(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の熱処理が施される被処理体を載置する載置台に設けられる温度測定装置において、
前記載置台内に、前記載置台の厚さ方向に沿って埋め込まれると共に上端部が表面に露出しているプローブ本体と、
前記プローブ本体の下端部の加熱及び／又は冷却を行うことができる温調手段と、
前記プローブ本体の上端部の温度を測定する第１の温度センサと、
前記プローブ本体の下端部の温度を測定する第２の温度センサと、
前記第１の温度センサと前記第２の温度センサの測定値の温度差を求める温度差検出部と、
前記温度差検出部から出力される温度差に基づいて該温度差がゼロになるように前記温調手段を制御することにより前記被処理体の温度を求める温度測定制御部と、を備え、
前記温調手段は、加熱部と冷却部との組み合わせよりなることを特徴とする温度測定装置。
【請求項２】
前記加熱部は、加熱ヒータ又は加熱用のレーザ素子よりな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】
所定の熱処理が施される被処理体を載置する載置台に設けられる温度測定装置において、
前記載置台内に、前記載置台の厚さ方向に沿って埋め込まれると共に上端部が表面に露出しているプローブ本体と、
前記プローブ本体の下端部の加熱及び／又は冷却を行うことができる温調手段と、
前記プローブ本体の上端部の温度を測定する第１の温度センサと、
前記プローブ本体の下端部の温度を測定する第２の温度センサと、
前記第１の温度センサと前記第２の温度センサの測定値の温度差を求める温度差検出部と、
前記温度差検出部から出力される温度差に基づいて該温度差がゼロになるように前記温調手段を制御することにより前記被処理体の温度を求める温度測定制御部と、を備え、
前記プローブ本体は、前記載置台の表面に形成された収容穴内に収容され、前記プローブ本体の表面及び／又は前記収容穴の内面には、反射膜がコーティングされていることを特徴とする温度測定装置。
【請求項４】
所定の熱処理が施される被処理体を載置する載置台に設けられる温度測定装置において、
前記載置台内に、前記載置台の厚さ方向に沿って埋め込まれると共に上端部が表面に露出しているプローブ本体と、
前記プローブ本体の下端部の加熱及び／又は冷却を行うことができる温調手段と、
前記プローブ本体の上端部の温度を測定する第１の温度センサと、
前記プローブ本体の下端部の温度を測定する第２の温度センサと、
前記第１の温度センサと前記第２の温度センサの測定値の温度差を求める温度差検出部と、
前記温度差検出部から出力される温度差に基づいて該温度差がゼロになるように前記温調手段を制御することにより前記被処理体の温度を求める温度測定制御部と、を備え、
前記プローブ本体は、周囲に対して断熱構造になされた状態で埋め込まれていることを特徴とする温度測定装置。
【請求項５】
前記収容穴内には断熱材が充填されていることを特徴とする請求項３記載の温度測定装置。
【請求項６】
前記収容穴内は真空状態になされていることを特徴とする請求項３記載の温度測定装置。
【請求項７】
所定の熱処理が施される被処理体を載置する載置台に設けられる温度測定装置において、
前記載置台内に、前記載置台の厚さ方向に沿って埋め込まれると共に上端部が表面に露出しているプローブ本体と、
前記プローブ本体の下端部の加熱及び／又は冷却を行うことができる温調手段と、
前記プローブ本体の上端部の温度を測定する第１の温度センサと、
前記プローブ本体の下端部の温度を測定する第２の温度センサと、
前記第１の温度センサと前記第２の温度センサの測定値の温度差を求める温度差検出部と、
前記温度差検出部から出力される温度差に基づいて該温度差がゼロになるように前記温調手段を制御することにより前記被処理体の温度を求める温度測定制御部と、を備え、
前記第１及び第２の温度センサの内のいずれか一方の温度センサと前記プローブ本体とは熱電対を形成していることを特徴とする温度測定装置。
【請求項８】
前記温調手段は、熱電変換素子よりなることを特徴とする請求項１、請求項３乃至７のいずれか一項に記載の温度測定装置。
【請求項９】
前記プローブ本体の上端は、前記被処理体の裏面に接触するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の温度測定装置。
【請求項１０】
前記プローブ本体の上端は、前記被処理体の裏面から僅かに離間するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の温度測定装置。
【請求項１１】
前記プローブ本体は、シリコン、アルミニウム、アルミニウム合金、石英、セラミック材よりなる群から選択される１の材料よりなることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の温度測定装置。
【請求項１２】
前記プローブ本体は、前記載置台に設けられて前記被処理体を昇降するための押し上げピンと兼用されていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の温度測定
