シリコンウエハ多点温度測定装置
【課題】被測定物の多点において温度センサを用いて温度測定を行い、且つ、その温度測定を行う際に温度センサと温度測定装置との間の信号の送受信を無線で行うシリコンウエハ多点温度測定装置の提供
【解決手段】シリコンウエハ加熱手段内のシリコンウエハ素材に装着された複数個の圧電振動子と、この圧電振動子と共に装着されたセンサーアンテナ部に所定の掃引信号波を送信して、圧電振動子の残響振動波を受信する。そして、この残響振動波の周波数を計測し、計測した周波数に基づいてシリコンウエハ素材の表面温度を測定する。
【解決手段】シリコンウエハ加熱手段内のシリコンウエハ素材に装着された複数個の圧電振動子と、この圧電振動子と共に装着されたセンサーアンテナ部に所定の掃引信号波を送信して、圧電振動子の残響振動波を受信する。そして、この残響振動波の周波数を計測し、計測した周波数に基づいてシリコンウエハ素材の表面温度を測定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
圧電振動子を温度測定センサとして使用することにより、シリコンウエハ基板の多点の温度測定を同時に行い、その測定結果が無線で送信されてくるようにしたシリコンウエハ多点温度測定装置に関するものである。
【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、通常、シリコン（Ｓｉ）の単結晶版からなるシリコンウエハを用いて形成される。形成された集積回路上にはＩＣが多数作りこまれており、そのＩＣを切り分けたＩＣチップをパッケージに収納し、電子機器に組み込むものである。
この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。前工程としては、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チップを最終検査して製品として完成させる工程である。
【０００３】
また、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して、例えば２５０℃以上の高温の雰囲気中で行う加工工程がある。この加工工程を行うには、シリコンウエハ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精度の高い温度制御技術が必要となる。このような精度の高い温度制御をシリコンウエハに対して行うためには、シリコンウエハの表面温度の上昇速度の観測データや、表面各所の微少な温度差等を検出するなどの技術が必要となってくる。
【０００４】
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、さらに、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を測定することが行われている。 ただ、シリコンウエハを高温の雰囲気の中で加熱するために、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やり方や、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。
【０００５】
ところで、温度測定技術としては、通常、１箇所の特定点を１個の温度プローブを使用して測定する。しかし、シリコンウエハがある程度の大きさを持ち、特定の加熱状況下に置かれているような場合には、複数点（多点）の温度を同時に測定することがある。これは、集積回路を製造するにあたっては精密な作業が要求され、さらに近年では、ますます高密度の集積回路を大量に製造するため大型化されているシリコンウエハ全体が均一な温度に加熱されていなければ、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むらが出てしまう可能性があるからである。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り、故に、シリコンウエハ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する必要がある。
【０００６】
図１４は、シリコンウエハ上において多点の温度測定を行う場合の一例を模式図として示したものである。
この図１４では、ある大きさを有するシリコンウエハ６に対して、所定の複数箇所の温度を同時に測定する場合の温度センサとして圧電素子温度センサ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ・・・・を用いている。この圧電素子温度センサ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ・・・・は、例えば水晶結晶材から所定の結晶軸でカットされた水晶振動片の両面に電極を付けた水晶振動子を所定の容器内に固定したものである。
そして、この圧電素子温度センサ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ・・・・を、図示するように、所定の測定位置に当接し、各圧電素子温度センサ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ・・・に、例えば同軸にケーブル２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ・・・・を接続して所定の交流信号を供給するようにする。そして、複数台の温度測定装置（ネットワークアナライザ）３，３，３をＹ１，Ｙ２，Ｙ３として設置して、各圧電素子温度センサ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ・・・の電気的な特性変化を検出することにより、各圧電素子温度センサ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ・・・が接触している各点の温度を同時に測定するようにしているものである。
【０００７】
また、図１４でシリコンウエハ６の多点の温度測定に用いた圧電素子温度センサ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ・・・・における圧電振動子としての水晶振動片の温度に対する電気的な特性の変化は、水晶振動片を発信器とする発信周波数の変化であっても良い。しかし、一般的には水晶振動子が温度によって変化する水晶振動子のインピーダンス特性（共振点や反共振点の周波数）を、供給する交流信号の周波数を変化させながら測定する温度測定装置３により検知することによって行うこともできる。
また、図１４で説明した水晶振動子を使用した圧電素子温度センサ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ・、１ｅ・・・等を用いて、シリコンウエハ６やその他広範囲の液体等の各所の位置における温度を同時点で綿密に測定する場合、分解能が０．００１℃ぐらいの高精度で温度測定を行うことができる。
【０００８】
図１５は例えばシリコンウエハを加熱して、そのシリコンウエハ上の各所の温度を高い精度で均一にして、種種の加工が行われる前に行う温度測定のための想定図を示したものである。なお、図１４と同一部分は同一の符号を記載している。
【０００９】
この図１５に示すように、複数個の加熱ランプＬが内蔵されている加熱装置４を加熱電源５から供給される電力で加熱してシリコンウエハ６を所定温度に加熱するだけでは、大型化されたシリコンウエハ６の各所の温度が完全に均一化されることは困難になっている。
そこで、まず、シリコンウエハ６の所定の箇所に図１４に示したような圧電素子温度センサ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、（５個の場合を示す）を配置し、それぞれをケーブル２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅを介して多端子の温度測定装置３に接続する。そして、このようなやり方で検出した各所の温度の測定結果の情報を制御装置７に取込み、この測定結果に基づいて制御装置７から、加熱装置４の各所の各加熱ランプＬの部分を局所的に制御する。そうすることで、シリコンウエハ６の全体が十分に均一な所定の温度となるように制御することができると考えられる。
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−２１５１８８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、図１４、図１５のように、大型化したシリコンウエハ６の温度の測定を行うときは、温度測定点の測定箇所を増加させる必要性があり、温度センサとなる圧電素子温度センサ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ・・・の分散配置作業と、圧電素子温度センサ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ・・・をそれぞれネットワークアナライザ等からなる温度測定装置３に接続する作業が非常に繁雑になるという問題があった。
また、各圧電素子温度センサ１をシリコンウエハに配置するときに、どうしても各ケーブル２をシリコンウエハの上を引き回す必要があり、温度測定する為の測定冶具として精度の高いものではなかった。
さらに、各圧電素子温度センサ１と各温度測定装置３とを繋ぐ各ケーブル２が、シリコンウエハを加熱する工程時に高温に晒されたことによる障害で機能及び性能などが低下する場合があり、シリコンウエハの正確な温度を測定することが出来ない場合もある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
そこで、本発明のシリコンウエハ多点温度測定装置は、かかる問題点に鑑みなされたものであり、シリコンウエハ加熱手段内の被加工シリコンウエハ設置位置に設置されるシリコンウエハ素材と、前記シリコンウエハ素材の所定の位置にセンサーアンテナ部と共に装着された複数個の圧電振動子と、前記センサーアンテナ部に電磁波を照射すると共に、前記圧電振動子の残響振動波を受信するための送受信アンテナと、前記送受信アンテナを介して前記センサーアンテナ部に所定の掃引信号波を送信する送信部と、前記センサーアンテナ部から発信された残響振動波の周波数を計測する計測部とを備え、前記残響振動波の周波数に基づいて前記シリコンウエハ素材の表面温度を測定するようにした。
【００１３】
上記センサーアンテナ部は、上記圧電振動子の励振電極に対して並列に接続されているループアンテナによって構成されている。
また、上記センサーアンテナ部、及び圧電振動子は石英材によって被覆されることにより１組の温度センサとされ、上記シリコンウエハ素材の表面に全部、又は一部が埋設されている。
【００１４】
上記センサーアンテナ部に照射される掃引信号波は、所定の周波数でステップアップして上記圧電振動子の共振周波数が含まれる帯域を掃引する。
また、上記残響振動波の周波数は、上記計測部において周波数カウンタで計測される。
また、上記シリコンウエハ加熱手段は、縦型ファーネス型とされている。
【００１５】
上記シリコンウエハ加熱手段は、ＲＴＰ型である。
また、上記圧電振動子は水晶片によって構成されている。
また、上記圧電振動子はランガサイトによって構成されている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のシリコンウエハ多点温度測定装置は、シリコンウエハ加熱手段内のシリコンウエハ素材に装着された複数個の圧電振動子と、この圧電振動子と共に装着されたセンサーアンテナ部に所定の掃引信号波を送信して、圧電振動子の残響振動波を受信することができる。そして、この残響振動波の周波数を計測し、計測した周波数に基づいてシリコンウエハ素材の表面温度を測定することができる。
したがって、シリコンウエハ素材の温度を測定するための圧電振動子の数が多くなっても、掃引信号波をセンサーアンテナ部へ送信することができ、且つ、ケーブルを介さずに残響振動波を受信することができるので、精度の高い温度測定を行うことが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に本願発明を実施するための最良の形態（以下、実施の形態という）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シリコンウエハ多点温度測定装置１０の概要を説明する全体的な模式図である。
図示するシリコンウエハ多点温度測定装置１０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、加工用シリコンウエハの表面温度が均一となるよう温度の調節を行うために使用される。
【００１８】
