(57)【要約】【課題】この発明は、使用温度範囲が広く、２次電池などのように充電を不要にできるウェハ型温度計、温度測定装置、熱処理装置および温度測定方法を提供する。【解決手段】温度測定用ウェハ１の上面を複数の領域に区分し、区分された各領域に複数の温度センサ２１，２２…２ｎと、温度センサ２１，２２…２ｎが配置された領域外に太陽電池５１，５２…５ｎを配置し、太陽電池５１，５２…５ｎから処理回路４に電流を供給し、複数の温度センサ２１，２２…２ｎの出力信号を処理回路４により温度データに変換して外部に無線で送信する。【選択図】図１
2009244174.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、
前記ウェハに設けられ、前記複数の温度センサの出力信号を温度データに変換するための変換手段と、
前記ウェハに設けられ、前記変換手段によって変換された温度データを外部に送信するウェハデータ送信手段と、
前記ウェハに設けられ、外部からの光に応答して前記変換手段および前記ウェハデータ送信手段に電流を流す光電変換素子とを備える、ウェハ型温度計。
【請求項２】
前記光電変換素子は、外部からの光が照射される位置に対応して１個設けられる、請求項１に記載のウェハ型温度計。
【請求項３】
前記光電変換素子は、それぞれが異なる位置に複数設けられる、請求項１に記載のウェハ型温度計。
【請求項４】
前記変換手段と、前記ウェハデータ送信手段と、前記光電変換素子とは、前記ウェハの前記温度センサが配置された領域を除いた領域に設けられる、請求項１から３のいずれかに記載のウェハ型温度計。
【請求項５】
前記変換手段は、薄膜集積回路によって形成されており、
前記光電変換素子は、前記変換手段上に配置される、請求項１から３のいずれかに記載のウェハ型温度計。
【請求項６】
前記ウェハに設けられ、前記変換手段および前記ウェハデータ送信手段に流す電流を一定にするための定電圧回路を含む、請求項１から５のいずれかに記載のウェハ型温度計。
【請求項７】
前記ウェハに設けられ、外部からのデータを受信するウェハデータ受信手段を含む、請求項１から６のいずれかに記載のウェハ型温度計。
【請求項８】
ウェハ型温度計を用いて温度を測定する温度測定装置であって、
前記ウェハ型温度計は、
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、
前記ウェハ上に設けられ、前記複数の温度センサの出力信号を温度データに変換して処理するための変換手段と、
前記ウェハ上に設けられ、前記変換手段によって処理された温度データを外部に送信するウェハデータ送信手段と、
前記ウェハに設けられ、光に応答して前記変換手段および前記ウェハデータ送信手段に電流を流す光電変換素子と、
前記ウェハデータ送信手段から送信された温度データを外部で受信するための外部データ受信手段とを備える、温度測定装置。
【請求項９】
前記ウェハ型温度計は、外部からのデータを受信するウェハデータ受信手段を含み、さらに
前記ウェハデータ受信手段に外部からデータを送信する外部データ送信手段を含む、請求項８に記載の温度測定装置。
【請求項１０】
前記外部データ受信手段により受信した温度データを記録する記録手段を備える、請求項８または９に記載の温度測定装置。
【請求項１１】
処理室内で処理用ウェハを加熱処理または冷却処理する熱処理手段の温度を、ウェハ型温度計を用いて測定可能な熱処理装置であって、
前記ウェハ型温度計は、
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、
前記ウェハ上に設けられ、前記複数の温度センサの出力信号を温度データに変換して処理するための変換手段と、
前記ウェハ上に設けられ、前記変換手段によって処理された温度データを外部に送信するウェハデータ送信手段と、
前記ウェハに設けられ、光に応答して前記変換手段および前記ウェハデータ送信手段に電流を流す光電変換素子とを含み、
前記処理室は、前記光電変換素子に光を照射するための第１の光源を備える、熱処理装置。
【請求項１２】
前記ウェハデータ送信手段から送信される温度データを受信する外部データ受信手段と、
前記外部データ受信手段で受信された温度データに基づいて、前記熱処理手段の温度を制御する温度制御手段とを備える、請求項１１に記載の熱処理装置。
【請求項１３】
前記加熱室は、前記光電変換素子に光を照射する、前記第１の光源とは異なる第２の光源を含む、請求項１１または１２に記載の熱処理装置。
【請求項１４】
前記処理室は、前記熱処理手段として、前記処理用ウェハを冷却処理する冷却板を含み、
前記第１の光源は、前記冷却板の上方に設けられて、前記光電変換素子に光を照射する、請求項１１または１２に記載の熱処理装置。
【請求項１５】
前記第１および第２の光源は、４００ｎｍから６００ｎｍの波長域の光を照射する、請求項１３または１４に記載の熱処理装置。
