(57)【要約】　　　（修正有）【課題】静電チャック等に保持されたシリコンウェハを突き上げて搬送し易くするための突き上げピンに温度測定機能を具備させることで、シリコンウェハに接触しても金属汚染することなく、精度よくシリコンウェハの処理温度を測定できる温度測定機能付き突き上げピンを提供する。【解決手段】厚さ２．５ｍｍ以下で熱伝導率２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のセラミックス板１により被覆された熱電対４の測温接点２を突き上げピン３の頭部に設置することにより、頭部が熱電対４による温度測定機能を具備した半導体製造装置に使用される温度測定機能付突き上げピン３を製造する。【選択図】　　　　　図１
2004022803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体製造装置に使用される突き上げピンであって、該突き上げピンの頭部が熱電対による温度測定機能を具備することを特徴とする温度測定機能付き突き上げピン。
【請求項２】
前記突き上げピンの頭部に設置された熱電対の測温接点が、厚さ２．５ｍｍ以下で熱伝導率２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のセラミックス板により被覆されていることを特徴とする請求項１に記載の温度測定機能付き突き上げピン。
【請求項３】
前記突き上げピンの先端部の厚みが２．５ｍｍ以下で熱伝導率２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のセラミックスからなり、かつ、熱電対の測温接点が突き上げピンの頭部に内蔵されていることを特徴とする請求項１に記載の温度測定機能付き突き上げピン。
【請求項４】
前記突き上げピンが熱伝導率２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のセラミックスからなり、かつ、前記突き上げピンの先端部から２．５ｍｍ以下の部位に熱電対の測温接点が固着されていることを特徴とする請求項１に記載の温度測定機能付き突き上げピン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温度測定機能付き突き上げピンに関するもので、さらに詳しくは、半導体装置などの製造工程において、静電チャック等に保持されたシリコンウェハを突き上げて搬送し易くするための突き上げピンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体の製造工程には、ＣＶＤやエッチング等の加熱処理工程があり、この際のシリコンウェハの処理温度は重要な管理項目の一つである。
従来、シリコンウェハの処理温度の測定方法としては、例えば特開昭５９−１２４１４０号公報にて開示されているように、シリコンウェハを設置するステージ（例えばヒーターや静電チャック）部材の内部に配置された熱電対により温度を測定し、このステージ部材の内部温度をフィードバック制御してシリコンウェハの処理温度を管理するのが一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の測定方法はステージ部材の内部温度を測定しているのであって、シリコンウェハの処理温度を測定しているわけではないため温度管理の制御が複雑となるという課題を有している。
さらに、シリコンウェハの固定に際しては、ステージとシリコンウェハの間にわずかな隙間を生じていることが多く、また、ステージ表面にはシリコンウェハの汚染を少なくするためのピンを形成してある場合が多く、必然的にシリコンウェハとステージに隙間ができることになり、シリコンウェハの処理温度の正確な温度制御が困難であるという課題があった。
【０００４】
そのため、特開平８−３１９１９号公報にて開示されるように、光温度計を用いてシリコンウェハの温度を直接測定する方法が考案されているが、熱電対と比較してコストがかかり、扱いの面において調整が難しく、測温プローブのわずかな汚れで測定精度が落ちるため、メンテナンスが必然的に多くなり、生産効率の低下を引き起こすことから実用的でなかった。
【０００５】
また、熱電対を直接シリコンウェハに押し当てるか、もしくはＳＵＳ製等のシース型熱電対をシリコンウェハに押し当てて温度を測定する方法も考えられるが、シリコンウェハが金属により汚染されるという課題があった。
【０００６】
そこで、本発明では静電チャック等に保持されたシリコンウェハを突き上げて搬送し易くするための突き上げピンに温度測定機能を具備させることで、シリコンウェハに接触しても金属汚染することなく、精度よくシリコンウェハの処理温度を測定できる温度測定機能付き突き上げピンを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記した本発明の目的は、半導体製造装置に使用される突き上げピンであって、該突き上げピンの頭部が熱電対による温度測定機能を具備することを特徴とする温度測定機能付き突き上げピンによって達成される。