この温度調節を行うためにシリコンウエハ多点温度測定装置１０としては、先ず、チャンバ外に温度測定装置１１とインピーダンス整合器１２を設置して相互を同軸ケーブル２５で接続されている。この温度測定装置１１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１２とチャンバ内の石英１７や耐熱性の材料に被覆されている小型送受信アンテナ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ・・・とが同じく耐熱性の材料である石英などで被服された、単心、または多芯耐熱ケーブル１３（以下、単に耐熱ケーブルともいう）と同軸ケーブル２５を介して接続されている。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２５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１３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２６で接続して使用している。
【００１９】
さらに、シリコンウエハ多点温度測定装置１０は、温度測定用の治具となる測定用シリコンウエハ１８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素子温度センサ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ・・・を使用する。そして、上記複数の圧電素子温度センサ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ・・・に、センサーアンテナ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ・・・をそれぞれ取り付けるものである。センサーアンテナ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ・・・が取り付けられた圧電素子温度センサ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ・・・は、図１に示めすように測定用シリコンウエハ１８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。このとき、圧電素子温度センサ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ・・・の一部が埋設されるようにしてもよいし、取り付けられたセンサーアンテナ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ・・・と一緒に全てが埋設されてもよい。
また、上下方向に対峙して配置されている圧電素子温度センサ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ・・・とセンサーアンテナ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ・・・のペアは、シリコン素材でそれぞれ被覆されるようにする。これは、圧電素子温度センサ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ・・・で温度を測定する際、測定物に接触する部分には測定物の素材に近い、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。
そして、圧電素子温度センサ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ・・・とセンサーアンテナ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ・・・の同心軸上に、石英１７で被覆されたそれぞれの小型送受信アンテナ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ・・・が設置されるようにする。なお、小型送受信アンテナ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ・・・を被覆している石英１７は、耐熱性があい、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１７でなくてもよい。
【００２０】
なお、以降、圧電素子温度センサ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ・・・と、これに取り付けられているセンサーアンテナ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ・・・とのそれぞれのペアを、図１に示しているように、必要に応じて、チャンネルＣｈ１（圧電素子温度センサ１６ａ、センサーアンテナ１５ａ）、チャンネルＣｈ２（圧電素子温度センサ１６ｂ、センサーアンテナ１５ｂ）、チャンネルＣｈ３（圧電素子温度センサ１６ｃ、センサーアンテナ１５ｃ）、チャンネルＣｈ４（圧電素子温度センサ１６ｄ、センサーアンテナ１５ｄ）、チャンネルＣｈ５（圧電素子温度センサ１６ｅ、センサーアンテナ１５ｅ）、チャンネルＣｈ６（圧電素子温度センサ１６ｆ、センサーアンテナ１５ｆ）・・・、として説明する。
また、以降は、小型送受信アンテナ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ・・・、センサーアンテナ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ・・・、圧電素子温度センサ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ・・・、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、特に個別に説明する必要が無いときは、小型送受信アンテナ１４、センサーアンテナ１５、圧電素子温度センサ１６、チャンネルＣｈとして説明していく。
【００２１】
本発明では、測定用シリコンウエハ１８の温度を計測する温度センサとして圧電素子温度センサ１６を用いている。この圧電素子温度センサ１６は、外部から共振周波数又は共振周波数近傍の成分を含んだ電磁波で励振すると温度によって固有の残響振動が励振後に発生する。そして、その発生した固有の残響振動は、センサーアンテナ１５、小型送受信アンテナ１４を介して温度測定装置１１が受信する。温度測定装置１１は、受信した圧電素子温度センサ１６から発信された固有の残響振動を基に温度を算出し、その算出結果を例えば表示部１７に表示するものである。このとき、温度測定装置１１は、どこの小型送受信アンテナ１４から送信されてきた残響振動かを確認することで、どの圧電素子温度センサ１６の温度かを知ることが出来る。
なお、温度センサとして使用できる圧電振動子としては、水晶、ランガサイト、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。
【００２２】
第１の実施の形態において、測定用シリコンウエハ１８の温度を計測するやり方としては、先ず、温度測定装置１１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１４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。この残響振動波は、センサーアンテナ１５を介して小型送受信アンテナ１４が受信し、温度測定装置１１は、チャンネルＣｈ１からの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温度を算出するものである。
このようにして、温度測定装置１１は、測定用シリコンウエハ１８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１８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１１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１８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。
【００２３】
第１の実施の形態において、温度測定装置１１が各チャンネルＣｈ毎の残響振動波を得ることができるのは、各チャンネルＣｈの同心軸上に小型送受信アンテナ１４を配置しているからであり、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、全ての圧電素子温度センサ１６が測定用シリコンウエハ１８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１１は、どの小型送受信アンテナ１４から送信されてきた残響振動波の周波数かを知ることができるので、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、圧電素子温度センサ１６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１１は、温度の計測を小型送受信アンテナ１４をチャンネルＣｈ毎に切り換えて行うことで、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。
また、センサーアンテナ１５と小型送受信アンテナ１４は無線で通信を行うので、測定用シリコンウエハ１８上にコードを這わさなくてもよい。
【００２４】
図２に示すのは、第２の実施の形態としてのシリコンウエハ多点温度測定装置１０の概要を説明する全体的な模式図である。図示するシリコンウエハ多点温度測定装置１０は、図１で説明した第１の実施の形態と、小型送受信アンテナ１４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。
図２の第２の実施の形態では、チャンバ外に温度測定装置１１と、インピーダンス整合器１２を設置して相互を同軸ケーブル２５で接続し、このインピーダンス整合器１２とチャンバ内に設置される石英１７に被覆されている小型送受信アンテナ１４とを多芯耐熱ケーブル１３で接続している。このとき、小型送受信アンテナ１４は、図示するように、測定用シリコンウエハ１８に埋設されている圧電素子温度センサ１６とそれに取り付けられているセンサーアンテナ１５の円周上に配置されるように設置する。この各圧電素子温度センサ１６とセンサーアンテナ１５の円周上に小型送受信アンテナ１４を配置するやり方は、測定用シリコンウエハ１８の上下方向に余分な空間が無く、小型送受信アンテナ１４を設置することが出来ない場合などに用いるやり方である。
また、インピーダンス整合器１２と小型送受信アンテナ１４を接続するケーブルは、第１の実施例と同様に、チャンバ外は同軸ケーブル２５を用い、チャンバ内は多芯耐熱ケーブル１３を用いて互いをコネクタ２６で接続させる。
【００２５】
この第２の実施の形態において測定用シリコンウエハ１８の温度を計測するやり方は、小型送受信アンテナ１４の設置位置が変更になっただけで、第１の実施の形態と同様のやり方で温度を計測することができる。
そして、第２の実施の形態においても、図２に示したように小型送受信アンテナ１４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１１で観測することができる。
また、図２に示す温度測定装置１１は、上記図１に示した温度測定装置１１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。
また、第２の実施の形態の場合も、圧電素子温度センサ１６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、センサーアンテナ１５と小型送受信アンテナ１４は無線通信が可能であり、測定用シリコンウエハ１８上にコードを這わさなくてよい。
【００２６】
図３に示すのは、第３の実施の形態としてのシリコンウエハ多点温度測定装置１０の概要を説明するための全体的な模式図である。この図３に示すシリコンウエハ多点温度測定装置１０は、図１で説明したシリコンウエハ多点温度測定装置１０の小型送受信アンテナ１４に換えて、単一の大型送受信アンテナ２０を設置すると共に、共振周波数が異なるようにした複数個の圧電素子温度センサ１６を使用する。
つまり、チャンバ外には、温度測定装置１１とインピーダンス整合器１２とが同軸ケーブル２５で接続されて設置され、チャンバ内の測定用シリコンウエハ１８に埋設されている各圧電素子温度センサ１６とそれに取り付けられているセンサーアンテナ１５の上方にすべての圧電素子温度センサ１６と通信が可能な単一の大型送受信アンテナ２０を設置するものである。そして、この単一の大型送受信アンテナ２０も例えば石英１７で被覆され、インピーダンス整合器１２と接続されている。図３において、互いを接続するケーブルには、チャンバ外は同軸ケーブル２５をチャンバ内は単芯耐熱ケーブル１９をコネクター２６で接続して使用している。
【００２７】
