JP2007171047A - 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 - Google Patents

Abstract

【課題】電源を供給する必要がなくて自動化に適し、耐熱性を高め、簡単な回路で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、高周波信号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送り返す表面弾性波素子を備える。
【選択図】図１

Description

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。

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。

図９は、従来の加熱・冷却装置６０の縦断面図であり、図１０は図９の線Ａ−Ａに沿う横断面図である。

図９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。

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。

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。

また、図１０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。

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、搬送装置６９により加熱板６２上に搬送される。

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。

図１１（Ａ）〜（Ｃ）は、従来の温度測定装置の各種例を示す図である。図１１（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、各温度センサ１０１を接続するケーブル１０２とを設け、ケーブル１０２による有線で温度センサ１０１で検出したデータを加熱・冷却装置６０から取出すものである。

しかし、図１１（Ａ）に示した例はケーブル１０２が接続されているため、図１０に示した搬送装置６９および搬送アーム８０による搬送が困難であり、搬送作業を作業員の手作業で行わなければならない。しかしながら、このように作業員によって温度測定用ウェハＫの搬送を行うと、ケーブル１０２を切断しないように気を付けながら、各装置間の狭い場所を運搬する必要があるため、作業効率が悪くなる。

また、例えば加熱用の加熱板６２で温度測定が行われた際には、温度測定用ウェハＫが高温に熱せられており、作業員が温度測定用ウェハＫを運搬することは、安全性の面からも好ましくない。さらに、作業員が過って温度測定用ウェハＫを落としたりして、高額の温度測定用ウェハＫを破損させる危険性も否定できない。

そこで、図１１（Ｂ）に示すように、温度測定用ウェハＫ上に送信装置１０３を設け、各温度センサ１０１と送信装置１０３とをケーブル１０２で接続し、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ように構成することが考えられる。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。

特開２００２−１２４４５７号公報（特許文献１）には、図１１（Ｃ）に示すように、図１１（Ｂ）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よりも離し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変換精度が劣化することはない。

しかし、温度測定用ウェハＫの上側に円盤Ｓを配置した状態で、図１０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。

一方、温度計測装置の他の例として、特開２００４−１５０８６０号公報（特許文献２）には、表面弾性波素子（以下、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave Filter）素子）と称する。）を利用した例について示されている。この例は、図１２に示すように、誘電体材料のパッケージ本体１１０にアンテナ部１１１と、アンテナ部１１１に励振電極１１２を接続したＳＡＷ素子１１３を備えた例が示されている。この特許文献１には、ＳＡＷ素子１１３は温度によって伝播速度が変化するため、返信波が返ってくる時間を測定することにより、基地局の演算回路においてＳＡＷ素子１１３の温度遅延から温度を算出すると記載されている。
特開２００２−１２４４５７号公報 特開２００４−１５０８６０号公報

図９に示した加熱・冷却装置６０によりウェハを均一に加熱するためには、加熱板６２に載置したウェハの温度の分布を自動化して測定する必要がある。しかし、図１２に示したＳＡＷ素子１１３を使用した例では、ウェハのある領域の温度を測定できても、ウェハの各領域における温度の分布を測定することはできない。ＳＡＷ素子１１３を図１１（Ｂ），（Ｃ）に示した温度センサ１０２に置き換えても互いに返信波周波数が干渉してしまうため、同じウェハ上の各領域における温度の測定は不可能である。

そこで、この発明の目的は、電源を供給する必要がなく、自動化に適し、耐熱性を高めてウェハ上面における複数の領域の温度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。

この発明は、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を備え、各温度センサは、高周波信号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送り返す表面弾性波素子を備える。

このように、各領域に配置された表面弾性波素子に所定の周波数帯域幅の高周波信号を与えることにより、ウェハの領域ごとに異なる帯域内での温度に応じた周波数信号を送り返すことができるので、各周波数信号を受信することにより、ウェハの各領域を特定しながら温度を測定できる。

