温度測定素子、温度測定装置、基板処理装置及び電子デバイスの製造方法
【課題】近年の半導体の高集積化、また画像装置の高精細化に伴ない、基板上の絶対温度を正確に測れることが要請されている。本発明は、基板全面に亘る複数点で、絶対温度を正確に測れる温度測定素子、温度測定装置、基板処理装置及び電子デバイスの製造方法を提供することを課題とする。
【解決手段】基板、該基板の一方の側の一の面に位置する前記基板より大きな熱伝導率を有する電気的絶縁物である第一の膜、上記第一の膜の基板と反対側に位置する第一の熱電対金属及び前記第一の熱電対金属と接触する部分を有する第二の熱電対金属を有する。
【解決手段】基板、該基板の一方の側の一の面に位置する前記基板より大きな熱伝導率を有する電気的絶縁物である第一の膜、上記第一の膜の基板と反対側に位置する第一の熱電対金属及び前記第一の熱電対金属と接触する部分を有する第二の熱電対金属を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度測定素子、温度測定装置、基板処理装置及び電子デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置又は表示装置等の製造工程での基板温度測定においては、例えば非特許技術文献１に示されているように、基板に熱電対を埋め込んで作製されたプローブを用いて行われていた。
【０００３】
また。特許文献１には、ガラス基板等の絶縁物基板上にパターン化された接触する異種の熱電対金属の構成をリソグフィ法を用いて作製し、該異種熱電対金属の接触を熱電対として使用して、基板の温度を測定する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−１０１３０号公開特許公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】工藤 康弘“センサー埋め込み型のワイヤレス・ウエーハ温度測定器を初展示” （平成２１年６月８日検索）、インターネット ＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｔｅｃｈｏｎ．ｎｉｋｋｅｉｂｐ．ｃｏ．ｊｐ／ｍｅｍｂｅｒｓ／ＮＭＤＮＥＷＳ／２００３１２０３／１００８５６／？ＳＴ＝ｐｒｉｎｔ＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年の半導体装置の高集積化、また画像装置の高精細化に伴ない、基板上の絶対温度を正確に測ることが要請されている。本発明は、基板全面に亘る複数点で、絶対温度を正確に測れる温度測定素子、温度測定装置、基板処理装置及び電子デバイスの製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係わる温度測定素子は、基板、該基板の一方の側の一の面に位置する前記基板より大きな熱伝導率を有する電気的絶縁物である第一の膜、上記第一の膜の基板と反対側に位置する第一の熱電対金属及び前記第一の熱電対金属と接触する部分を有する第二の熱電対金属を有する構成とする。
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の温度測定装置は、上記記載の第一の温度測定素子及び上記記載の第二の温度測定素子を有しており、前記第一の温度測定素子及び前記第二の温度測定素子の間で切り替え手段を有している構成とする。
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係わる基板処理装置は、上記記載の温度測定装置を有する構成とする。
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明に係わる電子デバイスの製造方法は、上記温度測定装置を使用して得た温度データを使用する工程を有する電子デバイスの製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、基板全面に亘る複数点で、絶対温度を正確に測ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係わる温度測定素子の第一の実施例に関する概略構成図である。
【図２】本発明に係わる温度測定素子の第二の実施例に関する概略構成図である。
【図３】本発明に係わる基板測定素子の第一の実施例のうちの一の温度測定素子の製造工程に関する説明図である。
【図４】本発明に係わる基板測定素子の第二の実施例の製造工程に関する説明図である。
【図５】本発明に係わる温度測定素子を使用する温度測定装置に関する説明図である。
【図６】本発明に係わる温度測定素子を使用する他の温度測定装置に関する説明図である。
【図７】本発明に係わる温度測定装置を使用した基板処理装置に関する説明図である。
【図８】従来の温度測定素子に関する概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
従来の温度測定素子の１つとして、特許文献１に紹介されている図８に示すものがあった。図８において、１００は熱電対部、１は例えばガラスからなる絶縁物の基板、３は例えばアルミニウムからなる第一の熱電対金属、４は例えばクロムからなる第二の熱電対金属である。
【００１４】
このような構造は、成膜、レジストマスクの塗布、露光、現像及びエッチング等を所要回数繰り返す、いわゆるリソグラフィ技術によって作製される。
【００１５】
このような構造なので、基板がガラス等の絶縁物でなく不純物がドープされた比抵抗の小さなＳｉ等に適用すると、第一の熱電対金属３と第二の熱電対金属４とが実質上短絡状態となり、第一の熱電対金属３と第二の熱電対金属４の接触部で発生する熱起電力を測定できないという問題がある。
【００１６】
また、熱電対金属が基板と直接接触している為、基板１がＳｉである場合には、熱電対金属がＳｉ基板に熱拡散し基板を汚染する、あるいは製造処理装置を汚染し以降基板を汚染するという問題もある。
【００１７】
また、上述の問題を解決するために、仮に第一の熱電対金属３と第二の熱電対金属４と基板１との間にＳｉ酸化膜等の絶縁膜を位置させた場合には、それを横切って大きな熱量が流れる場合には、基板の温度と該絶縁物の基板と反対側では大きな温度差が生ずることとなる。
【００１８】
更に説明すると、熱電対金属（３，４）と基板１との間に熱伝導率の小さい絶縁物が存在すると、そこで熱の流れが絞られる。その結果、一定の熱量が定常的に流れるときには、絶縁物の上面と下面の間で大きな温度差が生じる結果となる。その結果、その基板自体の温度自体も小さな熱伝導率の絶縁部の存在の為に変化してしまう。
【００１９】
基板はホルダの上に載置されており、通常は該ホルダにはヒータが埋め込まれているか、又は冷媒を循環させる流路を有しており、温度制御できる構成となっている。
【００２０】
しかし、前記絶縁物の熱伝導率が小さいと、直接温度を制御できるホルダの温度と成膜又はエッチング等のプロセスが行われる前記基板の絶縁膜と反対側の温度とが大きく離れてしまうという問題も発生する。
【００２１】
例えば、レジスト工程では０．１度の温度が変化すると１．５ｎｍ程度の誤差が出る（非特許文献１）といわれている。この事実に象徴的に表れているが、半導体装置の高集積化又は画像表示装置の高精細化が更に進むにつれて、基板の絶対温度を正確に測定し、それに基づいて基板の温度を正確に制御することが重要な課題となっている。
