である。
【図３】温度検知用のウェハの反りを誇張して表現した温度検知用のウェハの断面図である。
【図４】温度検知用のウェハの温度を測定する測定位置を概略的に示す図である。
【図５】到達温度と時間との関係を示すグラフである。
【図６】到達温度とギャップとの関係を示すグラフである。
【図７】到達温度の差とギャップとの関係を示すグラフである。
【図８】この発明の他の実施形態に係るウェハ型温度検知センサを板厚方向から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。まず、ウェハのプラズマ処理を行うプラズマ処理装置の構成について、簡単に説明する。図１は、ウェハのプラズマ処理を行うプラズマ処理装置の一例を示す概略断面図である。図１を参照して、プラズマ処理装置１１は、マイクロ波をプラズマ源とするマイクロ波プラズマ処理装置である。プラズマ処理装置１１は、実際に処理を行うウェハ、すなわち、実際にその上に半導体素子等を形成するウェハを収容可能であり、その内部で収容したウェハのプラズマ処理を行う処理容器１２と、処理容器１２内においてウェハを保持する保持台１３とを備える。ウェハは、保持台１３上において、真空チャックや静電チャック、メカニカルクランプ等を用いて載置されるようにして保持されている。ウェハとしては、例えば、φ３００ｍｍ程度のものが用いられる。なお、図１においては、理解の容易の観点から、実際に処理を行うウェハと同等の温度検知用のウェハ１６を、保持台１３上に載置している。実際に処理を行うウェハと同等とは、例えば、その材質や、大きさ、厚み等の形状が同等であることをいう。
【００２５】
実際の処理時においては、処理容器１２内を所定の圧力に減圧した後、処理容器１２内にプラズマ処理用のガスを供給し、保持台１３上に保持されたウェハに対して、処理容器１２内で生成したプラズマによりエッチング処理やＣＶＤ処理等を行う。ここで、処理においては、保持台１３の内部に設けられた温度調整器１５により、ウェハの温度を処理に適した温度に調整した上で行なう。温度調節器１５は、具体的には、例えば、保持台１３の内部の中央領域および端部領域に設けられた冷媒やヒータ等であり、保持台１３の中央領域および端部領域をそれぞれ別個に調整することが可能である。具体的には、処理を行う前に、温度調整器１５により保持台１３の加熱または冷却等を行い、保持台１３上のウェハの温度を調整する。こうすることにより、プロセス処理における面内均一性の確保等、より効率的な処理を行うことができる。
【００２６】
次に、この発明の一実施形態に係るウェハ型温度検知センサの構成について説明する。図２は、この発明の一実施形態に係るウェハ型温度検知センサを概略的に示す外観図である。図２は、図１中の矢印ＩＩの方向から見た図に相当し、温度検知用のウェハ１６の板厚方向のうち、後述する回路基板が配置された側から見た図である。
【００２７】
図１および図２を参照して、この発明の一実施形態に係るウェハ型温度検知センサ２１は、円板状の温度検知用のウェハ１６と、温度検知用のウェハ１６の板厚方向の一方の面となる上面１８に配置される円板状の回路基板２２と、回路基板２２に搭載されており、温度検知用のウェハ１６における上面１８内の各所の温度を検知する温度検知機構としての温度検知ユニット２３と、回路基板２２に搭載されており、温度検知用のウェハ１６の外部との通信を行うウェハデータ通信ユニット２４と、温度検知用のウェハ１６の外部において温度検知用のウェハ１６に離隔して設けられ、ウェハデータ通信ユニット２４との通信を行う外部データ通信ユニット２５とを備える。外部データ通信ユニット２５は、図１において、処理容器１２の外部に設けられている。ウェハデータ通信ユニット２４と外部データ通信ユニット２５の間で、データの送受信を行なうことができる。すなわち、ウェハデータ通信ユニット２４と外部データ通信ユニット２５の間では、無線で通信を行うことができ、ここでは、ウェハデータ通信ユニット２４は、温度検知ユニット２３により検知した温度検知用のウェハ１６の温度のデータを、温度検知用のウェハ１６の外部に送信可能な送信部として作動する。回路基板２２上には、温度検知ユニット２３とウェハデータ通信ユニット２４とをその一部に含む回路が形成されており、この回路全体を制御する制御ユニット２６についても、回路基板２２上に設けられている。回路基板２２は、柔軟性が良好なフレキシブル基板である。回路基板２２には、回路を構成するアンプやプロセッサ、メモリ、電源等がさらに設けられているが、理解の容易の観点から、それらの図示は省略している。
