(57)【要約】【課題】温度の測定工程を自動化することができ、かつ、高温中でも測定精度が劣化しないウェハ型温度センサを提供する。【解決手段】ウェハ型温度センサ１１は、ウェハ１２と、ウェハ１２上を複数の領域に区分し、区分された各領域に配置されてウェハ１２上の温度を検出する複数の温度センサ１３とを備える。温度センサ１３は、構成要素として線膨張体１４と、変位規制手段としてのラッチ機構１５と、規制解除手段としてのリセット回路１６と、温度表示手段としての目盛１７とを備える。そして、線膨張体１４は、ウェハ１２に固定される固定端１４ａと、温度変化によってウェハ１２上の位置が変位する自由端１４ｂとを有するカンチレバー形状である。【選択図】図１
2007187567.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハと、
前記ウェハの上面を複数の領域に区分し、区分された各領域それぞれに配置される複数の温度センサとを備え、
前記複数の温度センサは、
前記ウェハに固定される固定端および温度変化によって前記ウェハ上の位置が変位する自由端を有する線膨張体と、
前記自由端の前記固定端方向への変位を規制する変位規制手段とを有する、ウェハ型センサ。
【請求項２】
前記ウェハ型温度センサは、前記自由端が指し示す位置で温度を表示する温度表示手段をさらに備える、請求項１に記載のウェハ型温度センサ。
【請求項３】
前記ウェハ型温度センサは、前記自由端の変位量を増幅する変位量増幅手段をさらに備える、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】
前記ウェハ型温度センサは、前記変位規制手段の規制を解除する規制解除手段をさらに備える、請求項１〜３のいずれかに記載のウェハ型温度センサ。
【請求項５】
前記線膨張体は、一端が前記固定端として前記ウェハに固定された渦巻き状部と、前記渦巻き状部の他端から延びて先端に前記自由端を有する直線部とを含み、
前記変位規制手段は、爪と、前記線膨張体の直線部に設けられ、前記爪によって係止されることにより前記自由端の前記固定端側への変位を規制するラックとを含む、請求項１〜４のいずれかに記載のウェハ型温度センサ。
【請求項６】
前記変位規制手段は、爪と、前記爪によって係止されることにより前記自由端の前記固定端側への変位を規制するラックとを含み、
前記規制解除手段は、その先端に前記爪が設けられて直線状に延びる弾性部材と、
前記弾性部材に対して平行に延びる電極と、
前記弾性部材と前記電極とに電圧を印加することで前記電極に前記弾性部材を引き寄せて、前記爪を前記ラックから引き離して前記自由端の前記固定端側への変位規制を解除するスイッチ回路とを含む、請求項４に記載のウェハ型センサ。
【請求項７】
前記変位量増幅手段は、前記自由端の直線運動を回転運動に変換する回転運動変換手段と、
前記回転運動変換手段によって変換された回転運動の回転を増幅する回転増幅手段と、
前記回転増幅手段によって増幅された回転運動を直線運動に変換する直線運動変換手段とを含む、請求項３に記載のウェハ型温度センサ。
【請求項８】
前記変位量増幅手段は、前記ウェハ上に設けられる支点と、前記支点に回動自在に保持される直線状部材と、前記温度表示手段の温度を指し示す温度指示部材とを備え、
前記自由端は、前記直線状部材の一方側に配置され、
前記温度指示部材は、前記直線状部材の他方側に配置され、
前記支点から前記自由端までの距離ｄ１と、前記支点から前記温度指示部材までの距離ｄ２とは、
ｄ１＜ｄ２の関係を有する、請求項３に記載のウェハ型温度センサ。
【請求項９】
ウェハと、前記ウェハの上面を複数の領域に区分し、区分された各領域それぞれに配置される複数の温度センサとを備え、前記複数の温度センサは、前記ウェハに固定される固定端および温度変化によって前記ウェハ上の位置が変位する自由端を有する線膨張体と、前記自由端の前記固定端方向への変位を規制する変位規制手段とを有するウェハ型センサの製造方法であって、
前記ウェハ上に犠牲膜および線膨張材料を積層する工程と、
