JP2007171046A - Wafer-type temperature sensor, temperature measuring apparatus using the same, heat treatment apparatus having temperature-measuring function, and temperature-measuring method - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a wafer-type temperature sensor, a temperature measurement device using the same, a heat treatment device having a temperature measurement function, and a temperature measurement method, for example, an apparatus and method for measuring the temperature of a heating plate for heating a wafer.
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。 In the photolithography process in the manufacture of semiconductor devices, heat treatment (pre-baking) after applying a resist solution to the surface of a semiconductor wafer (hereinafter referred to as “wafer”), or heat treatment (post-posting) after pattern exposure. Various heat treatments such as exposure baking) and cooling treatment performed after each heat treatment are performed by, for example, a heating / cooling apparatus in which the wafer is maintained at a predetermined temperature.
図13は、従来の加熱・冷却装置60の縦断面図であり、図14は図13の線A−Aに沿う横断面図である。
13 is a longitudinal sectional view of a conventional heating /
図13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。
In FIG. 13, a
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。
Also, below the
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。
On the other hand, the
また、図13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。
Further, as shown in FIG. 13, a
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から搬送される。搬送されたウェハは、搬送装置69により加熱板62上に搬送される。
In addition, a
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。
Using such a heating /
図15は、従来の温度測定装置の各種例を示す図である。図15(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、送信装置103とを設け、温度センサ101と送信装置103とをケーブル102で接続したものである。そして、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。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。
FIG. 15 is a diagram illustrating various examples of a conventional temperature measuring apparatus. The example shown in FIG. 15A is for temperature detection using a temperature measurement wafer K of the same material and shape as an actual wafer, and thermocouples distributed on the temperature measurement wafer K. A plurality of
特開2002−124457号公報(特許文献1)には、図15(B)に示すように、図15(A)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よりも離れ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を位置させた状態で、図14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。
However, it is difficult to carry by the
そこで、この発明の目的は、A/D変換器を不要にできて自動化に適し、耐熱性を高めてウェハ上面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ことである。 Therefore, an object of the present invention is to eliminate the need for an A / D converter, which is suitable for automation, can improve the heat resistance, and can measure the temperature distribution on the upper surface of the wafer, a temperature measuring device using the same, and a temperature measuring device. It is providing the heat processing apparatus and temperature measuring method which have a measurement function.
この発明は、ウェハ型温度センサであって、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た複数の温度センサとを備え、各温度センサは、電源電圧が与えられたことに応じて発振し、各領域に対応する温度に基づく発振周波数信号を出力する発振手段を備える。 The present invention is a wafer-type temperature sensor, and includes a wafer and a plurality of temperature sensors that are divided into a plurality of regions on the wafer upper surface, and each of the temperature sensors has a power supply voltage. Oscillating means that oscillates in response to being given and outputs an oscillation frequency signal based on the temperature corresponding to each region is provided.
このように、複数の発振手段のそれぞれに電源電圧を与えることにより、ウェハの各領域ごとに、温度に応じた周波数信号を発生することができるので、各周波数信号を受信することにより、ウェハの各領域の温度を測定できる。 Thus, by supplying a power supply voltage to each of the plurality of oscillation means, a frequency signal corresponding to the temperature can be generated for each region of the wafer. Therefore, by receiving each frequency signal, The temperature of each region can be measured.
発振手段は、具体的には温度変化に応じて特性が変化する温度依存性素子を含み、その温度依存性素子の特性変化に対応して周波数帯域における発振周波数を変化させる。 Specifically, the oscillating means includes a temperature-dependent element whose characteristic changes according to a temperature change, and changes the oscillation frequency in the frequency band in response to the characteristic change of the temperature-dependent element.
発振手段は、一実施形態では、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発振周波数信号を出力し、他の実施形態では、各領域ごとに同一の周波数帯域内で対応する領域の温度に基づく発振周波数信号を出力する。 In one embodiment, the oscillating means outputs an oscillation frequency signal based on the temperature of a corresponding region in a different frequency band for each region, and in another embodiment, the oscillating means corresponds to each region in the same frequency band. Outputs an oscillation frequency signal based on the temperature of the region.
