JP2017146161A - 熱板の温度測定装置及び熱板の温度測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被処理基板を載置して加熱する熱板に、基板本体に複数の温度センサを設けてなる温度測定用基板を載置したときに、各温度センサにより精度の高い温度の時間推移データを取得すること。【解決手段】前記温度測定用基板と、前記温度センサ毎に、前記温度測定用基板を熱板に載置した後における複数の時間帯に応じて補正パラメータを記憶する記憶部と、前記測定用基板を前記熱板に載置した後に所定の時間間隔でサンプリングした各温度検出値を、前記記憶部に記憶されている前記温度センサ及び前記時間帯に対応する補正パラメータにより補正して温度の時間推移データを取得するデータ処理部と、を備える装置を構成する。補正パラメータは、複数の温度センサを用いて事前に取得した標準温度推移データと当該複数の温度センサの各々の温度推移データとに基づいて予め求めておく。【選択図】図３

Description

本発明は、被処理基板を載置して加熱するための熱板の温度を測定する温度測定装置及び温度測定方法に関する。

半導体製造プロセスのフォトリソグラフィ工程においては、被処理基板である半導体ウエハ（以下、ウエハという）を熱板に載置して加熱処理することが行われている。この加熱処理としては、ウエハに形成したレジスト膜を所定のパターンに沿って露光した後、現像する前に行う加熱処理（ＰＥＢ：ポストエクスポージャベーク）がある。フォトリソグラフィ工程にてウエハに形成されるレジストパターンの形状は種々の要因に左右され、この要因の一つとしては、ＰＥＢにおけるウエハの温度が挙げられる。また、ＰＥＢにおいては、ウエハの面内各部における処理の均一性が求められる。

そこで、上記の熱板の検査時や調整時においては、特許文献１、２に示されるような基板本体と、当該基板本体に設けられた複数の温度センサとを備える温度測定用ウエハを熱板に載置し、各温度センサによって測定される基板本体の温度の時間推移データを取得することが行われる。この基板本体の温度は熱板の温度に対応するので、取得した温度の時間推移データに基づいて熱板の検査及び調整を行うことができる。さらに温度測定用ウエハの構成について述べると、上記の各温度センサの出力信号は、例えば基板本体に形成されたパターンやワイヤなどの導体を介して、当該温度測定用ウエハに接続される測定ユニットに取り込まれて温度に換算される。それによって、上記の温度の時間推移データが作成される。

特開平９−１８９６１３ 特開２００３−７７８１６

上記の温度測定用ウエハについては、使用される前に校正（目盛り付け）が行われる。この校正は一般的な温度計の校正と同様に、例えば雰囲気が撹拌されて均熱空間とされる恒温槽の内部に校正対象の計器である温度測定用ウエハを収納し、この温度測定用ウエハの各温度センサによって測定された温度を、標準計器である標準温度計が示す測定温度（標準温度）と比較することで為されている。

しかし計器の校正は、校正対象の計器が示す測定値と標準計器が示す測定値（標準値）との関係を特定の条件下で確定し、標準値に対する校正対象の計器の測定値の偏差を正すことが目的であり、必ずしも校正が行われた条件と異なる条件下で校正対象の計器が使用される場合の精度を保証するものでは無い。つまり温度測定用ウエハが使用される環境は、通常は校正が行われる環境と異なっており、例えば上記の均熱空間が形成される環境では無く、温度勾配が存在する環境で使用される。

そのように温度測定用ウエハが使用される環境が校正が行われた環境と異なる場合、温度センサによって測定される温度と、熱板の温度との間に測定誤差が生じてしまう場合が有る。そしてこのような測定誤差は、基板本体表面と各温度センサ間に各々存在する熱抵抗の差や、各温度センサに接続されるワイヤを介した放熱の差や、温度センサの形状の個体差などの各種の要因によって、温度センサ毎に異なったものとなる。

レジストパターンのさらなる微細化が求められる昨今では、上記のＰＥＢなどのウエハの加熱処理において、処理開始から処理終了までにおけるウエハの面内各部の温度を高精度に制御することが求められている。そのような制御を行うために、上記の測定誤差を抑え、各温度センサによって取得される温度の時間推移データの精度を高くすることが求められている。特許文献１では、温度測定用ウエハを構成する基板本体に搭載する構造物を極力少なくし、且つウエハと構造物との密着性を高めることによって、測定誤差の低減を図ることについて記載されているが、上記の各種の要因による測定誤差を除去するには不十分である。また、特許文献２では温度センサによる測定値が安定化した後の測定誤差を除去する手法について示されているが、安定化する前の測定誤差を除去する方法については示されていない。

本発明はこのような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、被処理基板を載置して加熱する熱板に、基板本体に複数の温度センサを設けてなる温度測定用基板を載置したときに、各温度センサにより精度の高い温度の時間推移データを取得することができる技術を提供することである。

本発明の熱板の温度測定装置は、被処理基板を載置して加熱するための熱板の温度を測定する温度測定装置において、
基板本体に複数の温度センサを設けてなる温度測定用基板と、
前記温度センサ毎に、前記温度測定用基板を前記熱板に載置した後における複数の時間帯に応じて補正パラメータを記憶する記憶部と、
前記測定用基板を前記熱板に載置した後において所定の時間間隔でサンプリングした各温度検出値を、前記記憶部に記憶されている前記温度センサ及び前記時間帯に対応する補正パラメータにより補正して温度の時間推移データを取得するデータ処理部と、を備え、
前記補正パラメータは、前記複数の温度センサを用いて事前に取得した標準温度推移データと当該複数の温度センサの各々の温度推移データとに基づいて予め求められたものであることを特徴とする。