【００２２】
ここで、絶対温度とは、異なった位置の温度差ではなく、Ｋ、°Ｃ、°Ｆ等の単位は問わないが、その位置の温度自体をいう。この用語の使い方は、この明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書を通して、そうでない旨の断りが無い限り、一貫するものとする。
【実施例１】
【００２３】
以下、図面に基づいて本発明を更に説明する。
【００２４】
図１の、（ａ）から（ｃ）はいずれも温度測定素子からの配線が基板に対して熱電対金属が位置する側と同一の側に配線されている態様の発明を表している。
【００２５】
図１（ａ）は、本発明に係わる温度測定素子１００を表している。１はＳｉ基板、２はＡｌＮ等の高熱伝導率の電気的絶縁物質よりなる下地膜、３は第一の熱電対金属、４は第二の熱電対金属、５はＴｉ等の高熱伝導率を有する金属又はＡｌＮ等の高熱伝導率を有する電気的絶縁物質よりなるキャップ層である。第二の熱電対金属４が直接被測定対象と接触するのを防ぐ機能がある。６は例えば銅等からなる金属膜層で、ここで光を反射して輻射の影響によって測定誤差が生じるのを抑制する働きがある。７は電気的絶縁膜である。９は、接続端子である。
図１（ｂ）が、図１（ａ）と異なる点は、温度測定素子の配線材料として、第一の熱電対金属３及び第二の熱電対金属４ではなく、通常の半導体装置のように配線専用材料８が使用されていることである。このような材料としては、例えば銅を挙げることが出来る。
この配線８は、 図１（ａ）においてはＡｌＮ膜２の上に第一の熱電対金属３及び第二の熱電対金属４で配線を形成したが、それに変えて配線専用材料で配線８を形成するものである。
図１（ｃ）で示した実施例は、図１（ａ）で示した実施例に比較して、第一の熱電対金属３及び第二の熱電対金属４を素子内配線材料として使用して点は同一であるが、それらの配線を多層に行っていることである。
配線を多層にする技術は、半導体製造の技術の分野では周知技術であるので、ここでは説明を省略する。
尚、第一に熱電対金属３及び第二の熱電対金属４の組み合わせとしては、白金と白金・ロジウム合金、クロメルとアルメルあるいは銅とコンスタンタン等の組み合わせを挙げることが出来る。
また、図２には、本発明の第二の実施例を示す。本第二の実施例においては、シリコン基板１の表面側と裏面側を貫通するビア（貫通孔）２２を形成し、第一の熱電極構成金属３と第二の熱電対構成金属４の接触部がつくる熱起電力の測定端子をシリコン基板１の裏面側に取り出している。ここで、２６は第一の熱電対金属３及び第ニの熱電対金属４の間で生じる熱起電力を取り出す為にビア２２に埋め込まれている埋め込み金属である。
【００２６】
これらの素子構造の製造方法は、半導体の技術分野で普通に用いられる方法であるリソグラフィ技術に拠っている。
【００２７】
以下に、図１（ａ）で示した実施例について、図３（ａ）〜（ｉ）を用いて簡単にその製造方法を概説する。シリコン基板１上に窒化アルミニウム膜２を反応性スパッタ法などにより０．３マイクロメータ堆積する。次に熱電対構成金属の一つである、例えばコンスタンタン３をスパッタ法により０．５マイクロメータの厚さ堆積する。このコンスタンタン３をリソグラフィ法とドライエッチング法により加工し、配線形状の第一の熱電対金属３を得る。コンスタンタンよりなる配線形状の第一の熱電対金属３形成後、もう一つの熱電対構成金属、例えば銅によりなる配線形状の第二の熱電対金属配線４を得るのにリフトオフ法を使用する。即ち、膜厚１マイクロメータのフォトレジスト４０を塗布し、リソグラフィ法により４ａ（図１（ａ）参照）と同一平面寸法の開口４１をフォトレジストに設ける。引き続き図３（ｂ）のように、例えば銅の第二の熱電対金属４を全面に真空蒸着法で０．５マイクロメータの厚さ被着する。この後、フォトレジストを除去すれば図３（ｃ）のように銅配線４ａが残存する。第一の熱電対金属３からなる配線と第二の熱電対金属４からなる配線を形成後、窒化アルミニウム７ａをスパッタ法などで０．８マイクロメータ被着する。この窒化アルミニウム層７ａにフォトリソグラフィ法とドライエッチング法により図１（ｄ）のビア８を開孔する。ビア８を開孔後、該ビアを含む部分に銅を２マイクロメータ被着し、フォトリソグラフィ法とドライエッチング法により図３（ｅ）４ｂの第二の熱電対金属である銅のバンプ形状を形成する。バンプ形状の銅領域４ｂを形成後チタンを０．１マイクロメータの厚さスパッタ被着しフォトリソグラフィ法とドライエッチング法によりTiよりなるキャップ層５でバンプ形状の銅４ｂを覆う。この後、窒化アルミニウム７ｂを１．０マイクロメータ堆積し図３（ｆ）を得る。次に、図３（ｆ）の構造でパンプ形状の第二の熱電対金属４ｂの上の窒化アルミニウムのみ０．５マイクロメータの厚さをＣＭＰで削り、更に０．５マイクロメータの厚さをエッチバックしてキャップ層５上の窒化アルミミウムのみを除去する。次いで、フォトリソグラフィとドライエッチング法の工程により窒化アルミニウム７ａと７ｂにビアを設ける。最後に図３（ｉ）のようにアルミニウムによる接続端子９を取り出し、さらに０．１マイクロメータのチタンをスパッタ成膜し、輻射対策膜である金属膜６を設け完成をみる。
【００２８】
図４（ａ）〜（ｊ）に図２記載の本発明の第二の実施例の温度測定素子の製造方法を概説する。まず、図４（ａ）の洗浄等を施したクリーンなＳｉの基板１を準備する。次に、前記基板に反応性スパッタ法により、Ａｌをターゲットとして使用して且つ雰囲気ガスに窒素を導入し、シリコン基板の表面側にＡｌＮ膜を０．５マイクロメータの厚さに形成し、ＡｌＮからなる下地層２を形成する。また、シリコン基板裏面にも膜厚０．５マイクロメータのＡｌＮからなる裏面層２１を形成する。
【００２９】
次に図４（ｂ）の裏面側のＡｌＮよりなる裏面層２１上に、フォトレジストを塗布し、ビア（貫通孔）２２のパターンを焼付け現像する。その後、該パターンに形成されたレジスト使用して、ドライエッチングを行い、ビア２２を開孔する。フォトレジストを除去後熱酸化を行いビア側面に熱シリコン酸化膜２３を形成する。
次にシリコン基板表面側のＡｌＮよりなる下地層２をリソグラフィ工程とドライエッチング法によりパターン化し、深さ０．３マイクロメータの溝２４を形成する（図４（ｃ））。
【００３０】
図４（ｄ）では下地層２上に熱電対構成金属、例えば白金―１０％ロジウムをスパッタ法などで０．６マイクロメータ被着し、化学的機械研磨ＣＭＰ法を使用することにより、溝２４中に第一の熱電対金属３として白金―１０％ロジウムを残存させる。
【００３１】
図４（ｅ）は、下地層２をリソグラフィ工程とドライエッチング法によりパターン化し、深さ０．３マイクロメータの溝２５を形成したものである。
【００３２】
図４（ｆ）は、図３（ｅ）の構造上にもう一つの第二の熱電対金属４、例えば白金を溝２５の深さより厚く被着したものである。
【００３３】
図４（ｇ）で前記の第二の熱電対金属４をフォトリソグラフィ工程とドライエッチングにより加工し、ウエーハ表面側全面に膜厚０．１マイクロメータのＡｌＮをキャップ層５として形成する。
【００３４】