【請求項１６】
前記ウェハ型温度計は、信号を受信するためのウェハデータ受信手段を含み、
前記処理室は、前記ウェハ型温度計の前記ウェハデータ送信手段または前記ウェハデータ受信手段との間でデータを送受するための処理室データ送受信手段を備える、請求項１１から１５のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項１７】
処理用ウェハを加熱処理また冷却処理する熱処理手段の温度を、ウェハ型温度計を用いて測定する温度測定方法であって、
前記ウェハ型温度計は、複数の温度センサと光電変換素子とを含み、
前記熱処理手段に前記ウェハ型温度計を配置する工程と、
前記ウェハ型温度計の光電変換素子に光を照射する工程と、
前記ウェハ型温度計で前記熱処理手段の温度を測定する工程と、
前記光電変換素子から供給される電力に基づいて、前記測定された温度のデータ
を送信する工程とを含む、温度測定方法。
【請求項１８】
前記温度データを送信する工程は、前記温度データを送信するための命令を受けたことに応じて、前記温度データを送信する、請求項１７に記載の温度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えばウェハを加熱する加熱板あるいは冷却する冷却板の温度を測定するウェハ型温度計、温度測定装置、熱処理装置および温度測定方法に関する。
【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した加熱・冷却装置により行われている。
【０００３】
図８は、従来の加熱・冷却装置６０の縦断面図であり、図９は図８の線Ａ−Ａに沿う横断面図である。
【０００４】
図８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の検出温度に基づいて、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９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６１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】
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から加熱・冷却装置６０内に搬送され、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上に載置される処理用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上の処理用ウェハの温度分布を測定するために、ウェハ型温度計を用いて、処理用ウェハの処理前にウェハの温度分布を把握し、処理用ウェハの温度分布を修正するようにしていた。
【００１０】
ウェハ型温度計は、温度測定用ウェハ上を複数の領域に区分し、それぞれの領域に温度センサを配置するとともに送信装置を配置して構成される。各温度センサ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。送信装置はＡ／Ｄ変換回路と、メモリと、送信回路とを含む。しかし、Ａ／Ｄ変換回路は、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】
そこで、特開２００７−１７８２５３号公報（特許文献１）には、温度測定用ウェハに、その周囲にナノクリスタルシリコン（ｎｃ−Ｓｉ）層からなる断熱材で収納室を形成し、収納室内にＡ／Ｄ変換回路と、メモリと、送信回路とを収納するようにしたウェハ型温度計について記載されている。
【特許文献１】特開２００７−１７８２５３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、温度測定用ウェハは、その厚みが３ｍｍ以下であり、ナノクリスタルシリコン（ｎｃ−Ｓｉ）層からなる断熱材で収納室を形成するのは非常に困難であり、コストも高くなってしまう。一方、最近では、素子材料の改良などにより、２５０℃くらいの温度雰囲気下においても動作可能なＡ／Ｄ変換回路やメモリや送信回路が出現してきている。このため、Ａ／Ｄ変換回路やメモリや送信回路を収納室に収納する必要がなくなってきており、Ａ／Ｄ変換回路やメモリや送信回路を薄膜化して、温度測定用ウェハ上に配置したり、温度測定用ウェハ自体にＡ／Ｄ変換回路やメモリや送信回路を形成したりすることも可能になってきている。
【００１３】
しかしながら、Ａ／Ｄ変換回路やメモリや送信回路を動作させるためには、電源が必要になる。しかし、例えば、１５０℃以上あるいは−１００℃のような広い温度範囲での使用に対応できる薄膜電池がなく、ウェハ型温度計の適用温度の範囲が電池の使用可能温度で制限されてしまう。また、乾電池や充電可能な２次電池を断熱構造の収納室に収納して使用することが考えられるが、電池の交換や充電などを行う必要がある。