本発明の熱板の温度測定方法は、被処理基板を載置して加熱するための熱板の温度を測定する温度測定方法において、
基板本体に複数の温度センサを設けてなる温度測定用基板を前記熱板に載置する工程と、
前記複数の温度センサを用いて取得した標準温度推移データと当該複数の温度センサの各々の温度推移データとに基づいて、前記温度センサ毎に、前記温度測定用基板を前記熱板に載置した後における複数の時間帯に応じた補正パラメータを取得する工程と、
前記温度測定用基板を前記熱板に載置した後において、所定の時間間隔でサンプリングした各温度検出値を、前記温度センサ及び前記時間帯に対応する前記補正パラメータにより補正して、温度の時間推移データを取得する工程と、
を含むことを特徴とする。

本発明によれば、複数の温度センサを備える温度測定用基板を熱板に載置した後、所定の時間間隔でサンプリングした各温度検出値を、温度センサ及び温度測定用基板を熱板に載置後の複数の時間帯に対応する補正パラメータを用いて補正して温度の時間推移データを取得する。この補正パラメータは、上記の複数の温度センサを用いて事前に取得した標準温度推移データと温度センサの各々の温度推移データとに基づいて算出されたものである。このような構成によって、取得される温度の時間推移データの精度を高くすることができる。

加熱モジュールを構成する熱板の縦断側面図である。 前記熱板の温度を測定するための温度測定装置の構成図である。 前記温度測定装置を構成する測定ユニットに設けられるメモリの概略図である。 前記熱板に前記温度測定装置を構成する温度測定ウエハを載置した状態を示す説明図である。 前記熱板に前記温度測定ウエハを載置した状態を示す説明図である。 前記熱板に前記温度測定ウエハを載置した状態を示す説明図である。 前記熱板に前記温度測定ウエハを載置した状態を示す説明図である。 前記測定ユニットに設けられる他のメモリの概略図である。 前記温度測定ウエハによって取得される検出温度の標準温度に対する誤差の推移を示すグラフ図である 熱板と温度測定ウエハとからなる熱回路を示す模式図である。 標準温度の推移と検出温度の推移とを示すグラフ図である。 標準温度の推移と検出温度の推移とを示すグラフ図である。 パラメータによる前記検出温度の補正の概略を示すためのグラフ図である 前記パラメータ設定後の前記熱板の温度測定の手順を示すフローチャートである。 前記パラメータによって補正された検出温度の推移の一例を示すグラフ図である。 前記温度測定装置が適用される加熱モジュールの縦断側面図である。 前記加熱モジュールの平面図である。

図１中１１は水平な円形の熱板であり、内部にヒーター１２を備えている。ヒーター１２によって熱板１１の表面が所定の温度になるように加熱された状態で、当該熱板１１の表面に円形の被処理基板であるウエハＷが載置されて加熱処理される。この加熱処理については、ウエハＷの温度が熱板１１の表面温度に対応する所定のプロセス温度に到達するように上昇した後、当該プロセス温度に維持されるように行われる。

この熱板１１は例えば、背景技術の項目で述べたＰＥＢを行う加熱モジュールを構成する。図中１３は、駆動機構１４によって昇降する３本の昇降ピン（図では２本のみ表示している）であり、図示しないウエハＷの搬送機構と熱板１１との間でウエハＷを受け渡す。加熱処理を開始する際には昇降ピン１３がウエハＷを支持した状態で下降してウエハＷを熱板１１に載置し、加熱処理を終了する際には昇降ピン１３がウエハＷを突き上げて熱板１１から遠ざける。図中１５は、熱板１１に設けられる昇降ピン通過用の孔である。

図中１６はカバーであり、図示しない昇降機構によって実線で示す上昇位置と、鎖線で示す下降位置との間を昇降できるように構成され、また、図示しない排気口を備えている。カバー１６は、ウエハＷに加熱処理が行われるときには下降位置に位置して熱板１１表面を覆い、ウエハＷの周囲の雰囲気を排気する。加熱処理が行われていないときには上昇位置に位置して、ウエハＷの搬送機構と昇降ピン１３との間でウエハＷの受け渡しを可能にする。

熱板１１の温度を測定する温度測定装置２０について、図２に示している。温度測定装置２０は、温度測定用基板である温度測定用ウエハ２と、データ処理部である測定ユニット３とによって構成されている。温度測定用ウエハ２は、基板本体２１と温度センサ４Ａ〜４Ｄとにより構成されており、熱板１１の温度測定を行うために、ウエハＷの代わりに熱板１１に載置されて加熱処理される。この温度測定用ウエハ２の加熱処理は、ウエハＷの加熱処理と同様に行われる。つまり、温度測定用ウエハ２の加熱処理とウエハＷの加熱処理とで、ヒーター１２の出力及び加熱時間について一致するように設定され、温度測定用ウエハ２は、上記のプロセス温度になるように加熱される。