前記線膨張材料に前記固定端および前記自由端を含む前記線膨張体を形成する工程と、
前記固定端に対応する部分を残して前記犠牲膜を除去して、前記自由端を前記ウェハから浮かせる工程とを含む、ウェハ型温度センサの製造方法。
【請求項１０】
熱処理装置内に載置されたウェハ上の温度を測定する方法であって、
ウェハと、前記ウェハの上面を複数の領域に区分し、区分された各領域それぞれに配置される複数の温度センサとを備え、前記複数の温度センサは、前記ウェハに固定される固定端および温度変化によって前記ウェハ上の位置が変位する自由端を有する線膨張体と、前記自由端の前記固定端方向への変位を規制する変位規制手段とを有するウェハ型センサを前記熱処理装置に搬入する工程と、
前記複数の温度センサが、ウェハ上の区分された各領域の最高温度を測定する工程と、
前記ウェハ型温度センサを前記熱処理装置から搬出する工程と、
前記ウェハ型温度センサの各領域に配置された前記温度センサの測定結果を判別する工程とを含む、温度測定方法。
【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、ウェハ型温度センサの製造方法、およびウェハ型温度センサを用いた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９は、従来の加熱・冷却装置１０１の縦断面図であり、図１０は図９の線Ａ−Ａに沿う横断面図、図１１は図９の右側面から見た断面図である。
【０００４】
図９において、加熱・冷却装置１０１の筐体１０２内には、冷却用の冷却板１０３と加熱用の加熱板１０４が並べられて設けられている。冷却板１０３および加熱板１０４は、厚みのある円盤状に形成されている。冷却板１０３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１０３を所定温度に冷却することができる。
【０００５】
また、冷却板１０３の下方には、ウェハを冷却板１０３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１０５が設けられている。この昇降ピン１０５は、昇降駆動機構１０６より上下に移動自在であり、冷却板１０３の下方から冷却板１０３を貫通し、冷却板１０３上に突出できるように構成されている。
【０００６】
一方、加熱板１０４には、ヒータ１０７と加熱板温度センサ１０８が内蔵されており、加熱板１０４の温度は、コントローラ１０９が加熱板温度センサ１０８で検出された温度に基づいて、ヒータ１０７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１０４の下方には、冷却板１０３と同様に昇降ピン１１０と昇降駆動機構１１１とが設けられており、この昇降ピン１１０によって、ウェハを加熱板１０４上に載置自在になっている。
【０００７】
また、図１０に示すように冷却板１０３と加熱板１０４との間には、ウェハを加熱板１０４に搬送し、またウェハを加熱板１０４から冷却板１０３に搬送するための搬送装置１１２が設けられている。加熱・冷却装置１０１の筐体１０２の冷却板１０３側には、ウェハを加熱・冷却装置１０１内に搬入出するための搬送口１１３が設けられている。
【０００８】
また、この搬送口１１３には、加熱・冷却装置１０１内の雰囲気を所定の雰囲気に維持するためのシャッタ１１４が設けられている。搬送口１１３に対向するように搬送アーム１１５が設けられており、シャッタ１１４が開かれたときに、この搬送アーム１１５によりウェハが搬送口１１３から搬送され、搬送装置１１２により加熱板１０４上に搬送される。
【０００９】
このような加熱・冷却装置１０１は、加熱板１０４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１０４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１０４上のウェハを均一に加熱することが重要である。そこで、従来このような加熱板１０４上のウェハの温度分布を測定するための方法が特開２００２−１２４４５７号公報（特許文献１）に記載されている。