【００１４】
そこで、この発明の目的は、使用温度範囲が広く、電池交換や２次電池などのような充電を不要にできるウェハ型温度計、温度測定装置、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】
【００１５】
この発明のウェハ型温度計は、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た複数の温度センサと、ウェハに設けられ、複数の温度センサの出力信号を温度データに変換するための変換手段と、ウェハに設けられ、変換手段によって変換された温度データを外部に送信するウェハデータ送信手段と、ウェハに設けられ、外部からの光に応答して変換手段およびウェハデータ送信手段に電流を流す光電変換素子とを備える。
【００１６】
光電変換素子は、外部からの光を受光して変換手段やウェハデータ送信手段に電流を供給できるので、外部からの電源供給や電池交換や充電作業などを不要にできる。
【００１７】
好ましくは、光電変換素子は、外部からの光が照射される位置に対応して１個設けられる。
【００１８】
予め定める位置で外部からの光が受光されるため、ウェハ型温度計に複数の光電変換素子を設ける必要がなくなる。
【００１９】
好ましくは、光電変換素子は、それぞれが異なる位置に複数設けられる。
【００２０】
光電変換素子が複数設けられるため、いずれかの光電変換素子により外部の光を受光して発電できる。
【００２１】
好ましくは、変換手段と、ウェハデータ送信手段と、光電変換素子とは、ウェハの温度センサが配置された領域を除いた領域に設けられる。
【００２２】
変換手段と、ウェハデータ送信手段と、光電変換素子の配置された領域を除いた領域に温度センサが配置されるため、ウェハの全域のそれぞれにおける温度の測定が可能になる。
【００２３】
好ましくは、変換手段は、薄膜集積回路によって形成されており、光電変換素子は、変換手段上に配置される。
【００２４】
変換手段上に光電変換素子が配置されるため、光電変換素子をウェハ上に単独で配置する場合に比べてスペースを少なくできる。
【００２５】
好ましくは、ウェハ型温度計は、ウェハに設けられ、変換手段およびウェハデータ送信手段に流す電流を一定にするための定電圧回路を含む。
【００２６】
定電圧回路から電流が供給されるため、動作が安定する。
【００２７】
好ましくは、ウェハ型温度計は、ウェハに設けられ、外部からのデータを受信するウェハデータ受信手段を含む。
【００２８】
ウェハデータ受信手段を設けたため、外部から送られる温度データの測定命令などのデータが受信可能になる。
【００２９】
この発明の他の局面によれば、ウェハ型温度計を用いて温度を測定する温度測定装置であって、ウェハ型温度計は、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た複数の温度センサと、ウェハ上に設けられ、複数の温度センサの出力信号を温度データに変換して処理するための変換手段と、ウェハ上に設けられ、変換手段によって処理された温度データを外部に送信するウェハデータ送信手段と、ウェハに設けられ、光に応答して変換手段およびウェハデータ送信手段に電流を流す光電変換素子と、ウェハデータ送信手段から送信された温度データを外部で受信するための外部データ受信手段とを備える。
【００３０】
ウェハ型温度計は、光を受光して、測定した温度データを送信するため、外部から電源を供給する必要がなくなる。
【００３１】
好ましくは、ウェハ型温度計は、外部からのデータを受信するウェハデータ受信手段を含み、外部には、ウェハデータ受信手段にデータを送信する外部データ送信手段が設けられる。
【００３２】
外部から温度の測定の開始が命令された後、温度測定の開始が可能になる。
【００３３】
好ましくは、外部データ受信手段により受信した温度データを記録する記録手段が外部に備えられる。
【００３４】
温度データが記録されるため、温度の変化を容易に追跡できる。
【００３５】
この発明のさらに他の局面は、処理室内で処理用ウェハを加熱処理または冷却処理する熱処理手段の温度を、ウェハ型温度計を用いて測定可能な熱処理装置に関する。ウェハ型温度計は、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た複数の温度センサと、ウェハ上に設けられ、複数の温度センサの出力信号を温度データに変換して処理するための変換手段と、ウェハ上に設けられ、変換手段によって処理された温度データを外部に送信するウェハデータ送信手段と、ウェハに設けられ、光に応答して変換手段およびウェハデータ送信手段に電流を流す光電変換素子とを含み、処理室は、光電変換素子に光を照射するための第１の光源を備える。
