(57)【要約】【課題】Ａ／Ｄ変換器を不要にできて自動化に適し、耐熱性を高め、ウェハの温度分布を測定できるウェハ型温度センサと、これを用いた温度測定装置、温度測定機能を有する熱処理装置および温度測定方法を提供する。【解決手段】ウェハ１と、ウェハ１の上面を複数の領域に区分し、区分された各領域に配置された複数の温度センサ２ａ，２ｂ…とを備えてウェハ型温度センサ１０を構成し、各温度センサ２ａ，２ｂ…は、電源電圧が入力されたことに応じて、各領域ごとに異なる周波数帯域内で対応する領域の温度に基づく周波数信号を発振する発振回路を備える。【選択図】図１
2007171046.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハと、
前記ウェハ上面を複数の領域に区分し、区分された各領域に配置された複数の温度センサとを備え、
前記各温度センサは、電源電圧が与えられたことに応じて発振し、各領域に対応する温度に基づく発振周波数信号を出力する発振手段を備える、ウェハ型温度センサ。
【請求項２】
前記発振手段は、温度変化に応じて特性が変化する温度依存性素子を含み、前記温度依存性素子の特性変化に対応して発振周波数を変化させる、請求項１に記載のウェハ型温度センサ。
【請求項３】
発振手段は、前記各領域ごとに異なる周波数帯域内で対応する領域の温度に基づく発振周波数信号を出力する、請求項１または２に記載のウェハ型温度センサ。
【請求項４】
発振手段は、前記各領域ごとに同一の周波数帯域内で対応する領域の温度に基づく発振周波数信号を出力する、請求項１または２に記載のウェハ型温度センサ。
【請求項５】
ウェハと、前記ウェハ上面を複数の領域に区分し、区分された各領域に配置され、電源電圧が与えられたことに応じて発振し、各領域に対応する温度に基づく発振周波数信号を出力する発振手段とを含むウェハ型温度センサと、
前記電源電圧を前記発振手段に供給する電源供給手段と、
前記複数の発振手段で発振された発振周波数信号に基づいて、前記ウェハにおけるそれぞれの領域の温度を判別する判別手段と、
前記発振手段で発振された発振周波数信号を前記判別手段に出力する通信手段とを備える、温度測定装置。
【請求項６】
前記複数の発振手段は、前記各領域ごとに異なる周波数帯域内で対応する領域の温度に基づく発振周波数信号を出力し、
前記判別手段は、前記複数の発振手段で発振された発振周波数信号に基づいて、その発振周波数信号が含まれている周波数帯域を判別し、その周波数帯域に対応するウェハの領域を特定し、その発振周波数信号に基づいてその領域の温度を判別し、
前記通信手段は、無線で前記周波数帯域における発振周波数信号を前記判別手段に出力する、請求項５に記載の温度測定装置。
【請求項７】
前記電源供給手段は、前記電源電圧をマイクロ波信号として発生し、
前記通信手段は、
前記ウェハ型温度センサと空間を隔てて設けられる通信アンテナと、
前記通信アンテナを介して前記電源供給手段で発生されたマイクロ波信号を送信する送信手段と、
前記通信アンテナを介して前記発振手段で発振された前記周波数帯域における発振周波数信号を受信する受信手段とを含む、請求項６に記載の温度測定装置。
【請求項８】
前記ウェハ型温度センサは、
前記発振手段の出力に接続され、前記発振周波数信号を送信する送信手段と、
前記送信手段に接続され、前記送信された発振周波数信号を無線で放射する素子アンテナとを含む、請求項７に記載の温度測定装置。
【請求項９】
前記複数の発振手段は、前記領域ごとに同じ周波数帯域内で対応する位置の温度に基づく発振周波数信号を出力し、
前記通信手段は、有線で前記周波数帯域における発振周波数信号を前記判別手段に出力する、請求項５に記載の温度測定装置。
【請求項１０】
温度測定機能を有する熱処理装置であって、
周囲全体が囲まれた筐体と、
前記筐体内でウェハを加熱または冷却するステージと、
ウェハ上面を複数の領域に区分し、区分された各領域に配置され、電源電圧が与えられたことに応じて発振し、各領域に対応する温度に基づく発振周波数信号を出力する発振手段を含むウェハ型温度センサと、
前記筐体内に配置され、前記ウェハ型温度センサの前記発振手段から無線で送信される周波数信号を捕らえる通信アンテナとを備える、温度測定機能を有する熱処理装置。
【請求項１１】
前記ステージは、前記ウェハを加熱処理する加熱板と、前記加熱板で加熱処理されたウェハを冷却する冷却板とを含み、
前記通信アンテナは、前記筐体内の前記加熱板と、前記冷却板との間の前記筐体の天井に配置される、請求項１０に記載の温度測定機能を有する熱処理装置。
【請求項１２】
前記ステージは、前記ウェハを加熱処理する加熱板と、前記加熱板で加熱処理されたウェハを冷却する冷却板とを含み、
さらに、前記加熱板を覆う開閉可能なカバー部材を含み、
前記通信アンテナは、前記冷却板の上方に設けられ、さらに前記カバー部材内に配置される補助アンテナを含む、請求項１０に記載の温度測定機能を有する熱処理装置。