基板本体２１は例えばウエハＷと同じ形状、且つウエハＷと同じ材質によって構成されている。温度センサ４（４Ａ〜４Ｄ）は基板本体２１の表面上に設けられており、各々ワイヤ２２を介して、測定ユニット３に接続されている。温度センサ４Ａ〜４Ｄは、互いに同様に構成されており、基板本体２１の表面において当該温度センサ４Ａ〜４Ｄが設けられた箇所の温度に相当する検出信号を、ワイヤ２２を介して測定ユニット３に送信する。基板本体２１が加熱処理されてプロセス温度に到達した後の当該基板本体２１の面内の温度分布は、熱板１１の面内の温度分布に対応する。つまり、温度センサ４Ａ〜４Ｄは、基板本体２１の各部の温度を熱板１１の各部の温度とみなして測定できるように設けられたセンサである。

上記の温度センサ４Ａ〜４Ｄは、基板本体２１の中心の点Ｐから互いに等距離に、基板本体２１の周に沿って設けられている。なお、図２中の点線の円は点Ｐを中心とする仮想の円であり、温度センサ４Ａ〜４Ｄの位置関係を示すために表示している。点Ｐから見て各温度センサ４Ａ〜４Ｄは、９０°刻みで配置され、反時計回りに４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄの順番で設けられている。

測定ユニット３は、コンピュータにより構成されている。測定ユニット３は、上記の温度センサ４Ａ〜４Ｄから各々出力される検出信号に対応する温度（検出温度）を算出する。発明が解決しようとする課題の項目で説明したように、この検出温度と、基板本体２１において温度センサ４Ａ〜４Ｄが設けられた箇所の実際の温度とが一致せずに誤差が生じる場合が有り、その誤差は温度センサ４Ａ〜４Ｄ間で異なる。測定ユニット３は温度センサ４Ａ〜４Ｄについて夫々個別に設定される補正パラメータを用いて、この誤差が解消されるように、温度センサ４Ａ〜４Ｄで各々取得された検出温度を補正して補正温度を算出し、この補正温度の時間推移データを作成する。

測定ユニット３はプログラム３１を備えており、当該プログラム３１は、上記の温度センサ４Ａ〜４Ｄからの検出信号の取得、上記の補正温度の時間推移データの作成、後述の補正パラメータの算出などが行えるように、ステップ群が組み込まれている。このプログラム３１は、コンピュータの記憶媒体、例えばコンパクトディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、メモリーカード等に収納されて、測定ユニット３にインストールされる。

温度測定用ウエハ２を熱板１１に載置した後において、測定ユニット３による温度センサ４Ａ〜４Ｄの検出信号のサンプリングは、所定の時間間隔で繰り返し行われる。互いに前後するサンプリングが行われるタイミング間の時間帯をサンプリング周期Δｔとすると、上記の補正パラメータは、各サンプリング周期Δｔに対応して設定されている。この補正パラメータは、調整パラメータＴ及び調整パラメータＧにより構成されている。これらＴ、Ｇについては、後に詳しく説明する。

測定ユニット３はメモリ３２を備えており、当該メモリ３２には調整パラメータＴ、Ｇが各サンプリング周期Δｔ及び各温度センサ４に対応付けられて記憶されている。図３は、当該メモリ３２を模式的に示したものであり、サンプリング周期Δｔについて、時系列における順番を示す数値をΔｔの後ろに付して示している。なお、Δｔ_ｎのｎは整数を表す。また、サンプリングを行った時刻（時点）をｔで表し、ｔの後ろに周期Δｔに付した順番を示す数値と対応する数値を付して示している。具体的に、時刻ｔ_０〜時刻ｔ_１間、時刻ｔ_１〜時刻ｔ_２間・・・時刻ｔ_ｎ−１〜時刻ｔ_ｎ間が、夫々周期Δｔ_１、周期Δｔ_２・・・周期Δｔ_ｎである。

時刻ｔ_０は温度測定用ウエハ２が熱板１１に載置されて加熱処理が開始される時刻、時刻ｔ_ｎは温度測定用ウエハ２が熱板１１から突き上げられて加熱処理が終了する時刻である。従って、時刻ｔ_０から時刻ｔ_ｎまでの時間が温度測定用ウエハ２の加熱時間（処理時間）である。また、任意の連続するサンプリング時刻について順番に時刻ｔ_ｋ−１、時刻ｔ_ｋと表し、時刻ｔ_ｋ−１〜時刻ｔ_ｋにおける任意の周期についてΔｔ_ｋとして表す場合がある。ｋは、１≦ｋ≦ｎとなる整数である。

図２に示すように測定ユニット３は、メモリ３３を備えている。このメモリ３３には、後述するように調整パラメータＴ、Ｇを決定するために、各サンプリング時刻ｔにおいて温度センサ４Ａ〜４Ｄの検出信号から取得された検出温度が、各温度センサ４及び各サンプリング時刻ｔに対応付けられて検出温度の時間推移データとして記憶される。さらにメモリ３３には、後述するようにこの検出温度から決定される各時刻ｔの標準温度が、標準温度の時間推移データとして記憶される。図中３４は例えばモニタなどにより構成される表示部であり、後述するように補正温度の時間推移データを表示する。