次いで図４（ｈ）のように、シリコン基板裏面側のＡｌＮよりなる裏面膜２１をマスクとしてウエーハ全面をエッチバックし、第一の熱電対金属３の白金―１０％ロジウム層と第二の熱電対金属４の白金層のそれぞれの底部にビア(貫通孔)２２が届くまで開孔する。
【００３５】
図４（ｈ）のビアの開孔後ＣＶＤ法でタングステンを膜厚１マイクロメータ被着し、ＣＭＰ法で裏面側の埋め込み金属２６を除去することにより、ビア(貫通孔)２２内にのタングステンが残存する図４（ｉ）の構造を得る。
【００３６】
最後に、図４（ｊ）のように白金からなる第二の熱電対金属４と白金−１０％ロジウムからなる第一に熱電対金属３に対応する接続端子９ａと９ｂをフォトリソグラフィ法とドライエッチング法で形成し、図２記載の本発明の第二の実施例の熱電対素子を得る。
【００３７】
ここで、重要な点は、最低限熱電対金属（３，４）と基板１との間の層の電気的絶縁膜である下地膜２は基板１より大きな熱伝導率を有することである。このような構成にすることにより発明を実施するための形態の最初の部分で述べた熱の流れの絞込みの影響によりホルダ部と温度測定対象物との間での温度の乖離を小さくすることが出来る。
【００３８】
具体的に検討すると、基板１がＳｉの場合、Ｓｉの熱伝導率は大きく１６８Ｗｍ−１Ｋ−１であるので、それより熱伝導率の大きな材料としてはＡｌＮ（熱伝導率；２００Ｗｍ−１Ｋ−１）がある。また、シリコンより熱伝導率の大きい絶縁物として窒化ホウ素ＢＮ、シリコンカーバイトＳｉＣ、酸化ベリリウムＢｅＯ等も候補である。また、理想的にはダイヤモンド（熱伝導率は約１０００Ｗｍ−１Ｋ−１以上）がある。そして、人工的に作製されるＣＶＤダイヤモンドも本発明が必要としている特性を有している。
【００３９】
一方、基板１としてガラスを使用した場合には、ガラスの主たる素材であるＳｉ酸化膜の熱伝導率は１．４Ｗｍ−１Ｋ−１であるので、絶縁膜である下地膜２としては前述の熱伝導率の大きい電気的絶縁物の他、酸化アルミニウム（熱伝導率：２１Ｗｍ−１Ｋ−１）も候補となる。
【００４０】
熱電対金属の基板と反対側に位置する絶縁膜７は、理想的には熱の流れの絞込みの影響及びホルダと温度測定対象物との間の温度の乖離を小さくする観点からは、上記で説明したように熱伝導率の大きなＡｌＮ等の熱伝導率の大きな物質を使うのが理想である。
【００４１】
しかし、下地膜２と温度測定対象物との間には配線９及び熱電対金属（３，４）等の熱伝導率の大きな物質があり、それらを介してかなりの熱量が移動すると考えられる。従って、絶縁核７の熱伝導率は小さいことは必須事項ではない。
【００４２】
また、熱の流れの絞込みの影響及びホルダと温度測定対象物との間の温度の乖離を小さくする観点からは、基板１の材料も大きな検討事項である。先ほどから説明しているように、Ｓｉ基板はその大きな熱伝導率、更に半導体の製造に関して確立しているＳｉの加工技術であるリソグラフィ技術の適用が出来る点で望ましい基板材料である。
【００４３】
以下で、本発明に係わる温度測定素子を使用した温度測定装置について説明する。
【００４４】
本発明に係わる温度測定素子を使用した温度測定装置について説明する。ここで注意したいのは、異なる二つの熱電対金属とこれに対応する外部接続端子を結ぶ配線は熱電対金属と異なる材料で良いが、少なくとも電圧計への最終端は対応する熱電対金属となっている必要があることである。具体的には熱電対金属が例えば白金と白金・ロジウムの場合、これらの金属は高価であり最終端子までは銅線等の安価な配線材料が通常用いられる。この様な場合、最終端部の金属は対応する熱電対金属、即ち白金又は白金・ロジウムにする必要がある。何故ならば、中間に入れた配線材料例えば銅と、白金あるいは白金・ロジウム間でも熱起電力が発生してしまい、白金―白金・ロジウム間でのゼーベック効果による熱起電力を測定できなくなるからである。しかし、それぞれの配線材料部の両端が同一の熱電対金属に繋がっていて且つ両接続部が等温度の雰囲気中にあれば、例えば室温中にあれば、配線材料部の両端部と熱電対金属間で発生する熱起電力は同一で、打ち消しあう方向に発生する。その結果、最終端間で白金―白金・ロジウムのゼーベック効果によって決まる熱起電力が測定可能となる。
【００４５】
第二の実施例で記載したようなビアを介して、電圧を基板裏面より取り出せる形態の素子については、温度測定位置に温度測定素子を作製し、温度測定対象物の裏面又は表面に接触させて使用する形態が考えられる。
【００４６】
温度測定装置としては図５に示すものが考えられる。図５（ａ）は温度測定装置を説明する為の断面図、図５（ｂ）は平面図である。
【００４７】
ここで、５００は本発明の温度測定素子をダイシングしたもの、５１０はＡｌＮ等の高熱伝導率を有する板材、５２０は該板材５１０に作りこまれている段差を有する開口である。
【００４８】
段差を有する開口５２０に、段差になっている小さな開口の寸法より大きくダイシングした温度測定素子５００を、大きな開口の内側に落とし込んで位置決めして使用する。
【００４９】
本温度測定装置のメリットは、温度測定対象物大きさに係われず対応できること及び板材の選択により高強度の温度測定システムを構成できる点等がある。
【００５０】
次に、本発明に係わる温度測定素子を使用した他の温度測定装置について図６を使用して説明する。
【００５１】
図６（ａ）において、６００ｌは１２インチシリコンウェーハで、１２インチシリコンウェーハ６００１の上に９個の本発明に係わる温度測定素子６０１が形成されている。ここで、（ ）内の数字は、最初のものは下から数えた順番（以降「行数」と呼ぶこととする）、次の数字は左から数えた順番（以降「列数」と呼ぶこととする）を示す。以降、この数字の組をアドレスと呼ぶこともある。
【００５２】
温度測定素子６０１が作製されている６００ｌ上には、温度測定対象物である６００ｓ（点線で示してある）が載置されている。
【００５３】
温度測定対象物６００ｓの各点の温度を測定する為には、各温度測定素子の出力を外部に取り出さなければならない。図５(a)の６０２Ｘは、各温度測定素子の第一の熱電対金属の出力端子を配線接続し、外部接続端子として一箇所に集めたものである。同様に、６０２Ｙは第二の熱電対金属の出力端子を配線接続し、外部接続端子として一箇所に集めたものである。
【００５４】
また、６０３Ｙは複数個の第二の熱電対金属の外部出力端子の1個を選択する回路である。また、６０３Ｘは複数個の第一の熱電対金属の外部出力端子の1個を選択する回路である。
【００５５】
図６(b)は、図６(a)の電気的接続を模式的に示したものである。Ａ１１〜Ａ３３は、図６(a)で説明した熱接触部配置位置（アドレス）に対応した温度測定素子の第二の熱電対金属配線６１０につながる外部出力端子を表示する。
【００５６】
同様にＢ１１〜Ｂ３３は第一の熱電対金属配線６１１につながる外部出力端子を表示するものである。Ａ１１〜Ａ３３の外部出力端子は６０３Ｙのスイッチング回路でこのうちの一つの外部出力端子が選択され、最終出力端子６０４Ｙに出力される。同様にＢ１１〜Ｂ３３の外部出力端子はスイッチング回路６０３Ｘでこのうちの一つの外部測定端子が選択され最終出力端子６０４Ｘに出力される。
【００５７】
６０２Ｙ及び６０３Ｙ並びに６０２Ｘ及び６０３Ｘの組は、いわゆるマルチプレクサ及びデマルチプレクサの組を構成すると考えることも出来る。
【００５８】