【００３６】
ウェハ型温度計は、第１の光源を備えているので、ウェハ型温度計を用いて処理室内で温度の測定が可能になる。
【００３７】
好ましくは、熱処理装置は、ウェハデータ送信手段から送信される温度データを受信する外部データ受信手段と、外部データ受信手段で受信された温度データに基づいて、熱処理手段の温度を制御する温度制御手段とを備える。
【００３８】
外部データ受信手段によって温度データが受信されるため、熱処理手段の温度が所望の温度になるように制御できる。
【００３９】
好ましくは、加熱室は、光電変換素子に光を照射する、第１の光源とは異なる第２の光源を含む。
【００４０】
加熱室にも第２の光源を設けているので、加熱室においても温度の測定が可能になる。
【００４１】
好ましくは、処理室は、熱処理手段として、処理用ウェハを冷却処理する冷却板を含み、第１の光源は、冷却板の上方に設けられて、光電変換素子に光を照射する。
【００４２】
光電変換素子は、冷却処理中においても光を受けて発電するので、温度測定が可能になる。
【００４３】
好ましくは、第１および第２の光源は、４００ｎｍないし６００ｎｍの波長域の光を照射する。
【００４４】
第１および第２の光源が、４００ｎｍないし６００ｎｍの波長域の光のみを照射することにより、第１および第２の光源を点灯した状態で処理用ウェハを処理しても、例えばレジストが露光してしまうことがない。
【００４５】
好ましくは、ウェハ型温度計は、信号を受信するためのウェハデータ受信手段を含み、処理室は、ウェハ型温度計のウェハデータ送信手段またはウェハデータ受信手段との間でデータを送受信するための処理室データ送受信手段を備える。
【００４６】
温度データの送信が命令された後、送信されてくる温度データが受信される。
【００４７】
この発明のさらに他の局面は、処理用ウェハを加熱処理また冷却処理する熱処理手段の温度を、ウェハ型温度計を用いて測定する温度測定方法に関する。ウェハ型温度計は、複数の温度センサと光電変換素子とを含み、温度測定方法は、熱処理手段にウェハ型温度計を配置する工程と、ウェハ型温度計の光電変換素子に光を照射する工程と、ウェハ型温度計で熱処理手段の温度を測定する工程と、光電変換素子から供給される電力に基づいて、測定された温度のデータを送信する工程とを含む。
【００４８】
光がウェハ型温度計に照射され、光電変換素子で受光されて発電されるため、外部から電源を供給することなく、温度センサで温度を測定して送信することができる。
【００４９】
温度データを送信する工程においては、温度データを送信するための命令を受けたことに応じて、温度データを送信する。
【００５０】
温度データの送信の要求に応じて、温度データの送信が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
図１はこの発明の一実施形態のウェハ型温度計を示す外観図である。
【００５２】
図１において、ウェハ型温度計１０は、後述の図６に示す熱処理手段として作動する加熱板６２あるいは冷却板６１上に載置される処理用ウェハの温度分布を事前に検出して加熱板６２あるいは冷却板６１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あるいは冷却板６１上の処理用のウェハを均一に加熱あるいは冷却する温度を測定するために設けられている。
【００５３】
ウェハ型温度計１０は、温度測定用ウェハ１と、温度センサ２１，２２…２ｎと、処理回路４と、光電変換素子として作動する太陽電池５１，５２…５ｎとを含む。温度測定用ウェハ１は複数の領域に区分されており、各領域に温度センサ２１，２２…２ｎが分布して配置されている。各温度センサ２１，２２…２ｎは、例えば、熱電対や測温抵抗体（ＲＴＤ）などの温度変化を検出できる素子であればどのようなものでも適用でき、配線３を介して処理回路４に接続されている。
【００５４】
なお、温度センサ２１，２２…２ｎは、温度測定用ウェハ１の表面に密封して埋め込むことにより、高温ガス雰囲気下において劣化するのを防止できる。温度センサ２１，２２…２ｎは、例えば、０．０５〜０．０１℃の精度で、温度測定用ウェハ１の例えば３２〜６４箇所における面内の温度を測定する。温度センサ２１，２２…２ｎを温度測定用ウェハ１の表面に配置すれば、表面温度の測定が可能になる。
【００５５】
処理回路４は、例えば薄膜の集積回路で形成されており、温度測定用ウェハ１の各温度センサ２１，２２…２ｎが配置された領域を除いた領域に配置されるか、あるいは温度測定用ウェハ１上に薄膜の集積回路を直接形成してもよい。処理回路４は、各温度センサ２１，２２…２ｎの出力値であるアナログ信号をデジタル信号に変換し、外部に温度データを無線で送信する。太陽電池５１，５２…５ｎは、温度測定用ウェハ１の各温度センサ２１，２２…２ｎが配置された領域を除いた領域に配置され、外部からの光に応答して、処理回路４に電流を供給する。より好ましくは、太陽電池５１のみを処理回路４上に配置してもよい。