上記のメモリ３３に格納されるデータの取得手順を説明する。先ず、図４に示すように温度測定用ウエハ２を任意の向きで熱板１１に載置し、ウエハＷを加熱処理する場合と同様に、当該温度測定用ウエハ２を加熱処理する。この加熱処理中、測定ユニット３によって温度センサ４Ａの検出信号を周期Δｔでサンプリングし、時刻ｔ_０〜時刻ｔ_ｎの各時刻の検出温度を取得する。これを１回目の温度検出とする。

続いて、温度測定用ウエハ２が例えば室温に冷却された後、１回目の温度検出時とは温度測定用ウエハ２の向きが９０°時計回りにずれるように、当該温度測定用ウエハ２を熱板１１に載置して加熱処理する。そして、この加熱処理中、測定ユニット３が温度センサ４Ｂの検出信号を周期Δｔでサンプリングし、時刻ｔ_０〜時刻ｔ_ｎの各時刻の検出温度を取得する。これを２回目の温度検出とする。

次に、温度測定用ウエハ２が例えば室温に冷却された後、２回目の温度検出時とは温度測定用ウエハ２の向きが９０°時計回りにずれるように、当該温度測定用ウエハ２を熱板１１に載置して加熱処理する。そして、この加熱処理中、測定ユニット３によって温度センサ４Ｃの検出信号を周期Δｔでサンプリングし、時刻ｔ_０〜時刻ｔ_ｎの各時刻の検出温度を取得する。これを３回目の温度検出とする。

然る後、温度測定用ウエハ２が例えば室温に冷却された後、３回目の温度検出時とは温度測定用ウエハ２の向きが９０°時計回りにずれるように、当該温度測定用ウエハ２を熱板１１に載置して加熱処理する。そして、この加熱処理中、測定ユニット３によって温度センサ４Ｄの検出信号を周期Δｔでサンプリングし、時刻ｔ_０〜時刻ｔ_ｎの各時刻の検出温度を取得する。これを４回目の温度検出とする。

１回目の温度検出時における温度センサ４Ａ、２回目の温度検出時における温度センサ４Ｂ、３回目の温度検出時における温度センサ４Ｃ、４回目の温度検出時における温度センサ４Ｄは、各々熱板１１上の同じ箇所に配置されており、これらの温度センサ４Ａ〜４Ｄから、時刻ｔ_０〜時刻ｔ_ｎにおける各時刻の検出温度、即ち検出温度の時間推移データが取得されている。図８の上側は、このように１回目〜４回目の温度検出が行われ、各温度センサ４の検出温度の時間推移データが記憶された状態のメモリ３３を模式的に示している。

続いて図８の下側に示すように、時刻ｔ_０〜時刻ｔ_ｎの各々において、温度センサ４Ａ〜４Ｄによる検出温度の中から最高温度が標準温度として抽出され、メモリ３３に標準温度の時間推移データとして記憶される。具体的に、時刻ｔ_３において、温度センサ４Ｂの検出温度＞温度センサ４Ｃの検出温度＞温度センサ４Ｄの検出温度＞温度センサ４Ａの検出温度であったとすると、温度センサ４Ｂによる検出温度が、時刻ｔ_３における標準温度として設定される。

このように設定される標準温度について、図９、図１０を用いて説明する。図９は、時刻ｔ_０〜時刻ｔ_ｎにおいて、標準温度に対する各温度センサ４Ａ〜４Ｄによる検出温度の誤差（単位：℃）の推移を示すグラフである。より具体的に、この誤差は、検出温度−標準温度の計算値であるため、０℃以下の温度である。グラフの横軸、縦軸は、加熱時間、誤差を夫々示している。上記のように各温度センサ４で熱板１１の同一箇所の温度を測定し、各時刻ｔの標準温度が設定されたことで、このグラフに示されるように時々刻々の誤差が定量化されたことになる。上記の調整パラメータＧ，Ｔは、このような時々刻々の誤差をキャンセルできるように設定される。

図１０は、温度センサ４Ａ〜４Ｄのうちの一つ及び熱板１１上に載置された基板本体２１を熱回路２４として表したものである。この熱回路２４は、本来であれば、電源２５、２６の負端子が接地され、電源２５、２６の正端子間に抵抗Ｒ１が設けられた回路として表される。しかし実際には、誤差の要因として、互いに並列に接続された抵抗Ｒ２及びコンデンサＣ１が、電源２５と抵抗Ｒ１との間に介挿された回路構成となる。

この誤差要因は、発明が解決しようとする課題で説明したような温度測定用ウエハ２に接続されるワイヤ２２の放熱や、温度測定用ウエハ２を構成する基板本体２１表面と各温度センサ４Ａ〜４Ｄ間に存在して互いを接着する接着層の熱抵抗などである。この誤差要因が存在することで、温度センサ４Ａ〜４Ｄによる検出温度＝温度センサ４Ａ〜４Ｄの周囲温度は、基板本体２１の温度よりも低くなる。また、この誤差要因である抵抗Ｒ２及びコンデンサＣ１の大きさは、時刻ｔ毎及び温度センサ４毎に異なり、誤差要因が熱回路２４に与える影響が小さいほど、温度センサ４Ａ〜４Ｄによる検出温度は基板本体２１の温度に近づくように大きくなる。従って、任意の時刻ｔ_ｋにおける温度センサ４Ａ〜４Ｄによる検出温度のうちの最高温度は、当該時刻ｔ_ｋにおける基板本体２１の温度により近い温度であるため、当該最高温度を上記のように時刻ｔ_ｋにおける標準温度として設定している。