【請求項１３】
ウェハを載置して加熱または冷却するステージを備えた熱処理装置内において、前記ウェハの温度を測定する温度測定方法であって、
前記ウェハ上面を複数の領域に区分し、区分された各領域に発振手段が配置され、電源が入力されたことに応じて、前記各領域ごとに異なる周波数帯域内で対応する領域の温度に基づく周波数信号を発振するウェハ型温度センサを前記ステージ上に搬送して位置決めする工程と、
前記ステージを加熱または冷却する工程と、
前記ウェハ型温度センサに対してマイクロ波を電源として送信し、前記ウェハ型温度センサの発振手段から発振されるいずれかの周波数帯域内の周波数信号を受信する工程と、
前記受信した周波数信号に基づいて、その周波数信号が含まれている周波数帯域を判別して前記ウェハの領域を特定し、その周波数信号に基づいてその領域の温度を判別する工程と、
前記ステージから前記ウェハ型温度センサを取出して搬送する工程とを備える、温度計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ウェハ型温度センサとこれを用いた温度測定装置、温度測定機能を有する熱処理装置および温度測定方法に関し、例えばウェハを加熱する加熱板の温度を測定する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造におけるフォトリソグラフィー工程においては、半導体ウェハ（以下、「ウェハ」）の表面にレジスト液を塗布した後の加熱処理（プリベーキング）や、パターンの露光を行った後の加熱処理（ポストエクスポージャーベーキング）、各加熱処理後に行われる冷却処理などの種々の熱処理が、例えばウェハを所定温度に維持された加熱・冷却装置により行われている。
【０００３】
図１３は、従来の加熱・冷却装置６０の縦断面図であり、図１４は図１３の線Ａ−Ａに沿う横断面図である。
【０００４】
図１３において、加熱・冷却装置６０の筐体９０内には、冷却用の冷却板６１と加熱用の加熱板６２が並べられて設けられている。冷却板６１および加熱板６２は、厚みのある円盤状に形成されている。冷却板６１には、図示しない例えばペルチェ素子等が内蔵されており、冷却板６１を所定温度に冷却することができる。
【０００５】
また、冷却板６１の下方には、ウェハを冷却板６１上に載置する際に、ウェハを支持して昇降させるための昇降ピン６３が設けられている。この昇降ピン６３は、昇降駆動機構６４により上下に移動自在であり、冷却板６１の下方から冷却板６１を貫通し、冷却板６１上に突出できるように構成されている。
【０００６】
一方、加熱板６２には、ヒータ６５と加熱板温度センサ６２ａが内蔵されており、加熱板６２の温度は、コントローラ６６が加熱板温度センサ６２ａの温度に基づいて、ヒータ６５の発熱量を制御することによって設定温度に維持される。加熱板６２の下方には、冷却板６１と同様に昇降ピン６７と昇降駆動機構６８とが設けられており、この昇降ピン６７によって、ウェハを加熱板６２上に載置自在になっている。
【０００７】
また、図１３に示すように冷却板６１と加熱板６２との間には、ウェハを加熱板６２に搬送し、またウェハを加熱板６２から冷却板６１に搬送するための搬送装置６９が設けられている。加熱・冷却装置６０の筐体９０の冷却板６２側には、ウェハを加熱・冷却装置６０内に搬入出するための搬送口７０が設けられている。
【０００８】
また、この搬送口７０には、加熱・冷却装置６０内の雰囲気を所定の雰囲気に維持するためのシャッタ７１が設けられている。シャッタ７１に対向するように搬送アーム８０が設けられており、シャッタ７１が開かれたときに、この搬送アーム８０によりウェハが搬送口７０から搬送される。搬送されたウェハは、搬送装置６９により加熱板６２上に搬送される。
【０００９】
このような加熱・冷却装置６０を用いて、加熱板６２上に載置されるウェハの温度分布を事前に測定して加熱板６２上での温度特性を把握し、その結果に基づいて適宜補正して、加熱板６２上のウェハを均一に加熱することが重要である。従来そのような加熱板６２上のウェハの温度分布を測定するために、温度測定装置を用いて、実際のウェハの処理前にウェハの温度分布を把握し、ウェハの温度分布を修正するようにしていた。
【００１０】
図１５は、従来の温度測定装置の各種例を示す図である。図１５（Ａ）に示した例は、実際のウェハと同じ材質で同じ形状の温度測定用ウェハＫと、その温度測定用ウェハＫに分散されて設けられた熱電対などを用いた温度検出用の複数の温度センサ１０１と、送信装置１０３とを設け、温度センサ１０１と送信装置１０３とをケーブル１０２で接続したものである。そして、各温度センサ１０１で検出したデータを無線で送信し、加熱・冷却装置６０内あるいは外に受信装置を設けて、無線で送信されたデータを受信する。各温度センサ１０１で検出される温度のデータはアナログ値であるため、送信装置１０３にはアナログの温度のデータをデジタルのデータに変換するためにＡ／Ｄコンバータを内蔵する必要がある。しかし、Ａ／Ｄコンバータは温度が上昇すると変換精度が悪くなるという特性を有しているため、１５０℃くらいまでの温度の測定は可能であっても、２５０℃まで温度が上昇する雰囲気中では使用することができない。