第３の実施の形態としてのシリコンウエハ多点温度測定装置１０において、測定用シリコンウエハ１８の温度を測定するやり方としては、先ず、温度測定装置１１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の圧電素子温度センサ１６にはそれぞれ共振周波数特性の違う圧電素子を使用しているので、温度測定装置１１は、各圧電素子温度センサ１６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１１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温度を算出する。
【００２８】
このように、第３の実施の形態のシリコンウエハ多点温度測定装置１０においては、共振周波数の異なる複数のチャンネルＣｈの圧電素子温度センサ１６と単一の大型送受信アンテナ２０を用いることで、測定用シリコンウエハ１８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２０とセンサーアンテナ１５もワイヤレス方式なので、測定用シリコンウエハ１８の上で多数のコードを這わさなくてよい。
そして、図３に示す温度測定装置１１は、上記図１、図２で示した温度測定装置１１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１８の温度が均一になるように温度を調整するものである。
【００２９】
また、この単一の大型送受信アンテナ２０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１８の上方に設置したときに、この測定用シリコンウエハ１８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。
【００３０】
ここで、上記図３において示した単芯耐熱ケーブル１９について説明する。この単芯耐熱ケーブル１９は、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４に示すような構成とした。なお、図１、図２に示した多芯耐熱ケーブル１３は、単芯耐熱ケーブル１９を複数本束にしたケーブルのことである。
図４に示す単芯耐熱ケーブル１９は、給電線を用いて小型送受信アンテナ１４・単一の大型送受信アンテナ２０とツイストコード２２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。
インピーダンス整合器２１は、小型送受信アンテナ１４又は、単一の大型送受信アンテナ２０とツイストコード２２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。このインピーダンス整合器２１とツイストコード２２とは耐熱性のある石英２３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２２からチャンバ外（常温部）の温度測定装置１１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１２において行われるものである。
また、単芯耐熱ケーブル１９に備えられる小型送受信アンテナ１４・大型送受信アンテナ２０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１７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。
【００３１】
図５、図６は、測定用シリコンウエハ１８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を示す図である。
図５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１００の断面図である。図示する枚葉型熱処理装置１００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３０内に備えられる石英の支持台３１の上に測定用シリコンウエハ１８を載せる。なお、図示は省略したが、図５に示す測定用シリコンウエハ１８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素子温度センサ１６とセンサーアンテナ１５とのペアが配置されているものとする。そして、測定用シリコンウエハ１８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３２で測定用シリコンウエハ１８を加熱して、測定用シリコンウエハ１８上の各所の温度を測定する。
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１８に代えて加工用シリコンウエハを支持第３１に置き、閉会可能なドア３３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３４からチャンバ３０内に注入される。そして、チャンバ３０内に注入されたガスはガス出口３５から排出される。
また、図５では、耐熱性のある石英１７で被覆している小型送受信アンテナ１４を、チャンバ３０の上方でチャンバ３０と複数の加熱ランプ３２の間に、圧電素子温度センサ１６とセンサーアンテナ１５の同心軸上に小型送受信アンテナ１４が位置するように設置している。なお、図示した石英１７には小型送受信アンテナ１４が被覆されているが図示は省略した。
そして、このＲＴＰ装置では加熱ランプ３２やチャンバ３０等を囲むように反射板３６が設けられている。
【００３２】
この図５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３０と加熱ランプ３２の間に石英１７で被覆した小型送受信アンテナ１４を設置する空間があるので、第１の実施の形態と第３の実施の形態において加熱加工を行う場合に好適である。
また、図５の説明において図示した石英１７は、図示しない小型送受信アンテナ１４を被覆していると説明したが、第３の実施の形態において加熱加工を行う場合、石英１７に被覆されるのは単一の大型送受信アンテナ２０となる。
また、実際にＲＴＰ装置を使用して加熱加工を行う場合、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、加熱加工を行う毎に表面温度を観測して加熱加減を調節する温度調節作業をするのではなく、例えば、ＲＴＰ装置を作動させて、最初に測定用シリコンウエハ１８の温度調節作業を行うようにして、このとき調節した温度設定データでその後の加熱加工を行うようにしてもよい。
【００３３】
図６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２００の断面図を示している。
図示するバッチ型熱処理装置２００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４０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４０には、複数枚（例えば１００枚程度）のシリコンウエハ１８をセットすることができ、実際には、図６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４０にセットすることができる。
なお、図示は省略したが、先に述べたように図６に示した加工用シリコンウエハのうち、所定の枚数毎に温度測定用の計測用シリコンウエハ１８を配置し、その表面には、それぞれシリコンで被覆された圧電素子温度センサ１６とセンサーアンテナ１５とのペアが配置されている。所定の間隔をおいて配置した計測用シリコンウエハ１８に圧電素子温度センサ１６とセンサーアンテナ１５とのペアを配置するのは、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調節作業のためである。
【００３４】
そして、図６では、石英ボート４０の外側を囲むように石英１７に被覆された小型送受信アンテナ１４を圧電素子温度センサ１６とセンサーアンテナ１５とのペアが配置されている測定用シリコンウエハ１８の近傍に設置される。このとき、各小型送受信アンテナ１４は、測定用シリコンウエハ１８の各センサアンテナ１５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４３とその外側に設置された小型送受信アンテナ１４を取り囲むように石英反応管４１を設けている。この石英反応管４１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４２から注入し、このガスはガス出口４３から排出される。そして、この石英反応管４１の外側には均熱管４４が備えられ、更にその外側に加熱ランプ４５が複数個備えられている。この加熱ランプ４５が加熱することによって石英反応管４１内の石英ボート４０にセットされている加工用シリコンウエハが加熱されるものである。
【００３５】
図６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４０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１８の表面温度を測定することで、石英ボード４３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６では、圧電素子温度センサ１６とセンサーアンテナ１５とのペアを石英ボード４３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１８に埋設している。しかし、石英ボート４０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素子温度センサ１６とセンサーアンテナ１５とのペアを設置してもよい。
【００３６】
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４０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１４を設置するのは難しい。そこで、小型送受信アンテナ１４を測定用シリコンウエハ１８の横側に設置することでセンサーアンテナ１５と信号の送受信を行う、第３の実施の形態の場合の加熱加工工程において使用することが出来る。
【００３７】
ここまで説明してきたシリコンウエハ多点温度測定装置１０においては、測定用シリコンウエハ１８の表面温度を計測するために、圧電素子温度センサ１６とセンサーアンテナ１５とのペアが計測用シリコンウエハ１８に埋設されるものである。このため、圧電素子温度センサ１６とセンサーアンテナ１５とのペアは、加熱加工工程において測定用シリコンウエハ１８と同様に高温の雰囲気中に晒されることになるので、その構造は耐熱性を有する必要があるものである。
まず、圧電素子温度センサ１６としては、２つで１組の励振電極を圧電振動子の上下を挟むように設置する。そして、その上に加熱加工時の高温にも耐えられる、例えば導線として、銅や白金線でできたループアンテナをセンサーアンテナ１５として設置する。このとき、センサーアンテナ１５の電極を、圧電素子温度センサ１６の２つの励振電極に接続する。このように上下で重ね合わせた圧電素子温度センサ１６とセンサーアンテナ１５を、第１の実施の形態でも説明したように、耐熱性のあるシリコンで被覆されるようにするものである。
このような構成にすることにより、加熱加工工程においても、温度測定装置１１からの掃引信号波をセンサーアンテナ１５から圧電素子温度センサ１６へ送信することができ、また、圧電素子温度センサ１６から残響振動波をセンサーアンテナ１５が受信し、その残響振動波を温度測定装置１１へ送信して、測定用シリコンウエハ１８の温度計測が行われるものである。
【００３８】
図７（ａ）には、本発明で温度センサとして水晶片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は外付けされるセンサーアンテナであり、水晶振動子は、並列容量Ｃｏ、付加容量Ｃ１、モーショナルインピーダンスとなるリアクタンスＬ１、実効抵抗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７（ｂ）は、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。
【００３９】
図８は、温度センサの圧電振動子から発信される残響振動波の共振周波数と温度の関係について示した図である。
図８（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８（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。
【００４０】
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１１の記憶部に記憶しておく。そして、測定用シリコンウエハ１８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。
【００４１】