温度測定対象物上の測定点の選択は、出力を読む温度測定素子を選択することにより行われる。この選択は、コントローラ６２０により、信号線６１２及び６１３より選択信号をスイッチ６０３に送り、測定したい温度測定素子が導通するようにスイッチ６０３が作動することにより行われる。そして、選択した温度測定素子の第一の熱電対金属と第二の熱電対金属間の電位差を測定する。
【００５９】
そのようにして得られた電位差から該温度測定素子の位置する場所の温度を求めることが出来る。そして、コントローラにより温度測定素子を切り替えることによって、一定範囲の温度マップを作成することとも出来る。
【００６０】
次に本発明の温度測定素子を使用した物を生産する方法に関する説明をする。
【００６１】
図７は、本発明の温度測定素子を使用した基板処理装置の説明図である。７００は基板処理装置、７０１は内部を真空に出来る真空容器、７０２は電極、７０３は電極７０２を真空容器７０１から電気絶縁する電気的絶縁材、７０４は電極７０２に対してＲＦ電力を印加するＲＦ電源、７０５は真空容器７０１内にプロセスガスを導入するガス導入手段、７０６は温度測定対象物である基板、７０７は本発明の温度測定素子からなる温度測定装置、７０８は基板ホルダ、７０９は本発明の温度測定素子からの取り出し配線をまとめてホルダの外部に取り出すための孔、７１０は該取り出し配線を真空容器７０１の外に取り出すためのフィールドスルー、７１１は排気口、７１２がゲートバルブそして７１３は本発明の温度測定素子を制御し且つ出力信号を受けるコンローラである。ここで、排気孔７１１に繋がれているターボ分子ポンプ、クライオポンプあるいはドライポンプ等の真空排気手段は描かれていない。
【００６２】
本基板処理装置６００を使用するためには、不図示の搬送手段により基板７０６を、ホルダ７０８上に載置されている本発明の温度測定装置７０７の上に載置する。次いで、不図示の真空排気手段により真空容器７０１内を所定の圧力に排気する。
【００６３】
次いで、ガス導入手段７０５より所望のプロセスガスを導入する。そしてＲＦ電源７０４を作動させて電極７０２にパワーを印加する。これにより、ガス導入手段７０５より導入されたプロセスガスがプラズマ化され、イオン、中性活性種等が生成される。
【００６４】
例えば上記処理がドライエッチングである場合は、上述のイオン・中性活性種等が基板７０６上のマスクで覆われていない部分に作用して、選択的にエッチングが進む。
【００６５】
この際、本発明の温度測定素子よりなる温度測定装置７０７を使用して、コントローラ７１３により指定した温度測定素子の出力電圧より当該部分の温度が分る。また、所定の面に関して温度マップが必要な場合は、コントローラ７１３により温度測定素子をスキャンしてやれば良い。
【００６６】
上記のような本発明の温度測定素子の使用により、その場且つその時に測定したい位置の温度を知ることが出来る。その結果、冒頭で説明したように、たとえ設計ルールが数十ｎｍという微細なデバイスの製造工程において、０．１度の温度差で１．５ｎｍの誤差が生じると言われているレジスト工程においても、十分な精度で加工する為のデータ得ることが出来る。
【００６７】
そのようにして、各プロセス条件に対する基板の各点での温度を知ることが出来る。そして、このようにして得られたデータを使用して、各プロセス工程の最適化を容易に行うことが出来る。
【００６８】
上記においてはエッチング工程について説明をしたが、正確な温度の測定が有するあらゆる工程に適用が可能である。製品に関しては、ＤＲＡＭ、ＭＲＡＭ等の半導体装置、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬ表示装置等の電子表示装置、ハードディスク、ハードディスクヘッド等の電子部品等の電子デバイスに関して適用可能である。
【００６９】
また、工程に関しては、既に説明したエッチング工程に限らず、スパッリング又はＣＶＤ等の成膜工程、前処理工程或いは後処理工程等の基板のその場・その時の温度を知る必要があるあらゆる工程に適用可能である。
【００７０】
実施例を通じて、基板の上に直接高熱伝導率の電気的絶縁膜を形成したが、なんらこの形態の限定される必要はない。例えば、基板の上にＴｉ等の金属膜を一旦形成して、その上に高熱伝導率の電気的絶縁膜を形成しても良い。
【００７１】
以上、本発明について実施例に基づいて説明して来たが、本発明は何らかかる実施の形態に拘束されものではない。
【符号の説明】
【００７２】
１：基板
２：下地膜
３：第一の熱電対金属
４：第二の熱電対金属
５：キャップ層
６：金属膜
７：電気的絶縁膜
８：配線
９：接続端子
２１：裏面膜
２２： ビア（貫通孔）
２３：シリコン酸化膜
２４、２５：溝
２６：埋め込み金属
１００：温度測定素子
５００：ダイシングした温度測定素子
５１０：板材
５２０：段差を有する開口
６００：シリコンウェーハ
６０１：温度測定素子
６０２：熱電対金属の外部出力端子の集合
６０３：熱電対金属の外部出力端子の集合から一個を選択する回路
６０４：最終出力端子
６１０：第二の熱電対金属配線
６１１：第一の熱電対金属配線
６１２、６１３：信号線
６２０：コントローラ
７００：基板処理装置
７０１：真空容器
７０２：電極
７０３：電気的絶縁材
７０４：ＲＦ電源
７０５：ガス導入手段
７０６：基板
７０７：温度測定装置
７０８：基板ホルダ
７０９：孔
７１０：フィールドスルー
７１１：排気口
７１２：ゲートバルブ
７１３：コントローラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度測定素子、温度測定装置、基板処理装置及び電子デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置又は表示装置等の製造工程での基板温度測定においては、例えば非特許技術文献１に示されているように、基板に熱電対を埋め込んで作製されたプローブを用いて行われていた。
【０００３】
また。特許文献１には、ガラス基板等の絶縁物基板上にパターン化された接触する異種の熱電対金属の構成をリソグフィ法を用いて作製し、該異種熱電対金属の接触を熱電対として使用して、基板の温度を測定する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−１０１３０号公開特許公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】工藤 康弘“センサー埋め込み型のワイヤレス・ウエーハ温度測定器を初展示” （平成２１年６月８日検索）、インターネット ＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｔｅｃｈｏｎ．ｎｉｋｋｅｉｂｐ．ｃｏ．ｊｐ／ｍｅｍｂｅｒｓ／ＮＭＤＮＥＷＳ／２００３１２０３／１００８５６／？ＳＴ＝ｐｒｉｎｔ＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年の半導体装置の高集積化、また画像装置の高精細化に伴ない、基板上の絶対温度を正確に測ることが要請されている。本発明は、基板全面に亘る複数点で、絶対温度を正確に測れる温度測定素子、温度測定装置、基板処理装置及び電子デバイスの製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係わる温度測定素子は、基板、該基板の一方の側の一の面に位置する前記基板より大きな熱伝導率を有する電気的絶縁物である第一の膜、上記第一の膜の基板と反対側に位置する第一の熱電対金属及び前記第一の熱電対金属と接触する部分を有する第二の熱電対金属を有する構成とする。
