JP2009218301A - Temperature measuring apparatus, placement table structure and thermal processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体の温度測定装置、これを用いた載置台構造及び熱処理装置に関する。 The present invention relates to a temperature measuring device for an object to be processed such as a semiconductor wafer, a mounting table structure and a heat treatment device using the same.
一般に、半導体集積回路を製造するには、半導体ウエハ等の被処理体に、成膜処理、エッチング処理、酸化拡散熱処理、アニール処理、改質処理、結晶化処理等の各種の熱処理を繰り返し行なって、所望する集積回路を形成するようになっている。上記したような各種の処理を行なう場合には、その処理の種類に対応して必要な処理ガス、例えば成膜処理の場合には成膜ガスを、改質処理の場合にはオゾンガス等を、結晶化処理の場合にはN2 ガス等の不活性ガスやO2 ガス等をそれぞれ処理容器内へ導入している。 In general, in order to manufacture a semiconductor integrated circuit, a target object such as a semiconductor wafer is repeatedly subjected to various heat treatments such as a film formation process, an etching process, an oxidation diffusion heat treatment, an annealing process, a modification process, and a crystallization process. The desired integrated circuit is formed. When performing various processes as described above, a processing gas required corresponding to the type of the process, for example, a film forming gas in the case of a film forming process, an ozone gas or the like in the case of a reforming process, In the case of crystallization treatment, an inert gas such as N 2 gas or O 2 gas is introduced into the processing vessel.
例えば半導体ウエハに対して1枚毎に熱処理を施す枚葉式の熱処理装置を例にとれば、真空引き可能になされた処理容器内に、例えば抵抗加熱ヒータを内蔵した載置台を設置し、この上面に半導体ウエハを載置した状態で所定の処理ガスを流し、所定のプロセス条件下にてウエハに各種の熱処理を施すようになっている。 For example, in the case of a single wafer type heat treatment apparatus that performs heat treatment on a semiconductor wafer one by one, for example, a mounting table with a built-in resistance heater is installed in a processing container that can be evacuated. A predetermined processing gas is allowed to flow while a semiconductor wafer is placed on the upper surface, and various heat treatments are performed on the wafer under predetermined process conditions.
ところで、上述した各種の熱処理を行う場合には、この熱処理を所望の設計通りに行うために熱処理時の半導体ウエハの温度を厳しく管理することが求められる。例えば熱処理として熱CVD(Chemical Vapor Deposition)により薄膜を形成する場合に、上記したように半導体ウエハの温度を厳しく管理しないと、設計通りの膜厚が得られなかったり、或いは所望する膜質特性が得られなかったりしてしまう。 By the way, when performing the various heat treatments described above, it is required to strictly control the temperature of the semiconductor wafer during the heat treatment in order to perform the heat treatment as desired. For example, when forming a thin film by thermal CVD (Chemical Vapor Deposition) as a heat treatment, if the temperature of the semiconductor wafer is not strictly controlled as described above, the designed film thickness cannot be obtained or the desired film quality characteristics can be obtained. It will not be possible.
そこで、熱処理中の半導体ウエハの温度を測定するための手段として、例えば半導体ウエハWを載置する載置台や処理ガスを供給するシャワーヘッド部に放射温度計を設けて、この放射温度計によりウエハ温度を計測しつつウエハ温度を調整して熱処理することが行われている(特許文献1等)。 Therefore, as a means for measuring the temperature of the semiconductor wafer during the heat treatment, for example, a radiation thermometer is provided on a mounting table on which the semiconductor wafer W is placed and a shower head for supplying a processing gas, and the wafer is used by this radiation thermometer. Heat treatment is performed by adjusting the wafer temperature while measuring the temperature (Patent Document 1, etc.).
ところで、上述した放射温度計は、ウエハ表面からの放射輝度を用いて温度を求めるものであるが、ウエハの放射率はウエハ温度に大きく依存して変化し、また、この放射率はウエハ表面の状態にも大きく影響を受けてしまうので、例えばウエハの表面に薄膜等が付着すると放射率が変化してしまい、精度の高い温度測定を行うことが困難になる、といった問題があった。 By the way, the above-mentioned radiation thermometer obtains the temperature by using the radiance from the wafer surface. However, the emissivity of the wafer changes greatly depending on the wafer temperature. For example, if a thin film or the like adheres to the surface of the wafer, the emissivity changes, which makes it difficult to perform highly accurate temperature measurement.
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、安価で且つ精度の高い温度測定を行うことが可能な温度測定装置、これを用いた載置台構造及び熱処理装置を提供することができる。 The present invention has been devised to pay attention to the above problems and to effectively solve them. An object of the present invention is to provide a temperature measurement device that can perform temperature measurement at low cost and high accuracy, a mounting table structure and a heat treatment device using the temperature measurement device.
