JP2009302213A - 被処理体の熱処理装置及び熱処理方法 - Google Patents
被処理体の熱処理装置及び熱処理方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】被処理体Wに対して熱処理を施すための熱処理部を有する熱処理装置において、被処理体と温測用被処理体58a〜58eとを収容する処理容器8と、加熱手段12と、処理容器内へロードされる保持手段22と、ガス導入手段40と、測定用電波を送信する送信用アンテナと、弾性波素子より発せられる温度に応じた周波数の電波を受ける受信用アンテナと、受信用アンテナで受けた電波に基づいて温測用被処理体の温度を求める温度分析部70と、加熱手段を制御する温度制御部50とを備え、送信用アンテナと受信用アンテナとを前記熱処理部に設けられた導電性部材にそれぞれ兼用させる。
【選択図】図1
Description
上記した問題点を解決するためにウエハ自体に熱電対を設けることも考えられるが、有線であることからウエハの回転、移載に追従できず、また熱電対に起因する金属汚染等の問題もあるため、採用することはできない。
請求項3の発明は、請求項1又は2記載の発明において、前記加熱手段は、加熱電源と、該加熱電源に給電ラインを介して接続された抵抗加熱ヒータとを有していることを特徴とする。
請求項5の発明は、請求項4記載の発明において、前記抵抗加熱ヒータは、前記隣り合うゾーン加熱ヒータ間において電気的に導通状態になされていると共に、各加熱ゾーンのゾーン加熱ヒータ毎に給電ラインが設けられていることを特徴とする。
請求項7の発明は、請求項3乃至6のいずれか一項に記載の発明において、前記導電性部材とは、前記抵抗加熱ヒータであることを特徴とする。
請求項9の発明は、請求項7又は8記載の発明において、前記温度制御部は、前記加熱手段に供給する加熱電力と前記送信器から送出する測定用電波の電力とを時分割的に送出するように制御することを特徴とする。
請求項11の発明は、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の発明において、前記ガス導入手段は導電性材料よりなり、前記導電性部材とは前記ガス導入手段であることを特徴とする。
請求項12の発明は、請求項10又は11記載の発明において、前記導電性材料は半導体よりなることを特徴とする。
請求項16の発明は、請求項14又は15記載の発明において、前記加熱手段は、加熱電源と、該加熱電源に給電ラインを介して接続された抵抗加熱ヒータとを有していることを特徴とする。
請求項18の発明は、請求項17記載の発明において、前記抵抗加熱ヒータは、前記隣り合うゾーン加熱ヒータ間において電気的に導通状態になされていると共に、各加熱ゾーンのゾーン加熱ヒータ毎に給電ラインが設けられていることを特徴とする。
請求項20の発明は、請求項16乃至19のいずれか一項に記載の発明において、前記給電ラインには、加熱電力は通すが、高周波成分はカットする電力フィルタ部が介設されていることを特徴とする。
請求項21の発明は、請求項14乃至20のいずれか一項に記載の発明において、前記温度測定手段は、熱電対を有しており、該熱電対が前記送信用アンテナ及び/又は前記受信用アンテナとして兼用されることを特徴とする。
請求項24の発明は、請求項23に記載の発明において、前記導電性材料は、半導体よりなることを特徴とする。
請求項25の発明は、請求項24に記載の発明において、前記半導体は、ポリシリコン、単結晶シリコン、SiC、SiGe、GaN、ZnO、AlN、GaAsよりなる群より選択される1の材料よりなることを特徴とする。
請求項27の発明は、請求項26に記載の発明において、前記弾性波素子は、少なくとも前記温測用被処理体の中心部と周辺部とに設けられることを特徴とする。
請求項29の発明は、請求項28に記載の発明において、前記温測用被処理体の弾性波素子の周波数帯域は前記加熱ゾーン毎に互いに異なるように設定されていることを特徴とする。
請求項32の発明は、請求項1乃至31のいずれか一項に記載の発明において、前記処理容器には、前記被処理体の熱処理を補助するために高周波電力によってプラズマを発生させるプラズマ発生手段が設けられており、前記測定用電波の送信時及び受信時には一時的にプラズマの発生を停止することを特徴とする。
請求項33の発明は、請求項1乃至32のいずれか一項に記載の発明において、前記弾性波素子は、表面弾性波素子もしくはバルク弾性波素子もしくは境界弾性波素子のいずれかから選択されることを特徴とする。
請求項36の発明は、請求項1乃至35のいずれか一項に記載の発明において、前記温度分析部からの出力を記憶手段に記憶することを特徴とする。
請求項37の発明は、請求項1乃至36のいずれか一項に記載の発明において、前記温度分析部からの出力を表示する表示部を有することを特徴とする。
請求項38に係る発明は、弾性波素子を有する温測用被処理体を含む複数の被処理体を保持する保持手段を、処理容器内へ導入して前記被処理体を加熱手段で加熱することにより熱処理を施すようにした被処理体の熱処理方法において、前記処理容器に設けた送信用アンテナから測定用電波を送信する送信工程と、前記測定用電波を受けた前記温測用被処理体の弾性波素子が発する電波を前記処理容器に設けた受信用アンテナで受ける受信工程と、前記受信用アンテナで受けた電波に基づいて前記温測用被処理体の温度を求める温度分析工程と、前記加熱手段を制御する温度制御工程と、を有することを特徴とする被処理体の熱処理方法である。