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の温度測定装置は、上記記載の第一の温度測定素子及び上記記載の第二の温度測定素子を有しており、前記第一の温度測定素子及び前記第二の温度測定素子の間で切り替え手段を有している構成とする。
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係わる基板処理装置は、上記記載の温度測定装置を有する構成とする。
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明に係わる電子デバイスの製造方法は、上記温度測定装置を使用して得た温度データを使用する工程を有する電子デバイスの製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、基板全面に亘る複数点で、絶対温度を正確に測ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係わる温度測定素子の第一の実施例に関する概略構成図である。
【図２】本発明に係わる温度測定素子の第二の実施例に関する概略構成図である。
【図３】本発明に係わる基板測定素子の第一の実施例のうちの一の温度測定素子の製造工程に関する説明図である。
【図４】本発明に係わる基板測定素子の第二の実施例の製造工程に関する説明図である。
【図５】本発明に係わる温度測定素子を使用する温度測定装置に関する説明図である。
【図６】本発明に係わる温度測定素子を使用する他の温度測定装置に関する説明図である。
【図７】本発明に係わる温度測定装置を使用した基板処理装置に関する説明図である。
【図８】従来の温度測定素子に関する概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
従来の温度測定素子の１つとして、特許文献１に紹介されている図８に示すものがあった。図８において、１００は熱電対部、１は例えばガラスからなる絶縁物の基板、３は例えばアルミニウムからなる第一の熱電対金属、４は例えばクロムからなる第二の熱電対金属である。
【００１４】
このような構造は、成膜、レジストマスクの塗布、露光、現像及びエッチング等を所要回数繰り返す、いわゆるリソグラフィ技術によって作製される。
【００１５】
このような構造なので、基板がガラス等の絶縁物でなく不純物がドープされた比抵抗の小さなＳｉ等に適用すると、第一の熱電対金属３と第二の熱電対金属４とが実質上短絡状態となり、第一の熱電対金属３と第二の熱電対金属４の接触部で発生する熱起電力を測定できないという問題がある。
【００１６】
また、熱電対金属が基板と直接接触している為、基板１がＳｉである場合には、熱電対金属がＳｉ基板に熱拡散し基板を汚染する、あるいは製造処理装置を汚染し以降基板を汚染するという問題もある。
【００１７】
また、上述の問題を解決するために、仮に第一の熱電対金属３と第二の熱電対金属４と基板１との間にＳｉ酸化膜等の絶縁膜を位置させた場合には、それを横切って大きな熱量が流れる場合には、基板の温度と該絶縁物の基板と反対側では大きな温度差が生ずることとなる。
【００１８】
更に説明すると、熱電対金属（３，４）と基板１との間に熱伝導率の小さい絶縁物が存在すると、そこで熱の流れが絞られる。その結果、一定の熱量が定常的に流れるときには、絶縁物の上面と下面の間で大きな温度差が生じる結果となる。その結果、その基板自体の温度自体も小さな熱伝導率の絶縁部の存在の為に変化してしまう。
【００１９】
基板はホルダの上に載置されており、通常は該ホルダにはヒータが埋め込まれているか、又は冷媒を循環させる流路を有しており、温度制御できる構成となっている。
【００２０】
しかし、前記絶縁物の熱伝導率が小さいと、直接温度を制御できるホルダの温度と成膜又はエッチング等のプロセスが行われる前記基板の絶縁膜と反対側の温度とが大きく離れてしまうという問題も発生する。
【００２１】
例えば、レジスト工程では０．１度の温度が変化すると１．５ｎｍ程度の誤差が出る（非特許文献１）といわれている。この事実に象徴的に表れているが、半導体装置の高集積化又は画像表示装置の高精細化が更に進むにつれて、基板の絶対温度を正確に測定し、それに基づいて基板の温度を正確に制御することが重要な課題となっている。
【００２２】
ここで、絶対温度とは、異なった位置の温度差ではなく、Ｋ、°Ｃ、°Ｆ等の単位は問わないが、その位置の温度自体をいう。この用語の使い方は、この明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書を通して、そうでない旨の断りが無い限り、一貫するものとする。
【実施例１】
【００２３】
以下、図面に基づいて本発明を更に説明する。
【００２４】
図１の、（ａ）から（ｃ）はいずれも温度測定素子からの配線が基板に対して熱電対金属が位置する側と同一の側に配線されている態様の発明を表している。
【００２５】
図１（ａ）は、本発明に係わる温度測定素子１００を表している。１はＳｉ基板、２はＡｌＮ等の高熱伝導率の電気的絶縁物質よりなる下地膜、３は第一の熱電対金属、４は第二の熱電対金属、５はＴｉ等の高熱伝導率を有する金属又はＡｌＮ等の高熱伝導率を有する電気的絶縁物質よりなるキャップ層である。第二の熱電対金属４が直接被測定対象と接触するのを防ぐ機能がある。６は例えば銅等からなる金属膜層で、ここで光を反射して輻射の影響によって測定誤差が生じるのを抑制する働きがある。７は電気的絶縁膜である。９は、接続端子である。
図１（ｂ）が、図１（ａ）と異なる点は、温度測定素子の配線材料として、第一の熱電対金属３及び第二の熱電対金属４ではなく、通常の半導体装置のように配線専用材料８が使用されていることである。このような材料としては、例えば銅を挙げることが出来る。
この配線８は、 図１（ａ）においてはＡｌＮ膜２の上に第一の熱電対金属３及び第二の熱電対金属４で配線を形成したが、それに変えて配線専用材料で配線８を形成するものである。
図１（ｃ）で示した実施例は、図１（ａ）で示した実施例に比較して、第一の熱電対金属３及び第二の熱電対金属４を素子内配線材料として使用して点は同一であるが、それらの配線を多層に行っていることである。
配線を多層にする技術は、半導体製造の技術の分野では周知技術であるので、ここでは説明を省略する。
尚、第一に熱電対金属３及び第二の熱電対金属４の組み合わせとしては、白金と白金・ロジウム合金、クロメルとアルメルあるいは銅とコンスタンタン等の組み合わせを挙げることが出来る。
また、図２には、本発明の第二の実施例を示す。本第二の実施例においては、シリコン基板１の表面側と裏面側を貫通するビア（貫通孔）２２を形成し、第一の熱電極構成金属３と第二の熱電対構成金属４の接触部がつくる熱起電力の測定端子をシリコン基板１の裏面側に取り出している。ここで、２６は第一の熱電対金属３及び第ニの熱電対金属４の間で生じる熱起電力を取り出す為にビア２２に埋め込まれている埋め込み金属である。