【００１１】
特開２００２−１２４４５７号公報（特許文献１）には、図１５（Ｂ）に示すように、図１５（Ａ）に示した送信装置１０３を温度測定用ウェハＫとは別個に設けた円盤Ｓに設け、温度測定用ウェハＫの各温度センサ１０１をケーブル１０２で送信装置１０３に接続する例が示されている。この例では、温度測定用ウェハＫのみを加熱板６２上に載置し、円盤Ｓを温度測定用ウェハＫよりも離れた上に位置させることで、加熱板６２から離すことが可能であるため、送信装置１０３に内蔵されているＡ／Ｄコンバータが高温によって精度が劣化することはない。
【特許文献１】特開２００２−１２４４５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、温度測定用ウェハＫの上側に円盤Ｓを位置させた状態で、図１４に示した搬送装置６９および搬送アーム８０で搬送するのは困難であり、搬送装置６９および搬送アーム８０として特殊なものを用意する必要がある。
【００１３】
そこで、この発明の目的は、Ａ／Ｄ変換器を不要にできて自動化に適し、耐熱性を高めてウェハ上面の温度分布を測定できるウェハ型温度センサと、これを用いた温度測定装置、温度測定機能を有する熱処理装置および温度測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明は、ウェハ型温度センサであって、ウェハと、ウェハ上面を複数の領域に区分し、区分された各領域に配置された複数の温度センサとを備え、各温度センサは、電源電圧が与えられたことに応じて発振し、各領域に対応する温度に基づく発振周波数信号を出力する発振手段を備える。
【００１５】
このように、複数の発振手段のそれぞれに電源電圧を与えることにより、ウェハの各領域ごとに、温度に応じた周波数信号を発生することができるので、各周波数信号を受信することにより、ウェハの各領域の温度を測定できる。
【００１６】
発振手段は、具体的には温度変化に応じて特性が変化する温度依存性素子を含み、その温度依存性素子の特性変化に対応して周波数帯域における発振周波数を変化させる。
【００１７】
発振手段は、一実施形態では、各領域ごとに異なる周波数帯域内で対応する領域の温度に基づく発振周波数信号を出力し、他の実施形態では、各領域ごとに同一の周波数帯域内で対応する領域の温度に基づく発振周波数信号を出力する。
【００１８】
この発明の他の局面は、ウェハと、ウェハ上面を複数の領域に区分し、区分された各領域に配置され、電源電圧が与えられたことに応じて発振し、各領域に対応する温度に基づく発振周波数信号を出力する発振手段とを含むウェハ型温度センサと、電源電圧を発振手段に供給する電源供給手段と、複数の発振手段で発振された発振周波数信号に基づいて、ウェハにおけるそれぞれの領域の温度を判別する判別手段と、発振手段で発振された発振周波数信号を判別手段に出力する通信手段とを備える。
【００１９】
一実施形態では、複数の発振手段は、前記各領域ごとに異なる周波数帯域内で対応する領域の温度に基づく発振周波数信号を出力し、判別手段は、複数の発振手段で発振された発振周波数信号に基づいて、その発振周波数信号が含まれている周波数帯域を判別し、その周波数帯域に対応するウェハの領域を特定し、その発振周波数信号に基づいてその領域の温度を判別し、通信手段は、無線で周波数帯域における発振周波数信号を判別手段に出力する。無線で発振手段からの発振周波数信号を判別手段に送信することで自動搬送が可能になる。
【００２０】
他の実施形態では、複数の発振手段は、領域ごとに同じ周波数帯域内で対応する領域の温度に基づく発振周波数信号を出力し、通信手段は、有線で周波数帯域における発振周波数信号を判別手段に出力する。有線で発振手段からの発振周波数信号を判別手段に送信することにより、ウェハの予め定める領域を特定できるので各領域ごとに周波数帯域を分ける必要がなくなる。
【００２１】
無線で通信する実施形態の温度測定装置では、電源供給手段は、電源電圧をマイクロ波信号として発生し、通信手段は、ウェハ型温度センサと空間を隔てて設けられる通信アンテナと、通信アンテナを介して電源供給手段で発生されたマイクロ波信号を送信する送信手段と、通信アンテナを介して発振手段で発振された周波数帯域における発振周波数信号を受信する受信手段とを含む。
【００２２】
また、ウェハ型温度センサは、発振手段の出力に接続され、発振周波数信号を送信する送信手段と、送信手段に接続され、送信された発振周波数信号を無線で放射する素子アンテナとを含む。
【００２３】