上記図８において説明したように、温度測定装置１１は、圧電振動子からの残響振動波の共振周波数を基にして測定用シリコンウエハ１８の温度を測定するものであるが、そのときの温度測定装置１１における温度測定の動作原理について図９において説明する。
先ず、温度測定装置１１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１１から送信された送信信号Ａは、小型送受信アンテナ１４又は単一の大型送受信アンテナ２０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１１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１１は受信期間Ｂの期間ｔ１の間、圧電素子温度センサ１６からの残響信号Ｃを検出するために待機する。そして、温度測定装置１１は、エコー検出信号Ｄが圧電素子温度センサ１６から発信された残響振動波である残響信号Ｃを検出したら、エコー検出信号Ｄの期間ｔ３が終了した直後から残響信号Ｃの計測を開始する。この残響信号Ｃを計測する期間としては、計測パルスＥの期間ｔ２の間である。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）をを計測する。そして、計測パルスＥが発信している期間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、計測した残響信号の発信周波数に基づいて温度を観測するものである。そして、演算Ｇをおこなう期間ｔ４が終了したタイミングで、温度センサ１６の受信期間Ｂも終了する。
なお、受信期間Ｂの間に圧電素子温度センサ１６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別の帯域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。
【００４２】
図１０は、第１、第２の実施の形態において温度測定を行うときに一台の温度測定装置１１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毎に階段状に変換していることを示している。
図示する掃引信号波は、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素子温度センサ１６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１８ハ上の各点の温度情報を取得する。
図１０では、温度測定装置１１から各チャンネルＣｈへ掃引信号波を送信する前の期間ｔ０、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。
なお、図１０では、第１、第２の実施の形態における掃引信号波の周波数変化について説明したが、単一の大型送受信アンテナ２０で全てのチャンネルＣｈを掃引する第３の実施の形態については、温度測定装置１１は、全てのチャンネルＣｈからの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。
【００４３】
図１１は、第１、第２の実施の形態において小型送受信アンテナ１４又は単一の大型送受信アンテナ２０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１１のブロック図を示した図である。この温度測定装置１１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。
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信受信アンテナ１４もしくは単一の大型送受信アンテナ２０へ送信する。
また、小型送信受信アンテナ１４もしく単一の大型送受信アンテナ２０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。
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、必要に応じて測定用シリコンウエハ１８の各部の温度を表示部８０へ表示するものである。
【００４４】
図１２は、第１、第２、第３の実施の形態において用いられる他の形式の温度測定装置１１のブロック図示したものである。
この図１２に示す温度測定装置１１は、上記図１１に示した温度測定装置１１と同様に小型送受信アンテナ１４又は単一の大型送受信アンテナ２０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１１に示す温度測定装置１１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。
【００４５】
この図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初手の周波数に変換すると共にパワーアップして。ＳＷ７５を介して小型送信受信アンテナ１４もしくは単一の大型送受信アンテナ２０へ送信する。
又、小型送信受信アンテナ１４若しくは単一の大型送受信アンテナ２０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とされている。
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。
【００４６】
図１３は、センサーアンテナ１５と小型送受信アンテナ１４又は単一の大型送受信アンテナ２０との間で信号の送受信が良好となる距離（Ｄ）を縦軸に、センサーアンテナ１５のインダクタンスを横軸に示している。
図示するように、センサーアンテナ１５と小型送受信アンテナ１４又は単一の大型送受信アンテナ２０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、センサーアンテナ１５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と振動素子の並列容量Ｃｏとの共振周波数が、圧電振動子の共振周波数（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。
【００４７】
なお、温度測定装置１１で測定した計測用シリコンウエハ１８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１１から直接、計測用シリコンウエハ１８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】
【００４８】
本発明のシリコンウエハ多点温度測定装置で測定されたシリコンウエハの加熱加工時の温度データは、制御用のコンピュータに取り込まれ、所定の演算処理を行ってシリコンウエハを加熱する加熱装置にフィードバックされ、このシリコンウエハで施される加熱加工工程が正確に行われるようにするために使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるシリコンウエハ多点温度測定装置の概略図を示した図である。
【図２】第２の実施の形態におけるシリコンウエハ多点温度測定装置の概略図を示した図である。
【図３】第３の実施の形態におけるシリコンウエハ多点温度測定装置の概略図を示した図である。
【図４】単芯耐熱ケーブルの構成の一例を示す図である。
【図５】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６】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７】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８】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９】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１０】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１１】第１の実施の形態、第２の実施の形態で用いられる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１２】第３の実施の形態で用いられる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１３】センサー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センサーアンテナのインダクタンスとの関係を示した図である。
【図１４】被測定物に対する多点の温度測定を行うための模式図である。
【図１５】半導体ウエハ基板の加熱方法と、温度測定装置の説明図である。
【符号の説明】
【００５０】
１（１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ）・ １６（１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅ，１６ｆ） 圧電素子温度センサ、２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ） ケーブル、３（Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３）・１１ 温度測定装置、４ 加熱装置、５ 加熱電源、６ シリコンウエハ、１０ シリコンウエハ多点温度測定装置、１２ インピーダンス整合器、１３ 多芯耐熱ケーブル、１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ） 小型送受信アンテナ、１５（１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆ） センサーアンテナ、１６（１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅ，１６ｆ）、１７・２３ 石英、１８ 計測用シリコンウエハ、１９ 単芯耐熱ケーブル、２０ 大型送受信アンテナ、２１ 特性インピーダンス、２２ ツイストコード、２５ 同軸ケーブル、２６ コネクタ、３０ チャンバー、３１ 支持台、３２・４５ 加熱ランプ、３３ ドア、３４・４２ ガス入口、３５・４３ ガス出口、３６ 反射板、４０ 石英ボート、４１ 石英反応管、４４ 均熱管、７０ 信号出力部、７１（７１ａ，７１ｂ） カウンタ、７２ Ｄ／Ａ変換器、７３ ＶＣＯ、７４ 送信部、７５ ＳＷ、７６ 受信部、７７ 検波部、７８ 計測パルス発信器、７９ ＲＡＭ、８０ 表示部、８１ 制御部、９０ 加熱制御装置、９１ 加熱手段、１００ 枚葉型熱処理装置、２００ バッチ型熱処理装置
【技術分野】
【０００１】
圧電振動子を温度測定センサとして使用することにより、シリコンウエハ基板の多点の温度測定を同時に行い、その測定結果が無線で送信されてくるようにしたシリコンウエハ多点温度測定装置に関するものである。
【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、通常、シリコン（Ｓｉ）の単結晶版からなるシリコンウエハを用いて形成される。形成された集積回路上にはＩＣが多数作りこまれており、そのＩＣを切り分けたＩＣチップをパッケージに収納し、電子機器に組み込むものである。
この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。前工程としては、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チップを最終検査して製品として完成させる工程である。
【０００３】
また、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して、例えば２５０℃以上の高温の雰囲気中で行う加工工程がある。この加工工程を行うには、シリコンウエハ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精度の高い温度制御技術が必要となる。このような精度の高い温度制御をシリコンウエハに対して行うためには、シリコンウエハの表面温度の上昇速度の観測データや、表面各所の微少な温度差等を検出するなどの技術が必要となってくる。
【０００４】
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、さらに、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を測定することが行われている。 ただ、シリコンウエハを高温の雰囲気の中で加熱するために、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やり方や、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。
【０００５】
