(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱処理対象の薄板と同じ測定板の表面の設置床部に、直接に温度を測定する先端測温部と、この先端測温部に連続して設けられた本体部と、この本体部から計測部に延びたリード線とからなる測温部材を埋設して、表面温度を測定する温度測定装置において、
前記設置床部が、前記測温部材の先端測温部が埋設して固定される先端固定部と、この先端固定部に連続して設けられて測温部材の本体部が埋設して固定され先端固定部周囲の熱変動による影響を抑える熱緩衝部とから構成され、
前記熱緩衝部が、前記リード線を伝って外部に熱が逃げて低くなる領域が前記先端固定部に及ばない長さに設定されたことを特徴とする温度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等の熱処理が施される薄板の表面温度を測定する温度測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハ等の薄板を熱処理する場合は、電気炉やホットプレート等が用いられる。この場合、薄板の表面の温度をその全域で均一にすることは容易でない。薄板の寸法が大きくなるに従ってその傾向は顕著になる。これに対する対策を施すために、熱処理途中の表面温度の変化を正確に検出することは重要である。
【０００３】
この熱処理過程での薄板表面の熱履歴を正確に検出するために、実開平５−６３４０号公報記載の温度測定装置や実開平６−６９７８５号公報記載の熱電対によるシリコンウエハ等の温度計測構造が知られている。
【０００４】
実開平５−６３４０号公報記載の温度測定装置は、図６に示すように、治具１の表面に熱電対２が複数個埋設され、熱電対２に接続されたリード線３が石英細管４に挿入されて外部に延設されている。
【０００５】
そして、熱電対２の埋設は通常、実開平６−６９７８５号公報記載の温度計測構造のような態様で行われる。即ち、図７に示すように、熱電対６は、シリコンウエハ７の表面に形成された取付穴８に直接に挿入されて、その周囲をガラス等の接着剤９で固定して埋設される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前述のように、熱電対６をシリコンウエハ７の取付穴８に直接に埋設すると、その熱電対６及びその端部に接続されたリード線（図６参照）を伝って外部に熱が逃げてしまう。この結果、前記リード線等を有さない、実際に熱処理されるシリコンウエハ７の表面状態と異なってしまう。即ち、熱処理されるシリコンウエハ７の表面状態を正確に測定することができるという問題点がある。
【０００７】
本発明は前記問題点に鑑みてなされたもので、測定部材の埋設に伴う熱変動を抑えて正確な温度測定ができる温度測定装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するために本発明は、熱処理対象の薄板と同じ測定板の表面の設置床部に、直接に温度を測定する先端測温部と、この先端測温部に連続して設けられた本体部と、この本体部から計測部に延びたリード線とからなる測温部材を埋設して、表面温度を測定する温度測定装置において、前記設置床部が、前記測温部材の先端測温部が埋設して固定される先端固定部と、この先端固定部に連続して設けられて測温部材の本体部が埋設して固定され先端固定部周囲の熱変動による影響を抑える熱緩衝部とから構成され、前記熱緩衝部が、前記リード線を伝って熱が外部に逃げて低くなる領域が前記先端固定部に及ばない長さに設定されたことを特徴とする。
【０００９】
温度測定装置では、測温部材から外部に延設されるリード線を伝って熱が外部に逃げ、その周囲の表面温度が本来の温度よりも低くなってしまうが、これによる影響は熱緩衝部によって解消され、測温部材の先端測温部が埋設された先端固定部では本来の表面温度に維持される。これにより、測温部材の先端測温部で正確な表面温度を測定することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る温度測定装置を図１及び図２を参照しながら詳述する。
【００１１】
本実施形態に係る温度測定装置１１は、図２に示すように、測定板１２と、測温部材としての熱電対１３とから構成されている。
【００１２】
測定板１２は、電気炉やホットプレート等によって実際に熱処理される半導体ウエハ等の薄板と同じ条件のものを用いる。即ち、熱処理対象の薄板と同じ表面形状及び同じ熱容量を有する部材、好ましくは熱処理対象になっている薄板そのものを用いる。
【００１３】
熱電対１３は、２つの異なる金属を互いに接合したもので、図１に示すように、各金属の先端を互いに接合させて測定板１２の表面温度を直接に測定する先端測温部としての先端接合部１４と、この先端接合部１４に連続して設けられた本体部１５と、この本体部１５から計測部（図示せず）に延びたリード線１６とから構成されている。計測部は、熱電対１３の熱起電力の変化から表面温度を計算する装置である。
【００１４】
この熱電対１３は、測定板１２の表面に設けられた設置床部としての埋設穴１８に埋設されている。埋設穴１８は、熱電対１３の先端接合部１４が埋設して固定される先端固定部１９と、この先端固定部１９に連続して設けら本体部１５が埋設される熱緩衝部２０とから構成されている。
