JPH1062263A - 物体表面の温度測定素子及びこれを用いた表面温度測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】物体の置かれた位置を問わず、簡単な構成で正
確な温度測定を行うことができる物体の表面温度測定素
子を提供する。 【解決手段】ＳｉウェハーＷ上に、測温部として、Ｃｕ
配線Ａ〜Ｇと、Ｃｕ−Ｎｉ配線１〜７がスパッタリング
によって形成される。Ｃｕ配線Ａ〜ＧとＣｕ−Ｎｉ配線
１〜７は、それぞれ７本ずつ所定の間隔をおいて平行に
延びるように形成され、お互いが直交して接続するよう
に配される。各Ｃｕ配線Ａ〜Ｇの一方の端部は、切換ス
イッチ１０Ａ〜１０Ｇ及びリード線１９を介して電圧計
２０に接続され、各Ｃｕ−Ｎｉ配線１〜７の一方の端部
は、切換スイッチ１１〜１７及びリード線１８を介して
電圧計２０に接続される。切換スイッチ１０Ａ〜１０Ｇ
及び１１〜１７を切り換えて所定の位置の測温部と電圧
計２０を接続し、Ｃｕ配線Ａ〜Ｇ及びＣｕ−Ｎｉ配線１
〜７において生じた熱起電力の電位差を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、Ｓｉウェ
ハーなどあらゆる物体の表面温度を測定するための温度
測定素子及びこれを用いた温度測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば、Ｓｉウェハー等の物
体の表面の温度を測定する方法として、例えば、図４に
示すように、測定すべき物体１００に熱電対１０１を直
接接触させ、その熱起電力を電圧計１０４によって測定
する方法が知られている。

【０００３】また、測定すべき物体から放射される輻射
光を検出することにより、その物体の温度を測定する輻
射温度計による方法も知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の技術においては、次のような問題があった。
すなわち、図４に示すように、熱電対１０１によって物
体１００の表面の温度を測定する方法の場合、金属のワ
イヤーで構成された検出素子１０２を測定すべき場所に
接触させるようにしているが、物体１００の表面と検出
素子１０２とは点１０３で接触しているため、物体１０
０の表面の熱が検出素子１０２に正確に伝達されている
とはいえず、正確な温度測定を行うことは困難である。

【０００５】また、検出素子１０２自体の熱容量の影響
により、検出素子１０２から熱起電力が発生するまでに
は時間的な遅れが生ずる。

【０００６】さらに、物体１００の表面から検出素子１
０２への熱の移動に伴い、測定時には実際の温度よりも
低くなったり高くなったりする場合がある。

【０００７】加えて、物体１００の表面の温度分布を測
定するには、ワイヤーによって構成される検出素子１０
２が何本も必要となることから、電気配線等が複雑にな
り温度測定が困難になるという問題がある。

【０００８】一方、輻射温度計を用いる場合には、測定
すべき物体と接触せず、その光学的測定法によれば、正
確な温度測定を行うことが可能である。

【０００９】しかしながら、この方法においては、閉じ
られた空間の中に物体がある場合にはその温度を測定す
ることが不可能である。この場合、物体を収容する空間
との仕切部分に窓部を設ければ、物体の表面からの輻射
光を検出することができるが、その場合、窓部に輻射光
（主に赤外線）を透過する材料を使用しなければならな
い。このような輻射光を透過させる材料は高価なものが
多く、コストアップの原因となる。加えて、装置の構成
上、物体を収容する空間との仕切部分に窓部を設けるこ
とが不可能な場合もある。

【００１０】本発明は、このような従来の技術の課題を
解決するためになされたもので、その目的とするところ
は、物体の置かれた位置を問わず、簡単な構成で正確な
温度測定を行うことができる物体の表面温度測定素子及
びこれを用いた表面温度測定方法を提供することにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、異なる種類の熱電対材料か
ら構成され、温度を測定すべき物体の表面に密着する膜
状の測温部を有することを特徴とする。