この発明の他の局面は、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、電源電圧が与えられたことに応じて発振し、各領域に対応する温度に基づく発振周波数信号を出力する発振手段とを含むウェハ型温度センサと、電源電圧を発振手段に供給する電源供給手段と、複数の発振手段で発振された発振周波数信号に基づいて、ウェハにおけるそれぞれの領域の温度を判別する判別手段と、発振手段で発振された発振周波数信号を判別手段に出力する通信手段とを備える。 In another aspect of the present invention, the wafer and the upper surface of the wafer are divided into a plurality of regions, arranged in each of the divided regions, and oscillates when a power supply voltage is applied, to a temperature corresponding to each region. A wafer type temperature sensor including an oscillation means for outputting an oscillation frequency signal based on the power supply means for supplying a power supply voltage to the oscillation means, and an oscillation frequency signal oscillated by a plurality of oscillation means. A discriminating unit that discriminates the temperature of the region; and a communication unit that outputs an oscillation frequency signal oscillated by the oscillating unit to the discriminating unit.
一実施形態では、複数の発振手段は、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発振周波数信号を出力し、判別手段は、複数の発振手段で発振された発振周波数信号に基づいて、その発振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、その発振周波数信号に基づいてその領域の温度を判別し、通信手段は、無線で周波数帯域における発振周波数信号を判別手段に出力する。無線で発振手段からの発振周波数信号を判別手段に送信することで自動搬送が可能になる。 In one embodiment, the plurality of oscillating means outputs an oscillation frequency signal based on the temperature of the corresponding region in a different frequency band for each region, and the determining means is an oscillation frequency signal oscillated by the plurality of oscillating means. And determining the frequency band in which the oscillation frequency signal is included, identifying the region of the wafer corresponding to the frequency band, determining the temperature of the region based on the oscillation frequency signal, and the communication means The oscillation frequency signal in the frequency band is output wirelessly to the discrimination means. Automatic conveyance is possible by wirelessly transmitting an oscillation frequency signal from the oscillation means to the discrimination means.
他の実施形態では、複数の発振手段は、領域ごとに同じ周波数帯域内で対応する領域の温度に基づく発振周波数信号を出力し、通信手段は、有線で周波数帯域における発振周波数信号を判別手段に出力する。有線で発振手段からの発振周波数信号を判別手段に送信することにより、ウェハの予め定める領域を特定できるので各領域ごとに周波数帯域を分ける必要がなくなる。 In another embodiment, the plurality of oscillating means outputs an oscillating frequency signal based on the temperature of the corresponding area within the same frequency band for each area, and the communication means uses the oscillating frequency signal in the frequency band as a determination means. Output. By transmitting the oscillation frequency signal from the oscillating means to the determining means by wire, the predetermined area of the wafer can be specified, so that it is not necessary to divide the frequency band for each area.
無線で通信する実施形態の温度測定装置では、電源供給手段は、電源電圧をマイクロ波信号として発生し、通信手段は、ウェハ型温度センサと空間を隔てて設けられる通信アンテナと、通信アンテナを介して電源供給手段で発生されたマイクロ波信号を送信する送信手段と、通信アンテナを介して発振手段で発振された周波数帯域における発振周波数信号を受信する受信手段とを含む。 In the temperature measurement device according to the embodiment that communicates wirelessly, the power supply means generates a power supply voltage as a microwave signal, and the communication means includes a communication antenna provided at a distance from the wafer-type temperature sensor, and a communication antenna. Transmitting means for transmitting the microwave signal generated by the power supply means, and receiving means for receiving the oscillation frequency signal in the frequency band oscillated by the oscillating means via the communication antenna.
また、ウェハ型温度センサは、発振手段の出力に接続され、発振周波数信号を送信する送信手段と、送信手段に接続され、送信された発振周波数信号を無線で放射する素子アンテナとを含む。 The wafer-type temperature sensor includes a transmission unit that is connected to the output of the oscillation unit and transmits an oscillation frequency signal, and an element antenna that is connected to the transmission unit and radiates the transmitted oscillation frequency signal wirelessly.
