(57)【要約】【課題】被処理基板又は温度調節ステージの温度を正確に測定することができるようにする。【解決手段】温度調節ステージ（４００）に基板（４０２）を設置して処理するプロセス中で、前記基板（４０２）又は前記温度調節ステージ（４００）の温度を測定する温度測定装置は、前記基板（４０２）表面若しくはその近傍、又は前記温度調節ステージ（４００）表面若しくはその近傍に、有意な面積を持った二次元温度センサ（６００）を備え、前記二次元温度センサ（６００）の面積に対応する前記基板（４０２）又は前記温度調節ステージ（４００）の領域の温度を測定できるようになっている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度調節ステージ（４００）に基板（４０２）を設置して処理するプロセス中で、前記基板（４０２）又は前記温度調節ステージ（４００）の温度を測定する装置において、
前記基板（４０２）表面若しくはその近傍、又は前記温度調節ステージ（４００）表面若しくはその近傍に、有意な面積を持った二次元温度センサ（６００）を備え、前記二次元温度センサ（６００）の面積に対応する前記基板（４０２）又は前記温度調節ステージ（４００）の領域の温度を測定できるようになっている温度測定装置。
【請求項２】
前記二次元温度センサ（６００）が、フィルム状又は板状の基体（６０１）に担持されたものであって、前記温度調節ステージ（４００）の表面上に配置されていることを特徴とする請求項１記載の温度測定装置
【請求項３】
温度調節ステージ（４００）上で温度調節されつつ処理される被処理基板であって、
前記被処理基板の表面又は内部に、有意な面積を持った二次元温度センサ（６００）を備え、前記二次元温度センサ（６００）の面積に対応した前記被処理基板の領域の温度を測定できるようになっている被処理基板。
【請求項４】
温度調節ステージ（４００）に基板（４０２）を設置して処理するプロセス中で、前記基板（４０２）又は前記温度調節ステージ（４００）の温度を測定する装置において、
前記温度調節ステージ（４００）表面上に配置された温度センサ（６００）と、
前記温度調節ステージ表面（４００）と前記温度センサ（６００）との間に介在する断熱材（６０５）と
を備える温度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温度調節ステージに基板を設置して処理するプロセス中で、基板又は温度調節ステージの温度を測定する温度測定装置、及び、温度調節ステージ上で温度調節されつつ処理される被処理基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば半導体製品の製造工程では、半導体ウエハの温度を調節しつつ、その半導体ウエハにレジスト液を塗布してコーティングしたりその後にエッチングを施したり等の処理が行われる。従来、半導体ウェハ等のように何らかの処理が施される基板（以下、「被処理基板」と言う）の温度調節ステージとして、例えば、その被処理基板を載置するための載置プレートと、ペルチェ効果を利用して被処理基板を加熱又は冷却する半導体熱電変換モジュール（以下、「熱電モジュール」と言う）と、熱電モジュールが放った熱を放散するための熱交換プレートとを備えたものが考えられる。この温度調節ステージは、載置プレートと熱交換プレートとの間に、熱電モジュールを挟んだ構成となっている。熱電モジュールは、一般に、２枚の矩形状セラミックス板の間に、電極によってパイ型に結合され且つ電気的には直列に接続された多数の直方体形のＰ型半導体素子とＮ型半導体素子との２次元配列を挟み込んだものである。熱電モジュールに電流を流すと、ペルチェ効果によって一方のセラミック板の表面（熱交換面）で吸熱をし、他方のセラミック板の表面（熱交換面）で放熱をする。
【０００３】
このような温度調節ステージに被処理基板を載置して温度調節する際、被処理基板の温度をなるべく正確に測定することが大事である。従来、被処理基板の温度を測定するための方法として、載置プレートに熱電対を直接埋め込みその熱電対を用いて測定する第１の方法がある（特許文献１参照）。また、ＲＴＤ（白金測温抵抗体）が直接埋め込まれそれにリードが接着されたプローブウエハ（非特許文献１参照）を温度調節ステージに載置し、ＲＴＤを介してリードを流れる電流値に基づいてプローブウエハの温度を測定し、そのプローブウエハの温度測定の結果から、被処理基板の温度を推定する第２の方法が考えられる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１１８６６２号公報。
【０００５】
【非特許文献１】
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｅｎｓａｒｒａｙ．ｃｏｍ／ｐｕｂｌｉｃ／ｄｏｃｓ／ｂｒｏｃｈｕｒｅｓ／１８４０Ａ−２００１．ｐｄｆ
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
第１の方法では、温度センサとなる熱電対は載置プレート内に埋め込まれているので、載置プレートそれ自体の温度を測定することはできても、被処理基板の温度を測定することは実質的に無理である。また、載置プレート内に点状温度センサを挿入するため、その温度センサを挿入するための穴をどこに設けたら良いか、どの程度の深さで穿てば良いか等、温度センサの位置決めが難しい。また、局所的にしか温度を測定することができないため、或る同一の領域内に温度センサが備えられても、その点状温度センサの実装位置によっては、例えば個々の熱電変換素子の吸熱又は発熱の能力差等によって、温度測定結果に著しい差が生じることがある。そのため、温度調節ステージを複数台製作した場合には、機体毎に温度測定精度にばらつきが出る可能性があり好ましくない（これは、上述したプローブウエハについても同様である）。