【００１０】
同公報によると、図１２に示すような、ウェハ１２１と、ウェハ１２１の上面に配置された複数の温度センサ１２２と、各温度センサ１２２が検出した温度情報を出力するケーブル１２３とを備えるウェハ型温度センサ１２０を図１１に示すように搬送装置１１２上に載置し、ケーブル１２３を加熱・冷却装置１０１の外部に配置された送信装置１１６に接続する。このウェハ型温度センサ１２０を加熱板１０４上に自動搬送すると、各温度センサ１２２が検出したウェハ１２１上の温度情報が送信装置１１６を経由して測定器（図示せず）に送信され、ウェハ１２１上の温度分布を測定することが可能となる。
【００１１】
また、加熱板１０４上の温度分布を測定する他の例として、例えば図１３に示すように、温度測定用ウェハ１３１上に送信装置１３４を設け、各温度センサ１３２と送信装置１３４とをケーブル１３３で接続した無線式のウェハ型温度センサ１３０によって、各温度センサ１３２で検出した温度情報を無線で送信し、加熱・冷却装置１０１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ように構成することが考えられる。
【００１２】
さらに、加熱板１０４上の温度分布を測定する他の例として、特開２００２−１２４４５７号公報（特許文献１）には、図１４に示すように、複数の温度センサ１４２が配置された第１のウェハ１４１と、送信装置１４４が配置された第２のウェハ１４３とをケーブル１４５で接続したウェハ型温度センサ１４０の例が記載されている。
【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】
【００１３】
図１１および図１２に示す加熱板１０４上の温度を測定する場合、作業員が手作業でウェハ型温度センサ１２０を搬送アーム１１５に載置し、送信装置１１６にケーブル１２３を接続しなければならないので、温度分布を測定するためには、加熱・冷却装置１０１を一旦停止する必要があり、非効率である。また、送信装置１１６とウェハ型温度センサ１２０を接続するケーブル１２３が搬送口１１３を通るので、加熱・冷却装置１０１を完全に密封することができないという問題がある。
【００１４】
また、図１３に示したようなウェハ型温度センサ１３０を使用する場合、各温度センサ１３２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１３４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。
【００１５】
さらに、図１４に示したようなウェハ型温度センサ１４０の場合、温度測定用ウェハ１４１のみを加熱板１０４上に載置し、情報送信用のウェハ１４３を温度測定用ウェハ１４１よりも離した上に位置させることで、加熱板１０４から離すことが可能であるため、送信装置１４４に内蔵されているＡ／Ｄコンバータが高温によって変換精度が劣化することはない。
【００１６】
しかし、ウェハ型温度センサ１４０を加熱・冷却装置１０１内に搬送する場合、温度測定用ウェハ１４１および情報送信用ウェハ１４３を搬送するための２つの自動搬送手段が必要となり、既存の搬送装置１１２および搬送アーム１１５を使用することができないという問題がある。
【００１７】
そこで、この発明の目的は、温度の測定工程を自動化することができ、かつ、高温中でも測定精度が劣化しないウェハ型温度センサ、ウェハ型温度センサの製造方法、およびウェハ型温度センサを用いた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】
【００１８】
この発明に係るウェハ型温度センサは、ウェハと、ウェハの上面を複数の領域に区分し、区分された各領域それぞれに配置される複数の温度センサとを備える。そして、複数の温度センサは、ウェハに固定される固定端および温度変化によってウェハ上の位置が変位する自由端を有する線膨張体と、自由端の固定端方向への変位を規制する変位規制手段とを有する。