【００１２】この場合、請求項２記載の発明のように、
請求項１記載の発明において、格子状の測温部を有する
ように構成することも効果的である。

【００１３】一方、請求項３記載の発明は、温度を測定
すべき物体の表面に、請求項１又は２のいずれか１項記
載の温度測定素子を配置し、当該測温部にて発生した熱
起電力に基づいて当該物体の表面の温度を測定すること
を特徴とする。

【００１４】この場合、請求項４記載の発明のように、
請求項３記載の発明において、温度を測定すべき物体の
表面にスパッタリングによって測温部を形成することも
効果的である。

【００１５】かかる構成を有する請求項１記載の発明の
場合、異なる種類の熱電対材料から構成され、温度を測
定すべき物体の表面に密着する膜状の測温部を有するこ
とから、温度測定の際に物体の表面に対して測温部を面
接触させることができ、その結果、物体の表面の熱が十
分に測温部に伝達されるようになる。

【００１６】また、測温部は膜状であり、素子自体の熱
容量を小さくすることができるため、熱起電力が発生す
るまでの時間的な遅れが非常に小さくなる。そして、そ
の結果、物体の表面から温度測定素子への熱の移動に伴
う測定誤差が小さくなる。

【００１７】この場合、請求項２記載の発明のように、
請求項１記載の発明において、格子状の測温部を有する
ように構成すれば、物体表面の複数点の温度分布を測定
する場合に、従来の熱電対を用いる場合のように複数の
ワイヤーを物体上に配する必要がない。

【００１８】一方、請求項３記載の発明のように、温度
を測定すべき物体の表面に、請求項１又は２のいずれか
１項記載の温度測定素子を配置し、当該測温部にて発生
した熱起電力に基づいて当該物体の表面の温度を測定す
れば、閉じられた空間に温度を測定すべき物体がある場
合であっても、容易に物体の表面の温度測定を行うこと
ができる。

【００１９】この場合、請求項４記載の発明のように、
請求項３記載の発明において、温度を測定すべき物体の
表面にスパッタリングによって測温部を形成すれば、当
該物体の表面に測温部をきわめて薄く密着形成すること
ができ、また、測温部が複雑な格子形状を有する場合で
あっても、容易に測温部を形成することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る物体表面の温
度測定素子及びこれを用いた表面温度測定方法の実施の
形態を図面を参照して詳細に説明する。

【００２１】図１は、本発明に係る物体表面の温度測定
素子の一実施の形態を示すものである。本実施の形態
は、ＳｉウェハーＷ上の温度分布を測定するものであ
る。図１に示すように、本実施の形態においては、Ｓｉ
ウェハーＷ上に、測温部として、Ｃｕからなる配線（以
下「Ｃｕ配線」という。）Ａ〜Ｇと、Ｃｕ−Ｎｉ（コン
スタンタン）からなる配線（以下「Ｃｕ−Ｎｉ配線」と
いう。）１〜７が、例えば、スパッタリングによって形
成されている。この場合、Ｃｕ配線Ａ〜ＧとＣｕ−Ｎｉ
配線１〜７は、それぞれ７本ずつ所定の間隔をおいて平
行に延びるように形成され、お互いが直交するように配
されている。そして、Ｃｕ配線Ａ〜ＧとＣｕ−Ｎｉ配線
１〜７とは一つの配線で７点で接続されている。

【００２２】なお、Ｃｕ配線Ａ〜ＧとＣｕ−Ｎｉ配線１
〜７の幅は数μｍ〜数百μｍ程度、膜厚は０．５μｍ〜
１μｍ程度である。

【００２３】一方、各Ｃｕ配線Ａ〜Ｇの一方の端部は、
それぞれ切換スイッチ１０Ａ〜１０Ｇ及びリード線１９
を介して電圧計２０に接続されている。また、各Ｃｕ−
Ｎｉ配線１〜７の一方の端部も、それぞれ切換スイッチ
１１〜１７及びリード線１８を介して電圧計２０に接続
されている。