【００１５】
先端固定部１９は、熱電対１３の先端接合部１４が埋設されて実際に温度が測定される部分で、予め設定された深さに穿設されている。
【００１６】
熱緩衝部２０は、熱電対１３の本体部１５を埋設する部分で、先端固定部１９から連続して長溝状に穿設されている。この熱緩衝部２０の長さは、本体部１５及びリード線１６を伝って測定板１２の表面から外部に逃げる熱量を考慮して設定する。即ち、測定板１２が加熱された状態では、本体部１５及びリード線１６を介して外部に熱が逃げて、その周囲が本来の表面温度（リード線１６等のない半導体ウエハの表面温度）よりも低くなるが、その低くなる領域が先端固定部１９に及ばない程度の長さに熱緩衝部２０を設定する。これにより、熱緩衝部２０がリード線１６等による放熱の影響を解消する。この熱緩衝部２０の深さは本体部１５が埋設できる程度であればよい。
【００１７】
熱電対１３は、その先端接合部１４が埋設穴１８の先端固定部１９に、本体部１５が熱緩衝部２０に挿入された状態で、セラミックスやエポキシ樹脂等からなる接着剤２１によって固定されている。
【００１８】
以上のように構成された温度測定装置１１を用い、次のようにして表面温度を測定する。温度測定装置１１を電気炉やホットプレート等の熱処理装置に挿入し、リード線１６を外部に引き出して計測部（図示せず）に接続する。
【００１９】
この状態で熱処理装置を起動させると、温度測定装置１１がその表面から加熱される。そして、加熱された表面温度によって熱電対１３の先端接合部１４及び本体部１５も同時に加熱される。このとき、本体部１５が測定板１２の表面から外部に延出されている部分において、この本体部１５及びリード線１６を伝ってその周囲の熱が外部に逃げてしまう。これにより、その周囲の表面温度が本来の表面温度よりも低くなってしまう。
【００２０】
ところが、本体部１５が外部に延出している部分と先端固定部１９との間には熱緩衝部２０を設けているので、リード線１６等の影響で表面温度が低くなる領域は熱緩衝部２０内にとどまる。即ち、熱緩衝部２０がリード線１６等による放熱の影響を解消して、熱電対１３の先端接合部１４が位置する部分では本来の表面温度が維持され、先端接合部１４によって正確な表面温度を測定することができる。
【００２１】
このように、熱電対１３の本体部１５及びリード線１６による放熱の影響を熱緩衝部２０で解消するので、正確な測定板１２表面の熱履歴を正確に検出することができるようになる。
【００２２】
［変形例］
（１）  前記実施形態では、埋設穴１８を構成する先端固定部１９を球形穴状に、熱緩衝部２０を長溝状に形成したが、図３または図４に示すように、先端固定部１９及び熱緩衝部２０を合わせて長溝状に形成してもよい。
【００２３】
（２）  前記実施形態では、設置床部として、測定板１２の表面を掘り下げた埋設穴１８によって構成したが、図５に示すように、測定板１２の表面を掘り下げず、熱電対１３を測定板１２の表面に載置し、接着剤２５で覆って測定板１２の表面に固定するようにしてもよい。この場合、接着剤２５の一端が先端固定部２６となり、中間部が熱緩衝部２７となる。これにより、前記実施形態同様の作用、効果を奏することができる。
【００２４】
（３）  前記実施形態では、測定板１２の表面温度を測定する測温部材として熱電対１３を用いたが、本発明はこれに限らず、温度の変化を電気的な変化（前記熱電対１３のような電圧の変化のほか、電流、抵抗の変化）として測定できる手段（例えば測温抵抗体等）であれば、前記実施形態同様の作用、効果を奏することができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上、詳述したように、本発明によれば次のような効果を奏することができる。
【００２６】
測温部材を埋設する設置床部を、測温部材の先端測温部を固着する先端固定部と、測温部材の本体部を埋設する熱緩衝部とから構成したので、測温部材のリード線による放熱の影響を熱緩衝部で解消することができるようになる。この結果、放熱による影響を受けることなく、正確な表面温度を測定することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る温度測定装置の埋設穴に熱電対が埋設された状態を示す部分断面図である。
【図２】  本発明に係る温度測定装置を示す斜視図である。
【図３】  本発明の第１変形例を示す部分断面図である。
【図４】  本発明の第２変形例を示す部分断面図である。
【図５】  本発明の第３変形例を示す部分断面図である。
【図６】  第１従来例を示す斜視図である。
【図７】  第２従来例を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１１：温度測定装置、１２：測定板、１３：熱電対、１４：先端接合部、１５：本体部、１６：リード線、１８：埋設穴、１９：先端固定部、２０：熱緩衝部、２１：接着剤。
【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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