装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の温度測定装置を有することを特徴とする載置台構造。
【請求項１４】
被処理体に対して所定の熱処理を施す熱処理装置において、
排気可能になされた処理容器と、
請求項１３に記載の載置台構造と、
前記載置台構造に載置された前記被処理体を加熱する加熱手段と、
前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス導入手段と、
前記載置台構造に設けた温度測定装置で測定した測定値に基づいて前記被処理体の温度を制御する被処理体温度制御部と、
を備えたことを特徴とする熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体の温度測定装置、これを用いた載置台構造及び熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体集積回路を製造するには、半導体ウエハ等の被処理体に、成膜処理、エッチング処理、酸化拡散熱処理、アニール処理、改質処理、結晶化処理等の各種の熱処理を繰り返し行なって、所望する集積回路を形成するようになっている。上記したような各種の処理を行なう場合には、その処理の種類に対応して必要な処理ガス、例えば成膜処理の場合には成膜ガスを、改質処理の場合にはオゾンガス等を、結晶化処理の場合にはＮ２ ガス等の不活性ガスやＯ２ ガス等をそれぞれ処理容器内へ導入している。
【０００３】
例えば半導体ウエハに対して１枚毎に熱処理を施す枚葉式の熱処理装置を例にとれば、真空引き可能になされた処理容器内に、例えば抵抗加熱ヒータを内蔵した載置台を設置し、この上面に半導体ウエハを載置した状態で所定の処理ガスを流し、所定のプロセス条件下にてウエハに各種の熱処理を施すようになっている。
【０００４】
ところで、上述した各種の熱処理を行う場合には、この熱処理を所望の設計通りに行うために熱処理時の半導体ウエハの温度を厳しく管理することが求められる。例えば熱処理として熱ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により薄膜を形成する場合に、上記したように半導体ウエハの温度を厳しく管理しないと、設計通りの膜厚が得られなかったり、或いは所望する膜質特性が得られなかったりしてしまう。
【０００５】
そこで、熱処理中の半導体ウエハの温度を測定するための手段として、例えば半導体ウエハＷを載置する載置台や処理ガスを供給するシャワーヘッド部に放射温度計を設けて、この放射温度計によりウエハ温度を計測しつつウエハ温度を調整して熱処理することが行われている（特許文献１等）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３１９５３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述した放射温度計は、ウエハ表面からの放射輝度を用いて温度を求めるものであるが、ウエハの放射率はウエハ温度に大きく依存して変化し、また、この放射率はウエハ表面の状態にも大きく影響を受けてしまうので、例えばウエハの表面に薄膜等が付着すると放射率が変化してしまい、精度の高い温度測定を行うことが困難になる、といった問題があった。
【０００８】
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、安価で且つ精度の高い温度測定を行うことが可能な温度測定装置、これを用いた載置台構造及び熱処理装置を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に係る発明は、所定の熱処理が施される被処理体を載置する載置台に設けられる温度測定装置において、前記載置台内に、前記載置台の厚さ方向に沿って埋め込まれると共に上端部が表面に露出しているプローブ本体と、前記プローブ本体の下端部の加熱及び／又は冷却を行うことができる温調手段と、前記プローブ本体の上端部の温度を測定する第１の温度センサと、前記プローブ本体の下端部の温度を測定する第２の温度センサと、前記第１の温度センサと前記第２の温度センサの測定値の温度差を求める温度差検出部と、前記温度差検出部から出力される温度差に基づいて該温度差がゼロになるように前記温調手段を制御することにより前記被処理体の温度を求める温度測定制御部と、を備え、前記温調手段は、加熱部と冷却部との組み合わせよりなることを特徴とする温度測定装置である。
【００１０】
このように、被処理体の温度を測定するためにプローブ本体の上端部を被処理体に接近、或いは接触させて設け、下端部に温調手段を設けた状態でプローブ本体の上下端部間の温度差がゼロになるように温調手段を制御することにより被処理体の温度を求めるようにしたので、装置自体を安価にでき、且つ精度の高い温度測定を行うことができる。
【００１１】
この場合、例えば請求項２に記載したように、前記加熱部は、加熱ヒータ又は加熱用のレーザ素子よりなる。