【００２４】なお、この電圧計２０は、各Ｃｕ配線Ａ〜
Ｇ及びＣｕ−Ｎｉ配線１〜７に生じた熱起電力の電位差
を測定できるように構成されている。

【００２５】図２は、本実施の形態における測温部の構
成を説明するためのものである。図２に示すように、本
実施の形態においては、それぞれ７本のＣｕ配線Ａ〜Ｇ
とＣｕ−Ｎｉ配線１〜７とによって、計７×７＝４９
（個）の格子状の測温部が設けられている。この場合、
各測温部の座標を、例えば、Ａ−１〜Ａ−７、Ｂ−１〜
Ｂ−７、Ｃ−１〜Ｃ−７、Ｄ−１〜Ｄ−７、Ｅ−１〜Ｅ
−７、Ｆ−１〜Ｆ−７、Ｇ−１〜Ｇ−７のように命名す
る。

【００２６】このような構成を有する本実施の形態の場
合、次のような方法によってＳｉウェハーＷの表面の温
度測定を行う。

【００２７】まず、測温部Ａ−１の温度を測定する場合
には、切換スイッチ１０Ａ及び１１のみを閉じ、測温部
Ａ−１を含むＣｕ配線ＡとＣｕ−Ｎｉ配線１を電圧計２
０に接続する。そして、電圧計２０によって、Ｃｕ配線
Ａ及びＣｕ−Ｎｉ配線１において生じた熱起電力の電位
差を測定する。

【００２８】次に、測温部Ａ−２の温度を測定する場合
には、切換スイッチ１０Ａを閉じたまま切換スイッチ１
１を開くとともに、切換スイッチ１２を閉じ、測温部Ａ
−２を含むＣｕ配線ＡとＣｕ−Ｎｉ配線２を電圧計２０
に接続する。そして、電圧計２０によって、Ｃｕ配線Ａ
及びＣｕ−Ｎｉ配線２において生じた熱起電力の電位差
を測定する。

【００２９】以下同様に、切換スイッチ１０Ａ〜１０Ｇ
及び１１〜１７を切り換えることによって、所定の位置
の測温部を含むＣｕ配線とＣｕ−Ｎｉ配線を電圧計２０
に接続し、Ｃｕ配線Ａ〜Ｇ及びＣｕ−Ｎｉ配線１〜７に
おいて生じた熱起電力の電位差を測定する。

【００３０】そして、このようにして得られた各測温部
Ａ−１〜Ｇ−７の熱起電力の電位差の値について、予め
定めた統計的な手法によって解析を行うことにより、各
測温部Ａ−１〜Ｇ−７の温度分布を測定することができ
る。

【００３１】図３は、本発明に係る物体表面の温度測定
素子を用いた表面温度測定システムの構成例を示すもの
である。図３において、符号３２は、その測定システム
を示しており、測定装置４２と、コンピューター４３
と、電源４４と、コネクタ４５とを有している。

【００３２】また、符号３１は、本発明の表面温度測定
素子を示しており、上述したように、例えば、７本のＣ
ｕ配線１〜７と、７本のＣｕ−Ｎｉ配線Ａ〜Ｇとがマト
リックス状に接続され、各Ｃｕ配線１〜７とＣｕ−Ｎｉ
配線Ａ〜Ｇに接続された信号線３５、３６とが外部に導
出されている。

【００３３】測定装置４２は、７個の増幅器５１と、２
台のマルチプレクサ５２、５３と、コネクタ５４、５５
とを有しており、上述の信号線３５、３６は、コネクタ
５４、５５を介して、その測定装置４２に接続されてい
る。

【００３４】コネクタ５４から入力された７本の信号線
は、ここでは図示しないが、７個の増幅器５１を介して
マルチプレクサ５２に並列に入力されており、また同様
にコネクタ５５から入力された７本の信号線は、そのま
まマルチプレクサ５３に並列に入力されている。

【００３５】コンピューター４３は、Ａ／Ｄボード５８
と、Ｉ／Ｏボード５９とを有しており、Ｉ／Ｏボード５
９が出力する信号は、マルチプレクサ５２、５３の入力
端子ＳＥＬに入力され、各マルチプレクサ５２、５３
は、その信号の指示によって入力された７本の信号線か
ら１本ずつを選択するように構成されている。