請求項1に係る発明は、所定の熱処理が施される被処理体を載置する載置台に設けられる温度測定装置において、前記載置台内に、前記載置台の厚さ方向に沿って埋め込まれると共に上端部が表面に露出しているプローブ本体と、前記プローブ本体の下端部の加熱及び/又は冷却を行うことできる温調手段と、前記プローブ本体の上端部の温度を測定する第1の温度センサと、前記プローブ本体の下端部の温度を測定する第2の温度センサと、前記第1の温度センサと前記第2の温度センサの測定値の温度差を求める温度差検出部と、前記温度差検出部から出力される温度差に基づいて該温度差がゼロになるように前記温調手段を制御することにより前記被処理体の温度を求める温度測定制御部と、を備えたことを特徴とする温度測定装置である。 The invention according to claim 1 is a temperature measurement device provided in a mounting table on which an object to be processed to be subjected to a predetermined heat treatment is placed, and is embedded in the mounting table along the thickness direction of the mounting table. In addition, a probe main body whose upper end is exposed on the surface, temperature adjusting means capable of heating and / or cooling the lower end of the probe main body, and a first temperature for measuring the temperature of the upper end of the probe main body A sensor, a second temperature sensor for measuring a temperature of a lower end portion of the probe body, a temperature difference detecting unit for obtaining a temperature difference between measured values of the first temperature sensor and the second temperature sensor, and the temperature A temperature measurement control unit that obtains the temperature of the object to be processed by controlling the temperature control means so that the temperature difference becomes zero based on the temperature difference output from the difference detection unit. With a temperature measuring device That.
このように、被処理体の温度を測定するためにプローブ本体の上端部を被処理体に接近、或いは接触させて設け、下端部に温調手段を設けた状態でプローブ本体の上下端部間の温度差がゼロになるように温調手段を制御することにより被処理体の温度を求めるようにしたので、装置自体を安価にでき、且つ精度の高い温度測定を行うことができる。 Thus, in order to measure the temperature of the object to be processed, the upper end of the probe body is provided close to or in contact with the object to be processed, and the temperature adjusting means is provided at the lower end part between the upper and lower ends of the probe body. Since the temperature of the object to be processed is obtained by controlling the temperature adjusting means so that the temperature difference between the two becomes zero, the apparatus itself can be made inexpensive and highly accurate temperature measurement can be performed.
この場合、例えば請求項2に記載したように、前記プローブ本体の上端は、前記被処理体の裏面に接触するように構成されている。
また例えば請求項3に記載したように、前記プローブ本体の上端は、前記被処理体の裏面から僅かに離間するように構成されている。
また例えば請求項4に記載したように、前記温調手段は、熱電変換素子よりなる。
また例えば請求項5に記載したように、前記温調手段は、加熱部と冷却部との組み合わせよりなる。
In this case, for example, as described in claim 2, the upper end of the probe main body is configured to come into contact with the back surface of the object to be processed.
For example, as described in claim 3, the upper end of the probe main body is configured to be slightly separated from the back surface of the object to be processed.
Further, for example, as described in claim 4, the temperature adjusting means includes a thermoelectric conversion element.
Further, for example, as described in claim 5, the temperature adjusting means is a combination of a heating part and a cooling part.
また例えば請求項6に記載したように、前記加熱部は、加熱ヒータ又は加熱用のレーザ素子よりなる。
また例えば請求項7に記載したように、前記プローブ本体は、前記載置台の表面に形成された収容穴内に収容されている。
また例えば請求項8に記載したように、前記プローブ本体の表面及び/又は前記収容穴の内面には、反射膜がコーティングされている。
For example, as described in
For example, as described in claim 7, the probe main body is accommodated in an accommodation hole formed in the surface of the mounting table.
Further, for example, as described in
また例えば請求項9に記載したように、前記プローブ本体は、周囲に対して断熱構造になされた状態で埋め込まれている。
また例えば請求項10に記載したように、前記収容穴内には断熱材が充填されている。
また例えば請求項11に記載したように、前記収容穴内は真空状態になされている。
また例えば請求項12に記載したように、前記プローブ本体は、シリコン、アルミニウム、アルミニウム合金、石英、セラミック材よりなる群から選択される1の材料よりなる。
Further, for example, as described in claim 9, the probe main body is embedded in a state in which the probe main body has a heat insulating structure.
Further, for example, as described in claim 10, the accommodation hole is filled with a heat insulating material.
For example, as described in claim 11, the inside of the accommodation hole is in a vacuum state.
For example, as described in claim 12, the probe main body is made of one material selected from the group consisting of silicon, aluminum, aluminum alloy, quartz, and a ceramic material.
また例えば請求項13に記載したように、前記第1及び第2の温度センサの内のいずれか一方の温度センサと前記プローブ本体とは熱電対を形成している。
また例えば請求項14に記載したように、前記プローブ本体は、前記載置台に設けられて前記被処理体を昇降するための押し上げピンと兼用されている。
Further, for example, as described in claim 13, one of the first and second temperature sensors and the probe main body form a thermocouple.
Further, for example, as described in
請求項15に係る発明は、請求項1乃至14のいずれか一項に記載の温度測定装置を有することを特徴とする載置台構造である。
請求項16に係る発明は、被処理体に対して所定の熱処理を施す熱処理装置において、排気可能になされた処理容器と、請求項15に記載の載置台構造と、前記載置台構造に載置された前記被処理体を加熱する加熱手段と、前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス導入手段と、前記載置台構造に設けた温度測定装置で測定した測定値に基づいて前記被処理体の温度を制御する被処理体温度制御部と、を備えたことを特徴とする熱処理装置である。
A fifteenth aspect of the present invention is a mounting table structure including the temperature measuring device according to any one of the first to fourteenth aspects.
