JP2004028938A

JP2004028938A - 熱処理装置及び測温治具

Info

Publication number: JP2004028938A
Application number: JP2002189159A
Authority: JP
Inventors: Yoshiji Fujii; 藤井　佳詞; Kazuhiko Saito; 斎藤　和彦
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【課題】熱放射体から温度センサに入射する赤外線の影響を排除して、ワークの正確な温度測定を行うことのできる熱処理装置及び測温治具を提供すること。
【解決手段】熱処理装置１は、ワークＷを加熱する熱放射体３と、温度センサ１０を内蔵し、ワークＷに接触してワークＷからの伝導熱を受ける測温治具６ａとを備え、更に測温治具６ａには、熱放射体３から温度センサ１０に向かう赤外線を反射する赤外線反射材９が設けられている。赤外線反射材９は、ワークＷに直接接触するか、あるいは赤外線反射材９とワークＷとの間にはシリコンなどのプレートが介在される。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱放射体からの輻射熱（赤外線）によって、半導体ウェーハなどのワークを加熱する熱処理装置、及びそのワークに接触してワークの温度を測定する測温治具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
加熱を伴うワークの各種処理に際して、ワークの温度をリアルタイムで（即時的に）測定して、その測定結果を加熱源であるランプヒータにフィードバックさせてランプヒータの出力を制御することが従来より行われている。
【０００３】
ワークの温度測定法としては、例えば特開平９−１１１４３６号公報に示されているように、熱電対をワークに接触させて、ワークからの伝導熱を熱電対で受けてワークの温度測定を行う方法がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、熱電対は、接触しているワークからの伝導熱以外に、ワークを透過してくるランプヒータからの赤外線の影響も受け、ワークの温度を正確に反映した測定が行えないという問題がある。
【０００５】
また、ワークの種類や寸法、ワークに形成された膜の種類や膜厚などが変わると赤外線の透過率も変わってしまうため、同条件で加熱しても測定される温度に違いが生じ、その測定温度に基づくランプヒータの出力制御にもばらつきが出てしまい、処理が不安定になったり非効率的になってしまうという問題もある。
【０００６】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、その目的とするところは、熱放射体から温度センサに入射する赤外線の影響を排除して、ワークの正確な温度測定を行うことのできる熱処理装置及び測温治具を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するにあたり、本発明の熱処理装置は、ワークを加熱する熱放射体と、温度センサを内蔵しワークに接触してワークからの伝導熱を受ける測温治具とを備え、この測温治具には、熱放射体から温度センサに向かう赤外線を反射する赤外線反射材が設けられている。
【０００８】
また、以上の課題を解決するにあたり、本発明の測温治具は、温度センサを内蔵し、熱放射体によって加熱されるワークに接触してワークからの伝導熱を受け、更に、熱放射体から温度センサに向かう赤外線を反射する赤外線反射材が設けられている。
【０００９】
熱放射体からワークに向けて照射された赤外線によってワークは加熱される。そして、その赤外線は、測温治具に内蔵された温度センサに到達する前に、測温治具に設けられた赤外線反射材によって反射される。したがって、温度センサは、熱放射体からの赤外線の影響を受けずに、ワークの温度を正確に反映した測定を行える。
【００１０】
赤外線反射材としては金属を挙げることができる。金属は、一般に赤外線に対して高い反射率を有する。例えば、銅、金、銀、アルミニウム、ＴｉＮ、ステンレス鋼（ＳＵＳ）などが、一例として挙げられる。