【０００７】
一方、第２の方法では、温度センサとなるＲＴＤがプローブウエハに直接埋め込まれているので、プローブウエハそれ自体の温度測定は可能ではあるが、ＲＴＤは、プローブウエハ内に離散的に点状に分布しているため、局所的にしか温度を測定することができない。このため、ＲＴＤが配置されていない箇所の温度は、複数箇所でそれぞれ測定された複数の温度を統計的手法で補間処理した温度（以下、「補間温度」と言う）として求めるしかないが、これでは、例えばＲＴＤが配置されていない箇所で動的な温度差が存在している場合には、その求められた補間温度は実際の温度を正確に反映していないことになる。従って、プローブウエハの温度を正確に測定することは難しい。
【０００８】
以上の問題点を解消するために、ＲＴＤを密に分布させれば良いと考えられるかもしれないが、そうすると、例えば（１）〜（４）、
（１）多数の温度データが生じその処理に時間がかかる、及び／又は、複数箇所の温度計測時点に差が生じてしまい、計測の同時性が損なわれる、
（２）リードの本数の増加によって、プローブウエハの熱がリードに移動してしまう等、プローブウエハの温度に影響を及ぼす、
（３）ＲＴＤの数の増加でコストが高くなる、
（４）ＲＴＤとリードとの接着は半田付け或いは溶接であり、物理的又は機械的な外力（例えば、手で触れる、風を当てる、薬品で洗浄する等）に対して脆弱である、
といった問題が生じてしまい得策ではない。
【０００９】
また、第２の方法では、予めプローブウエハの温度を測定しておき、その温度測定結果に基づいて実際の被処理基板の温度を推定するというものなので、被処理基板それ自体の温度を測定しているわけではない。それならば、被処理基板それ自体にＲＴＤを埋め込み、そのＲＴＤにリードを接着すれば良い、つまり、被処理基板を上述したプローブウエハのようにすれば良いと考えられるかもしれないが、そうすると、例えば以下の（Ａ）〜（Ｃ）、
（Ａ）被処理基板の表面にＲＴＤが実装されるので、被処理基板の表面に特定の処理を施すこと（例えば、レジスト膜を形成すること）ができない、
（Ｂ）被処理基板からリードが延び出ているので、被処理基板の表面に特定の処理を施すことができない、
（Ｃ）複数のリードが被処理基板の表面を這っているので、被処理基板上方の気流を乱し被処理基板の温度に影響を与える、
の問題が生じてしまうので得策ではない。
【００１０】
また、第２の方法では、ＲＴＤは２ｍｍ程度の厚さを有し、プローブウエハ表面又はその表面に設けられた凹みの底にそのＲＴＤが接着されるようになっているので、プローブウエハの厚み方向の温度差を考慮した計測ができない。また、プローブウエハに凹みを設けると、プローブウエハの表面と裏面との間で急激に温度差が生じたとき、その温度差に起因する熱膨張又は収縮に伴うストレスによってプローブウエハが破損してしまう可能性がある。
【００１１】
以上のような問題は、被処理基板のみならず、温度調節ステージそれ自体（例えば載置プレートそれ自体）の温度を測定したい場合にも生じ得るものである。
【００１２】
従って、本発明の目的は、被処理基板又は温度調節ステージの温度を正確に測定することができるようにすることにある。
【００１３】
本発明の別の目的は、被処理基板に所定の処理を施している最中でも、被処理基板それ自体の温度を測定することができるようにすることにある。
【００１４】
本発明のまた別の目的は、温度調節ステージ又は被処理基板を複数個製作した場合に、機体毎に温度測定精度にばらつきが出る可能性を少なくすることにある。
【００１５】
本発明の更なる目的は、後述する実施の形態の記載から明らかになるであろう。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この欄の記述において、カッコ内の数字は、添付の図面に記載の要素との対応関係を例示するものであるが、これは、単なる説明のための例示にすぎず、本発明の技術的範囲を限定する趣旨ではない。
【００１７】
本発明の第１の側面に従う温度測定装置は、温度調節ステージ（４００）に基板（４０２）を設置して処理するプロセス中で、前記基板（４０２）又は前記温度調節ステージ（４００）の温度を測定する装置であって、前記基板（４０２）表面若しくはその近傍、又は前記温度調節ステージ（４００）表面若しくはその近傍に、有意な面積を持った二次元温度センサ（６００）を備え、前記二次元温度センサ（６００）の面積に対応する前記基板（４０２）又は前記温度調節ステージ（４００）の領域の温度を測定できるようになっている。
【００１８】
この温度測定装置によれば、二次元温度センサ（６００）の面積に対応する領域の温度を測定する、つまり面状に温度を測定することができる。このため、例えば、その領域内において局所的に温度差が生じても、測定される温度は、その領域内の代表温度（例えば領域内の平均温度）となるので、温度調節ステージ（４００）又は基板（４０２）を複数個製作しても機体毎に温度測定精度に差が出てしまう可能性を少なくすることができる。
【００１９】
上記温度測定装置の好適な実施形態では、前記二次元温度センサ（６００）が、フィルム状又は板状の基体（６０１）に担持されたものであって、前記温度調節ステージ（４００）の表面上に配置されている。
【００２０】
この実施形態によれば、フィルム状又は板状の基体（６０１）に担持された二次元温度センサ（６００）が温度調節ステージ（４００）表面に備えられるので、点状温度センサを埋め込む従来の方法に比べて、接触或いは接着状態や温度測定位置が管理し易くなる。
【００２１】
本発明の第２の側面に従う被処理基板は、温度調節ステージ（４００）上で温度調節されつつ処理される被処理基板であって、前記被処理基板の表面（例えば裏面）又は内部に、有意な面積を持った二次元温度センサ（６００）を備え、前記二次元温度センサ（６００）の面積に対応した前記被処理基板の領域の温度を測定できるようになっている。