次に、図１１、図１２を参照して、上記の調整パラメータＴ，Ｇについて説明する。図１１、図１２中においては、上記の標準温度の時間推移データから作成されるグラフ（以降、標準温度グラフと記載する）の一例を実線で示している。また、図１１、図１２には温度センサ４Ａの検出温度の時間推移データから作成されるグラフ（以降、検出温度グラフと記載する）を鎖線で示している。説明のために、この温度センサ４Ａの検出温度グラフについては、図１１、図１２で夫々異なる形状の例を示している。図１１、図１２の横軸は加熱時間（単位：秒）を表し、縦軸は温度（単位：℃）を表している。標準温度グラフ及び検出温度グラフについて、温度が安定化した期間、即ちプロセス温度となっている期間を安定期とし、安定期の前の温度が上昇を続ける期間を過渡期とする。

図９で説明したように、任意の時刻ｔ_ｋにおける標準温度に対する温度センサ４Ａの検出温度の誤差は０℃以下の温度である。これは過渡期において、標準温度の推移に温度センサ４Ａの検出温度の推移が遅れて追随する場合が有ることを示す。つまり、過渡期において温度センサ４Ａの検出温度の推移に時間的な遅れが発生する場合が有り、この時間的な遅れは、標準温度グラフの傾きと検出温度グラフとの傾きとの差に相当する。図１１では、そのような時間的な遅れが比較的大きいことで、標準温度グラフの傾きと検出温度グラフとの傾きとの間に比較的大きな差が存在する例を示している。

また、任意の時刻ｔ_ｋにおける標準温度に対する温度センサ４Ａの検出温度の誤差が０℃以下の温度となることは、安定期において温度センサ４Ａの検出温度は、標準温度よりも低い状態で推移する場合が有ることを示す。つまり、温度センサ４Ａによる検出温度と標準温度との間で、到達したプロセス温度にレベル差が生じる場合が有ることを示す。図１２ではそのレベル差が存在している例を示している。

調整パラメータＴは、上記の時間的な遅れを補償するためのパラメータであり、さらに具体的には各周期Δｔにおける検出温度グラフの傾きを、標準温度グラフの傾きに揃えるためのパラメータである。調整パラメータＧは上記の到達温度のレベル差を補償するためのパラメータであり、従って、この調整パラメータＧは増幅率、即ちゲインを調整するパラメータである。さらに具体的には、この調整パラメータＧは、調整パラメータＴによって補正された検出温度をさらに補正して、標準温度に揃えるためのパラメータである。

続いて、標準温度を設定した後に行う、任意のサンプリング時刻ｔ_ｋ−１〜ｔ_ｋ間（周期Δｔ_ｋ）の調整パラメータＴ，Ｇの設定処理の一例について、図１３のグラフを参照して説明する。図１３のグラフは、図１１、図１２と同様に実線、鎖線で標準温度グラフ、温度センサ４Ａの検出温度グラフを夫々示している。グラフ中、時刻ｔ_ｋ−１、時刻ｔ_ｋにおける温度センサ４Ａの検出温度を夫々θ_ｋ、θ_ｋ−１としている。また、時刻ｔ_ｋ−１における標準温度、時刻ｋにおける標準温度を夫々Θ_ｋ−１、Θ_ｋとしている。

周期Δｔ_ｋにおける標準温度グラフの傾きは（Θ_ｋ−Θ_ｋ−１）／Δｔであり、検出温度グラフの傾きは（θ_ｋ−θ_ｋ−１）／Δｔであるので、例えば下記の式１から周期Δｔ_ｋにおける調整パラメータＴを算出する。
{（θ_ｋ−θ_ｋ−１）／Δｔ}×Ｔ／Δｔ＝（Θ_ｋ−Θ_ｋ−１）／Δｔ・・・式１

また、θ_ｋを上記のΔｔ_ｋにおいて設定されたＴを用いて補正した場合の検出温度をθ′_ｋとして表し、θ_ｋ−１をΔｔ_ｋ−１において設定されたＴを用いて補正した場合の検出温度をθ′_ｋ−１として表した場合、θ′_ｋとθ_ｋ−１との間には下記の式２が成り立つ。式２中のＴは、上記の式１の周期Δｔ_ｋにおけるＴである。そこで、式１より算出したＴを用いてθ′_ｋを算出する。続いて、下記の式３から周期Δｔ_ｋにおける調整パラメータＧを算出する。
θ_ｋ′＝{（Ｔ／Δｔ）・（θ_ｋ−θ_ｋ−１）}+θ′_ｋ−１・・・式２
Θ_ｋ＝Ｇ・θ_ｋ′・・・式３

つまり、図１３に概略的に示すように周期Δｔ_ｋにおける検出温度グラフの傾きが、標準温度グラフの傾きに揃うように、周期Δｔ_ｋの終端時刻ｔ_ｋにおける検出温度θ_ｋを補正するパラメータＴを算出する。そして、このＴを用いて補正して得られた補正の中間段階の温度θ_ｋ′と標準温度Θ_ｋとの間に依然として残る誤差がキャンセルされるようにパラメータGを算出する。なお、図１３は、パラメータの作用を概略的に示す目的から、上記の式２中のθ′_ｋ−１がθ_ｋ−１であるものとして示している。このθ′_ｋ−１について補足して説明しておくと、当該θ′_ｋ−１は、式２に相当する下記の式４で算出される値であり、θ_ｋ−１をＴを用いて補正した値である。Ｔは周期Δｔ毎に算出、設定されるため、この式４におけるＴは、周期Δｔ_ｋ−１について設定されたＴである。
θ_ｋ′＝{（Ｔ／Δｔ）・（θ_ｋ−１−θ_ｋ−２）}+θ′_ｋ−２・・・式４

