(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
両面に励振電極が配置されている圧電振動領域と、
前記圧電振動領域の周辺部に離間して配置され、その表面にループ状の導体が設けられているアンテナ領域と、
前記圧電振動領域と前記アンテナ領域を覆うように配置されている耐熱性、且つ、電磁波透過性の容器部とを備え、
前記圧電振動領域と前記アンテナ領域とを１又は２以上の橋絡部によって結合し、前記橋絡部を介して前記励振電極と前記ループ状の導体が結合されていることを特徴とする圧電温度センサ。
【請求項２】
上記圧電振動領域と上記アンテナ領域の分離、及びこれらを結合するための上記橋絡部は、１枚の平板状圧電材料に切り込みをいれて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電温度センサ。
【請求項３】
上記圧電振動領域と上記アンテナ領域の外周がほぼ円形状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の圧電温度センサ。
【請求項４】
上記圧電振動領域と上記アンテナ領域の外周が方形状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の圧電温度センサ。
【請求項５】
上記容器部は上記アンテナ領域の周辺部を２枚の凹状の蓋体を重ねることによって構成されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の圧電温度センサ。
【請求項６】
上記容器部は耐熱性のシリコン材料によって形成されていることを特徴とする請求項５に記載の圧電温度センサ。
【請求項７】
上記圧電振動領域及び上記アンテナ領域、及び上記橋絡部は、水晶片によって構成されていることを特徴とする請求項６に記載の圧電温度センサ。
【請求項８】
上記圧電振動領域及び上記アンテナ領域、及び上記橋絡部は、ランガサイトによって構成されていることを特徴とする請求項６に記載の圧電温度センサ。
【請求項９】
上記請求項１の圧電温度センサをシリコンウエハの表面に複数個固着したことを特徴とするシリコンウエハ温度測定冶具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばシリコンウエハ基板を用いて半導体を製造するときの加熱加工工程において、シリコンウエハの表面温度を計測する際に好適な温度センサに関し、特に、加熱加工時の高温にも耐えられる耐熱性を持ち、圧電素子とアンテナとが一体となった圧電温度センサによって、シリコンウエハ等の表面温度を測定する際に好適なシリコンウエハ温度測定冶具を提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、我々が使用している多くの電子機器には、集積回路（ＩＣ）が使われている。
この集積回路は、半導体素子を集積して種種の回路基板を形成するものであるが、通常、シリコン（Ｓｉ）の単結晶版からなるシリコンウエハ基板上に多数の集積回路（ＩＣ）を薄膜技術によって作りこみ、そのＩＣを切り分けたＩＣチップをパッケージに収納し、電子機器等に組み込むものである。
【０００３】
このシリコンウエハを用いて集積回路を形成するためには、膨大な製造工程を経ることになるが、大別すると前工程と後工程とに分類することができる。
前工程には、洗浄工程、成膜工程、リソグラフィ工程、不純物拡散工程等があり、シリコンウエハ上にＩＣチップを作り込む工程である。
後工程は、シリコンウエハ上のＩＣチップの最終検査を行い製品として完成させる工程である。
【０００４】
上記した前工程においては、シリコン酸化膜を成長させる工程や不純物拡散工程等のシリコンウエハを加熱する工程、例えば２５０℃以上の高温の雰囲気中で行う加熱加工工程がある。この加熱加工工程を行うには、シリコンウエハ表面の全面を所定の温度まで加熱、或いは、その加熱した温度を所定時間保持するといった温度制御技術が必要となる。そして、近年、高密度の集積回路を大量に製造するためにシリコンウエハが大型化されており、この加熱加工工程では、ますます精密な作業が要求されている。
【０００５】
この加熱加工工程においては、シリコンウエハ表面が均一に加熱されない場合、完成した集積回路から取り出したＩＣチップの完成品の品質にムラが出てしまう可能性がある。
完成した集積回路から、良品のＩＣチップを何枚取り出せるかの歩留まりの高さは、製造コストに大きく影響する問題である。故に、加熱加工工程では、シリコンウエハ表面の多点において温度を短時間に測定して、シリコンウエハ全体が均一に加熱されているかを測定し、シリコンウエハの表面温度を均一に保つ温度制御が必要となる。
【０００６】
加熱したシリコンウエハの表面温度を測定する際には、温度の変化に対して物理的な常数が変化する温度センサが使用され、この温度センサの特性を電気的に検出することによって、シリコンウエハの表面温度の測定が行われている。ただ、高温の雰囲気の中で加熱されるシリコンウエハの表面温度を測定する温度センサには、相当の耐熱性が要求される。このとき使用される温度センサとしては、熱電対の起電圧を測定する方法の温度センサや、温度により電気抵抗が変化する白金抵抗帯、サーミスタ等の感温素子等が知られている。しかし、より高精度の温度センサ（温度測定素子）としては、水晶片等、共振特性の変化を電気的に測定する水晶温度センサが知られている。
【０００７】
下記の引用文献１には、極低温領域の温度測定を行う為に、圧電素子に水晶を用いた水晶温度センサが記載されている。この水晶温度センサの実施例としては、付加インピーダンス素子と水晶振動子を、内部が気密状態に保持されている容器内に密封し、付加インピーダンス素子と水晶振動子の各リード端子を容器外に備えるようにして形成されている。
この引用例文献の場合は、抵抗とコイルとを分離したバルク素子とされているものをインピーダンス素子に使用し、水晶振動子には短冊型に切り出した水晶片に電極が取り付けられたものを使用している。そして、水晶振動子に取り付けられている一方の電極と、インピーダンス素子を形成する一方の電極が共通電極とされて、この共通電極と水晶振動子、インピーダンス素子の各リード端子を備えるようにして水晶温度センサは形成される。
このような水晶温度センサを用いることで、極低温領域の温度の測定を高精度、高分解能で行うことが可能となる旨が引用文献１には記載されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平３−５７９３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、引用文献１に記載の水晶温度センサは、極低温領域の温度を測定する際には高精度な温度測定を行うことはできるが、集積回路の製造工程における加熱加工工程のような高温の雰囲気の中で温度を測定する場合は耐熱性に問題がある。
【００１０】
また、水晶温度センサとしてインピーダンス素子と水晶振動子が別々に分かれている分、その大きさは大きくなってしまう。
加熱加工工程等において、シリコンウエハの表面温度の測定を行うとき、シリコンウエハの出来るだけ多点の表面温度を測定することが出来れば、高い精度のシリコンウエハの表面温度の情報を得ることが出来る。
しかし、引用文献１に記載の水晶温度センサでは、その形状から、シリコンウエハの多点の表面温度を測定することはきわめて困難になる