【００２２】
この被処理基板によれば、表面（例えば裏面）又は内部に、有意な面積を持った二次元温度センサ（６００）を備えるので、被処理基板それ自体の温度を正確に測定することができる。
【００２３】
本発明の第３の側面に従う温度測定装置は、温度調節ステージ（４００）に基板（４０２）を設置して処理するプロセス中で、前記基板（４０２）又は前記温度調節ステージ（４００）の温度を測定する装置であって、前記温度調節ステージ（４００）表面上に配置された温度センサ（６００）と、前記温度調節ステージ表面（４００）と前記温度センサ（６００）との間に介在する断熱材（６０５）（例えば空気）とを備える。
【００２４】
この温度測定装置によれば、温度センサ（６００）が温度調節ステージ（４００）の熱の影響を実質的に受けずに被処理基板（４０２）の温度を測定することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２６】
図１は、本発明の一実施形態に係る温度調節ステージの一例を示す。具体的には、図１（Ａ）は、温度調節ステージの平面図（上方から見た図）であり、図１（Ｂ）は、その温度調節ステージのＸ−Ｘ断面図である。
【００２７】
温度調節ステージ４００は、半導体ウエハ等の被処理基板４０２を載置するための載置プレート４０３と、多数の熱電変換素子を有しペルチェ効果によって載置プレート４０３側及び後述の熱交換プレート５５０側を加熱又は冷却する熱電変換部４０５と、熱電変換部４０５から発生した熱を放散するための熱交換プレート５５０とを備える。
【００２８】
載置プレート４０３は、表面、裏面及び側面を有し、表面に、被処理基板４０２を載置するための複数の突起（以下、これを「エアプロキシミティギャップピン」と言う）６０７、６０７、…が設けられている。これら複数のエアプロキシミティギャップピン６０７、６０７、…に被処理基板４０２が載置されるので、被処理基板４０２と載置プレート４０３との間には一定距離（例えば５０〜１５０μｍ）の間隙が存在する。
【００２９】
熱電変換部４０５は、１又は複数の熱電変換モジュールを有する（図１（Ｂ）には一つの熱電変換モジュールを例示している）。各熱電モジュールは、２次元配列された複数の熱電変換素子と、それら複数の熱電変換素子（４０１Ｎ、４０１Ｐ）を電気的に接続して両側の熱交換面を構成している複数の電極（５１４Ａ、５１４Ｂ）とを持ち、それらが２枚の平板５１１Ａ、５１１Ｂの間に挟まれた構成となっている。具体的に言うと、上側の薄型の平板（例えば厚さ０．１ｍｍ程度のセラミックス又はポリイミド樹脂から成る接着剤シート）５１１Ａの裏面上に備えられている上側の各電極（例えば銅板又は銅箔）５１４Ａに、１つのＰ型半導体素子４０１Ｐと１つのＮ型半導体素子４０１Ｎが半田付けされたパイ型のユニット形成されており、更に、各パイ型ユニットのＰ型半導体素子４０１Ｐとその隣のパイ型ユニットのＮ型半導体素子４０１Ｎとが、下側の平板５１１Ｂの表面に備えられている下側の各電極５１４Ｂに半田付けされている。こうして、複数のＰ型半導体素子４０１Ｐと複数のＮ型半導体素子４０１Ｐが上側と下側の電極（５１４Ａ、５１４Ｂ）によって電気的に直列に接続されている。そして、このＰ型半導体素子４０１ＰとＮ型半導体素子４０１Ｎの直列接続体に直流電流を流すと、電流の方向に応じて、上側の面（上側熱交換面）で吸熱し、下側の面（下側熱交換面）で放熱をするか、又は下側熱交換面で吸熱し、上側熱交換面で放熱をする。
【００３０】
熱交換プレート５５０は、内部に熱媒流体（例えば冷却水）を流すための流路５５１を有する。その流路５５１は、単純な形状をしたもの（例えば直方体状の空間）であっても良いし、熱交換プレート５５０の実質的全面に亘ってサーペンタイン状に巡っていても良い。なお、特に図示しないが、この熱交換プレート５５０の下方に、又は熱交換プレート５５０に代えて、空冷フィンが備えられていても良い。
【００３１】
本実施形態では、図１（Ｂ）に示すように、例えば載置プレート４０３の表面に、有意な面積を有する二次元温度センサ６００が備えられる。二次元温度センサ６００は、例えば図２に示すように、１枚の基板（例えばポリイミド樹脂等のような絶縁体）又は重ね合わされた複数枚の基板であるフィルム状又は板状の基体６０１（厚さは例えば数μｍ〜数十μｍ）の表面、裏面又は内部に、所定の抵抗パターン５５（膜厚は例えば数μｍ）を有するものである。抵抗パターン５５は、基体６０１の全域又は所定の一部領域の実質的全域に亘ってサーペンタイン状に密に巡っている。そして、その抵抗パターン５５の長さ方向の所定箇所には、所定の機器（例えば電子回路）と電気的に接続するための接続端子が備えられている。
【００３２】
抵抗パターン５５は、温度によって抵抗率が変化する材料（例えば銅等の金属）から構成されている。そのため、抵抗パターン５５に一定電流を流した場合、抵抗パターン５５の両端子間電圧は、抵抗パターン５５の温度によって異なる。そのため、この二次元温度センサ６００は、抵抗パターン５５の両端子間電圧の測定結果と、抵抗パターン５５の材料の温度と抵抗率との関係に基づいて、温度を測定することができるようになっている。
【００３３】
以上のように、二次元温度センサ６００は、有意な面積を有しているため、その温度センサ６００を、後に詳述する態様で温度調節ステージ４００又は被処理基板４０２に備えることによって、二次元温度センサ６００の有意な面積に対応した領域の代表温度（例えば、載置プレート４０３又は被処理基板４０２の全領域又は所定の一部領域の平均温度）を測定することができる。なお、この二次元温度センサ６００は、例えば数μｍ〜数百μｍ（例えば２５μｍ）程度の厚さである。また、二次元温度センサ６００は、必ずしも図２に示したような構成である必要はなく、点状の温度センサが有し得る面積（例えば約４平方ミリメートル）よりも大きい有意な所定面積（例えば、１つの半導体チップと実質的に同じ面積又はそれ以上の面積）を有していれば良い。