【００１９】
上記構成のウェハ型温度センサは、線膨張体の膨張量から温度を判別するので、温度の測定に耐熱性の低い回路を必要としない。その結果、高温中でも測定精度の劣化しないウェハ型温度センサを得ることができる。また、ウェハ型温度センサと外部装置とを接続するケーブル等も必要としないので、温度の測定工程を自動化することができる。なお、本明細書中「線膨張体」とは、温度の変化によって伸縮する材料であって、特に線膨張係数の高い鉛、アルミニウム、黄銅、銅等の金属や合金を指すものとする。
【００２０】
好ましくは、ウェハ型温度センサは、自由端が指し示す位置で温度を表示する温度表示手段をさらに備える。これにより、ウェハ上の温度分布を容易に検出することが可能となる。
【００２１】
好ましくは、ウェハ型温度センサは、自由端の変位量を増幅する変位量増幅手段をさらに備える。自由端の変位量は微小であるので、歯車等の変位量増幅手段を用いることによって、温度センサの分解能が向上する。
【００２２】
好ましくは、ウェハ型温度センサは、変位規制手段の規制を解除する規制解除手段をさらに備える。上記構成とすることにより、このウェハ型温度センサを繰り返して使用することが可能となる。
【００２３】
一実施形態として、線膨張体は、一端が固定端としてウェハに固定された渦巻き状部と、渦巻き状部の他端から延びて先端に自由端を有する直線部とを含む。変位規制手段は、爪と、線膨張体の直線部に設けられ、爪によって係止されることにより自由端の固定端側への変位を規制するラックとを含む。
【００２４】
他の実施形態として、変位規制手段は、爪と、爪によって係止されることにより自由端の固定端側への変位を規制するラックとを含む。規制解除手段は、その先端に爪が設けられて直線状に延びる弾性部材と、弾性部材に対して平行に延びる電極と、弾性部材と電極とに電圧を印加することで電極に弾性部材を引き寄せて、爪をラックから引き離して自由端の固定端側への変位規制を解除するスイッチ回路とを含む。
【００２５】
他の実施形態として、変位量増幅手段は、自由端の直線運動を回転運動に変換する回転運動変換手段と、回転運動変換手段によって変換された回転運動の回転を増幅する回転増幅手段と、回転増幅手段によって増幅された回転運動を直線運動に変換する直線運動変換手段とを含む。
【００２６】
他の実施形態として、変位量増幅手段は、ウェハ上に設けられる支点と、支点に回動自在に保持される直線状部材と、温度表示手段の温度を指し示す温度指示部材とを備える。そして、自由端は直線状部材の一方側に配置され、温度指示部材は直線状部材の他方側に配置され、支点から自由端までの距離ｄ１と、支点から温度指示部材までの距離ｄ２とは、ｄ１＜ｄ２の関係を有する。
【００２７】
この発明に係るウェハ型温度センサの製造方法は、ウェハと、ウェハの上面を複数の領域に区分し、区分された各領域それぞれに配置される複数の温度センサとを備え、複数の温度センサは、ウェハに固定される固定端および温度変化によってウェハ上の位置が変位する自由端を有する線膨張体と、自由端の固定端方向への変位を規制する変位規制手段とを有するウェハ型センサの製造方法である。具体的には、第１の工程として、ウェハ上に犠牲膜および線膨張材料を積層する。第２の工程として、線膨張材料に固定端および自由端を含む線膨張体を形成する。第３の工程として、固定端に対応する部分を残して犠牲膜を除去して、自由端をウェハから浮かせる。
【００２８】
上記方法とすることにより、ウェハ上に直接温度センサを形成することができるので、温度センサの取り付けに接着剤等を使用する必要がない。その結果、１１００度以上の超高温中での温度測定が可能となる。
【００２９】