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の圧電温度センサは、かかる問題点に鑑みなされたものであり、両面に励振電極が配置されている圧電振動領域と、
前記圧電振動領域の周辺部に離間して配置され、その表面にループ状の導体が設けられているアンテナ領域と、前記圧電振動領域と前記アンテナ領域を覆うように配置されている耐熱性、且つ、電磁波透過性の容器部とを備え、前記圧電振動領域と前記アンテナ領域とを１又は２以上の橋絡部によって結合し、前記橋絡部を介して前記励振電極と前記ループ状の導体が結合されている。
【００１２】
上記圧電振動領域と上記アンテナ領域の分離、及びこれらを結合するための上記橋絡部は、１枚の平板状圧電材料に切り込みをいれて形成されている。
また、上記圧電振動領域と上記アンテナ領域の外周がほぼ円形状に形成されている。
また、上記圧電振動領域と上記アンテナ領域の外周が方形状に形成されている。
また、上記容器部は上記アンテナ領域の周辺部を２枚の凹状の蓋体を重ねることによって構成されている。
【００１３】
上記容器部は耐熱性のシリコン材料によって形成されている。
また、上記圧電振動領域及び上記アンテナ領域、及び上記橋絡部は、水晶片によって構成されている。
また、上記圧電振動領域及び上記アンテナ領域、及び上記橋絡部は、ランガサイト、又はガンガテイトによって構成されている。
また、複数個の圧電温度センサをシリコンウエハの表面の所定箇所に固定したことによってシリコンウエハの加熱時の温度特性を行う冶具として使用できるようにしている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の圧電温度センサは、圧電振動領域とアンテナ領域とが橋絡部で結ばれており、圧電振動領域の両面に配置される励振電極とアンテナ領域に設けられるループ状の導体とが結合されることによって、励振電極と導体とが一体となる。また、励振電極とアンテナ領域と橋絡部分を耐熱性があり、且つ、電磁波を透過する容器部で覆うようにすることで、高温での雰囲気にも耐え、外部の機器との信号の送受信を行うことが可能となる。
したがって、圧電温度センサは、集積回路の製造工程における、高温の雰囲気の中で行われる加熱加工工程において、シリコンウエハの表面に複数配置され、シリコンウエハ表面の多点の温度を測定することが出来る。そして、圧電温度センサは、例えば、無線によって、測定したシリコンウエハの表面温度を外部の機器へ送信し、また、外部の機器からの信号を受信することが出来るため、高温の炉内でも有効に利用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に本願発明を実施するための実施例を説明する。
図１は、本願発明の第１の実施の形態としての圧電温度センサ１０の構成を説明するための図である。
この図１において、図１（ａ）は、容器部（後述するシリコンカバー１７）を透視した圧電温度センサ１０の正面からの図である。また、図１（ｂ）は容器（以下、シリコンカバー１７という）の一部を図１（ａ）に示す点線Ａで切り取った場合の圧電温度センサ１０の斜視図である。図１（ｃ）は、圧電温度センサ１０を図１（ａ）に示す点線Ａで断裁した場合の断面図である。
【００１６】
本願発明の圧電温度センサ１０としては、圧電振動子を用いたものであるが、この圧電振動子としては、水晶、ランガサイト、ガンガテイト、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、酸化亜鉛、等がある。
（ランガサイト＝Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４）  
そして、この圧電温度センサ１０をシリコンウエハ上の所定の箇所に設置することによって、シリコンウエハ加工時の温度制御を行う冶具として使用することが出来る。
【００１７】
第１の実施の形態の圧電温度センサ１０は、図１（ａ）に示すように、圧電素子１１の外周が方形状に形成されている。そして、図示する圧電素子１１にはドライエッジング、又は、ウエットエッジング、その他薄膜技術によってスリット１２、１２が２箇所に入れられており、圧電素子１１が圧電振動領域１１ａとアンテナ領域１１ｂとに分けられている。
また、第１の実施の形態の場合、この圧電振動領域１１ａとアンテナ領域１１ｂは、後述する第１橋絡部１５ａ、第２橋絡部１５ｂの２箇所でつながっているものである。
【００１８】
圧電振動領域１１ａには、図１（ｃ）に示すように、両面に励振電極である電極１３ａ、電極１３ｂが備えられている。この電極１３ａ、電極１３ｂは、白金（Ｐｔ）等の融点の高い材質が用いられており、スパッタリングや蒸着等によって圧電振動領域１１ａのそれぞれの面に形成されるものである。
この圧電振動領域１１ａは、後で述べるように圧電素子１１が外部から供給されてくる共振周波数又は共振周波数近傍の信号（送信電波）で励振されると共に、外部から信号がなくなった後も振動する領域である。この振動は温度に応じた残響振動となり、電極１３ａ、電極１３ｂはこの残響振動を送信することができる。
【００１９】
アンテナ領域１１ｂには、図１（ａ）に示すようにループ状の導体であるループアンテナが配置されている。つまり、アンテナ１４ａがスリット１２の外側をループ状に取り巻くように配置されてループアンテナとなっている。
そして、アンテナ１４ａが配置されているアンテナ領域１１ｂの面とは反対側の面には、アンテナリード１４ｂが図１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように配置されている。この、アンテナ１４ａ、アンテナリード１４ｂは、電極１３ａ、電極１３ｂと同様に白金（Ｐｔ）等の融点の高い材質が用いられており、スパッタリングや蒸着等によりアンテナ領域１１ｂのそれぞれの面に形成されるものである。
そして、このアンテナ１４ａ、アンテナリード１４ｂは、外部から送信されてくる共振周波数又は共振周波数近傍の信号を受信し、電極１３ａ、電極１３ｂで圧電素子１１を励振すると共に、励振後の残響振動を後で述べる小型送受信アンテナ２５、大型送受信アンテナ２８を介して温度測定装置２０側に送信するものである。
【００２０】
この圧電振動領域１１ａとアンテナ領域１１ｂとは、第１橋絡部１５ａと第２橋絡部１５ｂとでつながっており、ループ状のアンテナ１４ａの一方の端子は表側の電極１３ａと接続される。また、アンテナ１４ａの他方の端子は、裏側の電極１３ｂと第２橋絡部１５ｂを通して接続されるアンテナリード１４ｂと接続させる。
この場合、アンテナ１４ａとアンテナリード１４ｂは、図１（ｃ）に示すようにスルーホール１６を介して接続される。
このスルーホール１６は、よく知られているようにホールの内部に導電膜が形成されており圧電素子１１を貫通するようにして形成されている。
【００２１】
このように機構的に分離されている圧電振動領域１１ａとアンテナ領域１１ｂ、それに第１橋絡部１５ａ、第２橋絡部１５ｂからなる圧電素子１１を、図１（ｂ）、図１（ｃ）に示すように、挟み込むようにしてシリコンカバー１７で被覆する。このシリコンカバー１７は、圧電素子１１の方形状の外周に合わせて方形状となっており、シリコンカバー１７同士を重ね合わせる側の面の中央には、図１（ｃ）に示す凹部１８が形成されている。