【００３４】
なお、抵抗パターン５５は、上述したものに限る必要はなく、種々のバリエーションが考えられる。例えば、抵抗パターン５５は、以下の（ａ）〜（ｄ）の抵抗パターン、
（ａ）曲がりくねった細長い抵抗パターンであって、その抵抗パターンの電流経路に沿った長さ方向の複数箇所の各々に、外部回路と接続するための端子が備えられたもの、
（ｂ）曲がりくねった細長い抵抗パターンであって、その抵抗パターンの電流経路に沿った長さ方向の複数箇所の各々に、他の箇所と電気的に接続して短絡するための短絡用端子が備えられたもの、
（ｃ）梯子型の抵抗パターンであって、その梯子型の抵抗パターンを流れる電流の入口と出口が対角の位置になっている、
（ｄ）領域を有する抵抗パターン、
の少なくとも１つ、すなわち、抵抗パターンを所定の又は所望の箇所を削る又は短絡させることによって抵抗値の調節が可能な抵抗パターンであっても良い。
【００３５】
以上、上述した実施形態によれば、有意な面積を有する二次元温度センサ６００によって温度測定を行うため、温度測定対象領域の温度を点ではなく面で捕らえることができる。そのため、局所的に温度差が生じても温度測定結果に大きな影響は生じず、同一の条件で温度測定を行ったときには同一の温度測定結果が得られやすい。それ故、温度調節ステージ４００を複数台製作した場合、機体毎に温度測定精度に差が出てしまうといったことを抑えることができる。
【００３６】
また、上述した実施形態によれば、有意な面積を有する二次元温度センサ６００によって温度測定を行うため、比較的広いエリアの代表温度を測定する場合であっても、必要なセンサの数を点状温度センサで温度測定を行う従来に比べて少なくすることができる。そのため、被処理基板４０２又は温度調節ステージ４００の製造コストを抑えることができる。また、各地点の計測時点に時間差が大きく生じることはなく、計測の同時性が損なわれない。また、従来のように、特別に統計的な温度補間処理をしなくても、ウエハ温度の平面的プロファイルを、面温度計測データ値から直感的にイメージすることができる。
【００３７】
また、上述した実施形態によれば、電流が流れる信号線自体はフィルム状又は板状の基体に備えられているため、寄生熱容量を小さくすることができる（例えば、フォトリソグラフィやスクリーン印刷などの技術で、配線の微細加工（例えば数μｍオーダー）で信号線を作成することができる）。
【００３８】
また、上述した実施形態によれば、二次元温度センサ６００は薄いので（例えば、厚さがμｍオーダーなので）、二次元温度センサ６００が被処理基板４０２の表面に貼付されても、被処理基板４０２上の気流を乱すことがない（つまり、被処理基板４０２の温度に悪影響を及ぼすことがない）。
【００３９】
また、上述した実施形態によれば、二次元温度センサ６００は、その全域又は一部領域を、被処理基板４０２の外表面若しくは内部、又は、温度調節ステージ６００の外表面又は内面に密着させることができるので、従来よりも、物理的または機械的外力に対して強い。
【００４０】
さて、上述した二次元温度センサ６００の実装態様（例えば二次元温度センサ６００の実装位置や形状）には幾つかのバリエーションが考えられる。以下、図３以降を参照して説明する。
【００４１】
図３は、二次元温度センサ６００の実装態様の第１のバリエーションを示す。なお、以下、同一の構成要素には同一の参照番号を付し、重複した説明をなるべく省略する。
【００４２】
二次元温度センサ６００の実装態様の第１のバリエーションは、二次元温度センサ６００が所定の方法で載置プレート４０３の表面に貼付されることである（なお、エアプロキシミティギャップピン６０７の図示は省略している）。具体的には、例えば、接着剤又は樹脂系接着フィルムを用いて二次元温度センサ６００と載置プレート４０３表面とが接着される、又は、載置プレート４０３の表面に孔を設けてその孔から吸引が行われることによって二次元温度センサ６００が載置プレート４０３表面に吸い付けられることである。
【００４３】
なお、熱応答性の妨げとならないように、接着剤又は接着フィルムは、熱伝導性の高いものが好ましい。
【００４４】
また、図３では、二次元温度センサ６００の抵抗パターンや、外部機器と電気的に接続するための端子の図示は省略してあるが（これは図４以降も同様）、これは当業者の実施を妨げるものにはならない。当業者であれば、図２を参照する等によって二次元温度センサ６００の設計や製造は可能である。
【００４５】
また、二次元温度センサ６００の面積は、図示のように、載置プレート４０３表面上の被処理基板４０２に対応した領域の面積と実質的に同一であっても良いし、それ以上でもそれ以下であっても良い。
【００４６】
また、図３では、１個の二次元温度センサ６００が備えられているが、複数個の二次元温度センサ６００が、載置プレート４０３表面の複数のゾーンにそれぞれ備えられても良い（これは、図４以降でも同様である）。
【００４７】
また、二次元温度センサ６００の基体がポリイミド樹脂等の接着性を有する材料で構成されている場合には、その基体に例えば所定量の熱を加えることで、二次元温度センサ６００と載置プレート４０３とが接着されても良い。
【００４８】
図４は、二次元温度センサ６００の実装態様の第２のバリエーションを示す。
【００４９】
二次元温度センサ６００の実装態様の第２のバリエーションは、二次元温度センサ６００が所定の方法で載置プレート４０３の裏面に貼付されることである（なお、エアプロキシミティギャップピン６０７の図示は省略している）。貼付の方法は、上記第１のバリエーションと同様である。二次元温度センサ６００の面積は、図示のように、載置プレート４０３裏面上の被処理基板４０２に対応した領域の面積と実質的に同一であっても良いし、それ以上でもそれ以下であっても良い。