この発明に係る温度測定方法は、熱処理装置内に載置されたウェハ上の温度を測定する方法である。具体的には、第１の工程として、ウェハと、ウェハの上面を複数の領域に区分し、区分された各領域それぞれに配置される複数の温度センサとを備え、複数の温度センサは、ウェハに固定される固定端および温度変化によってウェハ上の位置が変位する自由端を有する線膨張体と、自由端の固定端方向への変位を規制する変位規制手段とを有するウェハ型センサを熱処理装置に搬入する。第２の工程として、複数の温度センサが、ウェハ上の区分された各領域の最高温度を測定する。第３の工程として、ウェハ型温度センサを熱処理装置から搬出する。第４の工程として、ウェハ型温度センサの各領域に配置された温度センサの測定結果を判別する。
【００３０】
上記の温度測定方法は、作業員による手作業の必要がなく、全ての工程を自動で行うことができる。その結果、温度測定の度に熱処理装置を停止する必要がなくなるので、熱処理装置の作業効率が向上する。
【発明の効果】
【００３１】
この発明により、温度の測定工程を自動化することができ、かつ、高温中でも測定精度が劣化しないウェハ型温度センサ、ウェハ型温度センサの製造方法、および温度測定方法を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
図１〜図３を参照して、この発明の一実施形態に係るウェハ型温度センサ、およびこのウェハ型温度センサによる温度測定方法を説明する。
【００３３】
まず、図２はこの発明の一実施形態に係るウェハ型温度センサ１１を示す図である。このウェハ型温度センサ１１は、ウェハ１２と、ウェハ１２上を複数の領域に区分し、区分された各領域Ｘ，Ｙ・・・に配置されてウェハ１２上の温度を検出する複数の温度センサ１３ａ，１３ｂ・・・（以下、総称して「温度センサ１３」という）とを備える。
【００３４】
図１はウェハ１２を上から見た温度センサ１３の拡大図である。この温度センサ１３は、構成要素として線膨張体１４と、変位規制手段としてのラッチ機構１５と、規制解除手段としてのリセット回路１６と、温度表示手段としての目盛１７とを備える。
【００３５】
線膨張体１４は、渦巻状に形成され、渦巻状の一端の中心部はウェハ１２に固定される固定端１４ａで、渦巻状の他端は直線状に延びて、温度変化によってウェハ１２上の位置が変位する自由端１４ｂであるカンチレバー形状に形成されている。また、自由端１４ｂには、目盛１７上の温度を指し示すプローブ１４ｃが設けられている。
【００３６】
リセット回路１６は、電源１６ａと、スイッチ１６ｂとを有し、電源１６ａの正極側には、スイッチ１６を介して正電極１６ｃが接続され、負極側には負電極１６ｄが接続される。正電極１６ｃはウェハ１２に固定されておらず、弾性変形可能な弾性部材で形成されている。一方、負電極１６ｄは正電極１６ｃと平行にウェハ１２に固定されている。
【００３７】
ラッチ機構１５は、正電極１６ｃの先端に取り付けられた爪１５ａと、線膨張体１４の直線部に設けられた鋸歯状のラック１５ｂとを有する。このラック１５ｂの鋸歯は、図中左側の歯面が線膨張体１４の直線部に対して垂直に形成されており、右側の歯面が直線部に対して所定の角度傾斜して形成されている。一方、爪１５ａは、図中右側の面が正電極１６ｃに対して垂直に形成されており、左側の面が正電極１６ｃに対して所定の角度傾斜して形成されている。これにより、自由端１４ｃは、図中右側には移動できるが、図中左側の固定端側への移動は規制される。
【００３８】
目盛１７は、線膨張体１４の直線部に対して平行に形成されており、自由端１４ｃに設けられたプローブ１４ｃが指し示す位置の温度を表示する。目盛間隔は、温度変化による線膨張体１４の伸縮量を予め計測して決定する。例えば、線膨張体１４に線膨張係数が２３×１０−６（／℃）のアルミニウムを使用した場合、２５℃〜１２５℃まで温度が変化したときの伸長量は約１００μｍである。したがって、目盛単位を１℃とすると、目盛間隔は１μｍとなる。
【００３９】
図１に示す温度センサ１３は、温度の上昇に伴って線膨張体１４が膨張し、自由端１４ｂが直線部の延長線上を図中右側に移動する。このとき、正電極１６ｃは弾性を有しているので、ラック１５ｂの鋸歯の傾斜部分が爪１５ａの傾斜部分を跳ね上げながら右側に移動する。一方、自由端１４ｂが図中左側に移動しようとすると、ラック１５ｂの鋸歯の垂直部分が爪１５ａの垂直部分と係合して自由端１４ｂの移動を規制する。その結果、周辺の温度が低下してもプローブ１４ｃは常に最高温度を指し示す。