ところで、温度測定技術としては、通常、１箇所の特定点を１個の温度プローブを使用して測定する。しかし、シリコンウエハがある程度の大きさを持ち、特定の加熱状況下に置かれているような場合には、複数点（多点）の温度を同時に測定することがある。これは、集積回路を製造するにあたっては精密な作業が要求され、さらに近年では、ますます高密度の集積回路を大量に製造するため大型化されているシリコンウエハ全体が均一な温度に加熱されていなければ、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むらが出てしまう可能性があるからである。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り、故に、シリコンウエハ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する必要がある。
【０００６】
図１４は、シリコンウエハ上において多点の温度測定を行う場合の一例を模式図として示したものである。
この図１４では、ある大きさを有するシリコンウエハ６に対して、所定の複数箇所の温度を同時に測定する場合の温度センサとして圧電素子温度センサ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ・・・・を用いている。この圧電素子温度センサ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ・・・・は、例えば水晶結晶材から所定の結晶軸でカットされた水晶振動片の両面に電極を付けた水晶振動子を所定の容器内に固定したものである。
そして、この圧電素子温度センサ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ・・・・を、図示するように、所定の測定位置に当接し、各圧電素子温度センサ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ・・・に、例えば同軸にケーブル２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ・・・・を接続して所定の交流信号を供給するようにする。そして、複数台の温度測定装置（ネットワークアナライザ）３，３，３をＹ１，Ｙ２，Ｙ３として設置して、各圧電素子温度センサ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ・・・の電気的な特性変化を検出することにより、各圧電素子温度センサ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ・・・が接触している各点の温度を同時に測定するようにしているものである。
【０００７】
また、図１４でシリコンウエハ６の多点の温度測定に用いた圧電素子温度センサ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ・・・・における圧電振動子としての水晶振動片の温度に対する電気的な特性の変化は、水晶振動片を発信器とする発信周波数の変化であっても良い。しかし、一般的には水晶振動子が温度によって変化する水晶振動子のインピーダンス特性（共振点や反共振点の周波数）を、供給する交流信号の周波数を変化させながら測定する温度測定装置３により検知することによって行うこともできる。
また、図１４で説明した水晶振動子を使用した圧電素子温度センサ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ・、１ｅ・・・等を用いて、シリコンウエハ６やその他広範囲の液体等の各所の位置における温度を同時点で綿密に測定する場合、分解能が０．００１℃ぐらいの高精度で温度測定を行うことができる。
【０００８】
図１５は例えばシリコンウエハを加熱して、そのシリコンウエハ上の各所の温度を高い精度で均一にして、種種の加工が行われる前に行う温度測定のための想定図を示したものである。なお、図１４と同一部分は同一の符号を記載している。
【０００９】
この図１５に示すように、複数個の加熱ランプＬが内蔵されている加熱装置４を加熱電源５から供給される電力で加熱してシリコンウエハ６を所定温度に加熱するだけでは、大型化されたシリコンウエハ６の各所の温度が完全に均一化されることは困難になっている。
そこで、まず、シリコンウエハ６の所定の箇所に図１４に示したような圧電素子温度センサ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、（５個の場合を示す）を配置し、それぞれをケーブル２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅを介して多端子の温度測定装置３に接続する。そして、このようなやり方で検出した各所の温度の測定結果の情報を制御装置７に取込み、この測定結果に基づいて制御装置７から、加熱装置４の各所の各加熱ランプＬの部分を局所的に制御する。そうすることで、シリコンウエハ６の全体が十分に均一な所定の温度となるように制御することができると考えられる。
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−２１５１８８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、図１４、図１５のように、大型化したシリコンウエハ６の温度の測定を行うときは、温度測定点の測定箇所を増加させる必要性があり、温度センサとなる圧電素子温度センサ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ・・・の分散配置作業と、圧電素子温度センサ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ・・・をそれぞれネットワークアナライザ等からなる温度測定装置３に接続する作業が非常に繁雑になるという問題があった。
また、各圧電素子温度センサ１をシリコンウエハに配置するときに、どうしても各ケーブル２をシリコンウエハの上を引き回す必要があり、温度測定する為の測定冶具として精度の高いものではなかった。
さらに、各圧電素子温度センサ１と各温度測定装置３とを繋ぐ各ケーブル２が、シリコンウエハを加熱する工程時に高温に晒されたことによる障害で機能及び性能などが低下する場合があり、シリコンウエハの正確な温度を測定することが出来ない場合もある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
そこで、本発明のシリコンウエハ多点温度測定装置は、かかる問題点に鑑みなされたものであり、シリコンウエハ加熱手段内の被加工シリコンウエハ設置位置に設置されるシリコンウエハ素材と、前記シリコンウエハ素材の所定の位置にセンサーアンテナ部と共に装着された複数個の圧電振動子と、前記センサーアンテナ部に電磁波を照射すると共に、前記圧電振動子の残響振動波を受信するための送受信アンテナと、前記送受信アンテナを介して前記センサーアンテナ部に所定の掃引信号波を送信する送信部と、前記センサーアンテナ部から発信された残響振動波の周波数を計測する計測部とを備え、前記残響振動波の周波数に基づいて前記シリコンウエハ素材の表面温度を測定するようにした。
【００１３】
上記センサーアンテナ部は、上記圧電振動子の励振電極に対して並列に接続されているループアンテナによって構成されている。
また、上記センサーアンテナ部、及び圧電振動子は石英材によって被覆されることにより１組の温度センサとされ、上記シリコンウエハ素材の表面に全部、又は一部が埋設されている。
【００１４】
上記センサーアンテナ部に照射される掃引信号波は、所定の周波数でステップアップして上記圧電振動子の共振周波数が含まれる帯域を掃引する。
また、上記残響振動波の周波数は、上記計測部において周波数カウンタで計測される。
また、上記シリコンウエハ加熱手段は、縦型ファーネス型とされている。
【００１５】
上記シリコンウエハ加熱手段は、ＲＴＰ型である。
また、上記圧電振動子は水晶片によって構成されている。
また、上記圧電振動子はランガサイトによって構成されている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のシリコンウエハ多点温度測定装置は、シリコンウエハ加熱手段内のシリコンウエハ素材に装着された複数個の圧電振動子と、この圧電振動子と共に装着されたセンサーアンテナ部に所定の掃引信号波を送信して、圧電振動子の残響振動波を受信することができる。そして、この残響振動波の周波数を計測し、計測した周波数に基づいてシリコンウエハ素材の表面温度を測定することができる。
したがって、シリコンウエハ素材の温度を測定するための圧電振動子の数が多くなっても、掃引信号波をセンサーアンテナ部へ送信することができ、且つ、ケーブルを介さずに残響振動波を受信することができるので、精度の高い温度測定を行うことが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に本願発明を実施するための最良の形態（以下、実施の形態という）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シリコンウエハ多点温度測定装置１０の概要を説明する全体的な模式図である。
図示するシリコンウエハ多点温度測定装置１０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、加工用シリコンウエハの表面温度が均一となるよう温度の調節を行うために使用される。
【００１８】
この温度調節を行うためにシリコンウエハ多点温度測定装置１０としては、先ず、チャンバ外に温度測定装置１１とインピーダンス整合器１２を設置して相互を同軸ケーブル２５で接続されている。この温度測定装置１１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１２とチャンバ内の石英１７や耐熱性の材料に被覆されている小型送受信アンテナ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ・・・とが同じく耐熱性の材料である石英などで被服された、単心、または多芯耐熱ケーブル１３（以下、単に耐熱ケーブルともいう）と同軸ケーブル２５を介して接続されている。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２５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１３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２６で接続して使用している。
【００１９】
さらに、シリコンウエハ多点温度測定装置１０は、温度測定用の治具となる測定用シリコンウエハ１８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素子温度センサ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ・・・を使用する。そして、上記複数の圧電素子温度センサ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ・・・に、センサーアンテナ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ・・・をそれぞれ取り付けるものである。センサーアンテナ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ・・・が取り付けられた圧電素子温度センサ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ・・・は、図１に示めすように測定用シリコンウエハ１８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。このとき、圧電素子温度センサ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ・・・の一部が埋設されるようにしてもよいし、取り付けられたセンサーアンテナ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ・・・と一緒に全てが埋設されてもよい。
また、上下方向に対峙して配置されている圧電素子温度センサ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ・・・とセンサーアンテナ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ・・・のペアは、シリコン素材でそれぞれ被覆されるようにする。これは、圧電素子温度センサ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ・・・で温度を測定する際、測定物に接触する部分には測定物の素材に近い、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。