【００２８】
回路基板２２は、円板状の温度検知用のウェハ１６の中央領域に設けられている。なお、図２による開示等から明らかであるが、回路基板２２についても円板状であって、回路基板２２の径については、ウェハの径のおおよそ三分の一程度である。回路基板２２は、温度検知用のウェハ１６の上に貼付するようにして設けられている。具体的には、回路基板２２のうち、温度検知用のウェハ１６に対向する側の面となる下面２７と、温度検知用のウェハ１６のうち、回路基板２２に対向する側の上面１８とが熱圧着されている。熱圧着の温度としては、実際の処理温度に近い温度の一つである約１２０℃が選択される。
【００２９】
温度検知ユニット２３には、温度検知用のウェハ１６の上面１８内における複数の異なる個所に埋め込まれるようにして設けられ、埋め込まれた各位置における温度に関するデータを検出する温度データ検出部２８が、導線２９を介して取り付けられている。なお、図２による開示等から明らかであるが、温度データ検出部２８については、複数設けられている。温度データ検出部２８により検知した温度検知用のウェハ１６の各位置における温度のデータが導線２９を介して温度検知ユニット２３に入力される。入力された各位置における温度のデータは、ウェハデータ通信ユニット２４により、外部データ通信ユニット２５に送信される。このようにして、通信により、温度検知用のウェハ１６の面内における各位置の温度を正確に温度検知用のウェハ１６の外部に取り出すことができる。
【００３０】
ここで、上記した温度検知用のウェハ１６の線膨張係数、いわゆる熱膨張係数と、回路基板２２の線膨張係数とは、同等となるように構成されている。ここで、回路基板２２の線膨張係数とは、回路基板２２の全体としての線膨張係数をいう。具体的には、温度検知用のウェハ１６の材質は、線膨張係数が２．６〜３．５（ｐｐｍ／℃）のシリコン（Ｓｉ）である。そして、回路基板２２の材質は、線膨張係数が３．５（ｐｐｍ／℃）のポリイミド系樹脂である。
【００３１】
このようなウェハ型温度検知センサは、回路基板２２の線膨張係数と温度検知用のウェハ１６の線膨張係数とが同等であるため、温度検知用のウェハ１６への加熱等により温度検知用のウェハ１６の温度変化があった場合でも、温度検知用のウェハ１６の温度変化に起因する変形に追従して回路基板も同じように変形することができる。そうすると、温度変化時における温度検知用のウェハ１６の反りを抑制することができ、実際に処理されるウェハと同様に、温度検知用のウェハ１６の各位置における均等な加熱等を行うことが容易になる。したがって、温度検知用のウェハ１６の温度検知をより的確に行なうことができる。
【００３２】
なお、この場合、回路基板と温度検知用のウェハとは熱圧着により貼付されているが、熱圧着の温度を起点として反りの凹凸が分かれるため、実際の処理温度に近い温度で熱圧着させて、温度検知用のウェハの反りの影響を低減することができる。すなわち、この発明の一実施形態に係るウェハ型温度検知センサの製造方法は、温度検知用のウェハと、温度検知用のウェハの一方の面に貼付される回路基板と、温度検知用のウェハの一方の面側に設けられており、温度に関するデータを検出する温度データ検出部と、回路基板に搭載されており、温度データ検出部によって検出された温度データから温度検知用のウェハの温度を検知する温度検知ユニットとを含み、回路基板の線膨張係数と、温度検知用のウェハの線膨張係数とは、同等であるウェハ型温度検知センサの製造方法であって、回路基板を、ウェハの処理に要する温度で熱圧着することにより温度検知用のウェハに貼付する熱圧着工程を備える。
【００３３】