この凹部１８は、シリコンカバー１７で圧電素子１１を挟み込む場合に圧電振動領域１１ａに配置されている電極１３ａ、電極１３ｂの厚みを考慮して、電極１３ａ、電極１３ｂの空間を確保する為に設けられているものである。また、シリコンカバー１７は、この凹部１８の他にも、圧電素子１１を挟み込むときに、アンテナ１４ａ、アンテナリード１４ｂにシリコンカバー１７が接触しないようにするための空間を設けている。
【００２２】
そして、シリコンカバー１７で圧電素子１１を被覆する際は、図１（ｂ）、図１（ｃ）に示すようにシリコンカバー１７で圧電素子１１を挟み込むようにして、シリコンカバー１７同士を分子間結合で結合させて被覆するようにする。
また、このシリコンカバー１７の素材としては、耐熱性があり、且つ、電磁波を透過す素材であればよく、例えば、測定対象となるウエハがシリコンの場合は、シリコン（Ｓｉ）が好ましい。
【００２３】
図１で説明したような構成となる第１の実施の形態の圧電温度センサ１０は、圧電振動子の圧電素子１１と、外部の機器と送受信する為のアンテナ１４ａ、アンテナリード１４ｂとが一体となっていることで、温度センサを小型化することができる。この圧電温度センサ１０が小型となったことで、測定物の広範囲の温度を測定する場合に、複数の圧電温度センサ１０を用いて温度測定することができる。
また、耐熱素材のシリコンカバー１７で被覆されているので高温の雰囲気の中での作業工程にも耐えることができる。
【００２４】
次に、第２の実施の形態の圧電温度センサ１０の構成を図２に示して説明する。
図２（ａ）は圧電温度センサ１０の正面からシリコンカバー１７を透視した図である。そして、図２（ｂ）はシリコンカバー１７の一部を図２（ａ）に示す点線Ａで切り取った場合の圧電温度センサ１０の斜視図である。図２（ｃ）は、圧電温度センサ１０を図２（ａ）に示す点線Ａで断裁した場合の断面図である。
この第２の実施の形態の圧電温度センサ１０は、図１で説明した第１の実施の形態の圧電温度センサ１０と、圧電振動子に使用されている圧電素子１１とシリコンカバー１７の外周の形状が円形状であること以外は同様の構成となっている。なお、第１の実施の形態の圧電温度センサ１０の構成と同じ部分は同一の符号を付して詳しい説明は省略する。
【００２５】
第２に実施の形態の圧電温度センサ１０は、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように圧電素子１１には、２箇所にスリット１２が入っており、圧電振動領域１１ａとアンテナ領域１１ｂとに分けられ、この圧電振動領域１１ａとアンテナ領域１１ｂは第１橋絡部１５ａ、第２橋絡部１５ｂでつながっている。
また、この圧電振動領域１１ａの両方の面には電極１３ａ、電極１３ｂが配置されている。そして、アンテナ領域１１ｂの一方の面には、スリット１２の外周をループ状に取り巻くようにしたアンテナ１４ａがループアンテナとして配置されており、そのアンテナ１４ａの一方の端は、第１橋絡部１５ａを通って電極１３ａと接続している。
また、アンテナ領域１１ｂのループ状のアンテナ１４ａが配置されている面ではないもう一方の面にはアンテナリード１４ｂが配置され、一方の端が第２橋絡部１５ｂを通って電極１３ｂと接続され、もう一方の端が図２（ｃ）に示すようにスルーホール１６を通して、ループ状のアンテナ１４ａの電極１３ａと接続されていない方の端と接続されている。
【００２６】
この電極１３ａ、電極１３ｂとアンテナ１４ａ、アンテナリード１４ｂは、第１の実施の形態の圧電温度センサ１０と同様に、白金（Ｐｔ）等の融点の高い材質が用いられて、スパッタリングや蒸着等により圧電振動領域１１ａ、アンテナ領域１１ｂのそれぞれの面に形成される。
【００２７】
さらに、圧電振動領域１１ａとアンテナ領域１１ｂ、それに第１橋絡部１５ａ、第２橋絡部１５ｂからなる圧電素子１１を、耐熱性が有り、且つ、電磁波を透過するシリコンカバー１７で被覆する。第２の実施の形態におけるシリコンカバー１７の素材も、測定対象にあわせたが、他の測定対象の場合はその素材にあわせることができる。
そして、このシリコンカバー１７は、圧電素子１１と同様に外周が円形状となっており、図１で説明したシリコンカバー１７と同様にシリコンカバー１７同士を重ね合わせる側の面の中央は、図２（ｃ）に示す凹部１８となっている。
また、図２のシリコンカバー１７の場合も、圧電素子１１を被覆するときにアンテナ１４ａ、アンテナリード１４ｂにシリコンカバー１７が接触しないようにするための空間１８を設けている。
そして、図２の圧電素子１１を被覆する際、シリコンカバー１７同士を分子間結合で結合させて被覆するようにする。
【００２８】
次に、図３に示すのは、第２の実施の形態である図２に示した圧電温度センサ１０の変形例である。なお、図２の圧電温度センサ１０で説明した構成と同じ構成を図３に示す場合は同一の符号を付して説明を省略する。
図３（ａ）は、圧電素子１１にスリット１２が３箇所入っており、圧電振動領域１１ａとアンテナ領域１１ｂが、第１橋絡部１５ａ、第２橋絡部１５ｂ、第３橋絡部１５ｃの３箇所でつながっている圧電温度センサ１０である。この図３（ａ）の圧電温度センサ１０は、第３橋絡部１５ｃにアンテナ１４ａ、アンテナリード１４ｂのいずれも通っていないだけで、他は図１の圧電温度センサ１０と同様の構成を有しており、同様の効果を得ることが出来る。
【００２９】
また、図３（ｂ）の圧電温度センサ１０は、第２の実施の形態のもう一つの実施例であり、圧電素子１１にスリット１２が４箇所入っており、圧電振動領域１１ａとアンテナ領域１１ｂが、第１橋絡部１５ａ、第２橋絡部１５ｂ、第３橋絡部１５ｃ、第４橋絡部１５ｄの４箇所でつながっている。そして、図３（ｂ）の圧電温度センサ１０は、第３橋絡部１５ｃ、第４橋絡部１５ｄにアンテナ１４ａ、アンテナリード１４ｂのいずれも通っていないだけで、他は図２の圧電温度センサ１０と同様の構成を有し、同様の効果を得ることが出来る。
【００３０】
なお、第１の実施の形態の圧電温度センサ１０においても、第２の実施の形態の変形例のような、橋絡部が３箇所、４箇所ある圧電温度センサ１０も考えられる。また、第１、第２の実施の形態において、橋絡部が１箇所となっている圧電温度センサ１０も考えられる。
この場合は、１カ所の橋絡部の表面と裏面を利用してアンテナ１４ａと電極１３ａ、１３ｂを接続すればよい。
【００３１】
上述した、第２の実施の形態の圧電温度センサ１０においても、第１の実施の形態同様、圧電素子１１とアンテナ１４ａ、アンテナリード１４ｂが一体となっていることで温度センサとして小型化することができ、測定物の広範囲を温度測定する場合に、複数の圧電温度センサ１０を用いて測定することができる。
そして、耐熱性のあるシリコンカバー１７で圧電素子１１を被覆していることで、高温にも耐えることが出来る。
【００３２】
ここで、本発明の圧電温度センサ１０が実際に使用される例としては、例えば集積回路（ＩＣ）を製造する過程で加工用シリコンウエハを加熱して高温の雰囲気中で行う加熱加工工程の際に使用されることが考えられる。
この加熱加工工程で圧電温度センサ１０は、冶具として使用される温度測定用のシリコンウエハの表面に設置されて表面温度を計測し、この計測された温度に基づいて加工用シリコンウエハの表面温度が均一となるように加熱温度の制御を行うための温度センサとして使用される。
【００３３】