そして、圧電素子温度センサ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ・・・とセンサーアンテナ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ・・・の同心軸上に、石英１７で被覆されたそれぞれの小型送受信アンテナ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ・・・が設置されるようにする。なお、小型送受信アンテナ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ・・・を被覆している石英１７は、耐熱性があい、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１７でなくてもよい。
【００２０】
なお、以降、圧電素子温度センサ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ・・・と、これに取り付けられているセンサーアンテナ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ・・・とのそれぞれのペアを、図１に示しているように、必要に応じて、チャンネルＣｈ１（圧電素子温度センサ１６ａ、センサーアンテナ１５ａ）、チャンネルＣｈ２（圧電素子温度センサ１６ｂ、センサーアンテナ１５ｂ）、チャンネルＣｈ３（圧電素子温度センサ１６ｃ、センサーアンテナ１５ｃ）、チャンネルＣｈ４（圧電素子温度センサ１６ｄ、センサーアンテナ１５ｄ）、チャンネルＣｈ５（圧電素子温度センサ１６ｅ、センサーアンテナ１５ｅ）、チャンネルＣｈ６（圧電素子温度センサ１６ｆ、センサーアンテナ１５ｆ）・・・、として説明する。
また、以降は、小型送受信アンテナ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ・・・、センサーアンテナ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ・・・、圧電素子温度センサ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ・・・、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、特に個別に説明する必要が無いときは、小型送受信アンテナ１４、センサーアンテナ１５、圧電素子温度センサ１６、チャンネルＣｈとして説明していく。
【００２１】
本発明では、測定用シリコンウエハ１８の温度を計測する温度センサとして圧電素子温度センサ１６を用いている。この圧電素子温度センサ１６は、外部から共振周波数又は共振周波数近傍の成分を含んだ電磁波で励振すると温度によって固有の残響振動が励振後に発生する。そして、その発生した固有の残響振動は、センサーアンテナ１５、小型送受信アンテナ１４を介して温度測定装置１１が受信する。温度測定装置１１は、受信した圧電素子温度センサ１６から発信された固有の残響振動を基に温度を算出し、その算出結果を例えば表示部１７に表示するものである。このとき、温度測定装置１１は、どこの小型送受信アンテナ１４から送信されてきた残響振動かを確認することで、どの圧電素子温度センサ１６の温度かを知ることが出来る。
なお、温度センサとして使用できる圧電振動子としては、水晶、ランガサイト、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。
【００２２】
第１の実施の形態において、測定用シリコンウエハ１８の温度を計測するやり方としては、先ず、温度測定装置１１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１４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。この残響振動波は、センサーアンテナ１５を介して小型送受信アンテナ１４が受信し、温度測定装置１１は、チャンネルＣｈ１からの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温度を算出するものである。
このようにして、温度測定装置１１は、測定用シリコンウエハ１８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１８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１１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１８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。
【００２３】
第１の実施の形態において、温度測定装置１１が各チャンネルＣｈ毎の残響振動波を得ることができるのは、各チャンネルＣｈの同心軸上に小型送受信アンテナ１４を配置しているからであり、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、全ての圧電素子温度センサ１６が測定用シリコンウエハ１８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１１は、どの小型送受信アンテナ１４から送信されてきた残響振動波の周波数かを知ることができるので、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、圧電素子温度センサ１６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１１は、温度の計測を小型送受信アンテナ１４をチャンネルＣｈ毎に切り換えて行うことで、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。
また、センサーアンテナ１５と小型送受信アンテナ１４は無線で通信を行うので、測定用シリコンウエハ１８上にコードを這わさなくてもよい。
【００２４】
図２に示すのは、第２の実施の形態としてのシリコンウエハ多点温度測定装置１０の概要を説明する全体的な模式図である。図示するシリコンウエハ多点温度測定装置１０は、図１で説明した第１の実施の形態と、小型送受信アンテナ１４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。
図２の第２の実施の形態では、チャンバ外に温度測定装置１１と、インピーダンス整合器１２を設置して相互を同軸ケーブル２５で接続し、このインピーダンス整合器１２とチャンバ内に設置される石英１７に被覆されている小型送受信アンテナ１４とを多芯耐熱ケーブル１３で接続している。このとき、小型送受信アンテナ１４は、図示するように、測定用シリコンウエハ１８に埋設されている圧電素子温度センサ１６とそれに取り付けられているセンサーアンテナ１５の円周上に配置されるように設置する。この各圧電素子温度センサ１６とセンサーアンテナ１５の円周上に小型送受信アンテナ１４を配置するやり方は、測定用シリコンウエハ１８の上下方向に余分な空間が無く、小型送受信アンテナ１４を設置することが出来ない場合などに用いるやり方である。
また、インピーダンス整合器１２と小型送受信アンテナ１４を接続するケーブルは、第１の実施例と同様に、チャンバ外は同軸ケーブル２５を用い、チャンバ内は多芯耐熱ケーブル１３を用いて互いをコネクタ２６で接続させる。
【００２５】
この第２の実施の形態において測定用シリコンウエハ１８の温度を計測するやり方は、小型送受信アンテナ１４の設置位置が変更になっただけで、第１の実施の形態と同様のやり方で温度を計測することができる。
そして、第２の実施の形態においても、図２に示したように小型送受信アンテナ１４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１１で観測することができる。
また、図２に示す温度測定装置１１は、上記図１に示した温度測定装置１１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。
また、第２の実施の形態の場合も、圧電素子温度センサ１６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、センサーアンテナ１５と小型送受信アンテナ１４は無線通信が可能であり、測定用シリコンウエハ１８上にコードを這わさなくてよい。
【００２６】
図３に示すのは、第３の実施の形態としてのシリコンウエハ多点温度測定装置１０の概要を説明するための全体的な模式図である。この図３に示すシリコンウエハ多点温度測定装置１０は、図１で説明したシリコンウエハ多点温度測定装置１０の小型送受信アンテナ１４に換えて、単一の大型送受信アンテナ２０を設置すると共に、共振周波数が異なるようにした複数個の圧電素子温度センサ１６を使用する。
つまり、チャンバ外には、温度測定装置１１とインピーダンス整合器１２とが同軸ケーブル２５で接続されて設置され、チャンバ内の測定用シリコンウエハ１８に埋設されている各圧電素子温度センサ１６とそれに取り付けられているセンサーアンテナ１５の上方にすべての圧電素子温度センサ１６と通信が可能な単一の大型送受信アンテナ２０を設置するものである。そして、この単一の大型送受信アンテナ２０も例えば石英１７で被覆され、インピーダンス整合器１２と接続されている。図３において、互いを接続するケーブルには、チャンバ外は同軸ケーブル２５をチャンバ内は単芯耐熱ケーブル１９をコネクター２６で接続して使用している。
【００２７】
第３の実施の形態としてのシリコンウエハ多点温度測定装置１０において、測定用シリコンウエハ１８の温度を測定するやり方としては、先ず、温度測定装置１１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の圧電素子温度センサ１６にはそれぞれ共振周波数特性の違う圧電素子を使用しているので、温度測定装置１１は、各圧電素子温度センサ１６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１１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温度を算出する。
【００２８】
このように、第３の実施の形態のシリコンウエハ多点温度測定装置１０においては、共振周波数の異なる複数のチャンネルＣｈの圧電素子温度センサ１６と単一の大型送受信アンテナ２０を用いることで、測定用シリコンウエハ１８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２０とセンサーアンテナ１５もワイヤレス方式なので、測定用シリコンウエハ１８の上で多数のコードを這わさなくてよい。
そして、図３に示す温度測定装置１１は、上記図１、図２で示した温度測定装置１１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１８の温度が均一になるように温度を調整するものである。
【００２９】
また、この単一の大型送受信アンテナ２０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１８の上方に設置したときに、この測定用シリコンウエハ１８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。
【００３０】
ここで、上記図３において示した単芯耐熱ケーブル１９について説明する。この単芯耐熱ケーブル１９は、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４に示すような構成とした。なお、図１、図２に示した多芯耐熱ケーブル１３は、単芯耐熱ケーブル１９を複数本束にしたケーブルのことである。
図４に示す単芯耐熱ケーブル１９は、給電線を用いて小型送受信アンテナ１４・単一の大型送受信アンテナ２０とツイストコード２２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。
インピーダンス整合器２１は、小型送受信アンテナ１４又は、単一の大型送受信アンテナ２０とツイストコード２２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。このインピーダンス整合器２１とツイストコード２２とは耐熱性のある石英２３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２２からチャンバ外（常温部）の温度測定装置１１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１２において行われるものである。
また、単芯耐熱ケーブル１９に備えられる小型送受信アンテナ１４・大型送受信アンテナ２０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１７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。