このようなウェハ型温度検知センサの製造方法によると、製造されたウェハ型温度検知センサにおいて、回路基板と温度検知用のウェハとが、実際の処理に要する温度で熱圧着されているため、実際の処理に要する温度状況下において、線膨張係数の差による反りの影響を極めて小さくすることができ、保持台の表面とウェハ型温度検知センサの表面との平行度合いを高くした状態で、温度検知を行うことができる。したがって、実際の処理時における温度検知をより的確に行うことができる。すなわち、常温下において多少反っていたとしても、実際の処理温度に近い温度においては、温度検知用のウェハの表面、例えば、温度検知用のウェハのうち、保持台に対向する側の面である下面が保持台の平面、具体的には温度検知用のウェハが載置される側である保持台の上面に対して平行になるようにすることができる。熱圧着工程を行う際に用いられる処理台は、実際の処理時にウェハが搭載される保持台と同等の平行度（フラットネス）を持っていることが、各位置における的確な温度検知の観点から望ましい。したがって、温度検知用のウェハの面内における温度検知用のウェハの温度検知をさらに的確に行なうことができる。すなわち、回路基板の線膨張係数と温度検知用のウェハの線膨張係数とを同等とし、さらに回路基板と温度検知用のウェハとの熱圧着を実際の処理温度に近い温度とすることにより、微小な線膨張係数の差に起因した反りの発生を極力抑制した状態で、温度検知用のウェハの各位置における加熱等を行い、温度検知用のウェハの各位置における温度検知を行なって、温度検知用のウェハの各位置における温度検知の精度を上げるものである。具体的には、実際に半導体素子を形成するウェハにおいて、実際に半導体素子を形成するプロセス処理の一工程であるエッチング処理等において適用される温度、例えば、１２０℃で熱圧着する。
【実施例】
【００３４】
この発明の一実施形態に係るウェハ型温度検知センサにおいて、備えられる温度検知用のウェハの反り量を測定した。図３は、温度検知用のウェハの反りを誇張して表現した温度検知用のウェハの断面図である。図３を参照して、温度検知用のウェハ１６としては、φ６インチであって、その材質をシリコンとする温度検知用のウェハを用いた。温度検知用のウェハ１６の厚みは、６２５μｍであった。また、温度検知用のウェハ１６と回路基板２２との間には、熱圧着用の接着シート３１を介在させ、熱圧着により温度検知用のウェハ１６と回路基板２２とを貼付した。回路基板２２は、約８５ｍｍ×８５ｍｍのサイズのものを用いた。そして、回路基板２２を温度検知用のウェハ１６に熱圧着した後、定盤３２上で室温から２００℃まで温度を上昇させた場合の反り量を測定した。反り量については、図３に示すように、定盤３２の上面３３から温度検知用のウェハ１６の端部３４における下面３５までの板厚方向の長さＬ１を測定し、これを反り量とした。
【００３５】
ここで、比較例１として、回路基板２２を厚み１ｍｍの汎用ガラスエポキシ系樹脂のリジッド基板としたもの、比較例２として、回路基板２２を厚み０．１ｍｍの汎用ガラスエポキシ系樹脂のフレキシブル基板としたもの、比較例３として、回路基板２２を厚み５０μｍ以下の液晶ポリマー系フレキシブル基板としたもの、実施例１として、回路基板２２を厚み５０μｍ以下のポリイミド系樹脂フレキシブル基板としたものを用いた。各例における線膨張係数は、表１に示す通りである。ここで、Ｋは、絶対温度、すなわち、ケルビンである。
【００３６】
【表１】
2011221006.tif 000003
【００３７】
表１を参照して、シリコンの線膨張係数は、２９３Ｋで２．６程度であり、５００Ｋで、３．５程度である。これに対し、ガラスエポキシ系樹脂では、方向に依存するが、１５〜３２０程度であり、１〜２桁異なる。液晶ポリマー系フレキシブル基板では、１８であり、１桁異なる。一方、ポリイミド系樹脂フレキシブル基板では、３．５程度であり、シリコンと同等である。
【００３８】
反り量については、比較例１においては、反り量は、５ｍｍであり、比較例２においては、反り量は、２ｍｍであり、比較例３においては、反り量は、１ｍｍであった。これらに対し、実施例１においては、反り量は、２０μｍ以下であった。
【００３９】
このように、温度検知用のウェハ１６の線膨張係数と回路基板２２の線膨張係数とを同等とすることにより、反り量を大きく低減することができる。
【００４０】
次に、この反りにより生ずるギャップと、温度検知用のウェハの温度特性との関係について説明する。図４は、温度検知用のウェハ１６の温度を測定する測定位置を概略的に示す図である。なお、図４は、温度検知用のウェハ１６の一部を板厚方向に切断した拡大断面図に相当する。図４を参照して、定盤３２の上方には、シリコン製の温度検知用のウェハ１６が配置されており、温度検知用のウェハ１６の上方には、形成されたシリコン酸化膜３６を介して、回路基板２２が圧着されている。温度検知用のウェハ１６の厚みは、７７５μｍであり、温度検知用のウェハ１６の下面３５から板厚方向上方に７７５μｍの位置を、温度の測定位置３７とした。すなわち、図４中の長さ寸法Ｌ２で示される長さは、７７５μｍである。