【０００８】
また、本発明の目的は、前記突き上げピンの頭部に設置された熱電対の測温接点が、厚さ２．５ｍｍ以下で熱伝導率２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のセラミックス板により被覆されていることを特徴とする温度測定機能付き突き上げピンによって達成される。
【０００９】
また、本発明の目的は、前記突き上げピンの先端部の厚みが２．５ｍｍ以下で熱伝導率２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のセラミックスからなり、かつ、熱電対の測温接点が突き上げピンの頭部に内蔵されていることを特徴とする温度測定機能付き突き上げピンによって達成される。
【００１０】
さらに、本発明の目的は、前記突き上げピンが熱伝導率２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のセラミックスからなり、かつ、前記突き上げピンの先端部から２．５ｍｍ以下の部位に熱電対の測温接点が固着されていることを特徴とする温度測定機能付き突き上げピンによっても達成される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明では、従来の課題を解決するための手段として温度測定機能付き突き上げピンを提案しているが、突き上げピンとは実公平３−４０３７号公報や特開平１１−３４０３０９号公報にて開示されているようにリフトピンとも呼ばれ、半導体装置などの製造工程において、静電チャック等に保持されたシリコンウェハを突き上げて搬送し易くするための部材である。
【００１２】
ここで、本発明では、半導体製造装置に使用される突き上げピンであって、該突き上げピンの頭部が熱電対による温度測定機能を具備することを特徴とする温度測定機能付き突き上げピン（請求項１）を提案している。
その理由は、突き上げピンがシリコンウェハの熱処理時にはシリコンウェハの直下でステージの貫通孔内に収納されているため突き上げピンの頭部に熱電対による温度測定機能を具備することによりシリコンウェハ近傍の温度を測定することができるのではないかとの着想によるものである。
【００１３】
ここで、使用する熱電対としては、使用温度、精度を考慮して最適なものを選ぶことが好ましい。たとえば、ＪＩＳで定めるＫ型熱電対は、卑金属熱電対のなかでは高温下での安定度が最も優れ、熱起電力の直線性も良く、信頼性の高い熱電対である。半導体製造装置のシリコンウェハ処理室で使用する場合には、耐食性に優れることが望ましいため、特に白金やニッケルをベース材料とした熱電対を使用することが好ましいが、腐食性環境下で使用しない場合には特に限定されない。
また、熱電対の線径については、半導体製造装置のウェハ突き上げピンに備えて使用する際に、突き上げピンが駆動する場合には、熱電対素線に曲げ等の変形が加わることがあるため、できるだけ太いものを使用することが望ましい。しかし、取り付け構造によっては、熱電対素線からの放熱も無視できない場合があるため、あまり太くすると測定精度に問題が生じることがある。したがって、装置の周辺状況にあわせて適切な線径を選ぶことが望ましい。
【００１４】
次に、本発明では、前記突き上げピンの頭部に設置された熱電対の測温接点が、厚さ２．５ｍｍ以下で熱伝導率２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のセラミックス板により被覆されていることを特徴とする温度測定機能付き突き上げピン（請求項２）を提案している。
ここで、熱電対の測温接点の位置とセラミックス板の熱伝導率を数値限定する理由は後述するように、その数値限定範囲を満足しないとシリコンウェハの温度と熱電対の測温接点の温度が略同一となる応答時間が遅くなるため正確な温度制御が困難となるからである。
【００１５】
請求項２で開示した本発明の温度測定機能付き突き上げピンの構成の一実施例を示す模式側面図を図１に示した。ここで、１はセラミックス板で、２は熱電対の測温接点であり接着材やろう材によりセラミックス板に固着されている。これらを突き上げピン３の頭部に設置すれば本発明の構成が得られる。ここで、熱電対素線４が邪魔になる場合は、図２の他の実施例の模式側面図で示したように突き上げピン４に貫通穴５を空けて、その中に熱電対素線４を通しても良い。
【００１６】
また、図１に開示した構成では、セラミックと熱電対の固着状態によっては固着部が凹凸となり、平面が得られていない場合があり、突き上げピンに固定しにくいことがある。その場合には図３模式平面図で示したように、セラミックスブロック６に貫通穴７を空けたものを用意し、貫通穴５のなかに熱電対の測温接点２を固着すれば、突き上げピンへの固定は容易となる。
【００１７】