【００２６】
これらの素子構造の製造方法は、半導体の技術分野で普通に用いられる方法であるリソグラフィ技術に拠っている。
【００２７】
以下に、図１（ａ）で示した実施例について、図３（ａ）〜（ｉ）を用いて簡単にその製造方法を概説する。シリコン基板１上に窒化アルミニウム膜２を反応性スパッタ法などにより０．３マイクロメータ堆積する。次に熱電対構成金属の一つである、例えばコンスタンタン３をスパッタ法により０．５マイクロメータの厚さ堆積する。このコンスタンタン３をリソグラフィ法とドライエッチング法により加工し、配線形状の第一の熱電対金属３を得る。コンスタンタンよりなる配線形状の第一の熱電対金属３形成後、もう一つの熱電対構成金属、例えば銅によりなる配線形状の第二の熱電対金属配線４を得るのにリフトオフ法を使用する。即ち、膜厚１マイクロメータのフォトレジスト４０を塗布し、リソグラフィ法により４ａ（図１（ａ）参照）と同一平面寸法の開口４１をフォトレジストに設ける。引き続き図３（ｂ）のように、例えば銅の第二の熱電対金属４を全面に真空蒸着法で０．５マイクロメータの厚さ被着する。この後、フォトレジストを除去すれば図３（ｃ）のように銅配線４ａが残存する。第一の熱電対金属３からなる配線と第二の熱電対金属４からなる配線を形成後、窒化アルミニウム７ａをスパッタ法などで０．８マイクロメータ被着する。この窒化アルミニウム層７ａにフォトリソグラフィ法とドライエッチング法により図１（ｄ）のビア８を開孔する。ビア８を開孔後、該ビアを含む部分に銅を２マイクロメータ被着し、フォトリソグラフィ法とドライエッチング法により図３（ｅ）４ｂの第二の熱電対金属である銅のバンプ形状を形成する。バンプ形状の銅領域４ｂを形成後チタンを０．１マイクロメータの厚さスパッタ被着しフォトリソグラフィ法とドライエッチング法によりTiよりなるキャップ層５でバンプ形状の銅４ｂを覆う。この後、窒化アルミニウム７ｂを１．０マイクロメータ堆積し図３（ｆ）を得る。次に、図３（ｆ）の構造でパンプ形状の第二の熱電対金属４ｂの上の窒化アルミニウムのみ０．５マイクロメータの厚さをＣＭＰで削り、更に０．５マイクロメータの厚さをエッチバックしてキャップ層５上の窒化アルミミウムのみを除去する。次いで、フォトリソグラフィとドライエッチング法の工程により窒化アルミニウム７ａと７ｂにビアを設ける。最後に図３（ｉ）のようにアルミニウムによる接続端子９を取り出し、さらに０．１マイクロメータのチタンをスパッタ成膜し、輻射対策膜である金属膜６を設け完成をみる。
【００２８】
図４（ａ）〜（ｊ）に図２記載の本発明の第二の実施例の温度測定素子の製造方法を概説する。まず、図４（ａ）の洗浄等を施したクリーンなＳｉの基板１を準備する。次に、前記基板に反応性スパッタ法により、Ａｌをターゲットとして使用して且つ雰囲気ガスに窒素を導入し、シリコン基板の表面側にＡｌＮ膜を０．５マイクロメータの厚さに形成し、ＡｌＮからなる下地層２を形成する。また、シリコン基板裏面にも膜厚０．５マイクロメータのＡｌＮからなる裏面層２１を形成する。
【００２９】
次に図４（ｂ）の裏面側のＡｌＮよりなる裏面層２１上に、フォトレジストを塗布し、ビア（貫通孔）２２のパターンを焼付け現像する。その後、該パターンに形成されたレジスト使用して、ドライエッチングを行い、ビア２２を開孔する。フォトレジストを除去後熱酸化を行いビア側面に熱シリコン酸化膜２３を形成する。
次にシリコン基板表面側のＡｌＮよりなる下地層２をリソグラフィ工程とドライエッチング法によりパターン化し、深さ０．３マイクロメータの溝２４を形成する（図４（ｃ））。
【００３０】
図４（ｄ）では下地層２上に熱電対構成金属、例えば白金―１０％ロジウムをスパッタ法などで０．６マイクロメータ被着し、化学的機械研磨ＣＭＰ法を使用することにより、溝２４中に第一の熱電対金属３として白金―１０％ロジウムを残存させる。
【００３１】
図４（ｅ）は、下地層２をリソグラフィ工程とドライエッチング法によりパターン化し、深さ０．３マイクロメータの溝２５を形成したものである。
【００３２】
図４（ｆ）は、図３（ｅ）の構造上にもう一つの第二の熱電対金属４、例えば白金を溝２５の深さより厚く被着したものである。
【００３３】
図４（ｇ）で前記の第二の熱電対金属４をフォトリソグラフィ工程とドライエッチングにより加工し、ウエーハ表面側全面に膜厚０．１マイクロメータのＡｌＮをキャップ層５として形成する。
【００３４】
次いで図４（ｈ）のように、シリコン基板裏面側のＡｌＮよりなる裏面膜２１をマスクとしてウエーハ全面をエッチバックし、第一の熱電対金属３の白金―１０％ロジウム層と第二の熱電対金属４の白金層のそれぞれの底部にビア(貫通孔)２２が届くまで開孔する。
【００３５】
図４（ｈ）のビアの開孔後ＣＶＤ法でタングステンを膜厚１マイクロメータ被着し、ＣＭＰ法で裏面側の埋め込み金属２６を除去することにより、ビア(貫通孔)２２内にのタングステンが残存する図４（ｉ）の構造を得る。
【００３６】
最後に、図４（ｊ）のように白金からなる第二の熱電対金属４と白金−１０％ロジウムからなる第一に熱電対金属３に対応する接続端子９ａと９ｂをフォトリソグラフィ法とドライエッチング法で形成し、図２記載の本発明の第二の実施例の熱電対素子を得る。
【００３７】
ここで、重要な点は、最低限熱電対金属（３，４）と基板１との間の層の電気的絶縁膜である下地膜２は基板１より大きな熱伝導率を有することである。このような構成にすることにより発明を実施するための形態の最初の部分で述べた熱の流れの絞込みの影響によりホルダ部と温度測定対象物との間での温度の乖離を小さくすることが出来る。
【００３８】
具体的に検討すると、基板１がＳｉの場合、Ｓｉの熱伝導率は大きく１６８Ｗｍ−１Ｋ−１であるので、それより熱伝導率の大きな材料としてはＡｌＮ（熱伝導率；２００Ｗｍ−１Ｋ−１）がある。また、シリコンより熱伝導率の大きい絶縁物として窒化ホウ素ＢＮ、シリコンカーバイトＳｉＣ、酸化ベリリウムＢｅＯ等も候補である。また、理想的にはダイヤモンド（熱伝導率は約１０００Ｗｍ−１Ｋ−１以上）がある。そして、人工的に作製されるＣＶＤダイヤモンドも本発明が必要としている特性を有している。
【００３９】
一方、基板１としてガラスを使用した場合には、ガラスの主たる素材であるＳｉ酸化膜の熱伝導率は１．４Ｗｍ−１Ｋ−１であるので、絶縁膜である下地膜２としては前述の熱伝導率の大きい電気的絶縁物の他、酸化アルミニウム（熱伝導率：２１Ｗｍ−１Ｋ−１）も候補となる。
【００４０】
熱電対金属の基板と反対側に位置する絶縁膜７は、理想的には熱の流れの絞込みの影響及びホルダと温度測定対象物との間の温度の乖離を小さくする観点からは、上記で説明したように熱伝導率の大きなＡｌＮ等の熱伝導率の大きな物質を使うのが理想である。
【００４１】
しかし、下地膜２と温度測定対象物との間には配線９及び熱電対金属（３，４）等の熱伝導率の大きな物質があり、それらを介してかなりの熱量が移動すると考えられる。従って、絶縁核７の熱伝導率は小さいことは必須事項ではない。
【００４２】
また、熱の流れの絞込みの影響及びホルダと温度測定対象物との間の温度の乖離を小さくする観点からは、基板１の材料も大きな検討事項である。先ほどから説明しているように、Ｓｉ基板はその大きな熱伝導率、更に半導体の製造に関して確立しているＳｉの加工技術であるリソグラフィ技術の適用が出来る点で望ましい基板材料である。