請求項３に係る発明は、所定の熱処理が施される被処理体を載置する載置台に設けられる温度測定装置において、前記載置台内に、前記載置台の厚さ方向に沿って埋め込まれると共に上端部が表面に露出しているプローブ本体と、前記プローブ本体の下端部の加熱及び／又は冷却を行うことができる温調手段と、前記プローブ本体の上端部の温度を測定する第１の温度センサと、前記プローブ本体の下端部の温度を測定する第２の温度センサと、前記第１の温度センサと前記第２の温度センサの測定値の温度差を求める温度差検出部と、前記温度差検出部から出力される温度差に基づいて該温度差がゼロになるように前記温調手段を制御することにより前記被処理体の温度を求める温度測定制御部と、を備え、前記プローブ本体は、前記載置台の表面に形成された収容穴内に収容され、前記プローブ本体の表面及び／又は前記収容穴の内面には、反射膜がコーティングされていることを特徴とする温度測定装置である。
請求項４に係る発明は、所定の熱処理が施される被処理体を載置する載置台に設けられる温度測定装置において、前記載置台内に、前記載置台の厚さ方向に沿って埋め込まれると共に上端部が表面に露出しているプローブ本体と、前記プローブ本体の下端部の加熱及び／又は冷却を行うことができる温調手段と、前記プローブ本体の上端部の温度を測定する第１の温度センサと、前記プローブ本体の下端部の温度を測定する第２の温度センサと、前記第１の温度センサと前記第２の温度センサの測定値の温度差を求める温度差検出部と、前記温度差検出部から出力される温度差に基づいて該温度差がゼロになるように前記温調手段を制御することにより前記被処理体の温度を求める温度測定制御部と、を備え、前記プローブ本体は、周囲に対して断熱構造になされた状態で埋め込まれていることを特徴とする温度測定装置である。
この場合、例えば請求項５に規定するように、前記収容穴内には断熱材が充填されている。
また例えば請求項６に規定するように、前記収容穴内は真空状態になされている。
【００１２】
請求項７に係る発明は、所定の熱処理が施される被処理体を載置する載置台に設けられる温度測定装置において、前記載置台内に、前記載置台の厚さ方向に沿って埋め込まれると共に上端部が表面に露出しているプローブ本体と、前記プローブ本体の下端部の加熱及び／又は冷却を行うことができる温調手段と、前記プローブ本体の上端部の温度を測定する第１の温度センサと、前記プローブ本体の下端部の温度を測定する第２の温度センサと、前記第１の温度センサと前記第２の温度センサの測定値の温度差を求める温度差検出部と、前記温度差検出部から出力される温度差に基づいて該温度差がゼロになるように前記温調手段を制御することにより前記被処理体の温度を求める温度測定制御部と、を備え、前記第１及び第２の温度センサの内のいずれか一方の温度センサと前記プローブ本体とは熱電対を形成していることを特徴とする温度測定装置である。
この場合、例えば請求項８に規定するように、前記温調手段は、熱電変換素子よりなる。
また例えば請求項９に規定するように、前記プローブ本体の上端は、前記被処理体の裏面に接触するように構成されている。
また例えば請求項１０に規定するように、前記プローブ本体の上端は、前記被処理体の裏面から僅かに離間するように構成されている。
【００１３】
また例えば請求項１１に記載したように、前記プローブ本体は、シリコン、アルミニウム、アルミニウム合金、石英、セラミック材よりなる群から選択される１の材料よりなる。
【００１４】
また例えば請求項１２に記載したように、前記プローブ本体は、前記載置台に設けられて前記被処理体を昇降するための押し上げピンと兼用されている。
【００１５】
請求項１３に係る発明は、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の温度測定装置を有することを特徴とする載置台構造である。
請求項１４に係る発明は、被処理体に対して所定の熱処理を施す熱処理装置において、排気可能になされた処理容器と、請求項１３に記載の載置台構造と、前記載置台構造に載置された前記被処理体を加熱する加熱手段と、前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス導入手段と、前記載置台構造に設けた温度測定装置で測定した測定値に基づいて前記被処理体の温度を制御する被処理体温度制御部と、を備えたことを特徴とする熱処理装置である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る温度測定装置、これを用いた載置台構造及び熱処理装置によれば、次のような優れた作用効果を発揮することができる。