【００５６】
各温度センサ２１，２２…２ｎをウェハ全体の分散した領域に配置することにより、ウェハ全体の領域から均一に温度の測定が可能になる。複数の太陽電池５１，５２…５ｎを設けることにより、光源がウェハ型温度計１０の真上に設けられている場合に限らず、光源からの光がウェハ型温度計１０の一部の領域に照射されていない場合や、光源からの光をウェハ型温度計１０にスキャンして照射する場合であっても、太陽電池５１，５２…５ｎのいずれかにより外部の光源からの光を受光して発電することが可能になり、電源が遮断されるおそれを少なくできる。
【００５７】
なお、温度測定用ウェハ１上に照射される光の位置が予め定められている場合には、その位置に対応して少なくとも１個の太陽電池のみを設けるようにすれば、太陽電池を配置するためのスペースを小さくできる。
【００５８】
図２は太陽電池５１，５２…５ｎの分光感度特性を示す図である。太陽電池５１，５２…５ｎとしては、透明電極の間にｐｎ接合を挟んで構成され、シリコン系、化合物系、有機系、単結晶、アモルファスなど種々のものを使用できる。図２に示した分光感度特性は、５００〜８５０ｎｍの可聴域の周波数の範囲内で平坦な特性を示している。より好ましくは、４００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲内の光を受光できる太陽電池は効率が最もよいので好ましい。
【００５９】
図３は図１に示した処理回路４を示すブロック図である。図３において、図１に示した温度センサ２１，２２…２ｎの出力信号は、アンプ３１，３２…３ｎに入力されて増幅され、Ａ／Ｄコンバータ４１に与えられる。Ａ／Ｄコンバータ４１は、温度センサ２１，２２…２ｎの出力信号であるアナログ信号をパラレルなデジタルデータに変換して出力する。変換されたデジタルデータは、データバッファ４２を介してデータ転送回路４３に与えられる。
【００６０】
データ転送回路４３は、デジタルデータを温度データとしてメモリ４４に転送する。メモリ４４は、例えば不揮発性メモリからなり、各温度センサ２１，２２…２ｎで検出された温度データを記憶する。メモリ４４に温度データを記憶しておくことにより、要求されたときにいつでも温度データの送信が可能になる。アンプ３１，３２…３ｎと、Ａ／Ｄコンバータ４１と、データバッファ４２と、データ転送回路４３と、メモリ４４と、クロック発生回路４８は、変換手段を構成する。
【００６１】
ウェハデータ送信手段あるいはウェハデータ受信手段として作動する送受信回路４６にはアンテナ４７が接続されており、送受信回路４６は外部からの命令信号を受信してコントローラ４５に出力する。コントローラ４５は命令信号を受信すると、メモリ４４に記憶している温度データを読出して、送受信回路４６からアンテナ４７を介して外部へ無線で送信する。無線で送信する場合に、短距離無線通信規格の１つの例として、Ｚｉｇ  Ｂｅｅを使用すればよい。なお、光通信を使用することも可能であるが、光通信は指向性があるので無線通信の方が好ましい。
【００６２】
クロック発生回路４８は、クロック信号を発生して、Ａ／Ｄコンバータ４１やデータ転送回路４３などに供給する。太陽電池５１，５２…５ｎで発電された電圧は定電圧回路４９に与えられる。定電圧回路４９は、太陽電池５１，５１…５ｎで発電された電圧を一定電圧に定電圧化して各回路に電流を供給する。電圧を定電圧化することにより、処理回路４の動作を安定にできる。
【００６３】
なお、図３に示した処理回路４は、太陽電池５２…５ｎを除いた領域で薄膜集積回路上に形成される。
【００６４】
図４は、図１に示したウェハ型温度計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概念図であり、図５は図４に示した第１の光源の外観斜視図である。
【００６５】
図４において、加熱・冷却装置６０ａは、従来例で説明した加熱・冷却装置６０とほぼ同様にして構成されており、その内部でウェハの加熱処理および冷却処理が行われる。熱処理装置として作用する筐体６０ｂ内には、従来例で説明した冷却板６１が配置されており、加熱板６２は図示を省略している。筐体６０ｂの天井部には、第１のアンテナ１１ａと、光源あるいは第１の光源として作動する第１の光源１６ａとが配置されている。図４では、第１のアンテナ１１ａと第１の光源１６ａとを別個に設けた例を示しているが、第１の光源１６ａの周りに第１のアンテナ１１ａを配置してもよい。
【００６６】
第１の光源１６ａは、第１のアンテナ１１ａに隣接して配置されており、図５に示すように、白熱ランプや発光ダイオードなどの光素子１６１を多数配置して構成されるが、１個の光素子を設けるだけでもよい。第１の光源１６ａは、コントローラ１５によって点灯，非点灯が制御される。より好ましくは、ウェハ型温度計１０によって温度を測定するときにのみ、第１の光源１６ａが点灯される。