特に銅は、高融点（融点１０８３℃）で耐熱性に優れ、また安価で入手が容易な上、赤外線に対して９８％以上の高い反射率を有するので、本発明における赤外線反射材として好適である。
また、金属にバフ研磨などの鏡面仕上げを施せば赤外線の反射率を高めることができる。
赤外線反射材は、金属体を独立して設けてもよいし、半導体やセラミック、あるいはガラスなどに、めっき法、スパッタ法、蒸着法などで金属膜を形成してもよい。
赤外線反射材の厚さとしては、ワークから温度センサへの熱伝導を妨げず、且つ十分な赤外線反射効果が得られる厚さとなるように、赤外線反射材の材料の熱伝導率や赤外線反射率に応じて最適な厚さに設定される。
【００１１】
また、赤外線反射材を、測温治具におけるワークとの接触部と、温度センサとの間に介在させる構成とすれば、赤外線反射材がワークに直接接触することによる、ワークへの金属汚染や、鏡面仕上げされた、あるいは金属膜として形成された赤外線反射材の損傷を防ぐことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
（第１の実施の形態）
図１に第１の実施の形態による熱処理装置１の概略斜視図を示す。
処理室２の上壁には石英板４がはめ込まれ、この石英板４上に熱放射体であるランプヒータ３が設けられている。ランプヒータ３は、例えばハロゲンランプヒータである。
【００１４】
処理室２内にはステージ５が設置されている。熱処理すべきワークである半導体（例えばシリコン）ウェーハＷは、ステージ５上で、円柱状の３本の支持ピン６ａ、６ｂ、６ｃによって支持される。３本の支持ピン６ａ、６ｂ、６ｃは、例えばエアシリンダの駆動力によってステージ５に対して上下動し、半導体ウェーハＷを搬送するときにステージ５から持ち上げたり、その持ち上げたままの状態で処理した後、下降させてステージ５に接触させて冷却させたりすることを可能としている。
【００１５】
３本の支持ピン６ａ、６ｂ、６ｃのうちの１本（支持ピン６ａ）は温度センサを内蔵し、本発明に係る測温治具としても機能する。図２は支持ピン６ａの要部拡大斜視図を、図３は要部の分解斜視図を示す。
【００１６】
測温治具としての支持ピン６ａは、主として、セラミック製の円柱部１２と、円柱部１２の上端に固定される測温プレート取付台１１と、温度センサ１０を内蔵し、測温プレート取付台１１の上面に固定される測温プレート８と、測温プレート８の上面に形成された赤外線反射材９とから構成される。
【００１７】
測温プレート取付台１１は例えばＮｉ−Ｃｒ合金でなり、そのリング状の底部１１ｂが、円柱部１２の上端縁部に例えば接着剤にて固定される。
【００１８】
測温プレート８は例えばシリコンなどの半導体材料でなる。温度センサ１０は熱電対であり、その測温部（合金部）１０ａは、測温プレート８の中央部に形成された凹所８ａ（図３参照）に埋め込まれ、耐熱性のあるセラミック系の接着剤が流し込まれて固定されている。
【００１９】
熱電対１０の２本の素線１０ｂ、１０ｃを、測温プレート取付台１１の上面１１ａに形成された２つの貫通孔１１ｃにそれぞれ通したうえで、測温プレート８は測温プレート取付台１１の上面１１ａに例えば接着剤にて固定される。
【００２０】
熱電対１０の２本の素線１０ｂ、１０ｃは、更に、円柱部１２の内部、ステージ５の内部、及びフィードスルーなどの真空−大気間用の配線経路（図示せず）を通って処理室２の外部に引き出され、温度の表示部７ａを備えた信号処理手段７に接続される。
【００２１】
測温プレート８の上面には、図２において網掛けで示す赤外線反射材９が形成されている。例えば銅を、スパッタ法、蒸着法、めっき法などで形成して、赤外線反射材９とする。赤外線反射材９の厚さは数十μｍほどである。本実施の形態では、赤外線反射材９が半導体ウェーハＷとの接触部となる。
【００２２】
他の２本の支持ピン６ｂ、６ｃは、単にセラミック製の円柱状を呈しているか、あるいは、上記支持ピン６ａにおいて熱電対１０を内蔵しない構成をしており、半導体ウェーハＷを支持する機能だけを有する。
【００２３】
以上のように構成される熱処理装置１及び測温治具６ａにおいて、次にその作用について説明する。