【００５０】
図５は、二次元温度センサ６００の実装態様の第３のバリエーションを示す。
【００５１】
二次元温度センサ６００の実装態様の第３のバリエーションは、二次元温度センサ６００が所定の方法で載置プレート４０３の側面に貼付されることである。貼付の方法は、上記第１のバリエーションと同様である。二次元温度センサ６００の幅は、載置プレート４０３の厚み以下になるように帯状になっていっても良いし、一部分を折って載置プレート４０３の表面又は裏面に接着剤等で貼れるようになっても良い。また、二次元温度センサ６００の長さは、載置プレート４０３の外縁を略１周することができる程度の長さであっても良いし、それ以上でもそれ以下であっても良い。
【００５２】
図６は、二次元温度センサ６００の実装態様の第４のバリエーションを示す。
【００５３】
二次元温度センサ６００の実装態様の第４のバリエーションは、載置プレート４０３の裏面と、熱電変換部４０５の表面（具体的には、例えば、熱電変換モジュールの上側プレート５１１Ａの上面）との間に、二次元温度センサ６００が挟み込まれることである。この場合、二次元温度センサ６００は、単に挟み込まれるだけであっても良いし、載置プレート４０３の裏面及び熱電変換部４０５の上面の少なくとも一方に貼付されても良い。
【００５４】
図７は、二次元温度センサ６００の実装態様の第５のバリエーションを示す。
【００５５】
二次元温度センサ６００の実装態様の第５のバリエーションは、二次元温度センサ６００を載置プレート４０３表面に備える場合に、載置プレート４０３内部からその表面を突き出て被処理基板４０２を持ち上げる１又は複数のウエハリフトピン（図示せず）や、エアプロキシミティギャップピン６０７（図示せず）の邪魔にならないように、二次元温度センサ６００に所定の孔を設けることである。具体的には、二次元温度センサ６００を載置プレート４０３表面に貼付した際にウエハリフトピンが位置する二次元温度センサ６００上の各箇所に、ウエハリフトピンが通過可能なウエハリフトピン用の孔７０１が備えられ、且つ、エアプロキシミティギャップピン６０７が位置する二次元温度センサ６００上の各箇所に、エアプロキシミティギャップピン６０７が通過可能なエアプロキシミティギャップピン用の孔７０３が備えられる。孔７０１、７０３の太さは、各種ピンよりも太いものとなっている。また、二次元温度センサ６００が有する抵抗パターンは、各孔７０１、７０３を避けるように設計される。
【００５６】
図８は、二次元温度センサ６００の実装態様の第６のバリエーションを示す。
【００５７】
二次元温度センサ６００の実装態様の第６のバリエーションは、載置プレート４０３の表面に、二次元温度センサ６００の一部分（例えば、ハッチングで示したように、二次元温度センサ６００の外縁）のみを貼付し、他の部分は貼付されないことである。このため、図９に示すように、載置プレート４０３表面と、二次元温度センサ６００の上記貼付されない部分との間には、所定の断熱材（例えば空気）６０５を介在することができる。これにより、二次元温度センサ６００は載置プレート４０３の熱の影響を受けづらくなって、二次元温度センサ６００の全域を載置プレート４０３表面に貼り付ける場合と比べて、被処理基板４０２の温度変化を応答性良く捕らえる事が可能である。
【００５８】
図１０は、二次元温度センサ６００の実装態様の第７のバリエーションを示す。
【００５９】
二次元温度センサ６００の実装態様の第７のバリエーションは、被処理基板４０２の表面又は裏面の実質的に全域又は一部領域に、二次元温度センサ６００が貼付されることである。
【００６０】
図１１は、二次元温度センサ６００の実装態様の第８のバリエーションを示す。
【００６１】
二次元温度センサ６００の実装態様の第８のバリエーションは、被処理基板４０２の表面又は裏面の複数のゾーンのそれぞれに、複数個の二次元温度センサ６００、６００、…が貼付されることである。なお、図１１の例では、被処理基板４０２の裏面の中心に、１つの円形のゾーン、その外縁の外に、同心円レイヤの一部分となった扇形の３つのゾーンが備えられるが、被処理基板４０２のゾーンの態様（例えば数又は形状）はこれに限られず、処理目的等に応じて、ゾーンの数、各ゾーンの形状及び面積を決定することができる。また、どのゾーンに二次元温度センサ６００が貼付されるかに基づいて、その二次元温度センサ６００の抵抗パターンの形態や抵抗値を調節することができる（なお、このことは、載置プレート４０３表面、裏面又は側面に備える場合にも同様である）。
【００６２】
図１２は、二次元温度センサ６００の実装態様の第９のバリエーションを示す。
【００６３】
二次元温度センサ６００の実装態様の第９のバリエーションは、被処理基板４０２の表面又は裏面に設けられた複数のゾーンが扇形になっており、それら複数のゾーンのそれぞれに、扇形の複数個の二次元温度センサ６００、６００、…が貼付されることである。なお、このバリエーションでは、各ゾーン及び各温度センサ６００が、扇形になっていれば良く、ゾーン及び温度センサ６００の数は、図示のように４つに限らずそれ以上でも以下でも良い。
【００６４】
図１３は、二次元温度センサ６００の実装態様の第１０のバリエーションを示す。
【００６５】
二次元温度センサ６００の実装態様の第１０のバリエーションは、被処理基板４０２上に備えられる１又は複数の任意の物体（例えば、半導体ウエハに備えられる半導体チップ）に対応した被処理基板４０２裏面上の１又は複数の領域の全域又は一部に、二次元温度センサ６００が貼付されることである。二次元温度センサ６００は、図示のように、複数の任意の物体にそれぞれ対応した複数の領域の全てに設けられても良いし、任意に選択された１又は２以上の物体に対応した領域のみの温度を測定することができるように設けられても良い。