【００６７】
実際の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、処理用ウェハの表面にレジスト液を塗布した後の加熱処理や、パターンの露光を行った後の加熱処理、各加熱処理後に行われる冷却処理などの種々の熱処理時には、第１の光源１６ａは消灯される。これは、第１の光源１６ａを点灯したままであると、ウェハ表面のレジスト膜が露光してしまうからである。ただし、第１の光源１６ａの発光波長が４００ｎｍ以上であればレジストを露光することがないので、図５に示すように、第１の光源１６ａの前に光学フィルタ１６２を設けて発光波長のうち４００ｎｍ〜６００ｎｍ以外の光を除去するようにすれば、第１の光源１６ａを常時点灯していても問題はない。なお、第１の光源１６ａとして、４００ｎｍ〜６００ｎｍの波長の光のみを発光するものを用いれば、光学フィルタ１６２を設ける必要はない。
【００６８】
第１のアンテナ１１ａ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。外部データ送信手段、外部データ受信手段あるいは処理室データ送受信手段として作動する送受信回路１２は、第１のアンテナ１１ａを介して、ウェハ型温度計１０に温度データを送信するための命令信号を送信する。第１のアンテナ１１ａは、ウェハ型温度計１０から無線で送信された温度データを捕らえて送受信回路１２に与える。送受信回路１２は、受信したデータをロガー１３に与える。ロガー１３は、受信した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するとともに、温度データをコンピュータ１４に出力する。
【００６９】
コンピュータ１４には、図示しない加熱板と冷却板６１の設定温度Ｔと、算出した温度データに基づいて、加熱板と冷却板６１との温度を調節するための補正値を算出するプログラムが組み込まれている。コンピュータ１４は、送受信回路１２から温度データを受け取ると、例えば自動的にプログラムを実行し、一定のアルゴリズムにしたがって補正値を算出して、温度データを内部メモリなどに記録する記録手段として作動する。コントローラ１５は、ウェハ型温度計１０と同じ温度特性を有する図示しない温度センサで測定された温度に基づいて、加熱板のヒータあるいは冷却板６１に内蔵されているペルチェ素子（図示せず）を制御する温度制御手段として作動する。
【００７０】
図６は、この発明の一実施形態のウェハ型温度計１０を用いて加熱板６２と冷却板６１の温度を測定する一例を説明するための図である。図４では冷却板６１のみを示していたのに対して、図６は加熱板６２と冷却板６１とを含んで示している。図６（Ａ）は、筐体６０ｃ内の加熱室として作動するチャンバー７０内で加熱板６２上にウェハ型温度計１０を載置した例を示す。図６（Ｂ）は、筐体６０ｃ内のチャンバー７０のチャンバーカバー７１を開いてウェハ型温度計１０を載置した冷却板６１を出し入れする例を示す。図６（Ｃ）は、冷却板６１上にウェハ型温度計１０を載置し、冷却温度を測定する例を示す。
【００７１】
冷却板６１と加熱板６２には、従来例で説明した昇降駆動機構が設けられているが、図示を省略している。加熱板６２はチャンバー７０内に配置されており、チャンバー７０の加熱板６２上には開閉可能なチャンバーカバー７１が設けられている。
【００７２】
冷却板６１と加熱板６２との間の筐体６０ｃの天井部には、第１のアンテナ１１ａと第１の光源１６ａとが配置され、チャンバー７０には第２のアンテナ１１ｂと第２の光源１６ｂが配置されている。第２の光源１６ｂは、図５に示した第１の光源１６ａと同様に構成される。第１のアンテナ１１ａと第１の光源１６ａは、ウェハ型温度計１０が冷却板６１上にあるときおよびウェハ型温度計１０を冷却板６１からチャンバー７０に出し入れするときに動作し、第２のアンテナ１１ｂと第２の光源１６ｂは、ウェハ型温度計１０がチャンバー７０内にあるときおよびウェハ型温度計１０を冷却板６１からチャンバー７０に出し入れするときに動作する。
【００７３】
第１のアンテナ１１ａと第１の光源１６ａとを加熱板６２の真上に設けていないので、第１のアンテナ１１ａと第１の光源１６ａの温度上昇を避けることができる。チャンバーカバー７０には、図示しないが電波の透過窓が形成されている。なお、第１のアンテナ１１ａおよび第２のアンテナ１１ｂは、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いる。
【００７４】
冷却板６１は、ウェハを加熱板６２と冷却板６１との間で搬送する機能を有しており、従来例で説明したような搬送装置６９は設けられていない。しかし、冷却板６１にウェハを搬送する機能を持たせることなく、搬送装置６９を別途設けてもよい。また、図４に示した送受信回路１２と、コンピュータ１４と、コントローラ１５は、加熱板６２から離れた図示しない常温雰囲気中に置かれている。