このように式１〜式３に従って、周期Δｔ１〜Δｔｎの各々における温度センサ４Ａの調整パラメータＴ、Ｇが算出されて、図３で例示したようにメモリ３２に格納される。代表して温度センサ４Ａの調整パラメータＴ、Ｇの算出について説明したが、温度センサ４Ｂ、４Ｃ、４Ｄの調整パラメータＴ、Ｇについても温度センサ４Ａの調整パラメータＴ、Ｇと同様に、上記の式１〜式３に従って算出されて、メモリ３２に格納される。

なお上記のＴ，Ｇの設定手法は一例であり、例えば周期Δｔ_ｋにおける終端時刻ｔ_ｋより前の時刻のＴにより補正された検出温度が、当該時刻の標準温度に揃うように調整パラメータＧを決定してもよい。具体的に、図１３に示した時刻ｔ_ｋ−１と時刻ｔ_ｋとの間の時刻Ｑ１の標準温度Ｑ２に、Ｔを用いて補正された検出温度Ｑ３が合わせ込まれるようにＧが設定されてもよい。

上記のように調整パラメータＴ、Ｇが取得された後に行われる温度測定装置２０による測定手順について、図１４のフローチャートを参照して説明する。温度測定用ウエハ２が所望の向きで熱板１１に載置されて加熱処理される。この加熱処理中、温度センサ４Ａ〜４Ｄからの検出信号が、周期Δｔごとにサンプリングされ、検出温度の時間推移データが取得される（ステップＳ１）。なお、この温度測定時においては、図４〜図８で説明したパラメータの設定時とは異なり、熱板１１の互いに異なる箇所の温度測定を行うために、各温度センサ４Ａ〜４Ｄの検出信号を並行して取得し、各温度センサ４Ａ〜４Ｄについての検出温度の時間推移データが取得される。

然る後、取得された時間推移データ中の検出温度が、当該検出温度を取得した温度センサ４、当該検出温度を取得した時刻に各々対応してメモリ３２に記憶された調整パラメータＴ，Ｇにより補正され、補正温度の時間推移データが作成される（ステップＳ２）。具体的に、温度センサ４Ａによって取得された時刻ｔ_ｋの検出温度θ_ｋから、補正温度を算出する手順について説明すると、先ず、この温度センサ４Ａ及びこの時刻ｔ_ｋに対応する周期Δｔ_ｋにおいて設定された調整パラメータＴを用いて、上記の式２に基づいてθ_ｋ′が算出される。然る後、温度センサ４Ａ且つ周期Δｔ_ｋにおいて設定された調整パラメータＧを用いて、上記の式３によりΘ_ｋが算出され、当該Θ_ｋが時刻ｔ_ｋの補正温度として決定される。

これらの補正温度の時間推移データは、例えば図１５に示すように温度センサ４毎に、温度測定用ウエハ２の基板本体２１の温度の推移を示すグラフとして、測定ユニット３の表示部３４に表示される（ステップＳ３）。図１５のグラフは、図１１、図１２のグラフと同様に、横軸に時間、縦軸に温度が夫々設定されている。既述のようにグラフの安定期におけるプロセス温度が、熱板１１の温度に相当する。作業者は、この表示を参照して熱板１１のヒーター１２の出力などの調整及び検査を行う。調整及び検査後は、ウエハＷを熱板１１に載置して加熱処理が行われる。

この温度測定装置２０によれば、温度測定用ウエハ２の温度センサ４Ａ〜４Ｄの各検出温度の時間推移データに基づいてサンプリングを行う周期Δｔごと且つ温度センサ４ごとに予め設定された調整パラメータＴ，Ｇを用いて、当該温度センサ４Ａ〜４Ｄによって取得された検出温度を補正し、補正温度の時間推移データを取得している。この補正温度の時間推移データは、基板本体２１において温度センサ４Ａ〜４Ｄが設けられた各部の温度を精度高く反映する。従って、熱板１１の温度調整を精度高く行うことができる。

ところで上記の例では、時刻ｔ_ｋにおける温度センサ４Ａ〜４Ｄの検出温度のうちの最高温度を標準温度としているが、この標準温度はそのように設定することには限られない。例えば時刻ｔ_ｋにおける温度センサ４Ａ〜４Ｄの検出温度の平均値を時刻ｔ_ｋにおける標準温度としてもよい。ただし、既述のように最高温度は基板本体２１の温度に近いため、最高温度を標準温度とすることが好ましい。また、例えば上記の最高温度に対して所定の値を加算した温度を標準温度としてもよいし、上記の平均値に対して所定の値を加算した温度を標準温度としてもよい。