According to a sixteenth aspect of the present invention, there is provided a heat treatment apparatus for performing a predetermined heat treatment on an object to be processed, a processing container that can be evacuated, the mounting table structure according to claim 15, and the mounting table structure described above. Heating means for heating the object to be processed, gas introducing means for introducing a predetermined gas into the processing container, and the measured value measured by the temperature measuring device provided in the mounting table structure. A heat treatment apparatus comprising: a body temperature control unit for controlling a body temperature.
本発明に係る温度測定装置、これを用いた載置台構造及び熱処理装置によれば、次のような優れた作用効果を発揮することができる。
載置台構造に載置した被処理体に対して所定の熱処理を施すに際して、被処理体の温度を測定するためにプローブ本体の上端部を被処理体に接近、或いは接触させて設け、下端部に温調手段を設けた状態でプローブ本体の上下端部間の温度差がゼロになるように温調手段を制御することにより被処理体の温度を求めるようにしたので、装置自体を安価にでき、且つ精度の高い温度測定を行うことができる。
According to the temperature measuring device, the mounting table structure and the heat treatment device using the temperature measuring device according to the present invention, the following excellent operational effects can be exhibited.
When performing a predetermined heat treatment on the object to be processed placed on the mounting table structure, the upper end of the probe main body is provided close to or in contact with the object to be processed to measure the temperature of the object to be processed. The temperature of the workpiece is obtained by controlling the temperature control means so that the temperature difference between the upper and lower ends of the probe body becomes zero with the temperature control means provided in the device, so that the device itself can be made inexpensive. Temperature measurement can be performed with high accuracy.
以下に本発明に係る温度測定装置、載置台構造及び熱処理装置の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
図1は本発明に係る熱処理装置を示す断面構成図、図2は載置台構造に設けた温度測定装置を示す構成図、図3は図2中のA−A線に沿った矢視平面図である。
An embodiment of a temperature measuring device, a mounting table structure, and a heat treatment device according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional configuration diagram showing a heat treatment apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a configuration diagram showing a temperature measurement device provided in the mounting table structure, and FIG. 3 is a plan view taken along the line AA in FIG. It is.
図示するようにこの熱処理装置2は、例えば断面の内部が略円形状になされたアルミニウム製或いはアルミニウム合金製の処理容器4を有している。この処理容器4内の天井部には必要な所定のガス、例えば処理ガスとして成膜ガスを導入するためにガス導入手段であるシャワーヘッド部6が設けられており、この下面のガス噴射面8に設けた多数のガス噴射孔から処理空間Sに向けて処理ガスを噴射するようになっている。
As shown in the figure, this heat treatment apparatus 2 has a processing vessel 4 made of aluminum or aluminum alloy, for example, whose inside is substantially circular. A
このシャワーヘッド部6内には、中空状の2つに区画されたガス拡散室12A、12Bが形成されており、ここに導入された処理ガスを平面方向へ拡散した後、各ガス拡散室12A、12Bにそれぞれ連通された各ガス噴射孔10A、10Bより吹き出すようになっている。このシャワーヘッド部6の全体は、例えばニッケルやハステロイ(登録商標)等のニッケル合金、アルミニウム、或いはアルミニウム合金により形成されている。尚、シャワーヘッド部6としてガス拡散室が1つの場合でもよい。そして、このシャワーヘッド部6と処理容器4の上端開口部との接合部には、例えばOリング等よりなるシール部材14が介在されており、処理容器4内の気密性を維持するようになっている。
In the
また、処理容器4の側壁には、この処理容器4内に対して被処理体としての半導体ウエハWを搬入搬出するための搬出入口16が設けられると共に、この搬出入口16には気密に開閉可能になされたゲートバルブ18が設けられている。
In addition, a loading /
そして、この処理容器4の底部20に排気空間22が形成されている。具体的には、この容器底部20の中央部には大きな開口24が形成されており、この開口24に、その下方へ延びる有底円筒体状の円筒区画壁26を連結してその内部に上記排気空間22を形成している。そして、この排気空間22を区画する円筒区画壁26の底部28には、これより起立させて被処理体としての半導体ウエハWを載置するための載置台構造29が設けられる。具体的には、この載置台構造29は、例えば透明石英ガラスやセラミック材よりなる円筒体状の支柱30の上端部に載置台32を接合等して固定している。