【００７５】
図７はこの発明の一実施形態の温度測定動作を説明するためのフローチャートである。
【００７６】
次に、図３ないし図７を参照して、ウェハ型温度計１０を用いて、加熱温度および冷却温度を測定する動作について説明する。
【００７７】
コンピュータ１４は、温度測定を行う前に、図７に示すステップ（図示ではＳＰと省略する。）ＳＰ１において、加熱板６２を設定温度、例えば１５０℃に加熱しておき、ウェハを加熱処理できる状態にしておく。そして、従来例で説明した搬送アーム８０により、ウェハ型温度計１０を筐体６０ｃの図６（Ａ）に示す左側開口部から搬入し、ステップＳＰ２において、チャンバーカバー７１を開いて、ウェハ型温度計１０を加熱板６２上に搬送する。
【００７８】
ウェハ型温度計１０の加熱板６２への搬送は図示しないセンサにより検知され、その検知信号が図４に示すコンピュータ１４に与えられる。コンピュータ１４は、ステップＳＰ３において、ウェハ型温度計１０が筐体６０ｃ内に搬送されたかどうかを判別しており、搬送されたことを判別すると、ステップＳＰ４において、領域をアライメントして、ウェハ型温度計１０の筐体６０ｃ内における向きなどの位置を特定する。
【００７９】
ステップＳＰ５において、図６（Ｂ）に示すように、チャンバー７０内の第２の光源１６ｂを点灯する。コンピュータ１４は、ステップＳＰ６において、チャンバーカバー７１を閉じ、ステップＳＰ７において、送受信回路１２を介してウェハ型温度計１０に対して、加熱温度データの出力命令信号を送信する。
【００８０】
ウェハ型温度計１０の太陽電池５１，５２…５ｎは、第２の光源１６ｂからの光を受光して発電し、電圧を定電圧回路４９に供給する。定電圧回路４９は、太陽電池５１，５２…５ｎからの電圧を一定にして各回路に電流を供給する。送受信回路４６はアンテナ４７を介して加熱温度データの出力命令信号を受信し、その出力命令信号をコントローラ４５に与える。
【００８１】
ウェハ型温度計１０は、各温度センサ２１，２２…２ｎが、加熱板６２の対応する部分の温度を測定し、測定信号をアンプ３１，３２…３ｎに与えて増幅する。増幅された測定信号は、Ａ／Ｄコンバータ４１によりデジタル値の温度データに変換される。この温度データは、データバッファ４２を介してデータ転送回路４３によりメモリ４４に転送される。メモリ４４は測定された温度データを記憶する。コントローラ４５は、加熱温度データの出力命令信号に応じて、メモリ４４から温度データを読出し、その温度データを送受信回路４６によってアンテナ４７を介して送信する。
【００８２】
送信された温度データは、チャンバー７０の第２のアンテナ１１ｂを介して、送受信回路１２によって受信されて、コンピュータ１４に出力される。コンピュータ１４は、ステップＳＰ８において、加熱温度の温度データを受信するまで待機しており、温度データを受信すると、ステップＳＰ９において、図６（Ｂ）に示すようにチャンバーカバー７１を開くとともに第１の光源１６ａを点灯する。
【００８３】
ステップＳＰ１０において、冷却板６１によってウェハ型温度計１０をチャンバー７０から取出してチャンバーカバー７１を閉じることにより、ウェハ型温度計１０は、図６（Ａ）に示すチャンバー７０内から、図６（Ｂ）に示す状態を経て、図６（Ｃ）に示すようにチャンバー７０外に移動する。ウェハ型温度計１０をチャンバー７０内からチャンバー７０外に取出す過程においても、第１の光源１６ａと、第２の光源１６ｂが点灯しているので、処理回路４は温度の測定動作を継続することができる。
【００８４】
ステップＳＰ１１において、冷却板６１を冷却する。冷却板６１を冷却することにより、加熱板６２で加熱された冷却板６１上のウェハ型温度計１０が冷却される。太陽電池５１，５２…５ｎは、第１の光源１６ａからの光を受けて電圧を発生するので、処理回路４は温度センサ２１，２２…２ｎが測定した冷却後の温度データをメモリ４４に記憶する。
【００８５】
コンピュータ１４は、冷却板６１を冷却した後、ステップＳＰ１２において、冷却温度データの出力命令信号を出力する。この出力命令信号は、送受信回路１２から第１のアンテナ１１ａを介して、ウェハ型温度計１０のアンテナ４７から送受信回路４６によって受信される。処理回路４のコントローラ４５は、送受信回路４６が命令信号を受信すると、メモリ４４に記憶している冷却後の温度データを読出し、送受信回路４６からアンテナ４７を介して外部へ送信する。
【００８６】
コンピュータ１４は、ステップＳＰ１３において、冷却後の温度データを受信するまで待機しており、送受信回路１２が第１のアンテナ１１ａを介して温度データを受信したことを判別すると、ステップＳＰ１４において、ウェハ型温度計１０を筐体６０ｃから排出し、第１の光源１６ａと第２の光源１６ｂとを消灯する。