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、電源電圧が与えられたことに応じて発振し、各領域に対応する温度に基づく発振周波数信号を出力する発振手段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の発振手段から無線で送信される周波数信号を捕らえる通信アンテナとを備える。 Still another aspect of the present invention is a heat treatment apparatus having a temperature measurement function, in which a casing surrounded entirely, a stage for heating or cooling a wafer in the casing, and a wafer upper surface divided into a plurality of regions A wafer type temperature sensor including an oscillating means disposed in each divided area, oscillating in response to application of a power supply voltage, and outputting an oscillation frequency signal based on a temperature corresponding to each area; And a communication antenna that captures a frequency signal transmitted wirelessly from the oscillation means of the wafer type temperature sensor.
ステージは、具体的には、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移動しながら冷却する冷却板とを含み、通信アンテナは、筐体内の加熱板と、冷却板との間の筐体の天井に配置される。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。 Specifically, the stage includes a heating plate that heats the wafer and a cooling plate that cools the wafer that has been heat-treated by the heating plate while moving, and the communication antenna includes a heating plate and a cooling plate in the housing. It is arrange | positioned on the ceiling of the housing | casing between. Temperature measurement even when the wafer-type temperature sensor is placed on the heating plate and moved from the heating plate to the cooling plate by placing the antenna on the ceiling of the housing between the heating plate and the cooling plate Is possible.
ステージは、具体的には、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、さらに、加熱板を覆う開閉可能なカバー部材を含み、通信アンテナは、冷却板の上方に設けられ、さらにカバー部材内に配置される補助アンテナを含む。 Specifically, the stage includes a heating plate that heats the wafer, a cooling plate that cools the wafer heat-treated by the heating plate, and further includes an openable / closable cover member that covers the heating plate, and a communication antenna. Includes an auxiliary antenna provided above the cooling plate and disposed in the cover member.
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発振手段が配置され、電源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発振する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マイクロ波を電源として送信し、ウェハ型温度センサの発振手段から発振されるいずれかの周波数帯域内の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。 Still another aspect of the present invention is a temperature measurement method for measuring the temperature of a wafer in a heat treatment apparatus having a stage for mounting and heating or cooling the wafer, and the upper surface of the wafer is divided into a plurality of regions. A wafer type temperature sensor that oscillates a frequency signal based on the temperature of the corresponding region in a different frequency band for each region in response to the fact that the oscillation means is arranged in each divided region and power is input. One of the frequency bands transmitted from the wafer type temperature sensor and oscillated from the oscillation means of the wafer type temperature sensor by transmitting the microwave to the wafer type temperature sensor as a power source The process of receiving the frequency signal in the signal and the frequency band containing the frequency signal based on the received frequency signal are identified to identify the region of the wafer. Its comprising a step of determining the temperature of the region based on the frequency signal, and a step of conveying fetches the wafer-type temperature sensor from the stage.
この発明によれば、ウェハ上の複数の領域に配置された発振手段で発振された発振周波数信号に基づいて温度を判別することにより、発振手段をA/D変換器として機能させることができるので、A/D変換器を不要にして自動化に適し、耐熱性を高めてウェハの温度分布を測定できる。 According to the present invention, since the temperature is determined based on the oscillation frequency signal oscillated by the oscillating means arranged in a plurality of regions on the wafer, the oscillating means can function as an A / D converter. The A / D converter is not required, which is suitable for automation, can improve the heat resistance, and can measure the temperature distribution of the wafer.
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発振回路を示す回路図である。 FIG. 1 is an external perspective view showing a wafer type temperature sensor according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a circuit diagram showing an oscillation circuit constituting the wafer type temperature sensor shown in FIG.