この発明のさらに他の局面は、温度測定機能を有する熱処理装置であって、周囲全体が囲まれた筐体と、筐体内でウェハを加熱または冷却するステージと、ウェハ上面を複数の領域に区分し、区分された各領域に配置され、電源電圧が与えられたことに応じて発振し、各領域に対応する温度に基づく発振周波数信号を出力する発振手段を含むウェハ型温度センサと、筐体内に配置され、ウェハ型温度センサの発振手段から無線で送信される周波数信号を捕らえる通信アンテナとを備える。
【００２４】
ステージは、具体的には、ウェハを加熱処理する加熱板と、加熱板で加熱処理されたウェハを移動しながら冷却する冷却板とを含み、通信アンテナは、筐体内の加熱板と、冷却板との間の筐体の天井に配置される。アンテナを加熱板と冷却板との間の筐体の天井に配置することにより、ウェハ型温度センサを加熱板に載置したとき、および加熱板から冷却板に移動しているときも温度の測定が可能になる。
【００２５】
ステージは、具体的には、ウェハを加熱処理する加熱板と、加熱板で加熱処理されたウェハを冷却する冷却板とを含み、さらに、加熱板を覆う開閉可能なカバー部材を含み、通信アンテナは、冷却板の上方に設けられ、さらにカバー部材内に配置される補助アンテナを含む。
【００２６】
この発明のさらに他の局面は、ウェハを載置して加熱または冷却するステージを備えた熱処理装置内において、ウェハの温度を測定する温度測定方法であって、ウェハ上面を複数の領域に区分し、区分された各領域に発振手段が配置され、電源が入力されたことに応じて、各領域ごとに異なる周波数帯域内で対応する領域の温度に基づく周波数信号を発振するウェハ型温度センサをステージ上に搬送して位置決めする工程と、ステージを加熱または冷却する工程と、ウェハ型温度センサに対してマイクロ波を電源として送信し、ウェハ型温度センサの発振手段から発振されるいずれかの周波数帯域内の周波数信号を受信する工程と、受信した周波数信号に基づいて、その周波数信号が含まれている周波数帯域を判別してウェハの領域を特定し、その周波数信号に基づいてその領域の温度を判別する工程と、ステージからウェハ型温度センサを取出して搬送する工程とを備える。
【発明の効果】
【００２７】
この発明によれば、ウェハ上の複数の領域に配置された発振手段で発振された発振周波数信号に基づいて温度を判別することにより、発振手段をＡ／Ｄ変換器として機能させることができるので、Ａ／Ｄ変換器を不要にして自動化に適し、耐熱性を高めてウェハの温度分布を測定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１は、この発明の一実施形態におけるウェハ型温度センサを示す外観斜視図であり、図２は図１に示したウェハ型温度センサを構成する発振回路を示す回路図である。
【００２９】
図１において、ウェハ型温度センサ１０は、ウェハ１と、ウェハ１の上面を複数の領域に区分し、区分された各領域Ｘ，Ｙ…に配置された複数の温度センサ２ａ，２ｂ…とを含む。ウェハ型温度センサ１０は、図１１に示した加熱板６２上に載置されて加熱板６２上に載置される処理用のウェハの温度分布を事前に測定して加熱板６２上での温度特性を把握し、その結果に基づいて適宜補正して、加熱板６２上の処理用のウェハを均一に加熱する温度を測定するために設けられている。
【００３０】
より好ましくは、温度センサ２ａ，２ｂ…は、発振手段としての発振回路２によって構成されている。発振回路２はオペアンプ２１を含み、オペアンプ２１の反転入力端（−）と接地間にコンデンサＣ１が接続され、反転入力端と出力端との間に抵抗Ｒｓが接続され、正転入力端（＋）と接地間に抵抗Ｒ１が接続され、正転入力端と出力端との間に抵抗Ｒ２が接続されて構成されている。抵抗Ｒｓは、温度に応じて抵抗値が変化する温度依存性を有する素子である。なお、コンデンサＣ１とオペアンプ２１も温度依存性を有している。発振回路２の発振周波数ｆ０は、コンデンサＣ１と、抵抗Ｒｓの定数で規定され、ｆ０≒１／（２・Ｃ１・Ｒｓ）で示される。
【００３１】
発振回路２の出力には送受信回路２２が接続され、送受信回路２２には素子アンテナ２３が接続されている。送受信回路２２は素子アンテナ２３を介して後述の図４に示すロガー１２から送信されるマイクロ波信号を受信し、電源電圧に変換してオペアンプ２１に供給するとともに、発振回路２の発振周波数信号をロガー１２に送信する。なお、発振回路２に電源電圧を共有するためにロガー１２からマイクロ波を送信することなく、電池をウェハ型温度センサ１０に内蔵して、この電池から電源電圧を各発振回路２に供給するようにしてもよい。
【００３２】
図３は、図２に示した発振回路２の温度特性を示す図である。図３において、縦軸は発振周波数ｆ０を示しており、横軸は温度を示している。図２に示した発振回路２のコンデンサＣ１の容量を１０ｐＦとし、抵抗Ｒｓの抵抗値を５００Ωとし、温度依存性を示すＴｃｒ＝０．３％／℃とする。例えば、温度が０℃では抵抗Ｒｓの抵抗値は５００Ωであり、発振回路２は、図３に示すように３０ＭＨｚの発振周波数ｆ０で発振動作している。
【００３３】