【００４３】
以下で、本発明に係わる温度測定素子を使用した温度測定装置について説明する。
【００４４】
本発明に係わる温度測定素子を使用した温度測定装置について説明する。ここで注意したいのは、異なる二つの熱電対金属とこれに対応する外部接続端子を結ぶ配線は熱電対金属と異なる材料で良いが、少なくとも電圧計への最終端は対応する熱電対金属となっている必要があることである。具体的には熱電対金属が例えば白金と白金・ロジウムの場合、これらの金属は高価であり最終端子までは銅線等の安価な配線材料が通常用いられる。この様な場合、最終端部の金属は対応する熱電対金属、即ち白金又は白金・ロジウムにする必要がある。何故ならば、中間に入れた配線材料例えば銅と、白金あるいは白金・ロジウム間でも熱起電力が発生してしまい、白金―白金・ロジウム間でのゼーベック効果による熱起電力を測定できなくなるからである。しかし、それぞれの配線材料部の両端が同一の熱電対金属に繋がっていて且つ両接続部が等温度の雰囲気中にあれば、例えば室温中にあれば、配線材料部の両端部と熱電対金属間で発生する熱起電力は同一で、打ち消しあう方向に発生する。その結果、最終端間で白金―白金・ロジウムのゼーベック効果によって決まる熱起電力が測定可能となる。
【００４５】
第二の実施例で記載したようなビアを介して、電圧を基板裏面より取り出せる形態の素子については、温度測定位置に温度測定素子を作製し、温度測定対象物の裏面又は表面に接触させて使用する形態が考えられる。
【００４６】
温度測定装置としては図５に示すものが考えられる。図５（ａ）は温度測定装置を説明する為の断面図、図５（ｂ）は平面図である。
【００４７】
ここで、５００は本発明の温度測定素子をダイシングしたもの、５１０はＡｌＮ等の高熱伝導率を有する板材、５２０は該板材５１０に作りこまれている段差を有する開口である。
【００４８】
段差を有する開口５２０に、段差になっている小さな開口の寸法より大きくダイシングした温度測定素子５００を、大きな開口の内側に落とし込んで位置決めして使用する。
【００４９】
本温度測定装置のメリットは、温度測定対象物大きさに係われず対応できること及び板材の選択により高強度の温度測定システムを構成できる点等がある。
【００５０】
次に、本発明に係わる温度測定素子を使用した他の温度測定装置について図６を使用して説明する。
【００５１】
図６（ａ）において、６００ｌは１２インチシリコンウェーハで、１２インチシリコンウェーハ６００１の上に９個の本発明に係わる温度測定素子６０１が形成されている。ここで、（ ）内の数字は、最初のものは下から数えた順番（以降「行数」と呼ぶこととする）、次の数字は左から数えた順番（以降「列数」と呼ぶこととする）を示す。以降、この数字の組をアドレスと呼ぶこともある。
【００５２】
温度測定素子６０１が作製されている６００ｌ上には、温度測定対象物である６００ｓ（点線で示してある）が載置されている。
【００５３】
温度測定対象物６００ｓの各点の温度を測定する為には、各温度測定素子の出力を外部に取り出さなければならない。図５(a)の６０２Ｘは、各温度測定素子の第一の熱電対金属の出力端子を配線接続し、外部接続端子として一箇所に集めたものである。同様に、６０２Ｙは第二の熱電対金属の出力端子を配線接続し、外部接続端子として一箇所に集めたものである。
【００５４】
また、６０３Ｙは複数個の第二の熱電対金属の外部出力端子の1個を選択する回路である。また、６０３Ｘは複数個の第一の熱電対金属の外部出力端子の1個を選択する回路である。
【００５５】
図６(b)は、図６(a)の電気的接続を模式的に示したものである。Ａ１１〜Ａ３３は、図６(a)で説明した熱接触部配置位置（アドレス）に対応した温度測定素子の第二の熱電対金属配線６１０につながる外部出力端子を表示する。
【００５６】
同様にＢ１１〜Ｂ３３は第一の熱電対金属配線６１１につながる外部出力端子を表示するものである。Ａ１１〜Ａ３３の外部出力端子は６０３Ｙのスイッチング回路でこのうちの一つの外部出力端子が選択され、最終出力端子６０４Ｙに出力される。同様にＢ１１〜Ｂ３３の外部出力端子はスイッチング回路６０３Ｘでこのうちの一つの外部測定端子が選択され最終出力端子６０４Ｘに出力される。
【００５７】
６０２Ｙ及び６０３Ｙ並びに６０２Ｘ及び６０３Ｘの組は、いわゆるマルチプレクサ及びデマルチプレクサの組を構成すると考えることも出来る。
【００５８】
温度測定対象物上の測定点の選択は、出力を読む温度測定素子を選択することにより行われる。この選択は、コントローラ６２０により、信号線６１２及び６１３より選択信号をスイッチ６０３に送り、測定したい温度測定素子が導通するようにスイッチ６０３が作動することにより行われる。そして、選択した温度測定素子の第一の熱電対金属と第二の熱電対金属間の電位差を測定する。
【００５９】
そのようにして得られた電位差から該温度測定素子の位置する場所の温度を求めることが出来る。そして、コントローラにより温度測定素子を切り替えることによって、一定範囲の温度マップを作成することとも出来る。
【００６０】
次に本発明の温度測定素子を使用した物を生産する方法に関する説明をする。
【００６１】
図７は、本発明の温度測定素子を使用した基板処理装置の説明図である。７００は基板処理装置、７０１は内部を真空に出来る真空容器、７０２は電極、７０３は電極７０２を真空容器７０１から電気絶縁する電気的絶縁材、７０４は電極７０２に対してＲＦ電力を印加するＲＦ電源、７０５は真空容器７０１内にプロセスガスを導入するガス導入手段、７０６は温度測定対象物である基板、７０７は本発明の温度測定素子からなる温度測定装置、７０８は基板ホルダ、７０９は本発明の温度測定素子からの取り出し配線をまとめてホルダの外部に取り出すための孔、７１０は該取り出し配線を真空容器７０１の外に取り出すためのフィールドスルー、７１１は排気口、７１２がゲートバルブそして７１３は本発明の温度測定素子を制御し且つ出力信号を受けるコンローラである。ここで、排気孔７１１に繋がれているターボ分子ポンプ、クライオポンプあるいはドライポンプ等の真空排気手段は描かれていない。
【００６２】
本基板処理装置６００を使用するためには、不図示の搬送手段により基板７０６を、ホルダ７０８上に載置されている本発明の温度測定装置７０７の上に載置する。次いで、不図示の真空排気手段により真空容器７０１内を所定の圧力に排気する。
【００６３】
次いで、ガス導入手段７０５より所望のプロセスガスを導入する。そしてＲＦ電源７０４を作動させて電極７０２にパワーを印加する。これにより、ガス導入手段７０５より導入されたプロセスガスがプラズマ化され、イオン、中性活性種等が生成される。
【００６４】
例えば上記処理がドライエッチングである場合は、上述のイオン・中性活性種等が基板７０６上のマスクで覆われていない部分に作用して、選択的にエッチングが進む。
【００６５】
この際、本発明の温度測定素子よりなる温度測定装置７０７を使用して、コントローラ７１３により指定した温度測定素子の出力電圧より当該部分の温度が分る。また、所定の面に関して温度マップが必要な場合は、コントローラ７１３により温度測定素子をスキャンしてやれば良い。
【００６６】