載置台構造に載置した被処理体に対して所定の熱処理を施すに際して、被処理体の温度を測定するためにプローブ本体の上端部を被処理体に接近、或いは接触させて設け、下端部に温調手段を設けた状態でプローブ本体の上下端部間の温度差がゼロになるように温調手段を制御することにより被処理体の温度を求めるようにしたので、装置自体を安価にでき、且つ精度の高い温度測定を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に本発明に係る温度測定装置、載置台構造及び熱処理装置の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る熱処理装置を示す断面構成図、図２は載置台構造に設けた温度測定装置を示す構成図、図３は図２中のＡ−Ａ線に沿った矢視平面図である。
【００１８】
図示するようにこの熱処理装置２は、例えば断面の内部が略円形状になされたアルミニウム製或いはアルミニウム合金製の処理容器４を有している。この処理容器４内の天井部には必要な所定のガス、例えば処理ガスとして成膜ガスを導入するためにガス導入手段であるシャワーヘッド部６が設けられており、この下面のガス噴射面８に設けた多数のガス噴射孔から処理空間Ｓに向けて処理ガスを噴射するようになっている。
【００１９】
このシャワーヘッド部６内には、中空状の２つに区画されたガス拡散室１２Ａ、１２Ｂが形成されており、ここに導入された処理ガスを平面方向へ拡散した後、各ガス拡散室１２Ａ、１２Ｂにそれぞれ連通された各ガス噴射孔１０Ａ、１０Ｂより吹き出すようになっている。このシャワーヘッド部６の全体は、例えばニッケルやハステロイ（登録商標）等のニッケル合金、アルミニウム、或いはアルミニウム合金により形成されている。尚、シャワーヘッド部６としてガス拡散室が１つの場合でもよい。そして、このシャワーヘッド部６と処理容器４の上端開口部との接合部には、例えばＯリング等よりなるシール部材１４が介在されており、処理容器４内の気密性を維持するようになっている。
【００２０】
また、処理容器４の側壁には、この処理容器４内に対して被処理体としての半導体ウエハＷを搬入搬出するための搬出入口１６が設けられると共に、この搬出入口１６には気密に開閉可能になされたゲートバルブ１８が設けられている。
【００２１】
そして、この処理容器４の底部２０に排気空間２２が形成されている。具体的には、この容器底部２０の中央部には大きな開口２４が形成されており、この開口２４に、その下方へ延びる有底円筒体状の円筒区画壁２６を連結してその内部に上記排気空間２２を形成している。そして、この排気空間２２を区画する円筒区画壁２６の底部２８には、これより起立させて被処理体としての半導体ウエハＷを載置するための載置台構造２９が設けられる。具体的には、この載置台構造２９は、例えば透明石英ガラスやセラミック材よりなる円筒体状の支柱３０の上端部に載置台３２を接合等して固定している。
【００２２】
そして、上記排気空間２２の開口２４は、載置台３２の直径よりも小さく設定されており、上記載置台３２の周縁部の外側を流下する処理ガスが載置台３２の下方に回り込んで開口２４へ流入するようになっている。そして、上記円筒区画壁２６の下部側壁には、この排気空間２２に臨ませて排気口３４が形成されており、この排気口３４には、図示しない排気ポンプが介設された排気管３６が接続されて、処理容器４内及び排気空間２２の雰囲気を排気できるようになっている。
【００２３】
そして、この排気管３６の途中には、開度コントロールが可能になされた図示しない圧力調整弁が介設されており、この弁開度を自動的に調整することにより、上記処理容器４内の圧力を一定値に維持したり、或いは所望する圧力へ迅速に変化させ得るようになっている。この場合、処理容器４内の圧力は、処理態様に応じて低真空から高真空まで任意に設定される。
【００２４】
また、上記載置台３２は、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミック材よりなる。そして、この載置台３２は、加熱手段として例えば内部に所定のパターン形状に埋め込まれた例えばカーボンヒータよりなる加熱ヒータ３８を有しており、この載置台３２の上面に被処理体としての半導体ウエハＷを載置し得るようになっている。また、上記加熱ヒータ３８は上記支柱内に配設された給電線（図示せず）に接続されて、電力を制御しつつ供給できるようになっている。尚、加熱ヒータ３８は、例えば内側ゾーンと、その外側を同心円状に囲む外側ゾーンとに分割されており、各ゾーン毎に個別に電力制御できるようになっている。
【００２５】
上記載置台３２には、この上下方向に貫通して複数、例えば３本のピン挿通孔４１が形成されており（図１においては２つのみ示す）、上記各ピン挿通孔４１に上下移動可能に遊嵌状態で挿通させた押し上げピン４２を配置している。この押し上げピン４２の下端には、円形リング形状の例えばアルミナのようなセラミックス製の押し上げリング４４が配置されており、この押し上げリング４４に、上記各押し上げピン４２の下端が乗っている。この押し上げリング４４から延びるアーム部４５は、容器底部２０を貫通して設けられる出没ロッド４６に連結されており、この出没ロッド４６はアクチュエータ４８により昇降可能になされている。
【００２６】
これにより、上記各押し上げピン４２をウエハＷの受け渡し時に各ピン挿通孔４１の上端から上方へ出没させるようになっている。また、アクチュエータ４８の出没ロッド４６の容器底部の貫通部には、伸縮可能なベローズ５０が介設されており、上記出没ロッド４６が処理容器４内の気密性を維持しつつ昇降できるようになっている。