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11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。
In FIG. 1, a wafer
より好ましくは、温度センサ2a,2b…は、発振手段としての発振回路2によって構成されている。発振回路2はオペアンプ21を含み、オペアンプ21の反転入力端(−)と接地間にコンデンサC1が接続され、反転入力端と出力端との間に抵抗Rsが接続され、正転入力端(+)と接地間に抵抗R1が接続され、正転入力端と出力端との間に抵抗R2が接続されて構成されている。抵抗Rsは、温度に応じて抵抗値が変化する温度依存性を有する素子である。なお、コンデンサC1とオペアンプ21も温度依存性を有している。発振回路2の発振周波数f0は、コンデンサC1と、抵抗Rsの定数で規定され、f0≒1/(2・C1・Rs)で示される。
More preferably, the
発振回路2の出力には送受信回路22が接続され、送受信回路22には素子アンテナ23が接続されている。送受信回路22は素子アンテナ23を介して後述の図4に示すロガー12から送信されるマイクロ波信号を受信し、電源電圧に変換してオペアンプ21に供給するとともに、発振回路2の発振周波数信号をロガー12に送信する。なお、発振回路2に電源電圧を共有するためにロガー12からマイクロ波を送信することなく、電池をウェハ型温度センサ10に内蔵して、この電池から電源電圧を各発振回路2に供給するようにしてもよい。
A transmission /
図3は、図2に示した発振回路2の温度特性を示す図である。図3において、縦軸は発振周波数f0を示しており、横軸は温度を示している。図2に示した発振回路2のコンデンサC1の容量を10pFとし、抵抗Rsの抵抗値を500Ωとし、温度依存性を示すTcr=0.3%/℃とする。例えば、温度が0℃では抵抗Rsの抵抗値は500Ωであり、発振回路2は、図3に示すように30MHzの発振周波数f0で発振動作している。
FIG. 3 is a diagram showing temperature characteristics of the
温度の上昇に伴って抵抗Rsの抵抗値が次第に大きくなり、発振回路2の発振周波数f0が低下する。例えば温度が250℃まで上昇すると、抵抗Rsの抵抗値が1047Ωまで上昇し、発振回路2の発振周波数f0が14.3MHzまで低下する。この例では、温度が0.05℃変化したときに1secに発振周波数f0の変化は4kHz〜2kHzになる。従来例では150℃で0.1℃の精度でしか温度変化を検出できなかったのに対して、この実施形態では、250℃で0.05℃の精度で温度変化を測定できるので、測定精度を高めることができる。
As the temperature rises, the resistance value of the resistor Rs gradually increases, and the oscillation frequency f 0 of the
したがって、周波数帯域幅225MHz、ゲート間隔1secで10桁から12桁の分解能を有するカウンタ装置を用いれば、発振回路2の発振周波数f0に基づいて、ウェハ型温度センサ10の温度の測定が可能になる。発振回路2は温度に応じて発振周波数f0が変化したパルス信号を出力できるため、A/D変換器の機能を有していることになるので、A/D変換器を内蔵する必要がなくなり、250℃以上の高温であっても精度よく温度の測定が可能になる。
Therefore, if a counter device having a frequency bandwidth of 225 MHz, a gate interval of 1 sec and a resolution of 10 to 12 digits is used, the temperature of the
また、発振回路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。
Further, the
このように構成された発振回路2によりウェハ型温度センサ10の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上の予め定める領域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、予め定める領域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〜f2の周波数帯域が検出されれば、ウェハ型温度センサ10における予め定める領域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における予め定める領域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。
A method for measuring the temperature of the wafer-
図4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例を示す図であり、図5は図4に示したロガー12の具体的なブロック図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example of measuring the temperature by arranging the wafer
図4において、加熱・冷却装置60aは、図11および図12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11で説明した加熱板62が配置されており、加熱板62には加熱板温度センサ62aが内蔵されている。なお、冷却板61は図示を省略している。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から所定の周波数帯域幅を有する高周波信号を筐体60b内に送信し、発振回路2で発振された発振周波数信号を受信してロガー12に与える。ロガー12は受信した発振周波数信号に基づいてウェハ型温度センサ10の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、加熱板温度センサ62aで検出された温度に基づいて加熱板62に内蔵されているヒータ(図示せず)を制御する。
In FIG. 4, the heating /