温度の上昇に伴って抵抗Ｒｓの抵抗値が次第に大きくなり、発振回路２の発振周波数ｆ０が低下する。例えば温度が２５０℃まで上昇すると、抵抗Ｒｓの抵抗値が１０４７Ωまで上昇し、発振回路２の発振周波数ｆ０が１４．３ＭＨｚまで低下する。この例では、温度が０．０５℃変化したときに１ｓｅｃに発振周波数ｆ０の変化は４ｋＨｚ〜２ｋＨｚになる。従来例では１５０℃で０．１℃の精度でしか温度変化を検出できなかったのに対して、この実施形態では、２５０℃で０．０５℃の精度で温度変化を測定できるので、測定精度を高めることができる。
【００３４】
したがって、周波数帯域幅２２５ＭＨｚ、ゲート間隔１ｓｅｃで１０桁から１２桁の分解能を有するカウンタ装置を用いれば、発振回路２の発振周波数ｆ０に基づいて、ウェハ型温度センサ１０の温度の測定が可能になる。発振回路２は温度に応じて発振周波数ｆ０が変化したパルス信号を出力できるため、Ａ／Ｄ変換器の機能を有していることになるので、Ａ／Ｄ変換器を内蔵する必要がなくなり、２５０℃以上の高温であっても精度よく温度の測定が可能になる。
【００３５】
また、発振回路２は、ウェハ型温度センサ１０の表面に密封して埋め込んでおくことで、測定環境の雰囲気ガスなどによって劣化することがなく、高い信頼性を得ることができる。
【００３６】
このように構成された発振回路２によりウェハ型温度センサ１０の温度を測定する方法について説明する。図１に示したウェハ型温度センサ１０上の予め定める領域Ｘに配置されている温度センサ２ａの測定温度範囲内の周波数変化の範囲をｆ１〜ｆ２とし、予め定める領域Ｙに配置されている温度センサ２ｂの測定温度範囲内の周波数変化の範囲をｆ３〜ｆ４というように測定しようとする領域に応じて周波数帯域を異ならせておく。ｆ１＜ｆ２＜ｆ３＜ｆ４とすると、ｆ１〜ｆ２の周波数帯域が検出されれば、ウェハ型温度センサ１０における予め定める領域Ｘを特定でき、ｆ１〜ｆ２の周波数帯域内のいずれの周波数であるかを判別できれば、領域Ｘにおける温度を測定できる。また、ｆ３〜ｆ４の周波数帯域が検出されれば、ウェハ型温度センサ１０における予め定める領域Ｙを特定でき、ｆ３〜ｆ４の周波数帯域内のいずれの周波数であるかを判別できれば領域Ｙにおける温度を測定できる。
【００３７】
図４は、図１に示したウェハ型温度センサ１０を加熱・冷却装置６０ａに配置して温度を測定する例を示す図であり、図５は図４に示したロガー１２の具体的なブロック図である。
【００３８】
図４において、加熱・冷却装置６０ａは、図１１および図１２に示した加熱・冷却装置６０とほぼ同様にして構成されている。筐体６０ｂ内には、図１１で説明した加熱板６２が配置されており、加熱板６２には加熱板温度センサ６２ａが内蔵されている。なお、冷却板６１は図示を省略している。筐体６０ｂの天井部にはアンテナ１１が配置されている。アンテナ１１は、例えば導体を渦巻き状に巻回したコイルなどで構成される。アンテナ１１は、送受信手段としてのロガー１２から所定の周波数帯域幅を有する高周波信号を筐体６０ｂ内に送信し、発振回路２で発振された発振周波数信号を受信してロガー１２に与える。ロガー１２は受信した発振周波数信号に基づいてウェハ型温度センサ１０の温度を算出して表示し、算出した温度データをコンピュータ１３に出力する。コントローラ１４は、加熱板温度センサ６２ａで検出された温度に基づいて加熱板６２に内蔵されているヒータ（図示せず）を制御する。
【００３９】
次に、図５を参照して、ロガー１２の構成と動作について説明する。図４に示したアンテナ１１は切換回路１２１に接続されている。切換回路１２１は制御回路１２２の制御により、マイクロ波の送信時には送信手段としての送信回路１２３側に切換えられ、発振回路２からの発振周波数信号の受信時には受信手段としての受信回路１２４側に切換えられる。送信回路１２３には、マイクロ波発生回路１２５からマイクロ波信号が与えられている。
【００４０】
受信回路１２４は、アンテナ１１を介して発振回路２から出力された発振周波数信号を受信し、その発振周波数に対応した測定温度の測定データを抽出してサンプリング回路１２６に出力する。サンプリング回路１２６は測定温度のデータをサンプリング時間ごとにサンプリングして時系列のデータにし、その時系列のデータを記憶回路１２７に記憶する。制御回路１２２は、記憶回路１２７に記憶したデータに基づいて、例えば平均値や偏差値などの数値加工を行って表示器１２９に表示する。また、制御回路１２２はデータを出力端子１２８から出力して、図４に示したコンピュータ１３に与える。
【００４１】
図６は、この発明の一実施形態のウェハ温度センサ１０に含まれる発振回路の他の例を示す回路図である。図２に示した発振回路２はオペアンプ２１を用いたのに対して、図６に示した発振回路２ｃはコルピッツ発振回路で構成したものである。すなわち、トランジスタＴｒのベースと接地間にはコンデンサＣ２が接続されており、トランジスタＴｒのベースとコレクタとの間にはコイルＬ１が接続されており、コレクタと接地間にはコンデンサＣ３が接続されている。トランジスタＴｒのエミッタは接地され、トランジスタＴｒのコレクタには、図２で説明した送受信回路２２が接続されており、送受信回路２２には通信アンテナ２３が接続されている。