【００２７】
そして、この載置台構造２９に本発明に係る温度測定装置５２が設けられることになる。図２にも示すように、この温度測定装置５２は、上記載置台３２に埋め込まれたプローブ本体５４と、このプローブ本体５４の下端部を加熱又は冷却する温調手段５６と、上記プローブ本体５４の上端部の温度を測定する第１の温度センサ５８と、上記プローブ本体５４の下端部の温度を測定する第２の温度センサ６０と、上記第１及び第２の温度センサ５８、６０の各測定値の温度差を求める温度差検出部６２と、この温度差がゼロになるように上記温調手段５８を制御することにより上記半導体ウエハＷの温度を求める温度測定制御部６４とにより主に構成されている。
【００２８】
具体的には、上記プローブ本体５４は、熱伝導性が比較的良好で、ウエハＷに対する汚染の恐れが少ない材料、例えばアルミニウム合金等により小さな円柱状、或いは角柱状に成形されている。図３にも示すように、図示例では円柱状に成形されている。このプローブ本体５４は、載置台３２の表面である上面側に、その厚さ方向に沿って形成した収容穴６６内に収容されている。このプローブ本体５４の長さは例えば５〜２０ｍｍ程度の範囲内であり、直径は２〜８ｍｍ程度の範囲内であり、熱応答性を高くするために可能な限り小さい方が望ましい。
【００２９】
このプローブ本体５４の材料としては、シリコン、アルミニウム、アルミニウム合金、石英、セラミック材よりなる群から選択される１の材料を用いることができるが、この点は、これ以降に説明する他の実施形態においても同じである。尚、上記セラミック材は、例えばアルミナ、窒化アルミニウム、シリコンカーバイト等である。
【００３０】
このプローブ本体５４は、上記収容穴６６内に、その周囲に対して断熱構造になされた状態で載置台３２の厚さ方向に沿って埋め込まれている。すなわち、上記収容穴６６の内面には熱反射用の反射膜６８がコーティングされており、また同様にプローブ本体５４の上端面を除いて表面全体にも熱反射用の反射膜７０がコーティングされている。そして、収容穴６６の内面と上記プローブ本体５４の周囲との間には、例えばポーラス状の石英等よりなる断熱材７２が充填されており、上記プローブ本体５４と載置台３２との間を断熱して両者間で熱伝導が生じ難いようにしている。
【００３１】
ここで上記プローブ本体５４は完全に埋め込まれるのではなく、プローブ本体５４の上端部が、載置台３２の表面に露出している状態になされており、この上端部がウエハＷの下面と対向して、この下面と非常に接近した状態となっている。実際には、プローブ本体５４の上面とウエハＷの下面とはほとんど接触した状態となっている。
【００３２】
そして、上記プローブ本体５４の上端部の側面に上記第１の温度センサ５８を取り付けており、またプローブ本体５４の下端部の側面に上記第２の温度センサ６０を取り付けている。そして、第１及び第２の温度センサ５８、６０と上記温度差検出部６２との間は、それぞれ２本の組の配線ライン７４、７６で接続されており、上記第１及び第２の各温度センサ５８、６０で測定した各測定値を上記温度差検出部６２へ入力するようになっている。上記第１及び第２の温度センサ５８、６０としては、それぞれ例えば熱電対を用いることができる。
【００３３】
また、上記プローブ本体５４の下端部に、上記温調手段５６が取り付けられている。この温調手段５６は、例えばペルチェ素子のような熱電変換素子７８よりなり、この温調手段５６と上記温度測定制御部６４との間は配線ライン８０、８２により接続されている。この温度測定制御部６４は、内部に電源やコンピュータ等を含み、上記温度差検出部６２より出力される温度差がゼロとなるように上記温調手段５６を制御するようになっている。具体的には、ここでは温調手段５６は熱電変換素子７８よりなるので、電流の方向を制御することにより、上記プローブ本体５４の下端部に対して加熱と冷却とを選択的に行うことができるようになっている。
【００３４】
ここで、上記温度差検出部６２から出力が”ゼロ”になった時の第１又は第２の温度センサ５８、６０の測定値をウエハＷの温度値として、上記温度測定制御部６４は被処理体温度制御部８４（図１参照）へ出力するようになっている。尚、この場合、理論上は第１の温度センサ５８と第２の温度センサ６０の測定値は同一の温度値となっている。
【００３５】
ここで、図１へ戻って、上記温度測定制御部６４から出力されるウエハ温度値に基づいて上記被処理体温度制御部８４は、加熱ヒータ３８への電力を増減し、ウエハ温度をコントロールして予め定められたウエハ温度に設定するようにしている。
【００３６】
そして、このように構成された熱処理装置２の全体の動作の制御、例えば各ガスの供給開始と供給停止、流量制御、プロセス圧力の制御、ウエハ温度の制御等は、コンピュータ等よりなる装置制御部８８からの指示で行われ、上記温度測定制御部６４や被処理体温度制御部８４等はこの装置制御部８８の支配下で動作する。また、この装置制御部８８を動作するに必要なコンピュータに読み取り可能なプログラムは記憶媒体９０に記憶されている。この記憶媒体９０は、例えばフレキシブルディスク、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フラッシュメモリ或いはＤＶＤ等よりなる。