An
そして、上記排気空間22の開口24は、載置台32の直径よりも小さく設定されており、上記載置台32の周縁部の外側を流下する処理ガスが載置台32の下方に回り込んで開口24へ流入するようになっている。そして、上記円筒区画壁26の下部側壁には、この排気空間22に臨ませて排気口34が形成されており、この排気口34には、図示しない排気ポンプが介設された排気管36が接続されて、処理容器4内及び排気空間22の雰囲気を排気できるようになっている。
The opening 24 of the
そして、この排気管36の途中には、開度コントロールが可能になされた図示しない圧力調整弁が介設されており、この弁開度を自動的に調整することにより、上記処理容器4内の圧力を一定値に維持したり、或いは所望する圧力へ迅速に変化させ得るようになっている。この場合、処理容器4内の圧力は、処理態様に応じて低真空から高真空まで任意に設定される。
In the middle of the
また、上記載置台32は、例えば窒化アルミニウム(AlN)等のセラミック材よりなる。そして、この載置台32は、加熱手段として例えば内部に所定のパターン形状に埋め込まれた例えばカーボンヒータよりなる加熱ヒータ38を有しており、この載置台32の上面に被処理体としての半導体ウエハWを載置し得るようになっている。また、上記加熱ヒータ38は上記支柱内に配設された給電線(図示せず)に接続されて、電力を制御しつつ供給できるようになっている。尚、加熱ヒータ38は、例えば内側ゾーンと、その外側を同心円状に囲む外側ゾーンとに分割されており、各ゾーン毎に個別に電力制御できるようになっている。
The mounting table 32 is made of a ceramic material such as aluminum nitride (AlN). The mounting table 32 includes a
上記載置台32には、この上下方向に貫通して複数、例えば3本のピン挿通孔41が形成されており(図1においては2つのみ示す)、上記各ピン挿通孔41に上下移動可能に遊嵌状態で挿通させた押し上げピン42を配置している。この押し上げピン42の下端には、円形リング形状の例えばアルミナのようなセラミックス製の押し上げリング44が配置されており、この押し上げリング44に、上記各押し上げピン42の下端が乗っている。この押し上げリング44から延びるアーム部45は、容器底部20を貫通して設けられる出没ロッド46に連結されており、この出没ロッド46はアクチュエータ48により昇降可能になされている。
The mounting table 32 is formed with a plurality of, for example, three pin insertion holes 41 penetrating in the vertical direction (only two are shown in FIG. 1), and can be moved up and down in each of the pin insertion holes 41. A push-up
これにより、上記各押し上げピン42をウエハWの受け渡し時に各ピン挿通孔41の上端から上方へ出没させるようになっている。また、アクチュエータ48の出没ロッド46の容器底部の貫通部には、伸縮可能なベローズ50が介設されており、上記出没ロッド46が処理容器4内の気密性を維持しつつ昇降できるようになっている。
As a result, the push-up
そして、この載置台構造29に本発明に係る温度測定装置52が設けられることになる。図2にも示すように、この温度測定装置52は、上記載置台32に埋め込まれたプローブ本体54と、このプローブ本体54の下端部を加熱又は冷却する温調手段56と、上記プローブ本体54の上端部の温度を測定する第1の温度センサ58と、上記プローブ本体54の下端部の温度を測定する第2の温度センサ60と、上記第1及び第2の温度センサ58、60の各測定値の温度差を求める温度差検出部62と、この温度差がゼロになるように上記温調手段58を制御することにより上記半導体ウエハWの温度を求める温度測定制御部64とにより主に構成されている。
The mounting
具体的には、上記プローブ本体54は、熱伝導性が比較的良好で、ウエハWに対する汚染の恐れが少ない材料、例えばアルミニウム合金等により小さな円柱状、或いは角柱状に成形されている。図3にも示すように、図示例では円柱状に成形されている。このプローブ本体54は、載置台32の表面である上面側に、その厚さ方向に沿って形成した収容穴66内に収容されている。このプローブ本体54の長さは例えば5〜20mm程度の範囲内であり、直径は2〜8mm程度の範囲内であり、熱応答性を高くするために可能な限り小さい方が望ましい。
Specifically, the probe
このプローブ本体54の材料としては、シリコン、アルミニウム、アルミニウム合金、石英、セラミック材よりなる群から選択される1の材料を用いることができるが、この点は、これ以降に説明する他の実施形態においても同じである。尚、上記セラミック材は、例えばアルミナ、窒化アルミニウム、シリコンカーバイト等である。
As the material of the probe
このプローブ本体54は、上記収容穴66内に、その周囲に対して断熱構造になされた状態で載置台32の厚さ方向に沿って埋め込まれている。すなわち、上記収容穴66の内面には熱反射用の反射膜68がコーティングされており、また同様にプローブ本体54の上端面を除いて表面全体にも熱反射用の反射膜70がコーティングされている。そして、収容穴66の内面と上記プローブ本体54の周囲との間には、例えばポーラス状の石英等よりなる断熱材72が充填されており、上記プローブ本体54と載置台32との間を断熱して両者間で熱伝導が生じ難いようにしている。
The probe
ここで上記プローブ本体54は完全に埋め込まれるのではなく、プローブ本体54の上端部が、載置台32の表面に露出している状態になされており、この上端部がウエハWの下面と対向して、この下面と非常に接近した状態となっている。実際には、プローブ本体54の上面とウエハWの下面とはほとんど接触した状態となっている。
Here, the probe
そして、上記プローブ本体54の上端部の側面に上記第1の温度センサ58を取り付けており、またプローブ本体54の下端部の側面に上記第2の温度センサ60を取り付けている。そして、第1及び第2の温度センサ58、60と上記温度差検出部62との間は、それぞれ2本の組の配線ライン74、76で接続されており、上記第1及び第2の各温度センサ58、60で測定した各測定値を上記温度差検出部62へ入力するようになっている。上記第1及び第2の温度センサ58、60としては、それぞれ例えば熱電対を用いることができる。
The
また、上記プローブ本体54の下端部に、上記温調手段56が取り付けられている。この温調手段56は、例えばペルチェ素子のような熱電変換素子78よりなり、この温調手段56と上記温度測定制御部64との間は配線ライン80、82により接続されている。この温度測定制御部64は、内部に電源やコンピュータ等を含み、上記温度差検出部62より出力される温度差がゼロとなるように上記温調手段56を制御するようになっている。具体的には、ここでは温調手段56は熱電変換素子78よりなるので、電流の方向を制御することにより、上記プローブ本体54の下端部に対して加熱と冷却とを選択的に行うことができるようになっている。