【００６６】
図１４は、二次元温度センサ６００の実装態様の第１１のバリエーションを示す。
【００６７】
二次元温度センサ６００の実装態様の第１１のバリエーションは、被処理基板４０２の裏面の複数のゾーンに、それぞれ複数の二次元温度センサ６００が貼付され、且つ、各二次元温度センサ６００には、図１５に示すように、外部機器に電気的に接続するための複数個の端子（以下、「センサターミナル」と言う）７１１が備えられることである（図示の例では、被処理基板４０２の中心に円形のゾーン、その外縁の外に、その円形のゾーンの同心円レイヤの一部分となった扇形のゾーンといった２つのゾーンが備えられているが、ゾーンの態様はこれに限られない）。
【００６８】
センサターミナル７１１は、二次元温度センサ６００内に存在する抵抗パターンを流れる電流の入口である入力端子又はその電流の出口である出力端子である。各センサターミナル７１１は、外部機器に設けられている端子に電気的に接続可能である。
【００６９】
この被処理基板４０２は、例えば以下のような基板回転装置のステージに載せることができる。
【００７０】
図１６は、基板回転装置を示す。具体的には、図１６（ａ）は、基板回転装置の平面図（上方から見た図）であり、図１７（ｂ）は、基板回転装置の側面図である。
【００７１】
この基板回転装置７１３は、例えば後述のレジスト膜形成処理で使用されるものであり、被処理基板４０２が載置される円形の平板状ステージ（以下、「基板ステージ」と言う）７１５と、基板ステージ７１５の中心に接続された基板ステージ７１５の回転軸（以下、「ステージ回転軸」と言う）７１４とを有している。ステージ回転軸７１４が、モーターとギヤとを備えたステージ回転軸駆動部（図示せず）によって所定方向（例えば反時計周り）に軸周りに回転することによって、基板ステージ７１５を円周方向に回転させることができる。
【００７２】
基板ステージ７１５の表面には、図１６（ａ）及び図１７に示すように、複数の端子（以下、この端子を「回転装置ターミナル」と言う）７１７が備えられる。回転装置ターミナル７１７の数は、被処理基板４０２の裏面に備えられたセンサターミナル７１１の数と同数であり、複数の回転装置ターミナル７１７は、裏面が下に向いた図１４の被処理基板４０２が基板ステージ７１５の所定位置に載置したときに、その被処理基板４０２が有する複数のセンタターミナル７１１と接触するような位置に備えられている。従って、裏面に１又は複数の二次元温度センサ６００が備えられた被処理基板４０２を、裏面を下に向けて基板ステージ７１５上の所定位置に載置すれば、複数の回転装置ターミナル７１７がそれぞれ複数のセンタターミナル７１１に接触して電気的に接続する。それにより、被処理基板４０２裏面にある各二次元温度センサ６００に電流を流して、各二次元温度センサ６００に対応した被処理基板４０２の各ゾーンの温度を測定することができる。
【００７３】
なお、この状態において、被処理基板４０２の表面には、従来技術のように、温度測定に必要な部材（例えばＲＴＤやリード）等のような無駄な物体は備えられていない。そのため、被処理基板４０２の温度測定を行いつつ、被処理基板４０２の表面に対して、所定の処理、例えばレジスト膜形成処理を施すことが可能である。それについて、図１８を参照して説明する。
【００７４】
二次元温度センサ６００が裏面に備えられた被処理基板４０２が、裏面が下に向いた状態で基板ステージ７１５表面上の所定位置に載置されることにより、被処理基板４０２裏面上の複数のセンタターミナル７１１が、それぞれ、基板ステージ７１５表面上の複数の回転装置ターミナル７１７に接触して、被処理基板４０２の温度測定が可能な状態になる。被処理基板４０２は、所定の方法（例えば、基板ステージ７１５の表面に設けられる図示しない１又は複数の孔から吸引が行われること）によって、基板ステージ７１５表面に固定される。
【００７５】
そして、基板ステージ７１５に固定された被処理基板４０２の表面には、レジスト滴下ノズル７１８より適量のレジスト液が滴下される。その後、ステージ回転軸７１４が高速に回転することによって、基板ステージ７１５と共に、それに固定された被処理基板４０２が高速に回転し、遠心力によって、滴下されたレジスト液が被処理基板４０２の全域に拡散されて、レジスト膜が形成される。その際、被処理基板４０２表面における各地点の回転速度は、中心からの距離と角速度との積で決定されるため、被処理基板４０２の外周側の回転速度は中心側の回転速度よりも大きくなる。したがって、レジスト液が揮発する速度が外周側の方が大きくなりレジスト液の粘度が上昇する。その結果、形成されるレジスト膜は、中心側の膜厚が小さく、外周側の膜厚は大きくなり易い。レジスト膜の膜厚をリアルタイムで計測しながら回転数を変動調節し、均一な膜厚を得ることができればそうすることが望ましいかもしれないが、現実には困難である。本実施形態では、粘度の差を蒸発潜熱による被処理基板４０２の温度差としてモニタし、その温度差のデータを用いて、均一な膜厚が得られるように回転数を変動調節することにより、レジスト膜の膜厚のコントロールが行われる。これが可能なのは、温度測定しつつ、被処理基板４０２それ自体の表面に対して処理を施すことができるようになっているからである。
【００７６】
なお、上記説明では、被処理基板４０２が電気的に接続することができる外部機器として基板回転装置７１３を例に採ったが、それに限らず、例えば、温度調節ステージ４００の載置プレート４０３の表面上に、基板ステージ７１５と同様に複数のターミナルを備え、それら複数のターミナルにそれぞれ複数のセンサターミナル７１１を半田付け等の方法で電気的に接続することも可能である。なお、その際、被処理基板４０２の裏面（例えば二次元温度センサ６００）と載置プレート４０３との間に、断熱材を介在させても良い。