【００４０】
また、この温度センサ１３は、温度測定終了後にラッチ機構１５を解除して、自由端１４ｂを元の位置に戻すことができる。具体的には、リセット回路１６のスイッチ１６ｂをＯＮの状態にして正電極１６ｃおよび負電極１６ｄに電圧を印加すると、正電極１６ｃはプラスの電気を、負電極１６ｄはマイナスの電気をそれぞれ帯電し、正電極１６ｃが負電極１６ｄに引き寄せられる。これによって、爪１５ａとラック１５ｂとの係合が解除され、自由端１４ｂが図中左側の固定端１４ａ側の所定位置に戻ることが可能となる。
【００４１】
図３は、図１に示したウェハ型温度センサ１１を用いて、図９および図１０に示したような加熱・冷却装置１０１の加熱板１０４上に載置されるウェハの温度分布を測定する方法を説明する図である。なお、加熱・冷却装置１０１は従来と同様であるので、図示および説明は省略する。
【００４２】
まず、第１の工程として、ウェハ型温度センサ１１を加熱・冷却装置１０１に搬入する。具体的には、ウェハ型温度センサ１１を搬送装置１１２によって加熱板１０４上に載置する。なお、ウェハ型温度センサ１１は、処理用のウェハと同じ形状であるので、温度測定の際に特別な準備をすることなく、通常の搬入手順で搬入することができる。このとき、ウェハ１２上の各温度センサ１３は、図３（Ａ）に示すように、スイッチ１６ｂがＯＦＦの状態であり、プローブ１４ｃは常温を示している。
【００４３】
次に、第２の工程として、ウェハ１２上の各温度センサ１３が、ウェハ１２上の各領域の温度を測定する。具体的には、ヒータ１０７によって加熱板１０４を加熱すると、図３（Ｂ）に示すように、温度上昇に伴って自由端１４ｂが図中右側に移動し、プローブ１４ｃが目盛１７上の温度を指し示す。
【００４４】
次に、第３の工程として、ウェハ型温度センサ１１を加熱・冷却装置１０１から搬出する。具体的には、搬送装置１１２によって処理用ウェハと同様の手順で搬出される。このとき、ラッチ機構１５によって自由端１４ｂの図中左側への移動が規制されているので、ウェハ型温度センサ１１が外気に触れて温度が下がっても、プローブ１４ｃは加熱板１０４上での最高温度を常に指している。
【００４５】
次に、第４の工程として、ウェハ型温度センサ１１の各領域に配置された温度センサ１３の測定結果を判別する。具体的には、作業者が各温度センサ１３のプローブ１４ｃが指し示す目盛１７の値を読み取る。ここで、温度センサ１３は約１ｍｍ程度と非常に小さいので、顕微鏡等を使用して目盛１７を読み取るとよい。
【００４６】
最後に、第５の工程として、ラッチ機構１５を解除して自由端１４ｂを元の位置に戻す。具体的には、スイッチ１６ｂをＯＮの状態にすると、正電極１６ｃがプラスの電気を、負電極１６ｄがマイナスの電気をそれぞれ帯電するので、図３（Ｃ）に示すように、正電極１６ｃの先端が負電極１６ｄに引き寄せられて、ラッチ機構１５が解除される。これにより、温度の低下と共に自由端１４ｂが図中左側に移動して元の位置に戻る。
【００４７】
図４は、この発明の他の実施形態に係るウェハ型温度センサを示す図である。このウェハ型温度センサは、図１に示すウェハ型温度センサ１１に自由端１４ｂの変位量を増幅する変位量増幅手段としての歯車機構を備える。
【００４８】
この歯車機構は、線膨張体１４の直線部に配置される第１ラックギヤ１８と、第１ラックギヤ１４に対向して配置され、先端にプローブ１４ｃを取り付けた第２ラックギヤ２２と、第１ラックギヤ１８に噛み合う第１歯車１９と、第２ラックギヤ２２に噛み合う第３歯車２１と、第１歯車１９に噛み合う小径歯車２０ａおよび第３歯車に噛み合う大径歯車２０ｂを一体形成した第２歯車２０とを備える。
【００４９】