温度測定のための冶具となる温度測定用のシリコンウエハの表面に圧電温度センサ１０を設置するときの方法としてはいくつか考えれるが、例えば図４に示すような方法がある。
図４（ａ）は、冶具となる測定用シリコンウエハ１９の一部の表面に圧電温度センサ１０を埋設させる設置例である。この図４（ａ）では、縦方向に圧電温度センサ１０の半分程度を測定用シリコンウエハ１９に埋設させている。
また、図４（ｂ）は、圧電温度センサ１０の全体を測定用シリコンウエハ１９内部に挟み込むようにして設置した方法を示している。
なお、後で述べるように測定用のシリコンウエハ１９に固着される圧電温度センサ１０の数は、加工用のウエハの大きい場合は所定の位置に複数個配置されることになる。
【００３４】
このようにして圧電温度センサ１０を測定用シリコンウエハ１９に設置して温度測定を行うものであるが、本発明の圧電温度センサ１０においては、圧電素子１１等を被覆するのにシリコンカバー１７を使用している。これは、圧電温度センサ１０で温度測定を行う場合、測定物の素材の物理特性に近い、耐熱性のある素材を用いることで測定誤差を抑えようとするものである。
【００３５】
続いて、図５、図６、図７において、本願発明の圧電温度センサ１０を使用した場合の温度測定方法の概要を説明する。
図５に示すシリコンウエハの多点部分のシリコンウエハ多点温度測定方法１００は、測定用シリコンウエハ１９の表面温度を計測し、測定用シリコンウエハ１９の表面温度が均一となるように温度調節を行うものである。
なお、図５、図６、図７では、上記図４（ａ）で説明した圧電温度センサ１０の一部を測定用シリコンウエハ１９に埋設させる方法で説明を行うが、もちろん、上記図４（ｂ）で説明した圧電温度センサ１０の全部を測定用シリコンウエハ１９で挟み込む方法でもよい。
また、図５、図６、図７では、本願発明の第１の実施の形態の方形状の圧電温度センサ１０を用いて説明するが、これも第２の実施の形態の円形状の圧電温度センサ１０であっても良い。
【００３６】
図５に示すシリコンウエハ多点温度測定方法１００としては、先ず、チャンバ外に温度測定装置２０とインピーダンス整合器２１を設置して相互を同軸ケーブル２２で接続している。この温度測定装置２０は、所定の範囲で周波数が変化するスイープ発信器や位相検出器、電流測定器、方向性結合器等を備えている。
そして、インピーダンス整合器２１とチャンバ内の石英２６や耐熱性の材料に被覆されている小型送受信アンテナ２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅ、２５ｆ・・・とが同じく耐熱性の材料である石英などで被覆された、単心、または多芯耐熱ケーブル２３（以下、単に耐熱ケーブルともいう）と同軸ケーブル２２を介して接続している。
このとき、相互を接続するために用いられるケーブルとしては、図示するようにチャンバ外には同軸ケーブル２２を用いて、チャンバ内には高温に耐えられるような多芯耐熱ケーブル２３を用いている。そして、この２本のケーブルをチャンバ外とチャンバ内の境界においてコネクタ２４で接続して使用している。
【００３７】
そして、図５のシリコンウエハ多点温度測定方法１００では、温度測定用の治具となる測定用シリコンウエハ１９の表面温度を測定するための温度センサとして複数個の圧電温度センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ・・・を使用する。この、圧電温度センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ・・・は、図５に示めすように測定用シリコンウエハ１９の表面の所定の箇所、例えば温度分布を測定したいと思われる測定点に埋設する。
【００３８】
そして、圧電温度センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ・・・の同心軸上に、石英２６で被覆されたそれぞれの小型送受信アンテナ２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅ、２５ｆ・・・が設置されるようにする。
また、小型送受信アンテナ２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅ、２５ｆ・・・を被覆している石英２６は、耐熱性があり、加熱加工工程の温度に耐えられる素材のものであれば石英２６でなくてもよい。
【００３９】
なお、以降、複数個の圧電温度センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ・・・を、必要に応じて、チャンネルＣｈ１（圧電温度センサ１０ａ）、チャンネルＣｈ２（圧電温度センサ１０ｂ）、チャンネルＣｈ３（圧電温度センサ１０ｃ）、チャンネルＣｈ４（圧電温度センサ１０ｄ）、チャンネルＣｈ５（圧電温度センサ１０ｅ）、チャンネルＣｈ６（圧電温度センサ１０ｆ）・・・、として説明する。
また、以降は、小型送受信アンテナ２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅ、２５ｆ・・・、圧電温度センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ・・・、チャンネルＣｈ１、チャンネルＣｈ２、チャンネルＣｈ３、チャンネルＣｈ４、チャンネルＣｈ５、チャンネルＣｈ６・・・を説明する場合、特に個別に説明をする必要が無いときは、小型送受信アンテナ２５、圧電温度センサ１０、チャンネルＣｈとして説明していく。
【００４０】
図５に示すシリコンウエハ多点温度測定方法１００において、測定用シリコンウエハ１９の温度を計測する方法としては、先ず、温度測定装置２０から各チャンネルＣｈ毎に、任意の周波数帯から始めて段階的に周波数帯をステップアップさせながら送信する掃引信号波を小型送受信アンテナ２５を介して送信する。
例えば、チャンネルＣｈ１では、その掃引信号波の周波数が圧電振動子の共振周波数の近傍であるとき、掃引信号波を停止した直後に、そのときの温度に応じた残響振動波を発信する。この残響振動波を各小型送受信アンテナ２５が受信し、温度測定装置２０は、各チャンネルＣｈからの残響振動波が得られたら、その各々の残響振動波の周波数に基づいて多点の温度を算出するものである。
【００４１】
このようにして、温度測定装置２０は、測定用シリコンウエハ１９上に設置されている全てのチャンネルＣｈから順番に残響振動波を得て、各チャンネルＣｈの温度、即ち、測定用シリコンウエハ１９上の各点の温度を算出するものである。そして、温度測定装置２０は算出結果を加熱制御装置９０へ送信し、この加熱制御装置９０は加熱手段９１を制御してチャンバ内で加熱された測定用シリコンウエハ１９の温度が均一となるように温度を調整するものである。なお、算出した温度データから形成された各点の加熱制御データは、上記いずれかの装置に保存しておくことが好ましい。
【００４２】
図５のシリコンウエハ多点温度測定方法１００において、温度測定装置２０が各チャンネルＣｈ毎の残響振動波を得るために、各チャンネルＣｈの同心軸上にそれぞれ小型送受信アンテナ２５を配置おり、これによりリアルタイムで全てのチャンネルＣｈの温度を観測することも可能となる。
つまり、全ての圧電温度センサ１０が測定用シリコンウエハ１９の温度を短時間で観測することができるものである。