次に、熱電対と突き上げピンとの固定方法は、機械的な固定や、接着材やろう材等を使用した固定方法があるが、使用環境に応じて使い分けることが望ましい。
また、熱電対の測温接点とセラミック板の固着方法であるが、接着材やろう材が使用できる。接着剤としては、高温での使用を考えると無機接着剤を使用することが望ましい。無機接着剤はアルミナ系やジルコニア系などあるが、組成によっては熱伝導率が低いものがあるため、多量に使用するのは応答性が低下するため好ましくない。ろう材を使用する場合においても、ろう材を多量に使用するのは好ましくない。ろう材を多量に使用するとろう材と熱電対の間で起電力が発生し、熱電対の測定精度に問題が生じることがあるからである。
【００１８】
熱電対の測温接点を固着するセラミック板は、室温の熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが望ましい。その理由は、２０Ｗ／ｍ・Ｋより小さいとと、応答性が悪くなるからである。特に数Ｗ／ｍ・Ｋ程度の熱伝導率では、断熱性が強くなり温度が正確に測定できなくなる。そのため、使用するセラミックの材質としては、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、サイアロン等のセラミックを使用することが望ましい。
また、セラミック板の厚さは２．５ｍｍ以下とするのが望ましい。ここでいうセラミック板の厚さとは熱電対の測温接点と測定対象物との間に存在するセラミック板の厚さのことである。ここで、セラミック板の厚さが２．５ｍｍより厚くなると応答性に劣るばかりか、セラミックの厚さ方向における温度勾配が大きくなり、正確な温度測定ができなり好ましくない。
【００１９】
以上説明した構成によれば、シリコンウェハの温度を精度よく測定することが可能となる。このときの突き上げピンの材質は特にはこだわらない。熱伝導率の低い石英も使用可能である。
【００２０】
次に、本発明では、前記突き上げピンの先端部の厚みが２．５ｍｍ以下で熱伝導率２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のセラミックスからなり、かつ、熱電対の測温接点が突き上げピンの頭部に内蔵されていることを特徴とする温度測定機能付き突き上げピン（請求項３）を提案している。
請求項３で開示した本発明の温度測定機能付き突き上げピンの構成の一実施例を示す模式縦断面図を図４に示した。図４は有底孔を有する突き上げピン３の底部に熱電対の測温接点２を内蔵する構造であり。熱電対の測温接点は、突き上げピンの先端に近い方が望ましい。したがって、突き上げピンの底部（先端部）の厚みが２．５ｍｍ以下であることが好ましく、先端に近い方がより正確な温度測定ができ、応答も速くなる。
次に、熱電対の固定方法であるが、接着剤や機械式の固定等、特には規定しないが、突き上げピンに直接接触していることが望ましい。直接接触していないと正確な温度測定が難しくなり、反応も遅くなるからである。
【００２１】
次に、本発明では、前記突き上げピンが熱伝導率２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のセラミックスからなり、かつ、前記突き上げピンの先端部から２．５ｍｍ以下の部位に熱電対の測温接点が固着されていることを特徴とする温度測定機能付き突き上げピン（請求項４）を提案している。
請求項４で開示した本発明の温度測定機能付き突き上げピンの構成の一実施例を示す模式側面図を図５に示した。図５の３は突き上げピンでその表面に熱電対の測温接点２が固着する構造である。この測温接点の位置は、突き上げピンの先端に近いほうが望ましく、突き上げピンの先端部から２．５ｍｍ以下の部位であることが好ましい。それは、温度測定が正確になり、反応も速くなるからである。
また、突き上げピンの熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のセラミックスからなることが望ましい。その理由は、セラミックスの熱伝導率２０Ｗ／ｍ・Ｋより小さいと、応答性が悪くなるからである。たとえば、数Ｗ／ｍ・Ｋ程度の熱伝導率の小さいものを素材にした場合、断熱性効果により温度が正確に測定できなくなる。
【００２２】
また、突き上げピンの材質はセラミックであることが望ましい。なぜなら、突き上げピンの先端はウェハと接触を繰り返すために磨耗するため、セラミックは耐磨耗性に優れるからである。具体的な素材としては、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、サイアロン等のセラミックを使用することが望ましい。フッ素ガス等の腐食性環境下で使用する場合には、耐食性に優れる、アルミナや窒化アルミニウムを使用することが望ましい。
以上の構成を突き上げピンに備えれば、シリコンウェハの温度を精度よく測定することが可能となる。
【００２３】
以下に本発明を実施例と比較例を用いてさらに詳細に説明する。
（温度測定評価１）