【００４２】
図６に示した発振回路２ｃにおいて、コイルＬ１は、温度に応じてインダクタンスが変化する温度依存性を有しており、トランジスタＴｒも温度に応じて電流増幅率が変化する温度依存性を有している。送受信回路２２は、素子アンテナ２３を介してロガー１２からマイクロ波を受信し、電源電圧に変換して発振回路２ｃに与える。発振回路２ｃは電源電圧が与えられると自励発振し、その発振周波数信号が送受信回路２２から素子アンテナ２３を介してロガー１２に送信される。コイルＬ１とトランジスタＴｒは温度依存性を有しているので、温度に対応して発振周波数が変化する。したがって、この発振回路２ｃを図１に示したウェハ型温度センサ１０の各領域Ｘ，Ｙ…の温度センサ２ａ，２ｂとして埋め込んでおけば、ウェハ型温度センサ１０における各部の温度の測定が可能になる。
【００４３】
図７は、この発明の一実施形態のウェハ型温度センサに含まれる発振回路のさらに他の例を示す回路図である。この図７に示した発振回路２ｄは、リングオシレータにより発振回路を構成したものである。発振回路２ｄは、３個のインバータＩＮＶ１〜ＩＮＶ３が直列接続され、インバータＩＮＶ３の出力端がインバータＩＮＶ１の入力端に接続され、インバータＩＮＶ２の入力端と接地間にコンデンサＣ４が接続され、インバータＩＮＶ３の入力端と接地間にコンデンサＣ５が接続されて構成されている。
【００４４】
インバータＩＮＶ１〜ＩＮＶ３はＭＯＳトランジスタによって構成されており、電流駆動能力が温度依存性を有しているので、温度により充放電電流が変化する。このため、駆動電流が発振周波数に依存する。送受信回路２２にインバータＩＮＶ３の出力を与えることで、発振周波数信号を素子アンテナ２３を介してロガー１２に出力することができる。
【００４５】
送受信回路２２は、素子アンテナ２３を介してロガー１２からマイクロ波を受信し、電源電圧に変換して発振回路２ｄに与える。発振回路２ｄは自励発振し、その発振周波数信号が送受信回路２２から素子アンテナ２３を介してロガー１２に送信される。インバータＩＮＶ１〜ＩＮＶ３は、温度依存性を有しているので、温度に対応して発振周波数が変化する。したがって、この発振回路２ｃを図１に示したウェハ型温度センサ１０の各領域Ｘ，Ｙ…の温度センサ２ａ，２ｂとして埋め込んでおけば、ウェハ型温度センサ１０における各部の温度の測定が可能になる。
【００４６】
なお、発振回路として、図６に示したコルピッツ型発振回路や図７に示したリングオシレータ型発振回路に限ることなく、ハートレイ型発振回路やその他の温度に応じて発振周波数が変化する発振回路を用いてもよい。
【００４７】
図８は、ウェハ型温度センサ１０の温度センサ２ａ，２ｂとロガー１６とを有線で接続した実施形態を示す図である。ウェハ型温度センサ１０の各温度センサ２ａ，２ｂ…の発振出力と、ロガー１６はケーブル１８によって接続されており、各温度センサ２ａ，２ｂ…の電源入力端と電源回路１７とがケーブル１９によって接続されている。ロガー１６は、図５に示したロガー１２のアンテナ１１，切換回路１２１，送信回路１２３，受信回路１２４およびマイクロ波発生回路１２５を除きサンプリング回路１２６に直接ケーブル１７を介して発振周波数信号が入力される。
【００４８】
この図８に示した実施形態では、各温度センサ２ａ，２ｂ…の発振周波数信号を直接サンプリングできるので、ウェハ型温度センサ１０上の各領域を判別する必要がない。このため、各温度センサ２ａ，２ｂ…の発振周波数は、同一の周波数帯域内の周波数に選べばよい。
【００４９】
図９（Ａ）〜（Ｃ）は、この発明の一実施形態における温度測定装置によって加熱板６２と冷却板６１の温度を測定する方法を説明するための図である。図９（Ａ）において、筐体６０ｂ内には、図１１の説明と同様にして、冷却板６１と加熱板６２とが配置されている。なお、冷却板６１と加熱板６２には、図１１で説明した駆動昇降機構が設けられているが、図示を省略している。加熱板６２上には開閉可能なカバー部材としてのチャンバーカバー７１が設けられている。
【００５０】
筐体６０ｂの冷却板６１と加熱板６２との間の天井部には、図４で説明したアンテナ１１が配置されている。アンテナ１１を加熱板６２の真上に設けていないので、アンテナ１１の温度上昇を避けることができる。チャンバーカバー７１には、図示しないが電波の透過窓が形成されている。なお、図４に示したロガー１２と、コンピュータ１３と、コントローラ１４は、加熱板６２から離れた常温雰囲気中に置かれている。
【００５１】