【００３１】
図５、図６は、測定用シリコンウエハ１８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を示す図である。
図５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１００の断面図である。図示する枚葉型熱処理装置１００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３０内に備えられる石英の支持台３１の上に測定用シリコンウエハ１８を載せる。なお、図示は省略したが、図５に示す測定用シリコンウエハ１８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素子温度センサ１６とセンサーアンテナ１５とのペアが配置されているものとする。そして、測定用シリコンウエハ１８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３２で測定用シリコンウエハ１８を加熱して、測定用シリコンウエハ１８上の各所の温度を測定する。
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１８に代えて加工用シリコンウエハを支持第３１に置き、閉会可能なドア３３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３４からチャンバ３０内に注入される。そして、チャンバ３０内に注入されたガスはガス出口３５から排出される。
また、図５では、耐熱性のある石英１７で被覆している小型送受信アンテナ１４を、チャンバ３０の上方でチャンバ３０と複数の加熱ランプ３２の間に、圧電素子温度センサ１６とセンサーアンテナ１５の同心軸上に小型送受信アンテナ１４が位置するように設置している。なお、図示した石英１７には小型送受信アンテナ１４が被覆されているが図示は省略した。
そして、このＲＴＰ装置では加熱ランプ３２やチャンバ３０等を囲むように反射板３６が設けられている。
【００３２】
この図５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３０と加熱ランプ３２の間に石英１７で被覆した小型送受信アンテナ１４を設置する空間があるので、第１の実施の形態と第３の実施の形態において加熱加工を行う場合に好適である。
また、図５の説明において図示した石英１７は、図示しない小型送受信アンテナ１４を被覆していると説明したが、第３の実施の形態において加熱加工を行う場合、石英１７に被覆されるのは単一の大型送受信アンテナ２０となる。
また、実際にＲＴＰ装置を使用して加熱加工を行う場合、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、加熱加工を行う毎に表面温度を観測して加熱加減を調節する温度調節作業をするのではなく、例えば、ＲＴＰ装置を作動させて、最初に測定用シリコンウエハ１８の温度調節作業を行うようにして、このとき調節した温度設定データでその後の加熱加工を行うようにしてもよい。
【００３３】
図６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２００の断面図を示している。
図示するバッチ型熱処理装置２００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４０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４０には、複数枚（例えば１００枚程度）のシリコンウエハ１８をセットすることができ、実際には、図６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４０にセットすることができる。
なお、図示は省略したが、先に述べたように図６に示した加工用シリコンウエハのうち、所定の枚数毎に温度測定用の計測用シリコンウエハ１８を配置し、その表面には、それぞれシリコンで被覆された圧電素子温度センサ１６とセンサーアンテナ１５とのペアが配置されている。所定の間隔をおいて配置した計測用シリコンウエハ１８に圧電素子温度センサ１６とセンサーアンテナ１５とのペアを配置するのは、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調節作業のためである。
【００３４】
そして、図６では、石英ボート４０の外側を囲むように石英１７に被覆された小型送受信アンテナ１４を圧電素子温度センサ１６とセンサーアンテナ１５とのペアが配置されている測定用シリコンウエハ１８の近傍に設置される。このとき、各小型送受信アンテナ１４は、測定用シリコンウエハ１８の各センサアンテナ１５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４３とその外側に設置された小型送受信アンテナ１４を取り囲むように石英反応管４１を設けている。この石英反応管４１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４２から注入し、このガスはガス出口４３から排出される。そして、この石英反応管４１の外側には均熱管４４が備えられ、更にその外側に加熱ランプ４５が複数個備えられている。この加熱ランプ４５が加熱することによって石英反応管４１内の石英ボート４０にセットされている加工用シリコンウエハが加熱されるものである。
【００３５】
図６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４０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１８の表面温度を測定することで、石英ボード４３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６では、圧電素子温度センサ１６とセンサーアンテナ１５とのペアを石英ボード４３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１８に埋設している。しかし、石英ボート４０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素子温度センサ１６とセンサーアンテナ１５とのペアを設置してもよい。
【００３６】
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４０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１４を設置するのは難しい。そこで、小型送受信アンテナ１４を測定用シリコンウエハ１８の横側に設置することでセンサーアンテナ１５と信号の送受信を行う、第３の実施の形態の場合の加熱加工工程において使用することが出来る。
【００３７】
ここまで説明してきたシリコンウエハ多点温度測定装置１０においては、測定用シリコンウエハ１８の表面温度を計測するために、圧電素子温度センサ１６とセンサーアンテナ１５とのペアが計測用シリコンウエハ１８に埋設されるものである。このため、圧電素子温度センサ１６とセンサーアンテナ１５とのペアは、加熱加工工程において測定用シリコンウエハ１８と同様に高温の雰囲気中に晒されることになるので、その構造は耐熱性を有する必要があるものである。
まず、圧電素子温度センサ１６としては、２つで１組の励振電極を圧電振動子の上下を挟むように設置する。そして、その上に加熱加工時の高温にも耐えられる、例えば導線として、銅や白金線でできたループアンテナをセンサーアンテナ１５として設置する。このとき、センサーアンテナ１５の電極を、圧電素子温度センサ１６の２つの励振電極に接続する。このように上下で重ね合わせた圧電素子温度センサ１６とセンサーアンテナ１５を、第１の実施の形態でも説明したように、耐熱性のあるシリコンで被覆されるようにするものである。
このような構成にすることにより、加熱加工工程においても、温度測定装置１１からの掃引信号波をセンサーアンテナ１５から圧電素子温度センサ１６へ送信することができ、また、圧電素子温度センサ１６から残響振動波をセンサーアンテナ１５が受信し、その残響振動波を温度測定装置１１へ送信して、測定用シリコンウエハ１８の温度計測が行われるものである。
【００３８】
図７（ａ）には、本発明で温度センサとして水晶片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は外付けされるセンサーアンテナであり、水晶振動子は、並列容量Ｃｏ、付加容量Ｃ１、モーショナルインピーダンスとなるリアクタンスＬ１、実効抵抗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７（ｂ）は、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。
【００３９】
図８は、温度センサの圧電振動子から発信される残響振動波の共振周波数と温度の関係について示した図である。
図８（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８（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。
【００４０】
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１１の記憶部に記憶しておく。そして、測定用シリコンウエハ１８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。
【００４１】
上記図８において説明したように、温度測定装置１１は、圧電振動子からの残響振動波の共振周波数を基にして測定用シリコンウエハ１８の温度を測定するものであるが、そのときの温度測定装置１１における温度測定の動作原理について図９において説明する。
先ず、温度測定装置１１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１１から送信された送信信号Ａは、小型送受信アンテナ１４又は単一の大型送受信アンテナ２０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１１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１１は受信期間Ｂの期間ｔ１の間、圧電素子温度センサ１６からの残響信号Ｃを検出するために待機する。そして、温度測定装置１１は、エコー検出信号Ｄが圧電素子温度センサ１６から発信された残響振動波である残響信号Ｃを検出したら、エコー検出信号Ｄの期間ｔ３が終了した直後から残響信号Ｃの計測を開始する。この残響信号Ｃを計測する期間としては、計測パルスＥの期間ｔ２の間である。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）をを計測する。そして、計測パルスＥが発信している期間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、計測した残響信号の発信周波数に基づいて温度を観測するものである。そして、演算Ｇをおこなう期間ｔ４が終了したタイミングで、温度センサ１６の受信期間Ｂも終了する。
なお、受信期間Ｂの間に圧電素子温度センサ１６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別の帯域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。
【００４２】
図１０は、第１、第２の実施の形態において温度測定を行うときに一台の温度測定装置１１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毎に階段状に変換していることを示している。
図示する掃引信号波は、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素子温度センサ１６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１８ハ上の各点の温度情報を取得する。
図１０では、温度測定装置１１から各チャンネルＣｈへ掃引信号波を送信する前の期間ｔ０、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。
なお、図１０では、第１、第２の実施の形態における掃引信号波の周波数変化について説明したが、単一の大型送受信アンテナ２０で全てのチャンネルＣｈを掃引する第３の実施の形態については、温度測定装置１１は、全てのチャンネルＣｈからの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。
【００４３】