上記のような本発明の温度測定素子の使用により、その場且つその時に測定したい位置の温度を知ることが出来る。その結果、冒頭で説明したように、たとえ設計ルールが数十ｎｍという微細なデバイスの製造工程において、０．１度の温度差で１．５ｎｍの誤差が生じると言われているレジスト工程においても、十分な精度で加工する為のデータ得ることが出来る。
【００６７】
そのようにして、各プロセス条件に対する基板の各点での温度を知ることが出来る。そして、このようにして得られたデータを使用して、各プロセス工程の最適化を容易に行うことが出来る。
【００６８】
上記においてはエッチング工程について説明をしたが、正確な温度の測定が有するあらゆる工程に適用が可能である。製品に関しては、ＤＲＡＭ、ＭＲＡＭ等の半導体装置、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬ表示装置等の電子表示装置、ハードディスク、ハードディスクヘッド等の電子部品等の電子デバイスに関して適用可能である。
【００６９】
また、工程に関しては、既に説明したエッチング工程に限らず、スパッリング又はＣＶＤ等の成膜工程、前処理工程或いは後処理工程等の基板のその場・その時の温度を知る必要があるあらゆる工程に適用可能である。
【００７０】
実施例を通じて、基板の上に直接高熱伝導率の電気的絶縁膜を形成したが、なんらこの形態の限定される必要はない。例えば、基板の上にＴｉ等の金属膜を一旦形成して、その上に高熱伝導率の電気的絶縁膜を形成しても良い。
【００７１】
以上、本発明について実施例に基づいて説明して来たが、本発明は何らかかる実施の形態に拘束されものではない。
【符号の説明】
【００７２】
１：基板
２：下地膜
３：第一の熱電対金属
４：第二の熱電対金属
５：キャップ層
６：金属膜
７：電気的絶縁膜
８：配線
９：接続端子
２１：裏面膜
２２： ビア（貫通孔）
２３：シリコン酸化膜
２４、２５：溝
２６：埋め込み金属
１００：温度測定素子
５００：ダイシングした温度測定素子
５１０：板材
５２０：段差を有する開口
６００：シリコンウェーハ
６０１：温度測定素子
６０２：熱電対金属の外部出力端子の集合
６０３：熱電対金属の外部出力端子の集合から一個を選択する回路
６０４：最終出力端子
６１０：第二の熱電対金属配線
６１１：第一の熱電対金属配線
６１２、６１３：信号線
６２０：コントローラ
７００：基板処理装置
７０１：真空容器
７０２：電極
７０３：電気的絶縁材
７０４：ＲＦ電源
７０５：ガス導入手段
７０６：基板
７０７：温度測定装置
７０８：基板ホルダ
７０９：孔
７１０：フィールドスルー
７１１：排気口
７１２：ゲートバルブ
７１３：コントローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板、
該基板の一方の側の一の面に位置する、前記基板より大きな熱伝導率を有する電気的絶縁物である第一の膜、
上記第一の膜の基板と反対側に位置する第一の熱電対金属及び
前記第一の熱電対金属と接触する部分を有する第二の熱電対金属を有すること特徴とする温度測定素子。
【請求項２】
前記第一の熱電対金属及び第二の熱電対金属はパターンニングされていることを特徴とする請求項１に記載の温度測定素子。
【請求項３】
前記パターニングはリソグラフィ技術によることを特徴とする請求項２に記載の温度測定素子。
【請求項４】
前記第一の熱電対金属及び第二の熱電対金属は、前記第一の膜と反対側に基板より大きな熱伝導率を有する電気的絶縁膜を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の温度測定素子。
【請求項５】
前記温度測定素子は、前記基板を貫く貫通孔を有しており、該貫通孔に埋設された導電物を介して第一の熱電対構成金属及び第二の熱電対金属が配線されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の温度測定素子。
【請求項６】
第一の請求項１乃至５のいずれか一項に記載の第一の温度測定素子及び請求項１乃至５のいずれか一項に記載の第二の温度測定素子を有しており、前記第一の温度測定素子及び前記第二の温度測定素子の間で切り替え手段を有していることを特徴する温度測定装置。
【請求項７】
前記一の面は、前記基板自身の面であることを特徴とする請求項６に記載の温度測定装置
【請求項８】
請求項６又は７に記載の温度測定装置を有することを特徴とする基板処理装置。
【請求項９】
請求項６又は７に記載の温度測定装置を使用して得た温度データを使用する工程を有することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
【請求項１】
基板、
該基板の一方の側の一の面に位置する、前記基板より大きな熱伝導率を有する電気的絶縁物である第一の膜、
上記第一の膜の基板と反対側に位置する第一の熱電対金属及び
前記第一の熱電対金属と接触する部分を有する第二の熱電対金属を有すること特徴とする温度測定素子。
【請求項２】
前記第一の熱電対金属及び第二の熱電対金属はパターンニングされていることを特徴とする請求項１に記載の温度測定素子。
【請求項３】
前記パターニングはリソグラフィ技術によることを特徴とする請求項２に記載の温度測定素子。
【請求項４】
前記第一の熱電対金属及び第二の熱電対金属は、前記第一の膜と反対側に基板より大きな熱伝導率を有する電気的絶縁膜を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の温度測定素子。
【請求項５】
前記温度測定素子は、前記基板を貫く貫通孔を有しており、該貫通孔に埋設された導電物を介して第一の熱電対構成金属及び第二の熱電対金属が配線されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の温度測定素子。
【請求項６】
第一の請求項１乃至５のいずれか一項に記載の第一の温度測定素子及び請求項１乃至５のいずれか一項に記載の第二の温度測定素子を有しており、前記第一の温度測定素子及び前記第二の温度測定素子の間で切り替え手段を有していることを特徴する温度測定装置。
【請求項７】
前記一の面は、前記基板自身の面であることを特徴とする請求項６に記載の温度測定装置
【請求項８】
請求項６又は７に記載の温度測定装置を有することを特徴とする基板処理装置。
【請求項９】
請求項６又は７に記載の温度測定装置を使用して得た温度データを使用する工程を有することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−６４５１３（Ｐ２０１１−６４５１３Ａ）
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１３８７９（Ｐ２００９−２１３８７９）
【出願日】平成２１年９月１６日（２００９．９．１６）
【出願人】（０００２２７２９４）キヤノンアネルバ株式会社 (564)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１６日（２００９．９．１６）
【出願人】（０００２２７２９４）キヤノンアネルバ株式会社 (564)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]