次に、図5を参照して、ロガー12の構成と動作について説明する。図4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、マイクロ波の送信時には送信手段としての送信回路123側に切換えられ、発振回路2からの発振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。送信回路123には、マイクロ波発生回路125からマイクロ波信号が与えられている。
Next, the configuration and operation of the
受信回路124は、アンテナ11を介して発振回路2から出力された発振周波数信号を受信し、その発振周波数に対応した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4に示したコンピュータ13に与える。
The
図6は、この発明の一実施形態のウェハ温度センサ10に含まれる発振回路の他の例を示す回路図である。図2に示した発振回路2はオペアンプ21を用いたのに対して、図6に示した発振回路2cはコルピッツ発振回路で構成したものである。すなわち、トランジスタTrのベースと接地間にはコンデンサC2が接続されており、トランジスタTrのベースとコレクタとの間にはコイルL1が接続されており、コレクタと接地間にはコンデンサC3が接続されている。トランジスタTrのエミッタは接地され、トランジスタTrのコレクタには、図2で説明した送受信回路22が接続されており、送受信回路22には通信アンテナ23が接続されている。
FIG. 6 is a circuit diagram showing another example of the oscillation circuit included in the
図6に示した発振回路2cにおいて、コイルL1は、温度に応じてインダクタンスが変化する温度依存性を有しており、トランジスタTrも温度に応じて電流増幅率が変化する温度依存性を有している。送受信回路22は、素子アンテナ23を介してロガー12からマイクロ波を受信し、電源電圧に変換して発振回路2cに与える。発振回路2cは電源電圧が与えられると自励発振し、その発振周波数信号が送受信回路22から素子アンテナ23を介してロガー12に送信される。コイルL1とトランジスタTrは温度依存性を有しているので、温度に対応して発振周波数が変化する。したがって、この発振回路2cを図1に示したウェハ型温度センサ10の各領域X,Y…の温度センサ2a,2bとして埋め込んでおけば、ウェハ型温度センサ10における各部の温度の測定が可能になる。
In the oscillation circuit 2c shown in FIG. 6, the coil L1 has a temperature dependency in which the inductance changes depending on the temperature, and the transistor Tr also has a temperature dependency in which the current amplification factor changes in accordance with the temperature. ing. The transmission /
図7は、この発明の一実施形態のウェハ型温度センサに含まれる発振回路のさらに他の例を示す回路図である。この図7に示した発振回路2dは、リングオシレータにより発振回路を構成したものである。発振回路2dは、3個のインバータINV1〜INV3が直列接続され、インバータINV3の出力端がインバータINV1の入力端に接続され、インバータINV2の入力端と接地間にコンデンサC4が接続され、インバータINV3の入力端と接地間にコンデンサC5が接続されて構成されている。
FIG. 7 is a circuit diagram showing still another example of the oscillation circuit included in the wafer type temperature sensor according to the embodiment of the present invention. The
インバータINV1〜INV3はMOSトランジスタによって構成されており、電流駆動能力が温度依存性を有しているので、温度により充放電電流が変化する。このため、駆動電流が発振周波数に依存する。送受信回路22にインバータINV3の出力を与えることで、発振周波数信号を素子アンテナ23を介してロガー12に出力することができる。
The inverters INV1 to INV3 are composed of MOS transistors, and the current drive capability has temperature dependence, so that the charge / discharge current changes depending on the temperature. For this reason, the drive current depends on the oscillation frequency. By giving the output of the inverter INV3 to the transmission /
送受信回路22は、素子アンテナ23を介してロガー12からマイクロ波を受信し、電源電圧に変換して発振回路2dに与える。発振回路2dは自励発振し、その発振周波数信号が送受信回路22から素子アンテナ23を介してロガー12に送信される。インバータINV1〜INV3は、温度依存性を有しているので、温度に対応して発振周波数が変化する。したがって、この発振回路2cを図1に示したウェハ型温度センサ10の各領域X,Y…の温度センサ2a,2bとして埋め込んでおけば、ウェハ型温度センサ10における各部の温度の測定が可能になる。
The transmission /
なお、発振回路として、図6に示したコルピッツ型発振回路や図7に示したリングオシレータ型発振回路に限ることなく、ハートレイ型発振回路やその他の温度に応じて発振周波数が変化する発振回路を用いてもよい。 The oscillation circuit is not limited to the Colpitts oscillation circuit shown in FIG. 6 or the ring oscillator oscillation circuit shown in FIG. 7, but is an Hartley oscillation circuit or other oscillation circuit whose oscillation frequency changes according to temperature. It may be used.