また、この場合、温度測定装置２０が全ての小型送受信アンテナ２５に対応して設けていれば、当然にどのチャンネルＣｈからの残響振動波の周波数かを知ることが出来る。このため、圧電温度センサ１０の圧電振動子としては、全て同じ共振周波数特性を持つ圧電振動子を使用することができるものである。
また、温度測定装置２０は、温度の計測を小型送受信アンテナ２５のチャンネルＣｈ毎に切り換えて行う測定できるようにすれば、複数のチャンネルＣｈで温度の計測を行う場合でも１台で観測することができる。
さらに、圧電温度センサ１０と小型送受信アンテナ２５間は無線で送受信を行うので、測定用シリコンウエハ１９上にコードを這わさなくてもよいものである。
【００４３】
図６に示すシリコンウエハ多点温度測定方法１００は、図５で説明したシリコンウエハ多点温度測定方法１００と、小型送受信アンテナ２５が設置される位置が異なる他は同様の構成を有している。
なお、図６においては、図５で示した構成と同じ部分は同一の符号を付して説明は省略する。
【００４４】
図６のシリコンウエハ多点温度測定方法１００では、チャンバ外に温度測定装置２０と、インピーダンス整合器２１を設置して相互を同軸ケーブル２２で接続し、このインピーダンス整合器２１とチャンバ内に設置される石英２６に被覆されている小型送受信アンテナ２５とを多芯耐熱ケーブル２３で接続している。このとき、小型送受信アンテナ２５は、図示するように、測定用シリコンウエハ１９に埋設されている圧電温度センサ１０の外側の円周上に配置されるように設置する。
この各圧電温度センサ１０の外側の円周上に小型送受信アンテナ２５を平面的に配置する方法は、測定用シリコンウエハ１９の上下方向に余分な空間が無く、小型送受信アンテナ２５を設置することが出来ない場合などに適応される。
なお、インピーダンス整合器２１と小型送受信アンテナ２５を接続するケーブルは、図５の場合と同様に、チャンバ外は同軸ケーブル２２を用い、チャンバ内は多芯耐熱ケーブル２３を用いて互いをコネクタ２４で接続させる。
【００４５】
この図６のシリコンウエハ多点温度測定方法１００においても測定用シリコンウエハ１９の温度を計測する方法は、小型送受信アンテナ２５の設置位置が変更になっただけで、図５のシリコンウエハ多点温度測定方法１００と同様の方法で温度を計測することができる。
そして、図６のシリコンウエハ多点温度測定方法１００においても、図示したように小型送受信アンテナ２５を配置することで、リアルタイムで全てのチャンネルＣｈの温度を計測することができ、また、チャンネルＣｈ毎に切り換えて計測することができるので１台の温度測定装置２０で観測することができる。
【００４６】
また、図６に示す温度測定装置２０は、上記図５に示した温度測定装置２０と同様に算出結果を加熱制御装置９０へ送信し、この加熱制御装置９０は加熱手段９１を制御してチャンバ内の温度を調整するものである。
そして、図６のシリコンウエハ多点温度測定方法１００の場合も、圧電温度センサ１０の圧電振動子として、同じ共振周波数特性の圧電振動子を使用することができ、さらに、圧電温度センサ１０と小型送受信アンテナ２５は無線通信が可能であり、測定用シリコンウエハ１９上にコードを這わさなくてよい。
【００４７】
図７に示すのは、図５、図６で説明したシリコンウエハ多点温度測定方法１００とは異なる方法で測定用シリコンウエハ１９の表面温度を測定するシリコンウエハ多点温度測定方法１００の概要を説明する全体的な模式図である。
図７に示すシリコンウエハ多点温度測定方法１００の構成としては、図５で説明したシリコンウエハ多点温度測定方法１００における小型送受信アンテナ２５に換えて、１個の大型送受信アンテナ２８を使用している点、及び各圧電温度センサの共振周波数を変えている他は、図５と同様の構成を有している。
なお、図７においても、図５で示した構成と同じ部分は同一の符号を付して説明は省略する。
【００４８】
この図７に示すシリコンウエハ多点温度測定方法１００は、図５で説明したシリコンウエハ多点温度測定方法１００の小型送受信アンテナ２５に換えて、単一の大型送受信アンテナ２８を設置すると共に、それぞれ共振周波数が異なるようにして設定されている複数個の圧電温度センサ１０（Ｃｈ１〜Ｃｈ６）を使用する。
なお、チャンバ外には、温度測定装置２０とインピーダンス整合器２１とが同軸ケーブル２２で接続されて設置され、単一の大型送受信アンテナ２８も例えば石英２６で被覆され、インピーダンス整合器２１と接続され、チャンバ外は同軸ケーブル２２をチャンバ内は単芯耐熱ケーブル２７をコネクタ２４で接続する点は同一である。
【００４９】
図７のシリコンウエハ多点温度測定方法１００において、測定用シリコンウエハ１９の温度を測定する際に、先ず、温度測定装置２０から全てのチャンネルＣｈを励振できるような掃引信号波を送信する。このとき、各チャンネルＣｈの圧電温度センサ１０にはそれぞれ共振周波数特性の違う圧電素子１１を使用しているので、温度測定装置２０は、各圧電温度センサ１０とその圧電素子の共振周波数特性との組み合わせを記憶しておくことで、受信した残響振動波の周波数特性で、どのチャンネルＣｈからの残響振動波かを知ることが出来る。
そして、温度測定装置２０は、残響振動波が得られたら、その残響振動波の周波数に基づいて冶具となる測定用のシリコンウエハ１９の表面各点の温度を算出する。
【００５０】
このように、図７のシリコンウエハ多点温度測定方法１００においては、共振周波数の異なる複数のチャンネルＣｈの圧電温度センサ１０と単一の大型送受信アンテナ２８を用いることで、測定用シリコンウエハ１９の温度を観測することが出来る。そして、この単一の大型送受信アンテナ２８と圧電温度センサ１０もワイヤレス方式なので、測定用シリコンウエハ１９の上で多数のコードを這わさなくてよい。
そして、図７に示す温度測定装置２０も、上記図５、図６で示した温度測定装置２０と同様に算出結果を加熱制御装置９０へ送信し、この加熱制御装置９０は加熱手段９１を制御してチャンバ内の測定用シリコンウエハ１９の温度が均一になるように温度を調整するものである。
【００５１】
なお、図７に示した単一の大型送受信アンテナ２８としては、例えば方形状となるようにアンテナを形成したものを使用してもよいし、測定用シリコンウエハ１９の上方に設置したときに、この測定用シリコンウエハ１９の表面を覆うように螺旋状のアンテナ（ループ状のアンテナ）を形成したものを使用してもよい。
図７において示した単芯耐熱ケーブル２７も、高温に晒されるチャンバ内で使用されるので、インピーダンス整合（マッチング）をとる為のアクティブ素子を実装することは難しい。そこで、図８に示すような構成とした。
なお、図５、図６に示した多芯耐熱ケーブル２３は、単芯耐熱ケーブル２７を複数本束にしたケーブルのことである。
【００５２】
図８に示すように単芯耐熱ケーブル２７は、給電線を用いて小型送受信アンテナ２５・または、単一の大型送受信アンテナ２８と接続される際に、ツイストコード３０が形成されており、この給電線は高温下でも耐えれるように銅線又は白金線が用いられている。
特性インピーダンス整合器２９は、小型送受信アンテナ２５又は、単一の大型送受信アンテナ２８とツイストコード３０とのインピーダンスの整合を取る為に設けられているインピーダンス整合器である。この特性インピーダンス整合器２９とツイストコード３０とは耐熱性のある石英３１で封入されている。
そして、チャンバ内（高温部）のツイストコード３０からチャンバ外（常温部）の温度測定装置２０へ周波数を送信するときのインピーダンスの整合は、チャンバ外に設置されている第２のインピーダンス整合器２１において行われるものである。