【００７７】
以上、上述した第１１のバリエーションによれば、二次元温度センサ６００が被処理基板４０２の裏面に備えられ、被処理基板４０２の表面には格別凹凸は形成されない。そのため、被処理基板４０２の温度測定を行いつつ、被処理基板４０２表面に所定の処理（例えばレジスト膜の形成処理）を施すことができる。その際、被処理基板４０２の表面に無駄な凹凸はないので、被処理基板４０２上空に気流の乱れを生じさせることがない。また、被処理基板４０２の温度測定を行いつつ表面にレジスト膜の形成が可能なので、レジストの蒸発潜熱を考慮した温度履歴の計測が可能である。また、レジスト膜が形成される被処理基板４０２の表面には、格別凹凸は形成されないので、形成されたレジスト膜を薬液で剥離して、被処理基板４０２を再利用することができる。
【００７８】
図１９は、二次元温度センサ６００の実装態様の第１２のバリエーションを示す。
【００７９】
二次元温度センサ６００の実装態様の第１２のバリエーションは、第１１のバリエーションと同様に、被処理基板４０２の裏面に二次元温度センサ６００及びセンサターミナル７１１を備えるものであるが、以下の点で異なったものである。
【００８０】
すなわち、被処理基板４０２の裏面には、被処理基板４０２よりも広い二次元温度センサ６００が固定される。その二次元温度センサ６００には、被処理基板４０２に対応した中心エリア７３２内であって、被処理基板４０２の複数のゾーン（例えば図示のように扇形ゾーン）にそれぞれ対応した複数の領域の各々に、独立した配線パターン７３１が備えられる。そして、各配線パターン７３１には、複数のセンサターミナル７１１が備えられ、各センサターミナル７１１は、被処理基板４０２に対応したエリア７３２の外、つまり、二次元温度センサ６００の外周エリア７３４上に備えられる。
【００８１】
なお、被処理基板４０２に対応したエリア７３２の外に備えられるセンサターミナル７１１は、必ずしもリング状の外周エリア７３４を用意してそこに備えなければならないわけではなく、例えばフランジのような態様で二次元温度センサ６００の基体の一部分のみを被処理基板４０２に対応したエリア７３２の外に張り出し、そこに、センサターミナル７１１が備えられても良い。
【００８２】
図２０は、二次元温度センサ６００の実装態様の第１３のバリエーションを示す。
【００８３】
二次元温度センサ６００の実装態様の第１３のバリエーションは、被処理基板４０２の表面と裏面の両方に、二次元温度センサ６００が貼付されることである。その際、表面に貼付された二次元温度センサ６００が温度測定する領域と、裏面に貼付された二次元温度センサ６００が温度測定する領域は、例えば、同一形状且つ同一面積であって、互いに対向した位置にある。換言すれば、二次元温度センサ６００は、被処理基板４０２の表面と、それに対向する同位相の裏面に貼付される。これは、被処理基板４０２の表面（又は裏面）に備える温度センサ６００の数が１個であっても複数個であっても同様である。
【００８４】
この第１３のバリエーションによれば、被処理基板４０２の任意領域について、表面と裏面との温度差を計測すること、つまり厚さ方向の温度差を計測することができる。その際、二次元温度センサ６００は薄いので（例えば厚さはμｍオーダーなので）、被処理基板４０２上の気流を乱すことがない。
【００８５】
図２１は、二次元温度センサ６００の実装態様の第１４のバリエーションを示す。
【００８６】
二次元温度センサ６００の実装態様の第１４のバリエーションは、被処理基板４０２が、多層状になり、多層の被処理基板４０２の内部に一レイヤとして二次元温度センサ６００が備えられることである。この被処理基板４０２は、例えば薄厚ウエハであり、例えばハンドリングの裏打ち材となり得る保護シート（例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やガラス基板）７７７に、ポリイミド樹脂等から作られた接着シート７７５を介して二次元温度センサ６００が接着され、更に、その二次元温度センサ６００に、接着シート７７３を介して、レジスト膜形成処理等の所定の処理が施される表面を持った被処理シート（例えばシリコン等の半導体）７７１が接着されて積層状になったものである。保護シート７７７は、接着剤シート７７５から剥離することができるようになっている。
【００８７】
この被処理シート７７１は、例えば直径２００ｍｍで厚さが２５〜３００μｍ程度であり、被処理基板４０２の総厚は、被処理シート７７１の平坦性を損なわない厚さ、例えば１ｍｍ程度である。この被処理基板４０２は、例えば、実際の半導体製造工程で集積回路を形成する実ワークとして用いリアルタイムで温度測定されても良いし、特定のプロセスの温度プロファイルを検査するダミーウエハとして使用されても良い。また、二次元温度センサ６００の数は、１個でも良いし複数個でも良い。二次元温度センサ６００が複数個備えられる場合は、二次元温度センサ６００同士の隙間には、接着剤等の所定部材で埋められても良いし、空いたままになっていても良い。また、二次元温度センサ６００は、被処理基板４０２内部ではなく裏面に貼付されても良い。
【００８８】
この第１４のバリエーションによれば、二次元温度センサ６００は薄いため、多層状の薄厚ウエハ内に一レイヤとして組み込むことができ、それにより、薄厚ウエハの処理中に、薄厚ウエハの全域又は一部領域の代表温度を測定することができる。
【００８９】
なお、この第１４のバリエーションにおいて、二次元温度センサ６００の基体が、例えばハンドリングの裏打ち材となり得る材料で構成されていれば（つまり、二次元温度センサ６００が保護シートの役割を兼ねることができれば）、図２２に示すように、保護シート７７７及びその上層にある接着剤シート７７５はなくても良い。これにより、被処理基板４０２をより薄くすることができる。