【００４１】
熱を供給する定盤３２と温度検知用のウェハ１６との間には、ギャップ３８が設けられており、ギャップ３８の物性は、大気を想定した。このギャップ３８の間隔、すなわち、図４中の長さ寸法Ｌ３で示される定盤３２の上面３３と温度検知用のウェハ１６の下面３５との間の長さをそれぞれ１００μｍ、５００μｍとした場合の測定位置３７における温度を解析した。定盤３２の温度は、１３０℃としている。
【００４２】
図５は、到達温度と時間との関係を示すグラフである。図５において、縦軸は、測定位置における温度（℃）を示し、横軸は経過時間（秒）を示す。図５を参照して、ギャップが１００μｍの場合、１５秒経過後において、既に１２０℃に達しているのに対し、ギャップが５００μｍの場合、１５秒経過後においても、未だ１１５℃程度である。すなわち、１５秒経過後においては、ギャップが１００μｍの場合とギャップが５００μｍの場合との間で、５℃程度の温度差が生じることになる。このような大きな温度差は、例えば、プロセス処理における処理の内容によっては、面内均一性を大きく損ねることになる。
【００４３】
図６は、最終的な測定位置における到達温度とギャップとの関係を示すグラフである。図６において、縦軸は、測定位置における到達温度（℃）を示し、横軸はギャップ（μｍ）を示す。図７は、ギャップ１００μｍの場合との到達温度の差とギャップとの関係を示すグラフである。図７において、縦軸は、測定位置における到達温度の差（℃）を示し、横軸はギャップ（μｍ）を示す。図６および図７を参照して、上記した実施例１における反り量である２０μｍでは、定盤の温度が１３０℃の場合に、０．４２℃程度の低下である。しかし、上記した比較例１における反り量である５ｍｍでは、到達温度は、８０℃を下回り、実施例１における場合と比較して、５１℃程度低下してしまうことになる。このように、最終的な到達温度においても、大きく差が出てしまうことになる。実使用上、要求されるプロセス条件では、その温度差は０．１℃以下と厳しく、比較的温度差が緩和される条件においても、２℃以下とすることが好ましいため、この数百μｍのギャップの差は、到達温度の観点から非常に大きい影響を与えるものである。
【００４４】
なお、上記の実施の形態においては、温度検知用のウェハの材質をシリコンとしたが、温度検知用のウェハの材質がシリコンと異なる場合について説明する。温度検知用のウェハの材質として挙げられるセラミックス（アルミナ９９．６％）、サファイヤ、石英等に代表されるガラスのそれぞれの線膨張係数は、８．２（ｐｐｍ／℃）、７．７（ｐｐｍ／℃）、０．６（ｐｐｍ／℃）であり、各温度検知用のウェハの材質の線膨張係数に応じて、同等の線膨張係数を有する材質を回路基板の材質として選択するとよい。この場合、もちろん回路基板の材質を温度検知用のウェハの材質と全く同じ材質とするのがよいが、上記したセラミックス（アルミナ９９．６％）、サファイヤ、ガラスの線膨張係数は、おおよそ１桁オーダーであるため、同様に１桁オーダーであるポリイミド系樹脂を用いることにしてもよい。このような材質を選択して、例えば、セラミックスの線膨張係数とポリイミド系樹脂の線膨張係数との差である５（ｐｐｍ／℃）以下とすることが好ましい。さらに、上記においては、回路基板の材質を具体的にポリイミド系樹脂としたが、これに限らず、線膨張係数が同等な他の材質を用いることとしてもよい。
【００４５】
なお、上記の実施の形態においては、熱圧着により回路基板とウェハとを貼付することにしたが、これに限らず、他の貼付方法、例えば、接着剤によって回路基板と温度検知用のウェハとを貼付するようにしてもよい。
【００４６】
なお、上記の実施の形態においては、円板状の回路基板の径は、温度検知用のウェハの三分の一程度とし、温度検知用のウェハの各位置において、温度データ検出部が取り付けられている構成としたが、これに限らず、回路基板の大きさを温度検知用のウェハの大きさとほぼ同じとし、回路基板上に温度データ検出部を設ける構成としてもよい。
【００４７】
図８は、この場合のウェハ型温度検知センサを示す図であり、図２に相当するものである。図８に示すこの発明の他の実施形態に係るウェハ型温度検知センサについて、図２に開示のウェハ型温度検知センサと同等の構成のものについては、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４８】