【００３７】
次に、以上のように構成された熱処理装置の動作について説明する。
まず、未処理の半導体ウエハＷは、図示しない搬送アームに保持されて開状態となったゲートバルブ１８、搬出入口１６を介して処理容器４内へ搬入され、このウエハＷは、上昇された押し上げピン４２に受け渡された後に、この押し上げピン４２を降下させることにより、ウエハＷを載置台３２の上面に載置してこれを支持する。
【００３８】
次に、例えば熱処理として成膜処理を行う場合には、シャワーヘッド部６へ各成膜ガスをそれぞれ流量制御しつつ供給して、このガスを各ガス噴射孔１０Ａ、１０Ｂより噴射し、処理空間Ｓへ導入する。そして、排気管３６に設けた真空ポンプ（図示せず）の駆動を継続することにより、処理容器４内や排気空間２２内の雰囲気を真空引きし、そして、圧力調整弁の弁開度を調整して処理空間Ｓの雰囲気を所定のプロセス圧力に維持する。
【００３９】
これと同時に、載置台３２に設けた加熱手段である加熱ヒータ３８には被処理体温度制御部８４から電力が供給されており、載置台３２を介してウエハＷが所定のプロセス温度、例えば数１００℃程度に加熱されることになる。このようにして、ウエハＷの表面に、熱処理により所定の薄膜が形成される。
【００４０】
さて、このような成膜処理の過程において、ウエハＷの温度は、本発明に温度測定装置５２によって精度良く検出されており、その検出値を被処理体温度制御部８４へフィードバックすることにより、精度の高い温度制御が行われている。具体的には、上記温度測定装置５２のプローブ本体５４の上端面と、この上端面が対向するウエハＷの裏面とは両部材が温度平衡になるように熱の授受が行われており、そして、プローブ本体５４自体は、その上下端間で温度差が生じないように内部で熱の移動が生じている。ここで上記プローブ本体５４の上下端部の温度は、それぞれ第１の温度センサ５８及び第２の温度センサ６０により測定されて、配線ライン７４、７６を介して温度差検出部６２へ入力されている。
【００４１】
この温度差検出部６２は、上記両測定値を比較してこの温度差を温度測定制御部６４へ出力する。この温度測定制御部６４は、上記温度差が”ゼロ”になるように、上記プローブ本体５４の下端部に設けた温調手段５６である熱電変換素子７８を駆動する。例えばこの熱電変換素子７８は、プローブ本体５４の上端部に対して下端部の温度が低ければ、この下端部を加熱するように動作し、逆に、下端部の温度が高ければこの下端部を冷却するように動作する。この加熱と冷却の選択は、例えばペルチェ素子等の熱電変換素子７８に流れる電流の方向を変えることにより行う。
【００４２】
このようにして、上記プローブ本体５４の上下端部の温度が常に同じ、すなわち平衡になるように動作しており、第１の温度センサ５８、或いは第２の温度センサ６０の測定値がウエハ温度となる。尚、このウエハ温度は、上記温度測定制御部６４を介して上記被処理体温度制御部８４側へ出力されて行く。
【００４３】
ここで上記プローブ本体５４の温度と、ウエハＷの温度との関係について具体的に説明する。図２において、今、ウエハＷの温度をＴとし、プローブ本体５４の上端部Ｐ１の温度をＴ１とし、下端部Ｐ２の温度をＴ２とする。
【００４４】
上述のように、温度Ｔ１と温度Ｔ２との温度差ΔＴを”ゼロ”にするように温度測定制御部６４によりプローブ本体５４の下端部Ｐ２を加熱したり、冷却したりして制御している。
ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ２
そして、”ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ２＝０”の時、”Ｔ１＝Ｔ２＝Ｔ”となる。実際の動作では、”｜ΔＴ｜＝｜Ｔ１−Ｔ２｜＜εの時、”Ｔ１＝Ｔ２＝Ｔ”としており、この”ε”は非常に小さく、例えば１０−３℃程度である。
【００４５】
この場合、プローブ本体５４等はウエハＷに対して熱容量が非常に小さいことから、ウエハＷに対して熱的に悪影響を及ぼすことがない。このように、ウエハＷの下面とプローブ本体５４の上端面とが非接触であっても、ウエハＷの温度を精度良く測定することが可能となる。
【００４６】
また、ここではプローブ本体５４の周囲には断熱材７２が設けられており、しかもプローブ本体５４の上端面を除いた表面には熱を反射する反射膜７０を形成し、また収容穴６６の表面にも熱を反射する反射膜６８を形成して全体で断熱構造になされているので、この載置台３２と上記プローブ本体５４との間の熱の授受を極力抑制することができ、この結果、上記ウエハＷの温度をより精度良く測定することができる。
【００４７】
また、上記プローブ本体５４、第１及び第２の温度センサ５８、６０及び温調手段５６は、マイクロ化により集積化することができるので、全体として非常に安価に製造することができる。