【００２４】
処理室２内に半導体ウェーハＷが搬入され、３本の支持ピン６ａ、６ｂ、６ｃにて支持されると、ランプヒータ３に電力が投入され、石英板４を透過した赤外線が半導体ウェーハＷに照射され、半導体ウェーハＷは加熱処理される。
【００２５】
このとき、半導体ウェーハＷの熱は、接触している測温プレート８に伝わり、更に測温プレート８に内蔵された熱電対１０の測温部１０ａに伝わる。熱電対１０はこの温度を検出して信号処理手段７に出力する。
【００２６】
予め実際の熱処理に先だって、半導体ウェーハＷに直接熱電対を取り付けてダミーの熱処理を行っておき、その半導体ウェーハＷに直接取り付けられた熱電対により得られる温度と、測温プレート８に内蔵された熱電対１０により得られる温度との相関関係を得ておく。この相関関係は信号処理手段７に記憶され、実際の熱処理時には、その相関関係に基づいて、測温プレート８に内蔵された熱電対１０により得られる温度から、半導体ウェーハＷの温度を算出して、表示部７ａに表示する。これによって、測温治具（支持ピン６ａ）の熱伝導率などに左右されずに、正確な半導体ウェーハＷの温度を得ることができる。
【００２７】
なお、信号処理手段７は、得られた測定温度に基づいて、ランプヒータ３の出力を制御するフィードバック制御も行っている。
また、測定した温度が異常に高かったり、低かったりした場合には、アラームなどを作動させるようにしてもよい。
【００２８】
そして、本実施の形態では、ランプヒータ３から照射されて半導体ウェーハＷを透過した赤外線は、赤外線反射材９によって反射されて熱電対１０の測温部１０ａには到達しない。したがって、熱電対１０の測温部１０ａがランプヒータ３によって直接温められることを抑えて、半導体ウェーハＷの温度を正確に反映した測定が行える。
また、半導体ウェーハＷの温度変動に対する追従性も良好にすることができる。更に、ランプヒータ３からの赤外線に影響されない正確な半導体ウェーハＷの温度測定は、この測定結果に基づくランプヒータ３の出力制御も正確なものとし、熱処理自体の安定性及び信頼性も向上させる。
【００２９】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、上記第１の実施の形態と同じ構成部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３０】
図４は、第２の実施の形態による測温治具の要部分解斜視図を示す。本実施の形態が第１の実施の形態と異なるのは、赤外線反射材９の上に、もう１枚測温プレート１５を重ねた点である。測温プレート１５は、測温プレート８と同様にシリコンなどの半導体材料でなり、測温プレート８に対して例えば接着剤で固定される。
【００３１】
本実施の形態では、測温プレート１５の上面１５ａが半導体ウェーハＷと接触する接触部となる。このような構成により、金属（銅）である赤外線反射材９が半導体ウェーハＷに接触することによる半導体ウェーハＷの金属汚染が防げる。更に、薄膜として形成された赤外線反射材９の損傷も防げる。
【００３２】
シリコンでなる測温プレート１５は赤外線を透過するが、その下の赤外線反射材９によって赤外線は反射されて熱電対１０の測温部１０ａには至らない。したがって、本実施の形態においても、熱電対１０の測温部１０ａがランプヒータ３によって直接温められることを抑えて、半導体ウェーハＷの温度を正確に反映した測定を行うことができる。
【００３３】
なお、測温プレート８の上面に赤外線反射材９を形成するのではなく、測温プレート１５の下面に赤外線反射材９を形成してもよい。
【００３４】
あるいは、図６に示すように、２枚の測温プレート１５、８間で、鏡面仕上げされた金属（例えば銅）プレート１９を赤外線反射材として挟んだ構成としてもよい。金属プレート１９の厚さとしては、０．５ｍｍほどあれば、十分、赤外線反射の効果は得られる。
【００３５】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれらに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００３６】