表面弾性波素子の具体的な実施形態は、圧電基板と、圧電基板上に形成される１対の櫛型電極を対向させた励振電極と、圧電基板上に励振電極から所定の距離を隔てて配置される反射電極とを含み、所定の距離は、各領域に配置される表面弾性波素子ごとに異なっている。このように、励振電極と反射電極との距離を異ならせることで、各表面弾性波素子から送り返される周波数信号を異ならせることができる。

より好ましくは、複数の表面弾性波素子は、１対の櫛型電極の一方電極に接続され、高周波信号を受ける素子アンテナを含む。素子アンテナを介して所定の帯域幅の高周波信号を受信できる。

この発明の他の局面は、温度測定装置であって、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、高周波信号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送り返す複数の表面弾性波素子とを備えるウェハ型温度センサと、ウェハ型温度センサから空間を隔てて設けられ、ウェハ上の複数の表面弾性波素子のそれぞれに対して所定の周波数帯域幅を有する高周波信号を送信し、周波数帯域内のいずれかの高周波信号に応答して送り返されてくる温度に基づく周波数信号を受信する通信手段と、通信手段で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、その周波数帯域に対応する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判別手段とを備える。

このように構成された温度測定装置により、各領域に配置された表面弾性波素子に、通信手段から所定の周波数帯域幅の高周波信号を与えることにより、ウェハの領域ごとに異なる帯域内での温度に応じて送り返される周波数信号を受信して判別することにより、ウェハの各領域を特定しながら温度を測定できる。

通信手段の具体的な実施形態は、熱処理装置内に設置されるアンテナと、アンテナを介して、所定の周波数帯域幅を有する高周波信号を送信し、周波数帯域内のいずれかの高周波信号に応答して送り返されてくる周波数信号を受信する送受信手段とを含む。アンテナを介して高周波信号を送受信することにより、有線のケーブルを不要にできるので、搬送装置などによりウェハの搬送が可能になる。

送受信手段の具体的な構成は、アンテナに高周波信号を送信する送信手段と、送信手段から送信される高周波信号を所定の帯域幅内で掃引するための周波数掃引手段と、アンテナを介して送り返されてくる温度に基づく周波数信号を受信する受信手段とを含む。送信される高周波信号を所定の帯域幅を有するように掃引することで、広い帯域幅の高周波信号を送信することができるので、それぞれの周波数信号が異なる多くの表面弾性波素子を使用することが可能になる。

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、高周波信号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送り返す複数の表面弾性波素子と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に高周波信号を放射し、表面弾性波素子から送り返される周波数信号を捕らえるアンテナとを備える。

熱処理装置のステージは、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、アンテナは、筐体内の加熱板と、冷却板との間に配置される。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。

より具体的な実施形態では、熱処理装置のステージは、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、加熱板を覆う開閉可能なカバー部材を含み、アンテナは、冷却板の上方に配置され、さらにカバー部材内に配置される補助アンテナを含む。

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表面弾性波素子が配置され、高周波信号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送り返す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所定の周波数帯域幅を有する高周波信号を送信し、いずれかの周波数の高周波信号に基づいて表面弾性波素子から送り返された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。

この発明によれば、各領域に配置された表面弾性波素子に所定の周波数帯域幅の高周波信号を与えることにより、ウェハの領域ごとに異なる帯域内での温度に応じた周波数信号を送り返し、各周波数信号を受信することにより、ウェハの各領域を特定しながら温度を測定できるので、自動化に適し、耐熱性を高めてウェハ上面における複数の領域の温度を測定できる。

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ＳＡＷ素子を示す図である。

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７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検出して加熱板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。より好ましくは、温度センサ２ａ，２ｂ…は、ウェハ型温度センサ１０の表面に貼り付けるかあるいは密封して埋め込まれている。

温度センサ２ａ，２ｂは、図２に示すようなＳＡＷ素子２からなる。ＳＡＷ素子２は、弾性材料である長方形状の圧電基板２１を含み、圧電基板２１上には励振電極２２と反射電極２９とが長手方向に所定の距離を隔てて配列されている。圧電基板２１は、例えばＬａ_３Ｇａ_５ＳｉＯ_１４（Langasite：ランガサイト）単結晶で形成されている。圧電基板２１をランガサイトで形成することにより、融点（１４８０℃）まで相転移の発生はなく、安定な圧電性を保持するので、より高い温度測定が可能になる。