【００３６】他方、マルチプレクサ５２の出力端子ＳＩ
ＧはＡ／Ｄボード５８に接続されており、また、マルチ
プレクサ５３の出力端子ＳＩＧは接地電位に接続されて
いる。そして、コネクタ４５を商用電源に接続して電源
４４を起動し、測定装置４２を動作状態にした後、コン
ピューター４３のＩ／Ｏボード５９から信号が入力され
ると、その信号の内容に従って、各マルチプレクサ５
２、５３はそれぞれ７本の信号線から１本ずつ選択し、
選択した信号線に接続されているＣｕ配線とＣｕ−Ｎｉ
配線とを、出力端子ＳＩＧを介してＡ／Ｄボード５８と
接地電位にそれぞれ接続し、表面温度測定素子３１の所
定の測温部の熱起電力を増幅器５１によって増幅した
後、Ａ／Ｄボード５８に出力し、ディジタル変換して数
値処理を行えるように構成されている。

【００３７】このような構成により、コンピューター４
３が信号線を特定する信号を順次出力すると、その信号
の内容に応じた測温部の熱起電力がコンピューター４３
に次々入力される。そして、このようにして得られた各
測温部の熱起電力は、例えば、絶対温度（Ｋ）又はセ氏
度（℃）に変換し、測定すべき物体にみたてた地図上に
プロットして表示することができる。

【００３８】また、各測温部ごとのデータを順次記録し
ておけば、各測温部の温度上昇、温度降下等の曲線を描
くことができる。

【００３９】以上述べたように、本実施の形態によれ
ば、温度測定の際にＳｉウェハーＷの表面に対して測温
部であるＣｕ配線Ａ〜Ｇ及びＣｕ−Ｎｉ配線１〜７を面
接触させることができ、その結果、ＳｉウェハーＷの表
面の熱を十分に測温部に伝達させて正確な温度測定を行
うことができる。なお、Ｃｕ配線Ａ〜Ｇ及びＣｕ−Ｎｉ
配線１〜７の抵抗値は非常に小さいため、それぞれの配
線長の差はほとんど問題とならない。

【００４０】また、本実施の形態の場合、Ｃｕ配線Ａ〜
Ｇ及びＣｕ−Ｎｉ配線１〜７はスパッタリングによって
非常に薄く形成されるため、素子自体の熱容量を小さく
することができ、熱起電力が発生するまでの時間的な遅
れを少なくできるとともに、ＳｉウェハーＷの表面から
の熱の移動に伴う測定誤差を小さくできることから、正
確かつ迅速な温度測定が可能になる。

【００４１】さらに、本実施の形態においては、複数の
Ｃｕ配線Ａ〜Ｇ及びＣｕ−Ｎｉ配線１〜７によって格子
状の測温部が形成されていることから、容易にＳｉウェ
ハーＷの表面の複数点の温度分布を測定することができ
る。

【００４２】しかも、本実施の形態によれば、閉じられ
た空間にＳｉウェハーＷがある場合であっても、容易に
その表面の温度測定を行うことができる。

【００４３】さらにまた、本実施の形態は、スパッタリ
ングによって配線を形成するものであるから、安価に温
度測定素子が得られるものである。

【００４４】なお、本発明は上述の実施の形態に限られ
ることなく、種々の変更を行うことができる。例えば、
上述の実施の形態においては、互いに直交する方向に複
数の金属配線を形成して格子状の測温部を設けるように
したが、金属配線の数、形状、位置、角度等は任意のも
のとすることができる。なお、各金属配線の幅及び厚み
はほぼ等しくなるように形成することが好ましい。

【００４５】また、測温部の材料も熱電対を構成するも
のであれば、ＣｕやＣｕ−Ｎｉに限らず種々のものを用
いることができる。ただし、ＣｕとＣｕ−Ｎｉを用いれ
ば、安価でスパッタリングし易いので好都合である。一
方、スパッタリング以外の方法（例えば、蒸着法等）に
より測温部を設けることも可能である。