図8は、ウェハ型温度センサ10の温度センサ2a,2bとロガー16とを有線で接続した実施形態を示す図である。ウェハ型温度センサ10の各温度センサ2a,2b…の発振出力と、ロガー16はケーブル18によって接続されており、各温度センサ2a,2b…の電源入力端と電源回路17とがケーブル19によって接続されている。ロガー16は、図5に示したロガー12のアンテナ11,切換回路121,送信回路123,受信回路124およびマイクロ波発生回路125を除きサンプリング回路126に直接ケーブル17を介して発振周波数信号が入力される。
FIG. 8 is a diagram showing an embodiment in which the
この図8に示した実施形態では、各温度センサ2a,2b…の発振周波数信号を直接サンプリングできるので、ウェハ型温度センサ10上の各領域を判別する必要がない。このため、各温度センサ2a,2b…の発振周波数は、同一の周波数帯域内の周波数に選べばよい。
In the embodiment shown in FIG. 8, since the oscillation frequency signals of the
図9(A)〜(C)は、この発明の一実施形態における温度測定装置によって加熱板62と冷却板61の温度を測定する方法を説明するための図である。図9(A)において、筐体60b内には、図11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11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。
FIGS. 9A to 9C are views for explaining a method of measuring the temperature of the
筐体60bの冷却板61と加熱板62との間の天井部には、図4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4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。
The
次に、図9(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11で説明した搬送アームにより、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11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、位置がアライメントされる。その後、図9(A)に示すように、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4で説明したように、アンテナ11からマイクロ波信号が放射され、ウェハ型温度センサ10上の発振回路に電源が供給され、発振周波数信号が放射されてアンテナ11によって捕えられる。加熱処理が終了すると、図9(B)に示すように、再びチャンバーカバー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。
Next, a temperature measurement method will be described with reference to FIGS. First, the wafer-
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にはマイクロ波信号が放射されており、ウェハ型温度センサ10の各温度に応じた発振周波数信号がアンテナ11によって捕らえられる。さらに、図9(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からマイクロ波を送信することができるので、ウェハ型温度センサ10の各温度に応じた発振周波数信号がアンテナ11によって捕らえられる。したがって、ウェハ型温度センサ10によって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が排出される。
Even during the conveyance, a microwave signal is radiated from the
このように図9(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によりマイクロ波信号の送信および発振周波数信号の受信が可能になるので、ウェハ型温度センサ10によって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。
As described above, in the example shown in FIGS. 9A to 9C, the microwave signal can be transmitted and the oscillation frequency signal can be received by the
図10(A)〜(C)は、この発明の一実施形態におけ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。 FIGS. 10A to 10C are views for explaining another example in which the temperature of the heating plate and the cooling plate is measured by the temperature measuring device according to one embodiment of the present invention.
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10(A)に示すように、補助アンテナ15からマイクロ波信号が放射されて、ウェハ型温度センサ10に電源が供給され、測定された各領域の温度に応じた周波数信号が補助アンテナ15によって捕らえられる。
In this example, the
加熱処理が終了すると、図10(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、マイクロ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にマイクロ波信号が放射されるので、ウェハ型温度センサ10から発振周波数信号がアンテナ11によって捕らえられる。図10(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からマイクロ波信号が送信され、ウェハ型温度センサ10から各温度に応じた発振周波数信号が出力される。
When the heat treatment is completed, as shown in FIG. 10B, the
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4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。
In this example, the
このように図10(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。
10A to 10C, transmission / reception is performed via the
図11(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。 FIGS. 11A to 11C are views for explaining still another example in which the temperature of the heating plate and the cooling plate is measured by the temperature measuring device having the temperature measuring function of one embodiment of the present invention.
前述の図8および図9に示した例は、図14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11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9と同じである。
In the example shown in FIG. 8 and FIG. 9, the cooling
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11(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。
First, the
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11(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。
Even during the conveyance, a high frequency signal having a predetermined bandwidth is radiated from the
図12(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。 FIGS. 12A to 12C are views for explaining still another example in which the temperature of the heating plate and the cooling plate is measured by the temperature measuring device having the temperature measuring function of one embodiment of the present invention.
この例は、図10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9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10と同じであるため、説明を省略する。
In this example, the
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。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described with reference to drawings, this invention is not limited to the thing of embodiment shown in figure. Various modifications and variations can be made to the illustrated embodiment within the same range or equivalent range as the present invention.