【００９０】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、これらは本発明の説明のための例示であって、本発明の範囲をこれらの実施例にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱することなく、他の種々の形態でも実施することができる。
【００９１】
例えば、上述の説明では、ペルチェ効果により加熱又は冷却を実行する温度調節ステージ４００を例に挙げたが、それに限らず、別種の温度調節ステージ、例えば、（１）抵抗発熱体（例えば、ニクロム線状体やステンレス等の薄膜抵抗体）及び冷却装置（例えば、空冷フィンを備えた冷却機構や、冷却液の流路を備えた冷却機構）のどちらか一方又は両方を有するステージ、（２）シリコンラバーヒータ、マイカヒータ、シーズヒータ、フォイルヒータ等の発熱体を有する加熱用ステージ、（３）複雑な冷却回路（例えば冷却のための熱媒流体が流れる流路であってサーペンタイン状になった流路を有する熱交換部）を有する冷却用ステージへの適用も同様の理由（すなわち、所定領域内における多数の箇所が平均化された代表温度が測定できるという理由）で可能である。
【００９２】
また、例えば、上述の説明では、載置プレート４０３も被処理基板４０２も図示の例では円形であるが、必ずしも円形である必要なく、例えば方形等別の形状をしていても良い。その場合、二次元温度センサ６００の形状も、載置プレート４０３や被処理基板４０２の形状に応じてデザインすることができる。
【００９３】
更に、例えば、被処理基板４０２又は温度調節ステージ４００の温度変化を応答性良く検知するという観点から考えれば、温度センサは、上述したような有意な面積を持った二次元温度センサ以外のセンサ、例えば点状センサであっても良い。温度センサは、例えば以下のように、温度調節ステージ４００（又は被処理基板４０２）に実装することができる。
【００９４】
図２３は、温度センサの温度調節ステージ４００への実装例を示す。なお、この図では、載置プレート４０３より下方の要素（例えば熱交換部４０５）の図示は省略してある。
【００９５】
載置プレート４０３表面に、ポリイミド樹脂等の断熱材シート８０５が供えられ、断熱材シート８０５の上には、１又は複数個の温度センサ７８０が備えられる。このように、載置プレート４０３と温度センサ７８０との間には、断熱材が介在するので、温度センサ７８０が載置プレート４０３の熱の影響を受けづらくなり、被処理基板４０２の温度変化を応答性良く検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は、本発明の一実施形態に係る温度調節ステージの平面図。（Ｂ）は、その温度調節ステージのＸ−Ｘ断面図である。
【図２】二次元温度センサの一例を示す図。
【図３】二次元温度センサの実装態様の第１のバリエーションを示す。
【図４】二次元温度センサの実装態様の第２のバリエーションを示す。
【図５】二次元温度センサの実装態様の第３のバリエーションを示す。
【図６】二次元温度センサの実装態様の第４のバリエーションを示す。
【図７】二次元温度センサの実装態様の第５のバリエーションを示す。
【図８】二次元温度センサの実装態様の第６のバリエーションを示す。
【図９】載置プレート表面と二次元温度センサとの間に断熱材が介在する様子を示す図。
【図１０】二次元温度センサの実装態様の第７のバリエーションを示す。
【図１１】二次元温度センサの実装態様の第８のバリエーションを示す。
【図１２】二次元温度センサの実装態様の第９のバリエーションを示す。
【図１３】二次元温度センサの実装態様の第１０のバリエーションを示す。
【図１４】二次元温度センサの実装態様の第１１のバリエーションを示す。
【図１５】被処理基板の裏面上の、センサターミナルが備えられる部分の拡大図。
【図１６】（Ａ）は、センサターミナルを備えた被処理基板が載置される基板回転装置の平面図。（Ｂ）は、その基板回転装置の側面図。
【図１７】基板ステージ上の、回転装置ターミナルが備えられる部分の拡大図。
【図１８】レジスト膜形成処理の様子を示す図。
【図１９】二次元温度センサの実装態様の第１２のバリエーションを示す。
【図２０】二次元温度センサの実装態様の第１３のバリエーションを示す。
【図２１】二次元温度センサの実装態様の第１４のバリエーションを示す。
【図２２】第１４のバリエーションにおいて、二次元温度センサが保護シートの役割を兼ねる場合の被処理基板を示す図。
【図２３】温度センサの温度調節ステージへの実装例を示す図。
【符号の説明】
４００…温度調節ステージ、４０１Ｎ…Ｎ型熱電変換素子、４０１Ｐ…Ｐ型熱電変換素子、４０２…被処理基板、４０３…載置プレート、４０５…熱電変換部、５１１Ａ…上側プレート、５１１Ｂ…下側プレート、５１４Ａ…上側電極、５１４Ｂ…下側電極、５５０…熱交換プレート、５５１…流路、６００…二次元温度センサ、６０７…エアプロキシミティギャップピン
【図１】
2004251789.tif 000003
【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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【図９】
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【図１０】
2004251789.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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