The temperature adjusting means 56 is attached to the lower end portion of the probe
ここで、上記温度差検出部62から出力が”ゼロ”になった時の第1又は第2の温度センサ58、60の測定値をウエハWの温度値として、上記温度測定制御部64は被処理体温度制御部84(図1参照)へ出力するようになっている。尚、この場合、理論上は第1の温度センサ58と第2の温度センサ60の測定値は同一の温度値となっている。
Here, the measured value of the first or
ここで、図1へ戻って、上記温度測定制御部64から出力されるウエハ温度値に基づいて上記被処理体温度制御部84は、加熱ヒータ38への電力を増減し、ウエハ温度をコントロールして予め定められたウエハ温度に設定するようにしている。
Here, referring back to FIG. 1, based on the wafer temperature value output from the
そして、このように構成された熱処理装置2の全体の動作の制御、例えば各ガスの供給開始と供給停止、流量制御、プロセス圧力の制御、ウエハ温度の制御等は、コンピュータ等よりなる装置制御部88からの指示で行われ、上記温度測定制御部64や被処理体温度制御部84等はこの装置制御部88の支配下で動作する。また、この装置制御部88を動作するに必要なコンピュータに読み取り可能なプログラムは記憶媒体90に記憶されている。この記憶媒体90は、例えばフレキシブルディスク、CD(Compact Disc)、CD−ROM、ハードディスク、フラッシュメモリ或いはDVD等よりなる。
Control of the overall operation of the heat treatment apparatus 2 configured in this way, for example, supply start and stop of each gas, flow rate control, process pressure control, wafer temperature control, etc., is an apparatus control unit comprising a computer or the like The temperature
次に、以上のように構成された熱処理装置の動作について説明する。
まず、未処理の半導体ウエハWは、図示しない搬送アームに保持されて開状態となったゲートバルブ18、搬出入口16を介して処理容器4内へ搬入され、このウエハWは、上昇された押し上げピン42に受け渡された後に、この押し上げピン42を降下させることにより、ウエハWを載置台32の上面に載置してこれを支持する。
Next, the operation of the heat treatment apparatus configured as described above will be described.
First, the unprocessed semiconductor wafer W is loaded into the processing container 4 through the
次に、例えば熱処理として成膜処理を行う場合には、シャワーヘッド部6へ各成膜ガスをそれぞれ流量制御しつつ供給して、このガスを各ガス噴射孔10A、10Bより噴射し、処理空間Sへ導入する。そして、排気管36に設けた真空ポンプ(図示せず)の駆動を継続することにより、処理容器4内や排気空間22内の雰囲気を真空引きし、そして、圧力調整弁の弁開度を調整して処理空間Sの雰囲気を所定のプロセス圧力に維持する。
Next, for example, when a film forming process is performed as a heat treatment, each film forming gas is supplied to the
これと同時に、載置台32に設けた加熱手段である加熱ヒータ38には被処理体温度制御部84から電力が供給されており、載置台32を介してウエハWが所定のプロセス温度、例えば数100℃程度に加熱されることになる。このようにして、ウエハWの表面に、熱処理により所定の薄膜が形成される。
At the same time, electric power is supplied from the workpiece
さて、このような成膜処理の過程において、ウエハWの温度は、本発明に温度測定装置52によって精度良く検出されており、その検出値を被処理体温度制御部84へフィードバックすることにより、精度の高い温度制御が行われている。具体的には、上記温度測定装置52のプローブ本体54の上端面と、この上端面が対向するウエハWの裏面とは両部材が温度平衡になるように熱の授受が行われており、そして、プローブ本体54自体は、その上下端間で温度差が生じないように内部で熱の移動が生じている。ここで上記プローブ本体54の上下端部の温度は、それぞれ第1の温度センサ58及び第2の温度センサ60により測定されて、配線ライン74、76を介して温度差検出部62へ入力されている。
In the course of the film forming process, the temperature of the wafer W is accurately detected by the
この温度差検出部62は、上記両測定値を比較してこの温度差を温度測定制御部64へ出力する。この温度測定制御部64は、上記温度差が”ゼロ”になるように、上記プローブ本体54の下端部に設けた温調手段56である熱電変換素子78を駆動する。例えばこの熱電変換素子78は、プローブ本体54の上端部に対して下端部の温度が低ければ、この下端部を加熱するように動作し、逆に、下端部の温度が高ければこの下端部を冷却するように動作する。この加熱と冷却の選択は、例えばペルチェ素子等の熱電変換素子78に流れる電流の方向を変えることにより行う。
The temperature
このようにして、上記プローブ本体54の上下端部の温度が常に同じ、すなわち平衡になるように動作しており、第1の温度センサ58、或いは第2の温度センサ60の測定値がウエハ温度となる。尚、このウエハ温度は、上記温度測定制御部64を介して上記被処理体温度制御部84側へ出力されて行く。
In this way, the temperature of the upper and lower ends of the probe
ここで上記プローブ本体54の温度と、ウエハWの温度との関係について具体的に説明する。図2において、今、ウエハWの温度をTとし、プローブ本体54の上端部P1の温度をT1とし、下端部P2の温度をT2とする。
Here, the relationship between the temperature of the probe
上述のように、温度T1と温度T2との温度差ΔTを”ゼロ”にするように温度測定制御部64によりプローブ本体54の下端部P2を加熱したり、冷却したりして制御している。
ΔT=T1−T2
そして、”ΔT=T1−T2=0”の時、”T1=T2=T”となる。実際の動作では、”|ΔT|=|T1−T2|<εの時、”T1=T2=T”としており、この”ε”は非常に小さく、例えば10−3℃程度である。
As described above, the temperature
ΔT = T1-T2
When “ΔT = T1−T2 = 0”, “T1 = T2 = T”. In actual operation, when “| ΔT | = | T1−T2 | <ε,“ T1 = T2 = T ”is set, and this“ ε ”is very small, for example, about 10 −3 ° C.