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は、加熱・冷却装置における冷却板や加加熱板の表面温度を測定するのに利用される。 The wafer-type temperature sensor of the present invention, a temperature measuring device using the same, a heat treatment device having a temperature measuring function, and a temperature measuring method are used for measuring the surface temperature of a cooling plate or a heating plate in a heating / cooling device. The
1 ウェハ、2,2c,2d 発振回路、2a,2b 温度センサ、10 ウェハ型温度センサ、11 アンテナ、12,16 ロガー、13 コンピュータ、14 コントローラ、15 補助アンテナ、17 電源回路、18,19 ケーブル、21 オペアンプ、22 送受信回路、23 素子アンテナ、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 送信回路、124 受信回路、125 マイクロ波発生回路、126 サンプリング回路、127 記憶回路、128 出力端子、129 表示器、R1,R2,Rs 抵抗、C1〜C5 コンデンサ、L1 コイル、Tr トランジスタ、INV1〜INV3 インバータ。 1 Wafer, 2, 2c, 2d Oscillator, 2a, 2b Temperature sensor, 10 Wafer type temperature sensor, 11 Antenna, 12, 16 Logger, 13 Computer, 14 Controller, 15 Auxiliary antenna, 17 Power supply circuit, 18, 19 Cable, 21 operational amplifier, 22 transmission / reception circuit, 23 element antenna, 60a heating / cooling device, 60b, 60c housing, 61, 63 cooling plate, 62 heating plate, 62a heating plate temperature sensor, 71 chamber cover, 121 switching circuit, 122 control circuit , 123 transmitter circuit, 124 receiver circuit, 125 microwave generator circuit, 126 sampling circuit, 127 memory circuit, 128 output terminal, 129 display, R1, R2, Rs resistor, C1-C5 capacitor, L1 coil, Tr transistor, INV1 ~ INV3 Converter.
Claims (13)
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、電源電圧が与えられたことに応じて発振し、各領域に対応する温度に基づく発振周波数信号を出力する発振手段を備える、ウェハ型温度センサ。 A wafer,
The wafer upper surface is divided into a plurality of regions, and a plurality of temperature sensors arranged in each divided region,
Each of the temperature sensors includes a oscillating unit that oscillates in response to application of a power supply voltage and outputs an oscillation frequency signal based on a temperature corresponding to each region.
前記電源電圧を前記発振手段に供給する電源供給手段と、
前記複数の発振手段で発振された発振周波数信号に基づいて、前記ウェハにおけるそれぞれの領域の温度を判別する判別手段と、
前記発振手段で発振された発振周波数信号を前記判別手段に出力する通信手段とを備える、温度測定装置。 The wafer and the wafer upper surface are divided into a plurality of regions, arranged in each of the divided regions, oscillates when a power supply voltage is applied, and outputs an oscillation frequency signal based on the temperature corresponding to each region. A wafer type temperature sensor including an oscillation means;
Power supply means for supplying the power supply voltage to the oscillation means;
Discriminating means for discriminating the temperature of each region in the wafer based on the oscillation frequency signal oscillated by the plurality of oscillating means;
A temperature measurement apparatus comprising: communication means for outputting an oscillation frequency signal oscillated by the oscillation means to the discrimination means.
前記判別手段は、前記複数の発振手段で発振された発振周波数信号に基づいて、その発振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、その発振周波数信号に基づいてその領域の温度を判別し、
前記通信手段は、無線で前記周波数帯域における発振周波数信号を前記判別手段に出力する、請求項5に記載の温度測定装置。 The plurality of oscillating means outputs an oscillation frequency signal based on the temperature of a corresponding region in a different frequency band for each region,
The discriminating unit discriminates a frequency band including the oscillation frequency signal based on the oscillation frequency signal oscillated by the plurality of oscillation units, specifies a region of the wafer corresponding to the frequency band, and Determine the temperature of the region based on the oscillation frequency signal,
The temperature measuring device according to claim 5, wherein the communication unit wirelessly outputs an oscillation frequency signal in the frequency band to the determination unit.