【００４８】
このように、被処理体である半導体ウエハＷの温度を測定するためにプローブ本体５４の上端部を被処理体に接近、或いは接触させて設け、下端部に温調手段５６を設けた状態でプローブ本体５４の上下端部間の温度差がゼロになるように温調手段５６を制御することにより被処理体の温度を求めるようにしたので、装置自体を安価にでき、且つ精度の高い温度測定を行うことができる。
【００４９】
［変形実施形態］
次に上記温度測定装置の変形実施形態について説明する。
＜第１及び第２の変形実施形態＞
まず、第１及び第２の変形実施形態について説明する。図４は本発明の温度測定装置の第１及び第２の変形実施形態を示す部分拡大図である。図４（Ａ）は第１の変形実施形態を示し、図４（Ｂ）は第２の変形実施形態を示す。尚、図４では図１乃至図３に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付して、その説明を省略する。
【００５０】
図４（Ａ）に示す第１の変形実施形態の場合には、プローブ本体５４の上端部を載置台３２の上面よりも僅かに、例えば０〜５００μｍ程度だけ上方へ突出させており、これにより、このプローブ本体５４の上端面とウエハＷの表面（下面）とが必ず接触するようにしている。これによれば、図２に示す実施形態と同一の作用効果を発揮できるのみならず、ウエハＷとプローブ本体５４との間の熱伝導がほとんど抵抗なく行われるので、その分、ウエハＷの温度測定の精度を一層向上させることができる。
【００５１】
図４（Ｂ）に示す第２の変形実施形態に関しては、先の図２に示す実施形態の場合には、収容穴６６内に断熱材７２を充填していたが、これに代えて、第２の変形実施形態では、収容穴６６内に断熱材を入れることなく、この内部を真空状態にしており、上端開口部をウエハＷに対して汚染の生じないシール部材９２により気密に封止している。このシール部材９２としては、例えばアルミナ、石英等を用いることができる。尚、この第２の変形実施形態に上記第１の変形実施形態の特徴を適用してもよい。この第２の変形実施形態の場合にも、図２に示す実施形態と同一の作用効果を発揮することができる。
【００５２】
＜第３の変形実施形態＞
次に、第３の変形実施形態について説明する。図５は本発明の温度測定装置の第３の変形実施形態を示す部分拡大図である。尚、図５では図１乃至図３に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付して、その説明を省略する。
【００５３】
先の各実施形態においては、温調手段５６として１つの素子で加熱と冷却とを選択的に行うことができる熱電変換素子７８を設けたが、これに代えて、この第３の変形実施形態では、別体化された加熱部９６と冷却部９８とを組み合わせて設けており、これらの加熱部９６と冷却部９８とを上記温度測定制御部６４により選択的に動作させることにより、プローブ本体５４の下端部の加熱と冷却とを選択的に行い得るようになっている。上記加熱部９６及び冷却部９８は、それぞれ配線ライン９７、９９を介して上記温度制御部６４へ接続されている。この場合、加熱部９６としては小型の抵抗加熱ヒータ等を用いることができ、冷却部９８としては例えばペルチェ素子等を用いることができる。
【００５４】
尚、この第３の変形実施形態に上記第１の変形実施形態の特徴を適用してもよい。この第２の変形実施形態の場合にも、図２に示す実施形態と同一の作用効果を発揮することができる。
【００５５】
＜第４の変形実施形態＞
次に、第４の変形実施形態について説明する。図６は本発明の温度測定装置の第４の変形実施形態を示す部分拡大図である。尚、図６では図１乃至図３に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付して、その説明を省略する。
【００５６】
図５に示す第３の変形実施形態では、加熱手段９６として小型の抵抗加熱ヒータ等を用いたが、これに代えて、レーザ光Ｌを発生する加熱用のレーザ素子１００を設けるようにしている。
【００５７】
図６に示すように、載置台３２の下部には、上記プローブ本体５４の下面が露出するようにしてレーザ穴１０２を形成しており、このレーザ穴１０２の下方に位置させて加熱手段９６としてレーザ素子１００を配置している。そして、このレーザ素子１００は配線ライン１０３を介して温度測定制御部６４へ接続されており、このレーザ素子１００から放射するレーザ光Ｌによってプローブ本体５４の下端部を必要に応じて加熱するようになっている。この場合、上記レーザ穴１０２の下端開口部には透明な石英窓１０４を気密に取り付けて、レーザ穴１０２内に成膜ガス等が侵入しないようにしている。この第４の変形実施形態の場合にも、図２に示す実施形態と同一の作用効果を発揮することができる。
【００５８】
＜第５の変形実施形態＞
次に、第５の変形実施形態について説明する。図７は本発明の温度測定装置の第５の変形実施形態を示す部分拡大図である。尚、図７では図１乃至図６に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付して、その説明を省略する。