さらに、上記の例では温度センサ４の１つについて、互いに前後するサンプリングのタイミング間の時間帯である周期Δｔごとに１つの調整パラメータＴ，Ｇの組が設定されているが、そのように調整パラメータＴ，Ｇの組が設定されることには限られない。例えばサンプリング間隔のｍ倍（ｍ＝２以上の整数）、つまりｍ×Δｔ毎に調整パラメータＴ，Ｇの組を設定してもよい。この場合、上記のように温度センサ４による任意の時刻ｔ_ｋの検出温度をθ_ｋとすると、θ_ｋ―ｍ〜θ_ｋ−１は１つの時間帯において設定されたＴ，Ｇの組で補正し、θ_ｋ〜θ_{ｋ+（ｍ−１）}は次の時間帯において設定されたＴ，Ｇの組を読み出して補正することになる。つまり、上記の図１４のフローのステップＳ２では、１つのＴ，Ｇの組でｍ回、検出温度を補正することになる。

ところで、ウエハＷのプロセス温度毎に調整パラメータＴ、Ｇを設定し、メモリ３２に格納しておくようにしてもよい。具体的には、例えばプロセス温度が１００℃、１１０℃、１２０℃の場合の調整パラメータＴ，Ｇを既述の手法で各々取得して、メモリ３２に格納しておく。つまり、上記のプロセス温度が得られるように熱板の１１のヒーター１２の出力を変更する度に、図４〜図７で説明した温度検出、図８で説明した標準温度の決定、図１３で説明した調整パラメータＴ，Ｇの算出を行い、算出した調整パラメータＴ，Ｇをプロセス温度に対応付けてメモリ３２に記憶させる。そして、上記のフローのステップＳ１では１００℃、１１０℃、１２０℃のうち、作業者が選択したプロセス温度に対応する発熱量でヒーター１２が発熱して、温度測定用ウエハ２が加熱される。そして、ステップＳ２では、選択したプロセス温度に対応する調整パラメータＴ，Ｇが読み出されて、検出温度が補正される。

また、調整パラメータＴ，Ｇは、各々プロセス温度に低次の依存性を持つ。具体的に述べると、Ｔ，Ｇの値を各々、プロセス温度についての１次関数または２次関数で表すことが可能である。そこで、例えば上記のように１００℃のプロセス温度の調整パラメータＴ，Ｇと、１１０℃のプロセス温度の調整パラメータＴ，Ｇと、を算出した場合、温度センサ４毎且つ周期Δｔ毎におけるプロセス温度と調整パラメータＴとの相関関係（第１の相関関係）及びプロセス温度と調整パラメータＧとの相関関係（第２の相関関係）を設定し、メモリ３２に格納しておく。具体的に、温度センサ４Ａの周期Δｔ_ｋについて、１００℃のプロセス温度のときに調整パラメータＴがＴ１、１１０℃のプロセス温度のときに調整パラメータＴがＴ２であったとすると、このＴ１、Ｔ２に基づいて、当該温度センサ４Ａの周期Δｔ_ｋにおける第１の相関関係を取得する。第１の相関関係及び第２の相関関係は、例えば上記のプロセス温度についての１次関数または２次関数である

そして、上記のフローのステップＳ１ではプロセス温度が、１００℃より大きく１１０℃より小さい温度、例えば１０５℃となるように温度測定用ウエハ２が加熱されるものとする。その場合、ステップＳ２では上記のように温度センサ４毎且つ周期Δｔ毎に設定された第１の相関関係、第２の相関関係及び設定したプロセス温度（１０５℃）から、各温度センサ４及び各周期Δｔについての調整パラメータＴ，Ｇが算出され、算出されたＴ，Ｇを用いて補正が行われるようにすることができる。

ところで、上記したプロセス温度毎に調整パラメータＴ，Ｇを設定するとは、第１のプロセス温度の範囲及び第２のプロセス温度の範囲について、調整パラメータＴ，Ｇを夫々設定することも含む。具体的に例えば１００℃以上１１０℃未満のプロセス温度の範囲について一群の調整パラメータ（温度センサ４毎且つ周期Δｔ毎の調整パラメータ）が設定され、１１０℃以上１２０℃未満のプロセス温度について他の一群の調整パラメータが設定されるようにしてもよい。つまり、プロセス温度が１００℃の場合と、１０５℃の場合とでは、互いに同じ一群の調整パラメータが用いられ、プロセス温度が１１０℃の場合と、１１５℃の場合とでは互いに同じ他の一群の調整パラメータが用いられるようにしてもよい。

上記の熱板１１は、ＰＥＢを構成する加熱モジュールに適用される他に、ウエハＷの表面にレジストなどの塗布液を塗布した後、塗布液を乾燥させて塗布膜を形成するための加熱モジュールや、塗布液の塗布前に塗布膜とウエハＷとの密着性を高めるための薬液を供給しながら加熱する加熱モジュールなどにも適用される。従って温度測定装置２０は、これらの加熱モジュールを構成する熱板１１にも適用することができる。

続いて、調整パラメータＴ，Ｇを取得するために図４〜図７で説明した温度測定用ウエハ２の熱板１１に対する相対的な向きの変更を自動で行えるように構成された加熱モジュール５について、図１６の縦断側面図、図１７の平面図を用いて説明する。図中５１は熱板１１の裏面周縁部を支持する支持リングである。図中５２は支持リング５１の下方にスラストベアリング５３を介して設けられる基台である。図中５４は熱板１１の裏面中央部から基台５２へ伸びる回転軸である。図中５５は基台５２に設けられる回転駆動部であり、回転軸５４を軸周りに回転させる。回転軸５４の回転によって、当該回転軸５４と一体になった支持リング５１及び熱板１１がその周方向に回転し、向きが変更される。なお、熱板１１の孔１５は、後述のように熱板１１の向きが変更されても昇降ピン１３が通過できるように、この例では４つ形成されている。