次に、図９（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、温度の測定方法について説明する。まず、図１１で説明した搬送アームにより、ウェハ型温度センサ１０が筐体６０ｂの図示しない搬送口から搬送され、加熱板６２上のチャンバーカバー７１が上昇して開かれ、図１１で説明した搬送装置により、ウェハ型温度センサ１０が加熱板６２上に搬送され、位置がアライメントされる。その後、図９（Ａ）に示すように、チャンバーカバー７１が下降して加熱板６２の上部が閉じられて、図４で説明したように、アンテナ１１からマイクロ波信号が放射され、ウェハ型温度センサ１０上の発振回路に電源が供給され、発振周波数信号が放射されてアンテナ１１によって捕えられる。加熱処理が終了すると、図９（Ｂ）に示すように、再びチャンバーカバー７１が上昇して、搬送装置によりウェハ型温度センサ１０が加熱板６２上から冷却板５１方向へ移動される。
【００５２】
この搬送途中においてもアンテナ１１からウェハ型温度センサ１０にはマイクロ波信号が放射されており、ウェハ型温度センサ１０の各温度に応じた発振周波数信号がアンテナ１１によって捕らえられる。さらに、図９（Ｃ）に示すように、ウェハ型温度センサ１０が冷却板５１上に搬送された後も、アンテナ１１からマイクロ波を送信することができるので、ウェハ型温度センサ１０の各温度に応じた発振周波数信号がアンテナ１１によって捕らえられる。したがって、ウェハ型温度センサ１０によって冷却後の温度の検出も可能になる。その後、ウェハ型温度センサ１０が排出される。
【００５３】
このように図９（Ａ）〜（Ｃ）に示した例においては、加熱板６２による加熱中および冷却板６１による冷却中においてもアンテナ１１によりマイクロ波信号の送信および発振周波数信号の受信が可能になるので、ウェハ型温度センサ１０によって加熱温度および冷却温度の測定を継続して行うことができる。
【００５４】
図１０（Ａ）〜（Ｃ）は、この発明の一実施形態における温度測定装置によって加熱板と冷却板の温度を測定する他の例を説明するための図である。
【００５５】
この例は、筐体６０ｂの冷却板６１の上の天井部にアンテナ１１を配置し、チャンバーカバー７１内に補助アンテナ１５を配置したものである。補助アンテナ１５は、チャンバーカバー７１内に複数設けてもよい。チャンバーカバー７１が開かれて、ウェハ型温度センサ１０が加熱板６２上に搬送される。図１０（Ａ）に示すように、補助アンテナ１５からマイクロ波信号が放射されて、ウェハ型温度センサ１０に電源が供給され、測定された各領域の温度に応じた周波数信号が補助アンテナ１５によって捕らえられる。
【００５６】
加熱処理が終了すると、図１０（Ｂ）に示すように、チャンバーカバー７１が開かれ、ウェハ型温度センサ１０が加熱板６２上から冷却板６１側に移動される。この時点において、マイクロ波信号の送信が補助アンテナア１５から冷却板６１上のアンテナ１１に切換られ、搬送中のウェハ型温度センサ１０にマイクロ波信号が放射されるので、ウェハ型温度センサ１０から発振周波数信号がアンテナ１１によって捕らえられる。図１０（Ｃ）に示すように冷却板６１上にウェハ型温度センサ１０が搬送された後は、アンテナ１１からマイクロ波信号が送信され、ウェハ型温度センサ１０から各温度に応じた発振周波数信号が出力される。
【００５７】
なお、この例においては、補助アンテナ１５として２００℃以上の高熱に耐える特性を有する金属材料で形成されており、図４に示したロガー１２と、コンピュータ１３と、コントローラ１４は、加熱板６２から離れた常温雰囲気中に置かれている。
【００５８】
このように図１０（Ａ）〜（Ｃ）に示した例においては、加熱板６２による加熱中は補助アンテナ１５を介して送受信を行い、冷却板６１による冷却中においてはアンテナ１１を介して送受信が可能になるので、加熱温度および冷却温度の測定を継続して行うことができる。
【００５９】
図１１（Ａ）〜（Ｃ）は、この発明の一実施形態の温度測定機能を有する温度測定装置によって加熱板と冷却板の温度を測定するさらに他の例を説明するための図である。
【００６０】
前述の図８および図９に示した例は、図１４に示したように冷却板６１と搬送装置６９とを別個に設けていたのに対して、図１１に示した例は、冷却板６３が搬送機能を有するように構成したものである。それ以外の構成は図９と同じである。
【００６１】
まず、チャンバーカバー７１が上昇して開かれ、冷却板６３が搬送口に搬送されたウェハ型温度センサ１０を加熱板６２上に搬送し、チャンバーカバー７１を下降させて加熱板６２を閉じ、アンテナ１１から所定の帯域幅の高周波信号が放射され、ウェハ型温度センサ１０上のＳＡＷ素子２から、周波数信号がアンテナ１１に返されてくる。加熱処理が終了すると、図１１（Ｂ）に示すように、チャンバーカバー７１が上昇して、冷却板６３が加熱板６２上に移動し、ウェハ型温度センサ１０が加熱板６２から引き出される。
【００６２】