なお、、単芯耐熱ケーブル２７、及び小型送受信アンテナ２５・大型送受信アンテナ２８等は、後述する熱処理装置に設置される場合、耐熱性のある石英２６により被覆し、内部の導線の酸化や腐食を防止するようにしている。
【００５３】
図９、図１０は図５〜図７で示した、測定用シリコンウエハ１９又は被加工用シリコンウエハを加熱して高温の雰囲気中で行う加熱加工工程の際に使用される熱処理装置の例をを示す図である。
図９に示すのは、加工用シリコンウエハを１枚づつ熱処理する枚葉型熱処理装置２００の断面図である。図示する枚葉型熱処理装置２００は、例えばＲＴＰ（Rapid Thermal Process）装置とし、加工用シリコンウエハの加熱加工が行われる。
このＲＴＰ装置において加熱加工を行う場合、先ず、チャンバ４０内に備えられる石英の支持台４１の上に測定用シリコンウエハ１９を冶具として載せる。そして、測定用シリコンウエハ１９の上下に位置するように設置されている複数の加熱ランプ４２で測定用シリコンウエハ１９を加熱して、測定用シリコンウエハ１９上の各所の温度を測定する。
なお、図示は省略したが、図９に示す測定用シリコンウエハ１９の表面には、先に述べたように複数のシリコンで被覆された圧電温度センサ１０が配置されているものとする。  
【００５４】
次に、このＲＴＰ装置において加熱加工工程を行う際は、測定用シリコンウエハ１９を取り除いて加工用シリコンウエハを支持台４１に置き、冶具として装着したときの測定用シリコンウエハ１９の加熱時の温度上昇データに基づいて、所定の温度となるように加熱加工される。
加工用のシリコンウエハを熱処理する場合は、開閉可能なドア４３を閉め、加熱加工工程で使用される窒素やアルゴン等のガスがガス入口４４からチャンバ４０内に注入される。そして、チャンバ４０内に注入されたガスはガス出口４５から排出される。
この場合の温度情報の検知は、図９では、耐熱性のある石英２６で被覆している小型送受信アンテナ２５を、チャンバ４０の上方でチャンバ４０と複数の加熱ランプ４２の間に、圧電温度センサ１０の同心軸上に小型送受信アンテナ２５が位置するように設置することによって行われる。
なお、図示した石英２６には小型送受信アンテナ２５が被覆されているが図示は省略した。
また、このＲＴＰ装置では加熱ランプ４２やチャンバ４０等を囲むように反射板４６が設けられている。
【００５５】
この図９に示したＲＴＰ装置においては、高速に温度を昇降できる等の特徴を有している。また、このＲＴＰ装置は、チャンバ４０と加熱ランプ４２の間に石英２６で被覆した小型送受信アンテナ２５を設置する空間があるので、図５、図７において説明したシリコンウエハ多点温度測定方法１００で加熱加工を行う場合に好適である。
また、図９の説明において石英２６は、図示しない小型送受信アンテナ２５を被覆していると説明したが、図７のシリコンウエハ多点温度測定方法１００において加熱加工を行う場合、石英２６に被覆されるのは単一の大型送受信アンテナ２８となる。
【００５６】
なお、実際にＲＴＰ装置を使用して加熱加工を行うときに、１日に大量の加工用シリコンウエハの加熱加工を行う場合がある。
そのとき、１枚のウエハの加熱加工を行う毎に表面温度を観測して加熱温度制御をおこなうのではなく、例えば、ＲＴＰ装置を作動させて、最初に冶具として装着した測定用シリコンウエハ１９の温度上昇データを利用して、このとき得られた温度設定データでその後装着された加工用のシリコンウエハのの加熱温度制御を行うようにすると、効率的に加工用シリコンウエハの加熱加工を行うことが出来る。
【００５７】
図１０は、複数の加工用シリコンウエハを一度に熱処理する場合に用いられる、バッチ型熱処理装置３００の断面図を示している。
図示するバッチ型熱処理装置３００は、例えば縦型ファーネスとし、この縦型ファーネスにおいて加工用シリコンウエハの加熱加工工程を行うときは、まず、例えば石英ボート５０の内側に加工用シリコンウエハを図示するようにセットする。この石英ボート５０には、複数枚（例えば１００枚程度）のシリコンウエハ１９をセットすることができ、実際には、図１０に示した枚数以上の加工用シリコンウエハを石英ボート５０にセットすることができる。
【００５８】
なお、図示は省略したが、先に述べたように図１０に示した加工用シリコンウエハのうち、所定の枚数毎に冶具となる温度測定用の計測用シリコンウエハ１９を配置し、その表面には、それぞれシリコンカバー１７で被覆された圧電温度センサ１０が配置されている。所定の間隔をおいて配置した計測用シリコンウエハ１９にも複数個の圧電温度センサ１０を配置されており、後述する縦型ファーネスにおいて加熱加工工程を行うときの温度制御に使用される。
【００５９】
図１０では、石英ボート５０の外側を囲むように石英２６に被覆された小型送受信アンテナ２５を圧電温度センサ１０が配置されている測定用シリコンウエハ１９の近傍に設置される。このとき、各小型送受信アンテナ２５は、圧電温度センサ１０と互いに信号を送受信可能な位置に配置されればよい。
また、図示する縦型ファーネスは、石英ボード５０とその外側に設置された小型送受信アンテナ２５を取り囲むように石英反応管５１を設けている。この石英反応管５１内に、加熱加工工程において使用される窒素やアルゴン等のガスをガス入口５２から注入し、このガスはガス出口５３から排出される。
そして、この石英反応管５１の外側には均熱管５４が備えられ、更にその外側に加熱ランプ５５が複数個備えられている。この加熱ランプ５５が冶具として装着された計測用のシリコンウエハ１９で検出された温度上昇データに基づいて加熱制御されることによって、所望の温度となるように石英反応管５１内の石英ボート５０にセットされる加工用シリコンウエハが加熱されるものである。
【００６０】
このように、図１０に示した縦型ファーネスの場合、一度に複数枚（例えば１００枚程度）の加工用シリコンウエハの加熱加工を行うことができるが、そのとき、加工用シリコンウエハの表面温度が石英ボート５０にセットされる位置で違いがでないようにする必要がある。
そこで、所定の間隔毎にセットされている測定用シリコンウエハ１９の表面温度を測定することで、石英ボード５０にセットされている加工用シリコンウエハの表面温度が均一となるように加熱加減を調整するものである。
図１０では、圧電温度センサ１０を石英ボード５０の上段、中断、下段に設置されている測定用シリコンウエハ１９に埋設している。しかし、石英ボート５０にセットされる全ての加工用シリコンウエハの表面温度が均一に加熱されるような温度調節作業が行えるだけの計測データを得ることが出来れば、図示した位置以外の所に圧電温度センサ１０設置してもよい。
【００６１】
また、上記した縦型ファーネスにおいて加熱加工を行う場合、図示するように複数の加工用シリコンウエハを石英ボート５０にセットして加熱加工を行うものであり、加工用シリコンウエハの上下の空間に小型送受信アンテナ２５を設置するのは難しい。そこで、小型送受信アンテナ２５を測定用シリコンウエハ１９の横側に設置することで圧電温度センサ１０と信号の送受信を行う、図６のシリコンウエハ多点温度測定方法１００の場合の加熱加工工程において使用することが出来る。
【００６２】
図１１（ａ）には、本発明で温度センサとして水晶片の圧電振動子を使用した場合の水晶振動子の共通点付近における電気的な等価回路を示している。