図８を参照して、この発明の他の実施形態に係るウェハ型温度検知センサ４１は、円板状の回路基板４２を備える。回路基板４２については、温度検知用のウェハ１６よりもやや小さい径で構成されるものである。また、回路基板４２に、温度データ検出部２８および導線２９が取り付けられるものである。
【００４９】
このような構成においては、回路基板４２上に温度検知ユニット２３、温度データ検出部２８、導線２９等が取り付けられており、ウェハ型温度検知センサ４１を構成する各部材をまとめて一つの回路基板４２上に設けることができるので、比較的容易に製造することができる。したがって、製造時におけるコストダウンを図る観点からすれば、このような構成としてもよい。なお、回路基板４２の大きさを図８に示すように比較的大きくすれば、回路基板４２と温度検知用のウェハ１６との接触面積が大きくなることになる。ここで、接触面積が大きくなると、いわゆる線膨張係数の差に起因する反りの影響が大きくなるが、本願発明によると、このような線膨張係数の差に起因する反りの影響を非常に小さくすることができる。すなわち、図８に示すような構成であれば、本願発明の効果を多く享受することができるものである。
【００５０】
また、上記した図２および図８に示す構成において、複数設けられる温度データ検出部２８については、その一部が回路基板２２、４２の上に取り付けられており、他が回路基板２２、４２ではなく、温度検知用のウェハ１６の上に取り付けられる構成であってもよい。もちろん、温度データ検出部２８が一つだけ設けられている構成であってもよい。
【００５１】
また、上記の実施の形態においては、回路基板をフレキシブル基板としたが、これに限らず、例えば、リジッド基板を用いることにしてもよい。この場合、リジッド基板については、温度検知用のウェハの変形への追随の観点から、できるだけ薄い方が望ましく、例えば、その厚みとして１００μｍ以下のものが好適である。
【００５２】
なお、上記の実施の形態においては、ウェハデータ通信ユニットと外部データ通信ユニットの間で、無線で通信を行うこととしたが、これに限らず、ウェハデータ通信ユニットと外部データ通信ユニットの間で有線で通信を行うように構成してもよい。また、温度検知ユニットにより検知された温度検知用のウェハの温度をメモリ等に記憶し、温度検知用のウェハを処理容器の外部に取り出した際に、メモリから温度検知用のウェハの温度を得るように構成してもよい。
【００５３】
なお、上記のようなウェハ型温度検知センサは、上記したようなマイクロ波をプラズマ源としたプラズマ処理装置に用いられるのみでなく、例えば、用いるプラズマを平行平板型プラズマ、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ−Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）プラズマ等としたプラズマ処理装置にも適用される。さらに、プラズマを用いない他の半導体プロセス、例えば、フォトリソグラフィ工程や熱酸化炉における熱酸化工程、さらには、ウェハの搬送工程等において、十分に適用される。すなわち、フォトリソグラフィ工程等におけるウェハの温度管理において、上記した構成のウェハ型温度検知センサを用い、的確な温度検知を行なうことができる。  以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１１  プラズマ処理装置、１２  処理容器、１３  保持台、１８，３３  上面、１５  温度調整器、１６  ウェハ、２７，３５  下面、２１，４１  ウェハ型温度検知センサ、２２，４２  回路基板、２３  温度検知ユニット、２４  ウェハデータ通信ユニット、２５  外部データ通信ユニット、２６  制御ユニット、２８  温度データ検出部、２９  導線、３１  接着シート、３２  定盤、３４  端部、３６  シリコン酸化膜、３７  測定位置、３８  ギャップ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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