励振電極２２は１対の櫛型電極２３，２４を含む。ＳＡＷ素子２は、例えば５０ＭＨｚ〜９５０ＭＨｚの高周波信号が与えられると、圧電基板２１の圧電効果により１対の櫛型電極２３，２４の間に一定周期の機械歪を生じ、弾性表面波を励起する。この弾性表面波が圧電基板２１の表面を伝播して反射電極２９に到達すると、反射電極２９が圧電基板２１の表面にわずかな変位を起こすので、機械的歪と温度の両方に関する自然周波数を持つ定在波を発生する。

したがって、複数のＳＡＷ素子２のそれぞれの励振電極２２と反射電極２９との間隔を異ならせておけば、電源を供給することなく、所定の帯域幅を有する高周波信号を与えることにより、ウェハ型温度センサ１０の各領域ごとの温度に応じた定在波の自然周波数信号を送り返すことができる。

一方の櫛型電極２３は、整合回路２５を介して素子アンテナ２７に接続されており、他方の櫛型電極２４は、整合回路２６を介して接地ライン２８に接続されている。素子アンテナ２７は金属導体で形成されており、接地ライン２８は圧電基板２１の裏面に全面電極として形成されている。整合回路２５で素子アンテナ２７とインピーダンスマッチングを取ることができるので、効率を高めることができる。

したがって、図２に示したＳＡＷ素子２は、小型化に適しており、図１に示したウェハ型温度センサ１０上の予め定める複数の領域に配列することが可能になる。また、ＳＡＷ素子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。

このように構成されたウェハ型温度センサ１０を用いて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、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〜ｆ４の周波数帯域の高周波信号を送信し、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。

図３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温度測定装置を示す図であり、図４は図３に示したロガー１２の具体的なブロック図である。

図３において、加熱・冷却装置６０ａは、図６および図７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７で説明したステージとしての加熱板６２が配置されており、冷却板６１は図示を省略している。加熱板６２には加熱板温度センサ６２ａが内蔵されている。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から所定の帯域幅を有する高周波信号を筐体６０ｂ内に送信し、ＳＡＷ素子２で発生された周波数信号を受信してロガー１２に与える。ロガー１２は受信した周波数信号に基づいて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６２の図示しないヒータを制御する。

次に、図４を参照して、ロガー１２の構成について説明する。図３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、高周波信号の送信時には送信手段としての高周波信号発生回路１２３側に切換えられ、ＳＡＷ素子２からの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。高周波信号発生回路１２３は周波数掃引手段としての周波数掃引回路１２５からの掃引信号に応じて、例えば前述のｆ１〜ｆ４の高周波信号を掃引してアンテナ１１に出力する。

このように周波数掃引回路１２５で高周波信号発生回路１２３から発生される高周波信号を所定の帯域幅を有するように掃引することで、広い帯域幅を有する高周波信号を送信することが可能になるので、それぞれの周波数信号が異なる多くのＳＡＷ素子２を使用することが可能になる。

受信回路１２４は、アンテナ１１を介してＳＡＷ素子２から返されてくる周波数信号を受信し、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３に示したコンピュータ１３に与える。

図５（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一例を説明するための図である。図５（Ａ）において、筐体６０ｂ内には、図７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７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。

筐体６０ｂの冷却板６１と加熱板６２との間の天井部には、図３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３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。

次に、図５（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８で説明した搬送アームにより、図５（Ａ）に示すように、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８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、領域がアライメントされる。その後、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３で説明したように、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５（Ｂ）に示すように、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。

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５（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。したがって、ウェハ型温度センサ１０により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が搬送アームにより取出される。

このように図５（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により高周波信号の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。

図６（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他の例を説明するための図である。

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６（Ａ）に示すように、補助アンテナ１５から所定の周波数帯域幅の高周波信号が放射され、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る。

加熱処理が終了すると、図６（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、高周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に高周波信号が放射されるので、ウェハ型温度センサ１０から周波数信号がアンテナ１１に返される。図６（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から所定の周波数帯域幅の高周波信号が送信され、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る。その後、ウェハ型温度センサ１０が取出される。