第１ラックギヤ１８と第１歯車１９とは、自由端１４ｂの直線運動を第１歯車１９の回転運動に変換する回転運動変換手段として機能する。また、第１歯車１９と、第１歯車１９より歯数の少ない小径歯車２０ａとは、第１歯車１９の回転を増幅して大径歯車２０ｂに伝達する回転増幅手段として機能する。そして、第３歯車２１と第２ラックギヤ２２とは、大径歯車２０ｂの回転運動を直線運動に変換する直線運動変換手段として機能する。これらにより、自由端１４ｂの変位量が、第１歯車１９と小径歯車２０ａとのギヤ比分だけ増幅されてプローブ１４ｃの変位量となる。
【００５０】
なお、この歯車機構は、図４に示す構成に限らず、自由端１４ｂの変位量を増幅するあらゆる構成を採用することができる。例えば、第３歯車２１を取り外して大径歯車２０ｂと第２ラックギヤ２２とを直接噛み合わせてもよい。
【００５１】
図５は、この発明のさらに他の実施形態に係るウェハ型温度センサを示す図である。このウェハ型温度センサは、図１に示すウェハ型温度センサ１１に自由端１４ｂの変位量を増幅する変位量増幅手段としてのてこ機構を備える。
【００５２】
このてこ機構は、図２に示したウェハ１２上に設けられる支点２３と、支点２３に回動可能に保持される直線状部材２４と、先端にプローブ１４ｃを有して目盛１７と平行に移動する温度指示部材２５とを有する。直線状部材２４の一方側には自由端１４ｂが当接し、他方側には温度指示部材２５が当接する。このとき、支点２３から自由端１４ｂまでの距離をｄ１、支点２３から温度指示部材２５までの距離をｄ２とすると、常にｄ１＜ｄ２の関係が成立する。
【００５３】
この温度センサ１３において自由端１４ｃが変位すると、直線状部材２４と自由端１４ｃの当接部分を力点として直線状部材２４が回動する。そして、直線状部材２４と温度指示部材２５の当接部分を作用点としてプローブ１４ｃが自由端１４ｂの移動方向と反対方向に変位する。このとき、プローブ１４ｃの変位量は、自由端１４ｂの変位量よりｄ２／ｄ１だけ増幅される。
【００５４】
なお、このてこ機構は、図５に示す構成に限らず、自由端１４ｂの変位量を増幅するあらゆる構成を採用することができる。例えば、直線状部材２４の一端から支点、力点、作用点の順で配置することにより、プローブ１４ｃが自由端１４ｂと同一方向に変位させることができる。
【００５５】
上記構成の温度センサ１３は、独立したプロセスで製造してウェハ１２上に接着剤等で固定することとしてもよいが、図６〜図８に示すような方法でウェハ１２上に直接形成してもよい。図６〜図８は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｄｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｄ  Ｓｙｓｔｅｍ）技術を用いて、図１に示したような温度センサ１３の線膨張体１４を形成する方法を説明する図である。なお、各図（Ａ）は平面図を、各図（Ｂ）は図（Ａ）のＸ−Ｘにおける断面図である。
【００５６】
まず、第１の工程として、図６に示すように、基板１２ａ上に犠牲膜１２ｂと、線膨張材料１２ｃとを積層する。ここで、線膨張材料１２ｃは線膨張体１４を形成するために、線膨張係数の高い、例えばアルミニウム、鉛、黄銅、銅等の金属および合金を使用する。また、犠牲膜１２ｂは、基板１２ａから自由端１４ｂを浮かせた状態で形成するために、後の工程で除去が可能なシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）を使用する。
【００５７】
次に、第２の工程として、図７に示すように、線膨張材料１２ｃ上に固定端１４ａ、自由端１４ｂ、ラック１５ｂ、渦巻き状部、および直線部を形成する。具体的には、線膨張材料１２ｃに対してフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィ技術によって、線膨張体１４以外の不要な部分を除去してレジストパターンを形成する。このレジストパターンをマスクとして線膨張材料１２ｃをエッチングすることにより線膨張体１４を形成する。この工程では、線膨張材料１２ｃの層のみを加工するので、自由端１４ｂやラック１５ｂもウェハ１２上に固定された状態である。