この搬送途中においてもアンテナ１１からウェハ型温度センサ１０には所定の帯域幅の高周波信号が放射されており、ウェハ型温度センサ１０の各領域に応じた周波数信号が送り返されている。さらに、図１１（Ｃ）に示すように、冷却板６３が搬送を停止する。この状態においてもウェハ型温度センサ１０がアンテナ１１から所定の周波数帯域幅の高周波信号を送信することができるので、ウェハ型温度センサ１０の各領域に応じた周波数信号が送り返されている。その後、ウェハ型温度センサ１０が搬送アームにより取出される。
【００６３】
図１２（Ａ）〜（Ｃ）は、この発明の一実施形態の温度測定機能を有する温度測定装置によって加熱板と冷却板の温度を測定するさらに他の例を説明するための図である。
【００６４】
この例は、図１０と同様にして筐体６０ｃの冷却板６１の上の天井部にアンテナ１１を配置し、チャンバーカバー７１内に補助アンテナ１５を配置したものであり、冷却板６３は搬送機能を有するようにしたものである。搬送動作、加熱動作および冷却動作は図９と同様であり、ウェハ型温度センサ１０とアンテナ１１，１５との信号のやり取りは図１０と同じであるため、説明を省略する。
【００６５】
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。図示され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。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
この発明のウェハ型温度センサとこれを用いた温度測定装置、温度測定機能を有する熱処理装置および温度測定方法は、加熱・冷却装置における冷却板や加加熱板の表面温度を測定するのに利用される。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】この発明の一実施形態におけるウェハ型温度センサを示す外観斜視図である。
【図２】図１に示したウェハ型温度センサを構成する発振回路を示す図である。
【図３】図２に示した発振回路の温度特性を示す図である。
【図４】図１に示したウェハ型温度センサを加熱・冷却装置に配置して温度を測定する例を示す図である。
【図５】図４に示したロガーの具体的なブロック図である。
【図６】この発明の一実施形態のウェハ型温度センサに含まれる発振回路の他の例を示す回路図である。
【図７】この発明の一実施形態のウェハ型温度センサに含まれる発振回路のさらに他の例を示す回路図である。
【図８】ウェハ型温度センサとロガーとを有線で接続した実施形態を示す図である。
【図９】この発明の一実施形態における温度測定装置によって加熱板と冷却板の温度を測定する一例を説明するための図である。
【図１０】この発明の一実施形態における温度測定装置によって加熱板と冷却板の温度を測定する他の例を説明するための図である。
【図１１】この発明の一実施形態の温度測定機能を有する温度測定装置によって加熱板と冷却板の温度を測定するさらに他の例を説明するための図である。
【図１２】この発明の一実施形態の温度測定機能を有する温度測定装置によって加熱板と冷却板の温度を測定するさらに他の例を説明するための図である。
【図１３】従来の加熱・冷却装置の縦断面図である。
【図１４】図１３の線Ａ−Ａに沿う横断面図である。
【図１５】従来の温度測定装置の各種例を示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
１  ウェハ、２，２ｃ，２ｄ  発振回路、２ａ,２ｂ  温度センサ、１０  ウェハ型温度センサ、１１  アンテナ、１２，１６  ロガー、１３  コンピュータ、１４  コントローラ、１５  補助アンテナ、１７  電源回路、１８，１９  ケーブル、２１  オペアンプ、２２  送受信回路、２３  素子アンテナ、６０ａ  加熱・冷却装置、６０ｂ，６０ｃ  筐体、６１，６３  冷却板、６２  加熱板、６２ａ  加熱板温度センサ、７１  チャンバーカバー、１２１  切換回路、１２２  制御回路、１２３  送信回路、１２４  受信回路、１２５  マイクロ波発生回路、１２６  サンプリング回路、１２７  記憶回路、１２８  出力端子、１２９  表示器、Ｒ１，Ｒ２，Ｒｓ  抵抗、Ｃ１〜Ｃ５  コンデンサ、Ｌ１  コイル、Ｔｒ  トランジスタ、ＩＮＶ１〜ＩＮＶ３  インバータ。
【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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【図９】
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【図１０】
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【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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