この場合、プローブ本体54等はウエハWに対して熱容量が非常に小さいことから、ウエハWに対して熱的に悪影響を及ぼすことがない。このように、ウエハWの下面とプローブ本体54の上端面とが非接触であっても、ウエハWの温度を精度良く測定することが可能となる。
In this case, since the heat capacity of the probe
また、ここではプローブ本体54の周囲には断熱材72が設けられており、しかもプローブ本体54の上端面を除いた表面には熱を反射する反射膜70を形成し、また収容穴66の表面にも熱を反射する反射膜68を形成して全体で断熱構造になされているので、この載置台32と上記プローブ本体54との間の熱の授受を極力抑制することができ、この結果、上記ウエハWの温度をより精度良く測定することができる。
Further, here, a
また、上記プローブ本体54、第1及び第2の温度センサ58、60及び温調手段56は、マイクロ化により集積化することができるので、全体として非常に安価に製造することができる。
Further, since the probe
このように、被処理体である半導体ウエハWの温度を測定するためにプローブ本体54の上端部を被処理体に接近、或いは接触させて設け、下端部に温調手段56を設けた状態でプローブ本体54の上下端部間の温度差がゼロになるように温調手段56を制御することにより被処理体の温度を求めるようにしたので、装置自体を安価にでき、且つ精度の高い温度測定を行うことができる。
As described above, in order to measure the temperature of the semiconductor wafer W as the object to be processed, the upper end portion of the probe
[変形実施形態]
次に上記温度測定装置の変形実施形態について説明する。
<第1及び第2の変形実施形態>
まず、第1及び第2の変形実施形態について説明する。図4は本発明の温度測定装置の第1及び第2の変形実施形態を示す部分拡大図である。図4(A)は第1の変形実施形態を示し、図4(B)は第2の変形実施形態を示す。尚、図4では図1乃至図3に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付して、その説明を省略する。
[Modified Embodiment]
Next, a modified embodiment of the temperature measuring device will be described.
<First and second modified embodiments>
First, the first and second modified embodiments will be described. FIG. 4 is a partially enlarged view showing first and second modified embodiments of the temperature measuring device of the present invention. FIG. 4A shows a first modified embodiment, and FIG. 4B shows a second modified embodiment. In FIG. 4, the same components as those shown in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図4(A)に示す第1の変形実施形態の場合には、プローブ本体54の上端部を載置台32の上面よりも僅かに、例えば0〜500μm程度だけ上方へ突出させており、これにより、このプローブ本体54の上端面とウエハWの表面(下面)とが必ず接触するようにしている。これによれば、図2に示す実施形態と同一の作用効果を発揮できるのみならず、ウエハWとプローブ本体54との間の熱伝導がほとんど抵抗なく行われるので、その分、ウエハWの温度測定の精度を一層向上させることができる。
In the case of the first modified embodiment shown in FIG. 4A, the upper end portion of the probe
図4(B)に示す第2の変形実施形態に関しては、先の図2に示す実施形態の場合には、収容穴66内に断熱材72を充填していたが、これに代えて、第2の変形実施形態では、収容穴66内に断熱材を入れることなく、この内部を真空状態にしており、上端開口部をウエハWに対して汚染の生じないシール部材92により気密に封止している。このシール部材92としては、例えばアルミナ、石英等を用いることができる。尚、この第2の変形実施形態に上記第1の変形実施形態の特徴を適用してもよい。この第2の変形実施形態の場合にも、図2に示す実施形態と同一の作用効果を発揮することができる。
Regarding the second modified embodiment shown in FIG. 4B, in the case of the embodiment shown in FIG. 2, the
<第3の変形実施形態>
次に、第3の変形実施形態について説明する。図5は本発明の温度測定装置の第3の変形実施形態を示す部分拡大図である。尚、図5では図1乃至図3に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付して、その説明を省略する。
<Third Modified Embodiment>
Next, a third modified embodiment will be described. FIG. 5 is a partially enlarged view showing a third modified embodiment of the temperature measuring device of the present invention. In FIG. 5, the same components as those shown in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
先の各実施形態においては、温調手段56として1つの素子で加熱と冷却とを選択的に行うことができる熱電変換素子78を設けたが、これに代えて、この第3の変形実施形態では、別体化された加熱部96と冷却部98とを組み合わせて設けており、これらの加熱部96と冷却部98とを上記温度測定制御部64により選択的に動作させることにより、プローブ本体54の下端部の加熱と冷却とを選択的に行い得るようになっている。上記加熱部96及び冷却部98は、それぞれ配線ライン97、99を介して上記温度制御部64へ接続されている。この場合、加熱部96としては小型の抵抗加熱ヒータ等を用いることができ、冷却部98としては例えばペルチェ素子等を用いることができる。
In each of the previous embodiments, the
尚、この第3の変形実施形態に上記第1の変形実施形態の特徴を適用してもよい。この第2の変形実施形態の場合にも、図2に示す実施形態と同一の作用効果を発揮することができる。 Note that the characteristics of the first modified embodiment may be applied to the third modified embodiment. In the case of the second modified embodiment, the same operational effects as those of the embodiment shown in FIG. 2 can be exhibited.