図中５６は、ウエハＷ及び温度測定用ウエハ２の裏面を支持して搬送する、熱板１１に対して進退自在な搬送機構である。図中５７は水平な冷却板であり、図示しない冷却水の流路を備え、載置されたウエハＷ及び温度測定用ウエハ２を冷却する。加熱モジュール５を平面で見て、冷却板５７は搬送機構５６の進退路に設けられており、図示しない昇降機構によって昇降自在に構成されることで、搬送機構５６との間でウエハＷ及び温度測定用ウエハ２の受け渡しを行うことができる。ただし、冷却板５７の代わりに搬送機構５６を昇降させることによって、この受け渡しが行われるようにしてもよい。

搬送機構５６及び昇降ピン１３によって、熱板１１に温度測定用ウエハ２が載置されて加熱処理され、温度センサ４Ａの検出信号が取得される。つまり、図４で説明した１回目の温度検出が行われる。然る後、搬送機構５６及び昇降ピン１３によって温度測定用ウエハ２が冷却板５７に搬送されて冷却される一方で、熱板１１が９０°向きが変わるように回転する。冷却された温度測定用ウエハ２は、搬送機構５６及び昇降ピン１３によって、再度、熱板１１上に載置される。上記のように熱板１１が回転したことで、図５に示したように熱板１１において１回目の温度検出で温度センサ４Ａが位置した箇所に温度センサ４Ｂが位置し、２回目の温度検出が行われる。これ以降も、熱板１１の回転によって、熱板１１に対する温度測定用ウエハ２の向きが変更され、図６、図７で述べた３回目及び４回目の温度検出が行われる。

Ｗ ウエハ
１１ 熱板
１２ ヒーター
１３ 昇降ピン
２ 温度検出用ウエハ
２０ 温度検出装置
２１ 基板本体
３ 測定ユニット
３１ プログラム
３２、３３ メモリ
４Ａ〜４Ｄ 温度センサ

Claims (7)

1. 被処理基板を載置して加熱するための熱板の温度を測定する温度測定装置において、
   基板本体に複数の温度センサを設けてなる温度測定用基板と、
   前記温度センサ毎に、前記温度測定用基板を前記熱板に載置した後における複数の時間帯に応じて補正パラメータを記憶する記憶部と、
   前記測定用基板を前記熱板に載置した後において所定の時間間隔でサンプリングした各温度検出値を、前記記憶部に記憶されている前記温度センサ及び前記時間帯に対応する補正パラメータにより補正して温度の時間推移データを取得するデータ処理部と、を備え、
   前記補正パラメータは、前記複数の温度センサを用いて事前に取得した標準温度推移データと当該複数の温度センサの各々の温度推移データとに基づいて予め求められたものであることを特徴とする熱板の温度測定装置。
2. 前記補正パラメータは、時間遅れに対応する調整パラメータＴと、ゲインに対応する調整パラメータＧとを含み、
   前記補正パラメータにより補正した後の温度検出値Θは、前記温度センサの温度検出値をθ、温度検出値の中間補正段階の値をθ´、Δｔをサンプリング周期、ｋはあるサンプリング時点、ｋ−１は、ｋ番目よりも一つ前のサンプリング時点、とすると、
   Θ＝Ｇ・θ´
   θ´＝｛（Ｔ／Δｔ）・（θ_ｋ−θ_ｋ−１）｝＋θ´_ｋ−１
   により求められることを特徴とする請求項１記載の熱板の温度測定装置。
3. 前記補正パラメータが決められる各時間帯は、前記温度測定用基板を前記熱板に載置した後における、互に前後するサンプリングのタイミングの間の時間帯に対応していることを特徴とする請求項１または２記載の熱板の温度測定装置。
4. 前記補正パラメータは、前記熱板に前記被処理基板を載置した時の到達温度であるプロセス温度毎に設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の熱板の温度測定装置。
5. 前記標準温度推移データは、前記補正パラメータが決められる複数の時間帯の各々において、前記複数の温度センサにより各々検出された温度のうちの最高温度であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の熱板の温度測定装置。
6. 前記標準温度推移データは、前記補正パラメータが決められる複数の時間帯の各々において、前記複数の温度センサにより各々検出された温度の平均値であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の熱板の温度測定装置。
7. 被処理基板を載置して加熱するための熱板の温度を測定する温度測定方法において、
   基板本体に複数の温度センサを設けてなる温度測定用基板を前記熱板に載置する工程と、
   前記複数の温度センサを用いて取得した標準温度推移データと当該複数の温度センサの各々の温度推移データとに基づいて、前記温度センサ毎に、前記温度測定用基板を前記熱板に載置した後における複数の時間帯に応じた補正パラメータを取得する工程と、
   前記温度測定用基板を前記熱板に載置した後において、所定の時間間隔でサンプリングした各温度検出値を、前記温度センサ及び前記時間帯に対応する前記補正パラメータにより補正して、温度の時間推移データを取得する工程と、
   を含むことを特徴とする熱板の温度測定方法。

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