前記通信手段は、
前記ウェハ型温度センサと空間を隔てて設けられる通信アンテナと、
前記通信アンテナを介して前記電源供給手段で発生されたマイクロ波信号を送信する送信手段と、
前記通信アンテナを介して前記発振手段で発振された前記周波数帯域における発振周波数信号を受信する受信手段とを含む、請求項6に記載の温度測定装置。 The power supply means generates the power supply voltage as a microwave signal,
The communication means includes
A communication antenna provided at a distance from the wafer-type temperature sensor;
Transmitting means for transmitting a microwave signal generated by the power supply means via the communication antenna;
The temperature measuring apparatus according to claim 6, further comprising: a receiving unit that receives an oscillation frequency signal in the frequency band oscillated by the oscillating unit via the communication antenna.
前記発振手段の出力に接続され、前記発振周波数信号を送信する送信手段と、
前記送信手段に接続され、前記送信された発振周波数信号を無線で放射する素子アンテナとを含む、請求項7に記載の温度測定装置。 The wafer-type temperature sensor is
Transmitting means connected to the output of the oscillating means for transmitting the oscillation frequency signal;
The temperature measuring device according to claim 7, further comprising: an element antenna connected to the transmitting unit and radiating the transmitted oscillation frequency signal wirelessly.
前記通信手段は、有線で前記周波数帯域における発振周波数信号を前記判別手段に出力する、請求項5に記載の温度測定装置。 The plurality of oscillating means outputs an oscillation frequency signal based on the temperature at a corresponding position in the same frequency band for each region,
The temperature measuring device according to claim 5, wherein the communication unit outputs an oscillation frequency signal in the frequency band in a wired manner to the determination unit.
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、電源電圧が与えられたことに応じて発振し、各領域に対応する温度に基づく発振周波数信号を出力する発振手段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の前記発振手段から無線で送信される周波数信号を捕らえる通信アンテナとを備える、温度測定機能を有する熱処理装置。 A heat treatment apparatus having a temperature measurement function,
A casing surrounded by the entire circumference,
A stage for heating or cooling the wafer in the housing;
An oscillation means for dividing the upper surface of the wafer into a plurality of areas, arranged in each of the divided areas, oscillating when a power supply voltage is applied, and outputting an oscillation frequency signal based on a temperature corresponding to each area is included. A wafer-type temperature sensor;
A heat treatment apparatus having a temperature measurement function, comprising: a communication antenna disposed in the housing and capturing a frequency signal transmitted wirelessly from the oscillation means of the wafer type temperature sensor.
前記通信アンテナは、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10に記載の温度測定機能を有する熱処理装置。 The stage includes a heating plate that heat-treats the wafer, and a cooling plate that cools the wafer heat-treated by the heating plate,
The heat treatment apparatus having a temperature measurement function according to claim 10, wherein the communication antenna is disposed on a ceiling of the casing between the heating plate and the cooling plate in the casing.
さらに、前記加熱板を覆う開閉可能なカバー部材を含み、
前記通信アンテナは、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10に記載の温度測定機能を有する熱処理装置。 The stage includes a heating plate that heat-treats the wafer, and a cooling plate that cools the wafer heat-treated by the heating plate,
Furthermore, including a cover member that can be opened and closed to cover the heating plate,
The heat treatment apparatus having a temperature measurement function according to claim 10, wherein the communication antenna includes an auxiliary antenna provided above the cooling plate and disposed in the cover member.
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発振手段が配置され、電源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発振する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マイクロ波を電源として送信し、前記ウェハ型温度センサの発振手段から発振されるいずれかの周波数帯域内の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。 In a heat treatment apparatus equipped with a stage for placing and heating or cooling a wafer, a temperature measurement method for measuring the temperature of the wafer,
The upper surface of the wafer is divided into a plurality of regions, and oscillation means is arranged in each of the divided regions, and based on the temperature of the corresponding region in a different frequency band for each region according to the input of power. Transporting and positioning a wafer-type temperature sensor that oscillates a frequency signal on the stage;
Heating or cooling the stage;
Transmitting microwaves to the wafer type temperature sensor as a power source and receiving a frequency signal in any frequency band oscillated from the oscillation means of the wafer type temperature sensor;
Determining a region of the wafer based on the received frequency signal to determine a frequency band including the frequency signal, and determining a temperature of the region based on the frequency signal;
And a step of taking out and transporting the wafer-type temperature sensor from the stage.
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