<第4の変形実施形態>
次に、第4の変形実施形態について説明する。図6は本発明の温度測定装置の第4の変形実施形態を示す部分拡大図である。尚、図6では図1乃至図3に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付して、その説明を省略する。
<Fourth Modified Embodiment>
Next, a fourth modified embodiment will be described. FIG. 6 is a partially enlarged view showing a fourth modified embodiment of the temperature measuring device of the present invention. In FIG. 6, the same components as those shown in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図5に示す第3の変形実施形態では、加熱手段96として小型の抵抗加熱ヒータ等を用いたが、これに代えて、レーザ光Lを発生する加熱用のレーザ素子100を設けるようにしている。
In the third modified embodiment shown in FIG. 5, a small resistance heater or the like is used as the heating means 96, but instead of this, a
図6に示すように、載置台32の下部には、上記プローブ本体54の下面が露出するようにしてレーザ穴102を形成しており、このレーザ穴102の下方に位置させて加熱手段96としてレーザ素子100を配置している。そして、このレーザ素子100は配線ライン103を介して温度測定制御部64へ接続されており、このレーザ素子100から放射するレーザ光Lによってプローブ本体54の下端部を必要に応じて加熱するようになっている。この場合、上記レーザ穴102の下端開口部には透明な石英窓104を気密に取り付けて、レーザ穴102内に成膜ガス等が侵入しないようにしている。この第4の変形実施形態の場合にも、図2に示す実施形態と同一の作用効果を発揮することができる。
As shown in FIG. 6, a
<第5の変形実施形態>
次に、第5の変形実施形態について説明する。図7は本発明の温度測定装置の第5の変形実施形態を示す部分拡大図である。尚、図7では図1乃至図6に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付して、その説明を省略する。
<Fifth Modified Embodiment>
Next, a fifth modified embodiment will be described. FIG. 7 is a partially enlarged view showing a fifth modified embodiment of the temperature measuring device of the present invention. In FIG. 7, the same components as those shown in FIGS. 1 to 6 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
以上の各実施形態においては、プローブ本体54として単体の例えばアルミニウム合金等を用いたが、これに代えて、この第5の変形実施形態では、上記プローブ本体54として熱電対110を用いている。すなわち、ウエハWに対して汚染の恐れが少ない2種類の異種金属112A、112Bの一端を接合すると共にそれ以外の部分は間に絶縁部材114を介して接合して熱電対110を形成している。そして、図7では、上記異種金属112A、112Bの接合部116が測温接点となり、この測温接点を上端部に位置させて、この部分の温度を測定するようになっている。
In each of the above embodiments, a single body such as an aluminum alloy is used as the probe
すなわち、ここでは熱電対110よりなるプローブ本体54に、第1の温度センサ58の機能を兼用させている。この熱電対110からの配線120は、上記温度差検出部62へ接続されて、プローブ本体54の上端部の温度を測定できるようになっている。この場合、プローブ本体54の下端部には、この温度を測定するために第2の温度センサ60を設けておくのは勿論である。
That is, here, the probe
尚、上記プローブ本体54を上下逆様にして設けるようにして上記接合部116である測温接点を下部に位置させてもよく、この場合には、第1の温度センサ58を設けて、第2の温度センサ60が不要にすることができる。この第5の変形実施形態の場合にも、図2に示す実施形態と同一の作用効果を発揮することができる。
The probe
<第6の変形実施形態>
次に、第6の変形実施形態について説明する。図8は本発明の温度測定装置の第6の変形実施形態を示す部分拡大図である。尚、図8では図1乃至図7に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付して、その説明を省略する。
<Sixth Modified Embodiment>
Next, a sixth modified embodiment will be described. FIG. 8 is a partially enlarged view showing a sixth modified embodiment of the temperature measuring device of the present invention. In FIG. 8, the same components as those shown in FIGS. 1 to 7 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
以上の各実施形態においては、載置台32にプローブ本体54を設けたが、これに限定されず、図8に示すように、押し上げピン42の上部に、上記プローブ本体54を設けるようにしてもよい。この第6の変形実施形態の場合にも、図2に示す実施形態と同一の作用効果を発揮することができる。
In each of the above embodiments, the probe
尚、上記各実施形態の特徴は、互いに組み合わせて用いるようにしてもよい。また、ウエハWの汚染を特に回避するためには、プローブ本体54の表面に、例えばアルミナ溶射膜、アルマイト等よりなる保護膜を形成するようにしてもよい。
また、載置台32に設けた加熱手段38は、例えば同心円状に複数のゾーンに分割されて、ゾーン毎に温度制御を行う場合もあるが、この場合には、各ゾーン毎に、共に説明したプローブ本体54等を設けてそれぞれ温度を測定するようにする。
Note that the features of the above embodiments may be used in combination. In order to particularly avoid contamination of the wafer W, a protective film made of, for example, an alumina sprayed film or an alumite may be formed on the surface of the probe
Further, the heating means 38 provided on the mounting table 32 may be divided into a plurality of zones, for example, concentrically, and temperature control may be performed for each zone. A probe