【００８７】
上述のごとく、この実施形態によれば、ウェハ型温度計１０に温度センサ２１，２２…２ｎと、太陽電池５１，５２…５ｎとを配置し、筐体６０ｃ内に第１の光源１６ａを配置し、チャンバー７１に第２の光源１６ｂを配置したので、外部から電源を供給することなく、ウェハ型温度計１０を加熱板６２で加熱し、冷却板６１で冷却したときのそれぞれの温度データを無線により外部へ出力することができる。
【００８８】
しかも、太陽電池５１，５２…５ｎを使用することにより、使用温度範囲を広くでき、例えば２００℃の高温化においても温度測定が可能になり、２次電池などのように充電をする必要がないので、取扱いが容易になる。なお、ウェハ型温度計１０で測定された温度データは、実際に処理される処理用ウェハでは温度センサ２１，２２…２ｎなどの実装品が実装されていないので、温度センサ２１，２２…２ｎ等の実装品がないものとしてキャリブレーションされる。
【００８９】
上述の説明では、加熱後の温度データと、冷却後の温度データとを測定するようにしたが、加熱する過程の温度データや、加熱後冷却していく過程の温度データを測定するようにしてもよい。
【００９０】
上述の説明では、第１の光源１６ａと、第２の光源１６ｂとをコンピュータ１４の指令により、点灯，消灯を制御するようにしたが、これに限ることなく、図５に示したフィルタ１６２を第１の光源１６ａの前に配置しておけば、処理ウェハの処理時においても点灯しっぱなしにしてもよい。
【００９１】
上述の説明では、筐体６０ｃ内に第１のアンテナ１１ａを設け、チャンバー７０上に第２のアンテナ１１ｂを設けるようにしたが、筐体６０ｃ内に第１の光源１６ａを配置し、チャンバーカバー７１内に第２の光源１６ｂのみを配置しておき、第１のアンテナ１１ａを筐体６０ｃ外に配置してもよい。
【００９２】
図６（Ａ）〜（Ｃ）に示した第１の光源１６ａは、筐体６０ｃ内でウェハ型温度計１０に光を照射できる位置であれば、設置場所は特に問わない。また、筐体６０ｃ内のいずれかの固定された位置から光をスキャンして照射するようにしてもよい。
【００９３】
なお、上述の測定方法の説明では、加熱温度と冷却温度の両方を測定するようにしたが、いずれか一方のみを測定するようにしてもよい。
【００９４】
また、処理回路４の送受信回路４６は送信機能のみを有し、外部に設けられている送受信回路１２は受信機能のみを有するようにし、処理回路４は外部からの命令に関係なく温度データを送信して外部で受信するように構成してもよい。
【００９５】
さらに、図６に示した筐体６０ｃを複数上下に配置して、それぞれの冷却板６１と加熱板６２の温度を同時に測定できるようにしてもよい。
【００９６】
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】
【００９７】
この発明のウェハ型温度計、温度測定装置、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熱板上に載置されるウェハの温度を測定するのに利用される。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】この発明の一実施形態のウェハ型温度計を示す外観図である。
【図２】太陽電池の分光感度特性を示す図である。
【図３】図１に示した処理回路を示すブロック図である。
【図４】図１に示したウェハ型温度計を加熱・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に示した光源の外観斜視図である。
【図６】この発明の一実施形態のウェハ型温度計を用い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７】この発明の一実施形態の温度測定動作を説明するためのフローチャートである。
【図８】従来の加熱・冷却装置の縦断面図である。
【図９】図８の線Ａ−Ａに沿う横断面図である。
【符号の説明】
【００９９】
１  温度測定用ウェハ、１０  ウェハ型温度計、４７  アンテナ、１１ａ  第１のアンテナ、１１ｂ  第２のアンテナ、１２，４６  送受信回路、１３  ロガー、１４  コンピュータ、１５，４５  コントローラ、１６ａ  第１の光源  １６ｂ  第２の光源、２１，２２…２ｎ  温度センサ、３１，３２…３ｎ  アンプ、４１  Ａ／Ｄコンバータ、４２  データバッファ、４３  データ転送回路、４４  メモリ、４８  クロック発生回路、４９  定電圧回路、５１，５２…５ｎ  太陽電池、６０ｂ，６０ｃ  筐体、６１  冷却板、６２  加熱板、７０  チャンバー、７１  チャンバーカバー。
【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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