図示するＬは先に説明した外付けされるアンテナのインダクタンスであり、水晶振動子は、並列容量Ｃｏ、直列容量Ｃ１、直列インダクタンスＬ１、直列抵抗Ｒ１、として示している。この等価回路は、一般的にインピーダンス値が最小となる低い方の直列共振点ｆｒと、インピーダンス値が最大となる高い周波数で半（並列）共振点ｆａが現れる。
図１１（ｂ）は、圧電振動子の共振点付近のインピーダンス変化特性を拡大して示したもので、ｆｒ点は直列共振点、ｆａ点は並列共振点であり、水晶振動子はこれらの共振点の周波数差Δｆの区間で誘導性リアクタンスを示す。
【００６３】
図１２は、温度センサの共振周波数、すなわち励振後に圧電振動子から発信される残響振動波の周波数と温度の関係について示した図である。
図１２（ａ）は、圧電振動子の圧電素子として水晶片が使用されている場合のある温度範囲内での残響振動波の共振周波数と温度の関係を示した図である。図示するように水晶が用いられた圧電振動子は、この水晶と同じ共振周波数又は近似した共振周波数を受信した場合、温度が高くなるにつれて発信される残響振動波の共振周波数も高くなる傾向をもたせることができる。
また、図１２（ｂ）は、圧電振動子の圧電素子としてランガサイトを使用している場合の残響振動波の共振周波数と温度の関係を示した図である。このランガサイトの圧電振動子は、水晶と同じ共振周波数又は近似した共振周波数を受信すると、温度が低くなるにつれて発信される残響振動波の共振周波数も低くなる傾向をもたせることができる。
【００６４】
一般に圧電振動子の共振周波数fと温度Tは非直的な変化となり、例えば以下の多項式によって周波数の変化率を算出するようにしている。
Δf/f＝A(T-To)＋B(T-To)2＋C(T-To)3・・・＋n(T-To)n
この多項式においては、それぞれ、共振周波数の違う圧電素子に対応したA,B,C・・・nの係数を事前にキャリブレーション等で求めておき、それぞれの圧電素子に対応した係数として温度測定装置２０の記憶部に記憶しておく。そして、測定用シリコンウエハ１９の表面温度と予想される任意の温度Tから基準温度Toを減算した温度(T-To)を求め、周波数の変化率であるΔf/fを求める。このとき、(T-To)、(T-To)2、(T-To)3・・・(T-To)nのnの次数は、n＝９〜１３次として計算すると、近似誤差の少ない周波数の変化率を算出することができる。
【００６５】
次に、圧電振動子の残響振動波の検出について図１３により説明する。
温度測定装置２０からは、任意のチャンネルＣｈ、又は、全てのチャンネルＣｈへ掃引信号波における所定の帯域の共振周波数信号である送信信号Ａを送信する。温度測定装置２０から送信された送信信号Ａは、小型送受信アンテナ２５又は単一の大型送受信アンテナ２８を介して任意のチャンネルＣｈ、又は全てのチャンネルＣｈへ送信される。この送信信号Ａは期間ｔ０の間、温度測定装置２０から送信され、送信信号Ａの送信期間、期間ｔ０が終了したタイミング以降、温度測定装置２０は受信期間Ｂの期間ｔ１の間、圧電温度センサ１０からの残響信号Ｃを検出するために待機する。
送信信号の周波数が温度センサーの共振周波数か、又はその近傍の周波数であれば圧電温度センサから残響振動波が送信される。
そして、温度測定装置２０は、受信期間Ｂに残響振動（受信信号）Ｃを検知したら直ちにエコー検出信号をＤを出力する。
そして、このエコー検出信号Ｄに基づいて期間ｔ3の後、計測パルスＥを発生し、この計測パルスＥの期間の残響振動波の周波数をカウントする。
この計測タイミングＦ期間の計測値は演算期間（Ｇ）において演算され温度情報に変換される。
【００６６】
図示するように、計測パルスＥの期間ｔ２と同じ期間に、計測タイミング信号Ｆが残響信号Ｃの交番信号のみ（残響周波数のみ）を計測する。そして、計測パルスＥがオンとなっている期間ｔ２が終了したタイミングで演算Ｇを行う。この演算Ｇでは、計測した残響信号に基づいて温度を演算し、演算Ｇをおこなう期間ｔ４が終了したタイミングで、受信期間Ｂも終了する。
なお、受信期間Ｂの間に圧電温度センサ１０からの残響信号Ｃをエコー検出信号Ｄが検出しなかった場合は、エコー検出信号Ｄの期間ｔ３が終了したタイミングで受信期間Ｂの期間ｔ１も終了して、掃引信号波における次の段階の周波数を任意のチャンネルＣｈ、又は、全てのチャンネルＣｈへ送信する。
【００６７】
図１４は、図５、図６のシリコンウエハ多点温度測定方法１００において温度測定を行うときに一台の温度測定装置２０から送信される掃引信号波の周波数の変化図であり、各チャンネルＣｈ毎に階段状に周波数を変化して掃引していることを示している。
図示する各チャンネルの掃引信号波は、任意の周波数帯から始まり段階的にステップアップしながら先ずチャンネル１へ送信されるものである。そして、図示するチャンネルＣｈ１での受信タイミングで圧電温度センサ１０からの残響振動波を待機する。この受信期間に残響振動波を受信することが出来たら、次のチャンネルＣｈ２へ切り換えて掃引信号波を送信し、同様にチャンネルＣｈ２において残響振動を波を検出し、以下、全てのチャンネルの残響振動波の検出から、測定用シリコンウエハ１９上の各点の温度情報を取得する。
図１４では、温度測定装置２０から各チャンネルＣｈへ掃引信号波を送信する前の期間は、受信した残響振動波を基に温度の計測と演算を行うための時間としている。
【００６８】
なお、図１４では、図５、図６のシリコンウエハ多点温度測定方法１００における掃引信号波の周波数変化について説明した。  
また、単一の大型送受信アンテナ２８で全てのチャンネルＣｈを掃引する図７のシリコンウエハ多点温度測定方法１００については、温度測定装置２０は、全ての共振周波数の異なる圧電温度センサから順次残響振動波が受信できるように、周波数を徐々に変化させながらより広い掃引幅で掃引信号波を送信し続けるようにする必要があり、それだけ計測時間が長くなるが各チャンネルの選択を電気的に行う必要が無くなる。
【００６９】
図１５は、図５、図６のシリコンウエハ多点温度測定方法１００において小型送受信アンテナ２５又は単一の大型送受信アンテナ２８から励振周波数の信号を送信すると共に残響信号を検出し、その共振周波数を計測するために用いられる温度測定装置２０のブロック図を示した図である。この温度測定装置２０は、例えばマイクロコンピュータで形成される制御部８１により全体を統括制御するようにされている。
図示する信号出力部７０は、制御部８１の制御に基づき、基準クロック信号を出力する信号源であり、カウンタ７１はクロック信号を計測し、所定の計算値でリセットされるカウンタ回路である。Ｄ／Ａ変換器７２は、制御部８１の制御に基づき、カウンタ７１によりカウントされた値に基づいて、デジタル信号からアナログ信号へ入力信号を変換する変換器である。ＶＯＣ７３は、Ｄ／Ａ変換器７２の出力信号レベルによって周波数が変化する電圧可変発信器である。
【００７０】
送信部７４は、ＶＣＯ７３から出力される信号（階段状の掃引）を制御部８１の制御に基づき、所定の周波数に変換し、パワーアップする周波数変換器や高周波増幅器を備え、ＳＷ（スイッチ回路）７５を介して送信部７４からの信号を小型送受信アンテナ２５もしくは単一の大型送受信アンテナ２８へ送信する。
また、小型送受信アンテナ２５もしく単一の大型送受信アンテナ２８で受信された残響振動波は、受信期間（例えば、送信期間ｔ0の終了）後からＳＷ７５で切り換えられて受信部７６へ入力されるように制御部８１の制御に基づき行う。