【００５８】
次に、第３の工程として、犠牲膜１２ｂをフッ酸等のエッチング液によって除去する。このとき、固定端１４ａは線膨張体１４の他の部分より太く形成しておくことで、図８に示すように、固定端１４ａの下に位置する犠牲膜１２ｂの一部が残った状態となる。これにより、線膨張体１４の固定端１４ａ以外の部分は、基板１２ａから浮いた状態となり、自由端１４ｂは変位可能となる。
【００５９】
なお、図６〜図８では、温度センサ１３の線膨張体１４の部分の形成方法のみを説明したが、ラッチ機構１５、リセット回路１６、目盛１７、および歯車機構についても同様の方法で形成することが可能である。
【００６０】
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。図示し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】
【００６１】
この発明は、半導体製造装置等でウェハの温度分布を測定するのに有利に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】図２に示すウェハ型温度センサに配置される温度センサの拡大図である。
【図２】この発明の一実施形態に係るウェハ型温度センサを示す図である。
【図３】図１に示す温度センサの温度測定方法を説明する図であって、（Ａ）は温度測定前の状態、（Ｂ）は温度測定時の状態、（Ｃ）はラッチ機構を解除している状態をそれぞれ示す図である。
【図４】図１に示す温度センサに変位量増幅手段としての歯車機構を設けた例を示す図である。
【図５】図１に示す温度センサに変位量増幅手段としてのてこ機構を設けた例を示す図である。
【図６】図１に示す温度センサを製造する方法であって、基板上に犠牲膜と線膨張材料を積層する状態を示す図である。
【図７】図１に示す温度センサを製造する方法であって、線膨張材料を温度センサの形状に加工する状態を示す図である。
【図８】図１に示す温度センサを製造する方法であって、犠牲膜をエッチングによって除去した状態を示す図である。
【図９】従来の加熱・冷却装置の縦断面図である。
【図１０】図９のＡ−Ａでの横断面図である。
【図１１】図９を右側面から見た縦断面図である。
【図１２】従来のウェハ型有線式温度センサの一例を示す図である。
【図１３】従来のウェハ型無線式温度センサの一例を示す図である。
【図１４】従来のウェハ型無線式温度センサの他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
１１，１２０，１３０，１４０  ウェハ型温度センサ、１２，１２１，１３１，１４１，１４３  ウェハ、１２ａ  基板、１２ｂ  犠牲膜、１２ｃ  線膨張材料、１３，１３ａ，１３ｂ，１２２，１３２，１４２  温度センサ、１４  線膨張体、１４ａ  固定端、１４ｂ  自由端、１４ｃ  プローブ、１５  ラッチ機構、１５ａ  爪、１５ｂ  ラック、１６  リセット回路１６ａ  電源、１６ｂ  スイッチ、１６ｃ  正電極、１６ｄ  負電極、１７  目盛、１８  第１ラックギヤ、１９  第１歯車、２０  第２歯車、２０ａ  小径歯車、２０ｂ  大径歯車、２１  第３歯車、２２  第２ラックギヤ、２３  支点、２４  直線状部材、２５  温度指示部材、１０１  加熱・冷却装置、１０２  筐体、１０３  冷却板、１０４  加熱板、１０５，１１０  昇降ピン、１０６，１１１  昇降駆動装置、１０７  ヒータ、１０８  加熱板温度センサ、１０９  コントローラ、３６，５６  情報処理装置、３７  処理用ウェハ、１１２  搬送装置、１１３  搬送口、１１４  シャッタ、１１５  搬送アーム、１１６，１３４，１４４  送信装置、１２３，１４５  ケーブル。
【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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