また更に、上記各実施形態では、温調手段56には加熱と冷却の双方を選択的に行うことができる機能を持たせたが、これに限定されず、加熱手段96のみ、或いは冷却手段98のみを設けるようにしてもよい。
Furthermore, in each of the embodiments described above, the
また、ここでは熱処理として成膜処理を例にとって説明したが、これに限定されず、本発明は、エッチング処理、酸化拡散熱処理、アニール処理、改質処理、結晶化処理等の全ての熱処理に適用することができ、更には、プラズマを用いた熱処理装置にも適用することができる。
また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、LCD基板、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。
In addition, although the film formation process has been described as an example of the heat treatment here, the present invention is not limited to this, and the present invention is applicable to all heat treatments such as etching treatment, oxidation diffusion heat treatment, annealing treatment, modification treatment, and crystallization treatment. Further, it can be applied to a heat treatment apparatus using plasma.
Although the semiconductor wafer is described as an example of the object to be processed here, the present invention is not limited thereto, and the present invention can be applied to a glass substrate, an LCD substrate, a ceramic substrate, and the like.
2 熱処理装置
4 処理容器
6 シャワーヘッド部(ガス導入手段)
29 載置台構造
30 支柱
32 載置台
38 加熱ヒータ(加熱手段)
42 押し上げピン
52 温度測定装置
54 プローブ本体
56 温調手段
58 第1の温度センサ
60 第2の温度センサ
62 温度差検出部
64 温度測定制御部
66 収容穴
68,70 反射膜
72 断熱材
78 熱電変換素子
84 被処理体温度制御部
88 装置制御部
90 記憶媒体
96 加熱部
98 冷却部
100 レーザ素子
W 半導体ウエハ(被処理体)
2 Heat treatment device 4
29 mounting
42 Push-
Claims (16)
前記載置台内に、前記載置台の厚さ方向に沿って埋め込まれると共に上端部が表面に露出しているプローブ本体と、
前記プローブ本体の下端部の加熱及び/又は冷却を行うことできる温調手段と、
前記プローブ本体の上端部の温度を測定する第1の温度センサと、
前記プローブ本体の下端部の温度を測定する第2の温度センサと、
前記第1の温度センサと前記第2の温度センサの測定値の温度差を求める温度差検出部と、
前記温度差検出部から出力される温度差に基づいて該温度差がゼロになるように前記温調手段を制御することにより前記被処理体の温度を求める温度測定制御部と、
を備えたことを特徴とする温度測定装置。 In the temperature measuring device provided on the mounting table on which the target object to be subjected to predetermined heat treatment is placed,
A probe body embedded in the mounting table along the thickness direction of the mounting table and having an upper end exposed on the surface,
Temperature control means capable of heating and / or cooling the lower end of the probe body;
A first temperature sensor that measures the temperature of the upper end of the probe body;
A second temperature sensor for measuring the temperature of the lower end of the probe body;
A temperature difference detector for obtaining a temperature difference between measured values of the first temperature sensor and the second temperature sensor;
A temperature measurement control unit for determining the temperature of the object to be processed by controlling the temperature control means so that the temperature difference becomes zero based on the temperature difference output from the temperature difference detection unit;
A temperature measuring device comprising:
排気可能になされた処理容器と、
請求項15に記載の載置台構造と、
前記載置台構造に載置された前記被処理体を加熱する加熱手段と、
前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス導入手段と、
前記載置台構造に設けた温度測定装置で測定した測定値に基づいて前記被処理体の温度を制御する被処理体温度制御部と、
を備えたことを特徴とする熱処理装置。 In a heat treatment apparatus for performing a predetermined heat treatment on a workpiece,
A processing vessel made evacuable,
The mounting table structure according to claim 15;
Heating means for heating the object mounted on the mounting table structure;
Gas introduction means for introducing a predetermined gas into the processing container;
An object temperature control unit for controlling the temperature of the object to be processed based on a measurement value measured by a temperature measuring device provided in the mounting table structure;
A heat treatment apparatus comprising:
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