図１１は、第１、第２の実施の形態において小型送受信アンテナ１４又は単一の大型送受信アンテナ２０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１１のブロック図を示した図である。この温度測定装置１１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。
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信受信アンテナ１４もしくは単一の大型送受信アンテナ２０へ送信する。
また、小型送信受信アンテナ１４もしく単一の大型送受信アンテナ２０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。
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、必要に応じて測定用シリコンウエハ１８の各部の温度を表示部８０へ表示するものである。
【００４４】
図１２は、第１、第２、第３の実施の形態において用いられる他の形式の温度測定装置１１のブロック図示したものである。
この図１２に示す温度測定装置１１は、上記図１１に示した温度測定装置１１と同様に小型送受信アンテナ１４又は単一の大型送受信アンテナ２０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１１に示す温度測定装置１１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。
【００４５】
この図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初手の周波数に変換すると共にパワーアップして。ＳＷ７５を介して小型送信受信アンテナ１４もしくは単一の大型送受信アンテナ２０へ送信する。
又、小型送信受信アンテナ１４若しくは単一の大型送受信アンテナ２０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とされている。
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。
【００４６】
図１３は、センサーアンテナ１５と小型送受信アンテナ１４又は単一の大型送受信アンテナ２０との間で信号の送受信が良好となる距離（Ｄ）を縦軸に、センサーアンテナ１５のインダクタンスを横軸に示している。
図示するように、センサーアンテナ１５と小型送受信アンテナ１４又は単一の大型送受信アンテナ２０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、センサーアンテナ１５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と振動素子の並列容量Ｃｏとの共振周波数が、圧電振動子の共振周波数（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。
【００４７】
なお、温度測定装置１１で測定した計測用シリコンウエハ１８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１１から直接、計測用シリコンウエハ１８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】
【００４８】
本発明のシリコンウエハ多点温度測定装置で測定されたシリコンウエハの加熱加工時の温度データは、制御用のコンピュータに取り込まれ、所定の演算処理を行ってシリコンウエハを加熱する加熱装置にフィードバックされ、このシリコンウエハで施される加熱加工工程が正確に行われるようにするために使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるシリコンウエハ多点温度測定装置の概略図を示した図である。
【図２】第２の実施の形態におけるシリコンウエハ多点温度測定装置の概略図を示した図である。
【図３】第３の実施の形態におけるシリコンウエハ多点温度測定装置の概略図を示した図である。
【図４】単芯耐熱ケーブルの構成の一例を示す図である。
【図５】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６】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７】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８】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９】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１０】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１１】第１の実施の形態、第２の実施の形態で用いられる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１２】第３の実施の形態で用いられる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１３】センサー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センサーアンテナのインダクタンスとの関係を示した図である。
【図１４】被測定物に対する多点の温度測定を行うための模式図である。
【図１５】半導体ウエハ基板の加熱方法と、温度測定装置の説明図である。
【符号の説明】
【００５０】
１（１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ）・ １６（１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅ，１６ｆ） 圧電素子温度センサ、２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ） ケーブル、３（Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３）・１１ 温度測定装置、４ 加熱装置、５ 加熱電源、６ シリコンウエハ、１０ シリコンウエハ多点温度測定装置、１２ インピーダンス整合器、１３ 多芯耐熱ケーブル、１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ） 小型送受信アンテナ、１５（１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆ） センサーアンテナ、１６（１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅ，１６ｆ）、１７・２３ 石英、１８ 計測用シリコンウエハ、１９ 単芯耐熱ケーブル、２０ 大型送受信アンテナ、２１ 特性インピーダンス、２２ ツイストコード、２５ 同軸ケーブル、２６ コネクタ、３０ チャンバー、３１ 支持台、３２・４５ 加熱ランプ、３３ ドア、３４・４２ ガス入口、３５・４３ ガス出口、３６ 反射板、４０ 石英ボート、４１ 石英反応管、４４ 均熱管、７０ 信号出力部、７１（７１ａ，７１ｂ） カウンタ、７２ Ｄ／Ａ変換器、７３ ＶＣＯ、７４ 送信部、７５ ＳＷ、７６ 受信部、７７ 検波部、７８ 計測パルス発信器、７９ ＲＡＭ、８０ 表示部、８１ 制御部、９０ 加熱制御装置、９１ 加熱手段、１００ 枚葉型熱処理装置、２００ バッチ型熱処理装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンウエハ加熱手段内の被加工シリコンウエハ設置位置に設置されるシリコンウエハ素材と、
前記シリコンウエハ素材の所定の位置にセンサーアンテナ部と共に装着された複数個の圧電振動子と、
前記センサーアンテナ部に電磁波を照射すると共に、前記圧電振動子の残響振動波を受信するための送受信アンテナと、
前記送受信アンテナを介して前記センサーアンテナ部に所定の掃引信号波を送信する送信部と、
前記センサーアンテナ部から発信された残響振動波の周波数を計測する計測部とを備え、
前記残響振動波の周波数に基づいて前記シリコンウエハ素材の表面温度を測定することを特徴とするシリコンウエハ多点温度測定装置。
【請求項２】
上記センサーアンテナ部は、上記圧電振動子の励振電極に対して並列に接続されているループアンテナによって構成されていることを特徴とする請求項１に記載のシリコンウエハ多点温度測定装置。
【請求項３】
上記センサーアンテナ部、及び圧電振動子は耐熱材によって被覆されることにより１組の温度センサとされ、上記シリコンウエハ素材の表面に全部、又は一部が埋設されていることを特徴とする請求項１に記載のシリコンウエハ多点温度測定装置。
【請求項４】
上記センサーアンテナ部に照射される掃引信号波は、所定の周波数でステップアップして上記圧電振動子の共振周波数が含まれる帯域を掃引するように構成したことを特徴とする請求項１に記載のシリコンウエハ多点温度測定装置。
【請求項５】
上記残響振動波の周波数は、上記計測部において周波数カウンタで計測されることを特徴とする請求項１に記載のシリコンウエハ多点温度測定装置。
【請求項６】
上記シリコンウエハ加熱手段は、枚葉型であることを特徴とする請求項１に記載のシリコンウエハ多点温度測定装置。
【請求項７】
上記シリコンウエハ加熱手段は、バッチ型とされていることを特徴とする請求項１に記載のシリコンウエハ多点温度測定装置。
【請求項８】
上記圧電振動子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１に記載のシリコンウエハ多点温度測定装置。
【請求項９】
上記圧電振動子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１に記載のシリコンウエハ多点温度測定装置。
【請求項１】
シリコンウエハ加熱手段内の被加工シリコンウエハ設置位置に設置されるシリコンウエハ素材と、
前記シリコンウエハ素材の所定の位置にセンサーアンテナ部と共に装着された複数個の圧電振動子と、
前記センサーアンテナ部に電磁波を照射すると共に、前記圧電振動子の残響振動波を受信するための送受信アンテナと、
前記送受信アンテナを介して前記センサーアンテナ部に所定の掃引信号波を送信する送信部と、
前記センサーアンテナ部から発信された残響振動波の周波数を計測する計測部とを備え、
前記残響振動波の周波数に基づいて前記シリコンウエハ素材の表面温度を測定することを特徴とするシリコンウエハ多点温度測定装置。
【請求項２】
上記センサーアンテナ部は、上記圧電振動子の励振電極に対して並列に接続されているループアンテナによって構成されていることを特徴とする請求項１に記載のシリコンウエハ多点温度測定装置。
【請求項３】
上記センサーアンテナ部、及び圧電振動子は耐熱材によって被覆されることにより１組の温度センサとされ、上記シリコンウエハ素材の表面に全部、又は一部が埋設されていることを特徴とする請求項１に記載のシリコンウエハ多点温度測定装置。
【請求項４】
上記センサーアンテナ部に照射される掃引信号波は、所定の周波数でステップアップして上記圧電振動子の共振周波数が含まれる帯域を掃引するように構成したことを特徴とする請求項１に記載のシリコンウエハ多点温度測定装置。
【請求項５】
上記残響振動波の周波数は、上記計測部において周波数カウンタで計測されることを特徴とする請求項１に記載のシリコンウエハ多点温度測定装置。
【請求項６】
上記シリコンウエハ加熱手段は、枚葉型であることを特徴とする請求項１に記載のシリコンウエハ多点温度測定装置。
【請求項７】
上記シリコンウエハ加熱手段は、バッチ型とされていることを特徴とする請求項１に記載のシリコンウエハ多点温度測定装置。
【請求項８】
上記圧電振動子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１に記載のシリコンウエハ多点温度測定装置。
【請求項９】
上記圧電振動子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１に記載のシリコンウエハ多点温度測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００９−２２９４２８（Ｐ２００９−２２９４２８Ａ）
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−７８７６５（Ｐ２００８−７８７６５）
【出願日】平成２０年３月２５日（２００８．３．２５）
【出願人】（０００２２０６６４）東京電波株式会社 (22)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２５日（２００８．３．２５）
【出願人】（０００２２０６６４）東京電波株式会社 (22)
【Ｆターム（参考）】
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