【００５９】
以上の各実施形態においては、プローブ本体５４として単体の例えばアルミニウム合金等を用いたが、これに代えて、この第５の変形実施形態では、上記プローブ本体５４として熱電対１１０を用いている。すなわち、ウエハＷに対して汚染の恐れが少ない２種類の異種金属１１２Ａ、１１２Ｂの一端を接合すると共にそれ以外の部分は間に絶縁部材１１４を介して接合して熱電対１１０を形成している。そして、図７では、上記異種金属１１２Ａ、１１２Ｂの接合部１１６が測温接点となり、この測温接点を上端部に位置させて、この部分の温度を測定するようになっている。
【００６０】
すなわち、ここでは熱電対１１０よりなるプローブ本体５４に、第１の温度センサ５８の機能を兼用させている。この熱電対１１０からの配線１２０は、上記温度差検出部６２へ接続されて、プローブ本体５４の上端部の温度を測定できるようになっている。この場合、プローブ本体５４の下端部には、この温度を測定するために第２の温度センサ６０を設けておくのは勿論である。
【００６１】
尚、上記プローブ本体５４を上下逆様にして設けるようにして上記接合部１１６である測温接点を下部に位置させてもよく、この場合には、第１の温度センサ５８を設けて、第２の温度センサ６０が不要にすることができる。この第５の変形実施形態の場合にも、図２に示す実施形態と同一の作用効果を発揮することができる。
【００６２】
＜第６の変形実施形態＞
次に、第６の変形実施形態について説明する。図８は本発明の温度測定装置の第６の変形実施形態を示す部分拡大図である。尚、図８では図１乃至図７に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付して、その説明を省略する。
【００６３】
以上の各実施形態においては、載置台３２にプローブ本体５４を設けたが、これに限定されず、図８に示すように、押し上げピン４２の上部に、上記プローブ本体５４を設けるようにしてもよい。この第６の変形実施形態の場合にも、図２に示す実施形態と同一の作用効果を発揮することができる。
【００６４】
尚、上記各実施形態の特徴は、互いに組み合わせて用いるようにしてもよい。また、ウエハＷの汚染を特に回避するためには、プローブ本体５４の表面に、例えばアルミナ溶射膜、アルマイト等よりなる保護膜を形成するようにしてもよい。
また、載置台３２に設けた加熱手段３８は、例えば同心円状に複数のゾーンに分割されて、ゾーン毎に温度制御を行う場合もあるが、この場合には、各ゾーン毎に、共に説明したプローブ本体５４等を設けてそれぞれ温度を測定するようにする。
【００６５】
また更に、上記各実施形態では、温調手段５６には加熱と冷却の双方を選択的に行うことができる機能を持たせたが、これに限定されず、加熱手段９６のみ、或いは冷却手段９８のみを設けるようにしてもよい。
【００６６】
また、ここでは熱処理として成膜処理を例にとって説明したが、これに限定されず、本発明は、エッチング処理、酸化拡散熱処理、アニール処理、改質処理、結晶化処理等の全ての熱処理に適用することができ、更には、プラズマを用いた熱処理装置にも適用することができる。
また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明に係る熱処理装置を示す断面構成図である。
【図２】載置台構造に設けた温度測定装置を示す構成図である。
【図３】図２中のＡ−Ａ線に沿った矢視平面図である。
【図４】本発明の温度測定装置の第１及び第２の変形実施形態を示す部分拡大図である。
【図５】本発明の温度測定装置の第３の変形実施形態を示す部分拡大図である。
【図６】本発明の温度測定装置の第４の変形実施形態を示す部分拡大図である。
【図７】本発明の温度測定装置の第５の変形実施形態を示す部分拡大図である。
【図８】本発明の温度測定装置の第６の変形実施形態を示す部分拡大図である。
【符号の説明】
【００６８】
２  熱処理装置
４  処理容器
６  シャワーヘッド部（ガス導入手段）
２９  載置台構造
３０  支柱
３２  載置台
３８  加熱ヒータ（加熱手段）
４２  押し上げピン
５２  温度測定装置
５４  プローブ本体
５６  温調手段
５８  第１の温度センサ
６０  第２の温度センサ
６２  温度差検出部
６４  温度測定制御部
６６  収容穴
６８，７０  反射膜
７２  断熱材
７８  熱電変換素子
８４  被処理体温度制御部
８８  装置制御部
９０  記憶媒体
９６  加熱部
９８  冷却部
１００  レーザ素子
Ｗ  半導体ウエハ（被処理体）
【図１】
0004998333.tif 000002
【図２】
0004998333.tif 000003
【図３】
0004998333.tif 000004
【図４】
0004998333.tif 000005
【図５】
0004998333.tif 000006
【図６】
0004998333.tif 000007
【図７】
0004998333.tif 000008
【図８】
0004998333.tif 000009