【００４６】さらに、本発明は、Ｓｉウェハーに限ら
ず、表面の温度計測を必要とするあらゆる産業分野にお
ける物体の温度測定に適用することができる。

【００４７】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１記載の発明
によれば、異なる種類の熱電対材料から構成され、温度
を測定すべき物体の表面に密着する膜状の測温部を有す
ることにより、温度測定の際に物体の表面に対して測温
部を面接触させることができ、その結果、物体の表面の
熱を十分に測温部に伝達させて正確な温度測定を行うこ
とができる。

【００４８】また、膜状の測温部により、素子自体の熱
容量を小さくすることができることから、熱起電力が発
生するまでの時間的な遅れを少なくでき、また、物体の
表面から温度測定素子への熱の移動に伴う測定誤差を小
さくできることから、正確かつ迅速な温度測定が可能に
なる。

【００４９】この場合、請求項２記載の発明のように、
請求項１記載の発明において、格子状の測温部を有する
ように構成することにより、物体表面の複数点の温度分
布を測定する場合に、従来の熱電対を用いる場合のよう
に複数のワイヤーを物体上に配する必要がなく、容易に
温度測定を行うことができる。

【００５０】一方、請求項３記載の発明のように、温度
を測定すべき物体の表面に、請求項１又は２のいずれか
１項記載の温度測定素子を配置し、当該測温部にて発生
した熱起電力に基づいて当該物体の表面の温度を測定す
ることにより、温度を測定すべき物体の設置位置を問わ
ず、容易かつ正確に物体の表面の温度測定を行うことが
できる。

【００５１】この場合、請求項４記載の発明のように、
請求項３記載の発明において、温度を測定すべき物体の
表面にスパッタリングによって測温部を形成することに
より、被測温物体の表面に密着する測温部をきわめて薄
く形成することができ、素子自体の熱容量をより一層小
さくすることができるとともに、種々の物体に対し、容
易に複雑な形状の測温部を形成することができる。しか
も、スパッタリングによれば、ターゲットの組成を安定
して再現性良く成膜できるので、熱起電力の特性が安定
するという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る物体表面の温度測定素子の一実施
の形態を示す概略構成図

【図２】同実施の形態における測温部の構成の説明図

【図３】本発明に係る物体表面の温度測定素子を用いた
表面温度測定システムの構成例を示すブロック図

【図４】従来の物体の表面温度の測定方法の一例を示す
説明図

【符号の説明】

１、２、３、４、５、６、７…Ｃｕ配線 １０Ａ、１０
Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆ、１０Ｇ、１１、
１２、１３、１４、１５、１６、１７…切換スイッチ
１８、１９…リード線 ２０…電圧計 Ａ、Ｂ、Ｃ、
Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ…Ｃｕ−Ｎｉ配線 Ａ−１〜Ａ−７、Ｂ
−１〜Ｂ−７、Ｃ−１〜Ｃ−７、Ｄ−１〜Ｄ−７、Ｅ−
１〜Ｅ−７、Ｆ−１〜Ｆ−７、Ｇ−１〜Ｇ−７…測温部
Ｗ…Ｓｉウェハー

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】異なる種類の熱電対材料から構成され、温
   度を測定すべき物体の表面に密着する膜状の測温部を有
   することを特徴とする物体表面の温度測定素子。
2. 【請求項２】格子状の測温部を有することを特徴とする
   請求項１記載の物体表面の温度測定素子。
3. 【請求項３】温度を測定すべき物体の表面に、請求項１
   又は２のいずれか１項記載の温度測定素子を配置し、当
   該測温部にて発生した熱起電力に基づいて当該物体の表
   面の温度を測定することを特徴とする物体表面の温度測
   定方法。
4. 【請求項４】温度を測定すべき物体の表面にスパッタリ
   ングによって測温部を形成することを特徴とする請求項
   ３記載の物体表面の温度測定方法。