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３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。

このように図６（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により高周波信号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を介して高周波信号の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。

図７（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。

前述の図５および図６に示した例は、図１０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７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５と同じである。

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７（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。

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７（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。

図８（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。

この例は、図６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７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６と同じであるため、説明を省略する。

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。

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表面温度を測定するのに利用される。

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１に示したウェハ型温度センサを構成するＳＡＷ素子を示す図である。 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ウェハの温度を測定する温度測定装置を示す図である。 図３に示したロガーの具体的なブロック図である。 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一例を説明するための図である。 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他の例を説明するための図である。 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。 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。 従来の加熱・冷却装置の縦断面図である。 図９の線Ａ−Ａに沿う横断面図である。 従来の温度測定装置の各種例を示す図である。 従来の温度測定装置のＳＡＷ素子を用いた例を示す図である。

符号の説明

１ ウェハ、２ ＳＡＷ素子、２ａ，２ｂ 温度センサ、１０ ウェハ型温度センサ、１１ アンテナ、１２ ロガー、１３ コンピュータ、１４ コントローラ、１５ 補助アンテナ、２１ 圧電基板、２２ 励振電極、２３，２４ 櫛型電極、２５，２６ 整合回路、２７ 素子アンテナ、２８ 接地ライン、２９ 反射電極、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 高周波信号発生回路、１２４ 受信回路、１２５ 周波数掃引回路、１２６ サンプリング回路、１２７ 記憶回路、１２８ 出力端子、１２９ 表示器。

Claims (10)

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、高周波信号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送り返す表面弾性波素子を備える、ウェハ型温度センサ。
2. 前記表面弾性波素子は、
   圧電基板と、
   前記圧電基板上に形成される１対の櫛型電極を対向させた励振電極と、
   前記圧電基板上に前記励振電極から所定の距離を隔てて配置される反射電極とを含み、
   前記所定の距離は、前記各領域に配置される表面弾性波素子ごとに異なっている、請求項１に記載のウェハ型温度センサ。
3. 前記表面弾性波素子は、前記１対の櫛型電極の一方電極に接続され、前記高周波信号を受ける素子アンテナを含む、請求項２に記載のウェハ型温度センサ。
4. 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、高周波信号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送り返す複数の表面弾性波素子とを備えるウェハ型温度センサと、
   前記ウェハ型温度センサから空間を隔てて設けられ、前記ウェハ上の複数の表面弾性波素子のそれぞれに対して所定の周波数帯域幅を有する高周波信号を送信し、周波数帯域内のいずれかの高周波信号に応答して送り返されてくる温度に基づく周波数信号を受信する通信手段と、
   前記通信手段で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、その周波数帯域に対応する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判別手段とを備える、温度測定装置。
5. 前記通信手段は、
   アンテナと、
   前記アンテナを介して、前記所定の周波数帯域幅を有する高周波信号を送信し、前記複数の表面弾性波素子から前記所定の周波数帯域幅のいずれかの高周波信号に応答して送り返されてくる周波数信号を受信する送受信手段とを含む、請求項４に記載の温度測定装置。
6. 前記送受信手段は、
   前記アンテナに前記高周波信号を送信する送信手段と、
   前記送信手段から送信される高周波信号を前記所定の帯域幅内で掃引するための周波数掃引手段と、
   前記アンテナを介して前記送り返されてくる周波数信号を受信する受信手段とを含む、請求項５に記載の温度測定装置。
7. 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、高周波信号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送り返す複数の表面弾性波素子と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に高周波信号を放射し、前記表面弾性波素子から送り返される周波数信号を捕らえるアンテナとを備える、温度測定機能を有する熱処理装置。
8. 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７に記載の温度測定機能を有する熱処理装置。
9. 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７に記載の温度測定機能を有する熱処理装置。
10. 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表面弾性波素子が配置され、高周波信号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送り返す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所定の周波数帯域幅を有する高周波信号を送信し、いずれかの周波数の高周波信号に基づいて前記表面弾性波素子から送り返された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。

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