温度測定機能付き突き上げピンの構成は、請求項２で開示した構成とし、表１に示した材質のセラミックス板とその厚みを変化させて温度測定評価を行った。
先ず、窒化アルミニウム製のヒーター機能を内蔵した静電チャックを用意し、この静電チャックを加熱し、シリコンウェハを吸着させて、温度測定評価を行った。
図６は温度測定評価に用いた静電チャック７の模式平面図で、図７は静電チャックの縦断面の模式図である。この静電チャックの外径はφ２００ｍｍ、厚み１０ｍｍであり、同心φ１００　ｍｍの三等配の位置３個所にφ５ｍｍの貫通孔８を形成した。さらに、この貫通孔と対象になる位置３個所に、静電チャック裏面より深さ８ｍｍの有底孔９を形成し、ここに温度比較用として外径２ｍｍのＳＵＳ製シース熱電対１０を配置することとした。ここで、使用した熱電対はいずれもＫ型熱電対を用いた。
【００２４】
次に、静電チャック７を３００℃程度に加熱し、φ１５０ｍｍ以内での面内の温度ばらつきが２℃以内となったところで、有底孔９に外径φ４のＳＵＳ製シース熱電対１０を孔底にあて温度が安定したところで測定を行った。
温度測定評価は、表１に示したセラミックス板（縦横の形状は１×１ｍｍである。）をφ４０×３０ｍｍアルミナ製突き上げピンの先端に配置し、静電チャックの下面から貫通孔８に挿入しシリコンウェハ１１の裏面に当て１０秒後の値を測定し、３ヶ所の測定値の平均値を評価温度とした。
測定後、比較のため、一般的に使用されているφ４ｍｍのＳＵＳ製シース熱電対をシリコンウェハの裏面にあてて１０秒後の値を測定し、３ヶ所の測定値の平均値を評価温度として得た。
以上のようにして得られた測定評価結果を表１にまとめて示した。
【００２５】
【表１】
2004022803.tif 000003
【００２６】
表１の結果から、従来例に相当する有底孔部位での測定温度とシース熱電対による実測値（シリコンウェハの温度に略相当する。）とは約１０℃程度の温度差があることが分かった。
それと比較して、本発明の実施例であるＮｏ．１から　Ｎｏ．６は、突き上げピンとシース熱電対による実測値とがほぼ一致しておりシリコンウェハの温度を従来より正確に測定できることが分かった。
【００２７】
一方、比較例であるＮｏ．７はセラミックス板の材質の熱伝導率が悪く、むしろセラミックが断熱材になったため、シリコンウェハの温度を正確に測定することが出来なかった。
また、比較例であるＮｏ．８はセラミック板の厚みが厚いため、この部分で放熱してしまうためシリコンウェハの温度を正確に測定することが出来ないことが分かった。
【００２８】
（温度測定評価２）
以下に本発明を他の実施例と比較例を用いてさらに詳細に説明する。
温度測定機能付き突き上げピンの構成は、請求項３で開示した構成とし、表２に示した材質のセラミックスを用いて突き上げピンとし、熱電対はＫ型熱電対を用いた。突き上げピンの形状は外径φ４ｍｍ、高さ３０ｍｍで、内径φ３ｍｍ、高さ２８ｍｍで、厚さ２ｍｍの底部を有し、この底部に熱電対を配置し、無機接着剤を入れ、突き上げピンと同材質の円柱を押し当て固定することで、温度測定機能付き突き上げピンを得た。このようにして得られた温度測定機能付き突き上げピンを用いて、上記した方法と同様にして温度測定評価を行いその結果を表２にまとめて示した。
【００２９】
【表２】
2004022803.tif 000004
【００３０】
表２の結果から、本発明の実施例であるＮｏ．１から　Ｎｏ．４は、突き上げピンとシース熱電対による実測値とがほぼ一致しておりシリコンウェハの温度を正確に測定できることが分かった。
一方、比較例であるＮｏ．５は突き上げピンの材質の熱伝導率が小さく、むしろセラミックが断熱材になってしまったため、シリコンウェハの温度を正確に測定することが出来ないことが分かった。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の突き上げピンによれば、シリコンウェハを金属汚染することなく、かつ正確にシリコンウェハの処理温度が測定できる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す模式側面図である。
【図２】本発明の他の実施例を示す模式側面図である。
【図３】貫通穴を空けたセラミックブロックを示す図である。
【図４】本発明の他の実施例を示す模式縦断面図である。
【図５】本発明の他の実施例を示す模式側面図である。
【図６】静電チャック７の模式平面図である。
【図７】静電チャック７の模式縦断面図である。
【符号の説明】
１　　セラミックス板
２　　測温接点
３　　突き上げピン
４　　熱電対素線
５　　貫通穴
６　　セラミックスブロック
７　　静電チャック
８　　貫通孔
９　　有底孔
１０　シース熱電対
１１　シリコンウェハ
【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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