上記第１の実施の形態において、赤外線反射材９を測温プレート８上に薄膜として形成するのではなく、図５に示すように、測温プレート８上に積層される金属（例えば銅）プレート１７を赤外線反射材としてもよい。金属プレート１７は鏡面仕上げが施されている。
【００３７】
あるいは、図７に示すように、金属プレート状の赤外線反射材２０自体に、熱電対１０の測温部１０ａを埋め込んでもよい。この場合、熱電対１０と、赤外線反射材２０との金属接触及び電気的接続を避けるため、測温部１０ａ及び素線１０ｂ、１０ｃをセラミックなどの保護管２２内に入れたうえで、赤外線反射材２０に埋め込むようにする。
【００３８】
測温プレート取付台１１に対する測温プレート８の取り付け形態は接着に限らず、例えば測温プレート取付台１１に窪みを設けてそこに嵌め込んだり、測温プレート８上面の外周側を上から押圧させる構成にて固定するようにしてもよい。
【００３９】
支持ピン６ａ、６ｂ、６ｃの数は３本に限らず、それ以上でもよいし、あるいは、半導体ウェーハＷを支えることが可能なら１本でもよい。
あるいは、支持ピン６ａ、６ｂ、６ｃを用いることなく、脚付きのリング部材に半導体ウェーハＷを支持して、半導体ウェーハＷの下方に空間を確保して、その空間を利用して半導体ウェーハＷの下面に上記測温治具６ａを接触させてもよい。
【００４０】
熱放射体であるランプヒータ３は、処理室２の内部に配設してもよい。その種類も、ハロゲンランプに限らず、タングステンランプなどであってもよい。
【００４１】
温度センサとしては、熱電対１０の他にもサーミスタなどを用いてもよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、ワークからの伝導熱を温度センサによって測定する際に、ワークを加熱する熱放射体からの輻射熱（赤外線）の影響を排除して、ワークの温度を正確に反映した測定を行うことができ、熱処理プロセスの安定性や信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態による熱処理装置の概略斜視図である。
【図２】同熱処理装置における測温治具の要部拡大斜視図である。
【図３】同測温治具の要部分解斜視図である。
【図４】第２の実施の形態による測温治具の要部分解斜視図である。
【図５】変形例による測温治具の要部分解斜視図である。
【図６】他変形例による測温治具の要部分解斜視図である。
【図７】更に他の変形例による測温治具の要部分解斜視図である。
【符号の説明】
１…熱処理装置、２…処理室、３…熱放射体、４…石英板、６ａ…測温治具、８…測温プレート、９…赤外線反射材、１０…熱電対、１０ａ…測温部、１７…赤外線反射材、１９…赤外線反射材、Ｗ…ワーク。

Claims

ワークを加熱する熱放射体と、
温度センサを内蔵し、前記ワークに接触して前記ワークからの伝導熱を受ける測温治具とを備えた熱処理装置であって、
前記測温治具には、前記熱放射体から前記温度センサに向かう赤外線を反射する赤外線反射材が設けられていることを特徴とする熱処理装置。
前記赤外線反射材は、前記測温治具の前記ワークとの接触部と、前記温度センサとの間に介在されていることを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
前記赤外線反射材は金属でなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱処理装置。
前記金属は鏡面仕上げされていることを特徴とする請求項３に記載の熱処理装置。
温度センサを内蔵し、熱放射体によって加熱されるワークに接触して前記ワークからの伝導熱を受ける測温治具であって、
前記熱放射体から前記温度センサに向かう赤外線を反射する赤外線反射材が設けられていることを特徴とする測温治具。
前記赤外線反射材は、前記ワークとの接触部と前記温度センサとの間に介在されていることを特徴とする請求項５に記載の測温治具。
前記赤外線反射材は金属でなることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の測温治具。
前記金属は鏡面仕上げされていることを特徴とする請求項７に記載の熱処理装置。