そして、受信部７６は、入力された外部からの信号（残響波）を効果的に増幅する。また、検波部７７は、入力信号を検波し残響波の有無を検出する検波回路である。
【００７１】
ＲＡＭ７９は、例えば上記カウンタ７１の計算出力でインクリメントされたデータを保持しており、検波部７７からの残響波が検出された時点でそのカウントデータが読出されるようなＲＡＭテーブルである。そして、前記ＲＡＭ７９から読み出されたデータが制御部８１において演算され、各点の温度情報を得ると共に、必要に応じて測定用シリコンウエハ１９の各部の温度を表示部８０へ表示するものである。
【００７２】
図１６は、図５、図６、図７のシリコンウエハ多点温度測定方法１００において用いられる他の形式の温度測定装置２０のブロック図を示したものである。
この図１６に示す温度測定装置２０は、上記図１５に示した温度測定装置２０と同様に小型送受信アンテナ２５又は単一の大型送受信アンテナ２８から励振周波数の信号を送信すると共に残響信号を検出し、その共振周波数を計測するために用いられる。また、この図１６に示す温度測定装置２０においても、例えばマイクロコンピュータで形成される制御部８１により全体を統括制御するようにされている。
【００７３】
この図１６においても信号出力部７０は、制御部８１の制御に基づき、基準クロック信号を出力する信号源であり、カウンタ７１ａは信号出力部７０からの基準クロック信号を計測して、所定の計算値でリセットされるカウンタ回路である。Ｄ／Ａ変換器７２は、制御部８１の制御に基づき、カウンタ７１ａにより計算された値に基づいてデジタル信号からアナログ信号へ入力信号を変換する変換器である。そして、ＶＣＯ７３は、入力信号レベル、すなわちカウンタ７１ａのカウント値によって周波数が変化する掃引型の電圧可変発信器である。
送信部７４は、制御部８１の制御に基づき、ＶＣＯ７３から出力された掃引信号波を所定の周波数に変換すると共にパワーアップして。ＳＷ７５を介して小型送受信アンテナ２５もしくは単一の大型送受信アンテナ２８へ送信する。
【００７４】
また、小型送受信アンテナ２５若しくは単一の大型送受信アンテナ２８からの信号は上記制御部８１の制御に基づきスイッチ回路７５を介して、受信部７６に入力される。入力された外部からの信号（残響波）は、検波部７７において検波され、残響波の有無を検出する検波回路に供給されている。
この実施例では検波部７７の出力によって、計測パルス発生器７８が駆動され計測用のパルス信号が発生するようにしている。そして、この計測用のパルス信号によって受信部７６の出力、すなわち、残響波信号波が入力されているカウンタ７１ｂを制御し、残響信号波の周波数を直接カウンタ７１ｂで計測して、その計測値をＲＡＭ７９に記憶させる。
ＲＡＭ７９に記憶されているデータは制御部８１において温度データに変換され、そのデータが表示部８０等に表示されると共に、その温度データが先に説明した加熱手段の温度制御データとして出力されるものである。
【００７５】
図１７は、圧電温度センサ１０のアンテナ１４ａと小型送受信アンテナ２５又は単一の大型送受信アンテナ２８との間で信号の送受信が良好となる距離（Ｄ）を縦軸に、圧電温度センサ１０のアンテナ１４ａのインダクタンスを横軸に示している。
図示するように、圧電温度センサ１０のアンテナ１４ａと小型送受信アンテナ２５又は単一の大型送受信アンテナ２８との間で送受信が良好に行われる距離が最大距離Ｄｍとなるときの、圧電温度センサ１０のアンテナ１４ａのインダクタンス値Ｌｍを示している。
このインダクタンス値Ｌｍは、実験によるとインダクタンス値Ｌｍと圧電振動素子の並列容量Ｃｏとの共振周波数が、圧電振動子自体の共振周波数（モーショナル）と近似するように選択することが好ましい。
【００７６】
なお、温度測定装置２０で測定した計測用シリコンウエハ１９の温度を表示部８０ではなく、例えば音声で表現されるようにしてもよい。また、温度測定装置２０から直接、計測用シリコンウエハ１９の加熱加工を行う熱処理装置へ温度情報を供給して熱処理装置の温度制御を行うように構成することが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明の圧電温度センサ１０は、圧電素子１１を温度センサとして使用する際に、容易にワイヤレス化することができ、例えば高温の温度制御を行う環境下において極めて有意義のセンサとして使用することができる。
また、小型で且つ耐熱性に優れているので特に有線で温度情報を得ることができない例えばシリコンウエハの加工工程で使用される加熱手段の温度制御用の冶具として好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の第１の実施の形態における圧電温度センサの全体図を示した図である。
【図２】第２の実施の形態における圧電温度センサの全体図を示した図である。
【図３】第２の実施の形態の変形例である圧電温度センサの全体図を示した図である。
【図４】圧電温度センサのシリコンウエハへの設置方法を説明するための図である。
【図５】シリコンウエハ多点温度測定方法の概略図の一例を示した図である。
【図６】シリコンウエハ多点温度測定方法の概略図の一例を示した図である。
【図７】シリコンウエハ多点温度測定方法の概略図の一例を示した図である。
【図８】単芯耐熱ケーブルの構成の一例を示す図である。
【図９】加熱加工工程においシリコンウエハを加熱する枚葉型熱処理装置の構成の一例を示す図である。
【図１０】加熱加工工程においシリコンウエハを加熱するバッチ型熱処理装置の構成の一例を示す図である。
【図１１】温度センサに用いられる圧電振動子の共通点付近における電気的な等価回路と、共振点付近のインピーダンス変化特性を拡大した図である。
【図１２】圧電振動子から発信される周波数と温度との関係を示した図である。
【図１３】温度測定装置において発信周波数を基にして温度を測定する際の温度測定の動作原理について示した図である。
【図１４】温度測定装置から送信する周波数の変化と、圧電振動子からの周波数を受信するタイミングを示した図である。
【図１５】温度測定装置の構成の一例を示したブロック図である。
【図１６】温度測定装置の構成の一例を示したブロック図である。
【図１７】圧電温度センサのアンテナと送受信アンテナ・大型送受信アンテナの距離と圧電温度センサのアンテナのインダクタンスとの関係を示した図である。
【符号の説明】
【００７９】
１０  圧電温度センサ、１１  圧電素子、１２  スリット、１３（１３ａ，１３ｂ）  電極、１４ａ  アンテナ、１４ｂ  アンテナリード、１５ａ  第１橋絡部、１５ｂ  第２橋絡部、１５ｃ  第３橋絡部、１５ｄ  第４橋絡部、１６  スルーホール、１７  シリコンカバー、１８  凹部、１９  シリコンウエハ、２００  枚葉型熱処理装置、３００  バッチ型熱処理装置
【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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【図１６】
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【図１７】
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