請求項40の発明は、請求項38又は39記載の発明において、前記処理容器内及び/又は前記加熱手段には温度測定用の熱電対がそれぞれ設けられており、前記温度制御工程では、前記温測用被処理体の温度測定値に加えて前記熱電対からの測定値も参照して前記加熱手段の制御を行うことを特徴とする。
請求項42に係る発明は、請求項1乃至37のいずれか一項に記載の熱処理装置を用いて被処理体に熱処理を施すに際して、請求項38乃至41のいずれか一項に記載の熱処理方法を実行するように前記熱処理装置を制御するコンピュータ読み取り可能なプログラムを記憶する記憶媒体である。
請求項1乃至13及び26乃至42に係る発明によれば、熱処理装置の構成部材である加熱手段や保持手段やガス導入手段を、送信用アンテナや受信用アンテナとして兼用するようにし、更に、例えばランガサイト基板素子やランタンタンタル酸ガリウムアルミニウム等よりなる弾性波素子を用いることによってこの弾性波素子から発信した電波を受信してこれに基づいて温度を求めるようにし、これにより、アンテナを別途設ける必要がなく、しかも金属汚染等を生ずることなくワイヤレスで且つリアルタイムで被処理体の温度を精度良く正確に検出できるので、精度の高い温度制御を行うことができる。
<第1実施形態>
図1は本発明に係る熱処理装置の第1実施形態を示す断面構成図、図2は弾性波素子を設けた温測用被処理体を示す図、図3は熱処理装置の温度制御系を示す系統図、図4は本発明の熱処理方法の一例を示すフローチャート、図5は弾性波素子の動作原理を説明するための動作原理図である。ここでは送信用アンテナと受信用アンテナとを一体化して兼用した送受信アンテナを用いた場合を例にとって説明する。
まず、実際の成膜等の熱処理プロセスを行うに先立って、上記各加熱ゾーンに対応する弾性波素子60a〜60eが発生する周波数の電波より検出される温度と、各ゾーン加熱ヒータ10a〜10eへ供給する電力との相関関係を予め求めて装置の温度制御部50に記憶しておく。また、上記各熱電対17a〜17e、46a〜46eも用いる場合には、これらの温度検出値と上記弾性波素子60a〜60eの電波から得られる温度との相関関係も予め求めておく。
次に本発明の熱処理装置の第2実施形態について説明する。図6は本発明の熱処理装置の第2実施形態における温度制御系を示す系統図である。尚、図1乃至図5に記載された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。
次に本発明の熱処理装置の第3〜第6実施形態について説明する。先の第1及び第2実施形態では、熱処理装置の構成部材の1つである加熱手段12の抵抗加熱ヒータ10を送受信用アンテナ52と兼用させるようにしたが、これに限定されず、他の構成部材、例えば保持手段であるウエハボート22、ガス導入手段40のガスノズル42、熱電対を用いた温度測定手段17、46を送受信用アンテナとして兼用させるようにしてもよい。
8 処理容器
9 熱処理部
10 抵抗加熱ヒータ
10a〜10e ゾーン加熱ヒータ
12 加熱手段
16a〜16e 加熱ゾーン
17 第1の温度測定手段
17a〜17e ヒータ用熱電対
19 給電ライン
21a〜21e 加熱電源
22 ウエハボート(保持手段)
40 ガス導入手段
42 ガスノズル
46 第2の温度測定手段
46a〜46e 内部熱電対
48 保護管
50 温度制御部
52 送受信用アンテナ
58a〜58e 温測用ウエハ(温度測定用被処理体)
60a〜60e 弾性波素子
60A 表面弾性波素子
60B バルク弾性波素子
62 高周波ライン
64 送受信器
66 高周波フィルタ部
68 電力フィルタ部
70 温度分析部
72,74 熱電対ライン
80 制御手段
82 記憶媒体
83 表示部
W 半導体ウエハ(被処理体)
Claims (42)
- 複数の被処理体に対して熱処理を施すための熱処理部を有する熱処理装置において、
前記複数の被処理体と弾性波素子を有する温測用被処理体とを収容することができる排気可能になされた処理容器と、
前記被処理体を加熱する加熱手段と、
前記複数の被処理体と前記温測用被処理体とを保持して前記処理容器内へロード及びアンロードされる保持手段と、
前記処理容器内へガスを導入するガス導入手段と、
前記弾性波素子に向けて測定用電波を送信するために高周波ラインを介して送信器に接続された送信用アンテナと、
前記弾性波素子より発せられる温度に応じた周波数の電波を受けるために高周波ラインを介して受信器に接続された受信用アンテナと、
前記受信用アンテナで受けた電波に基づいて前記温測用被処理体の温度を求める温度分析部と、
前記加熱手段を制御する温度制御部と、
を備え、前記送信用アンテナと受信用アンテナとを、前記熱処理部に設けられた導電性部材にそれぞれ兼用させるように構成したことを特徴とする被処理体の熱処理装置。 - 前記高周波ラインには、高周波成分は通すが低周波成分及び直流成分をカットする高周波フィルタ部が介設されていることを特徴とする請求項1記載の被処理体の熱処理装置。
- 前記加熱手段は、加熱電源と、該加熱電源に給電ラインを介して接続された抵抗加熱ヒータとを有していることを特徴とする請求項1又は2記載の被処理体の熱処理装置。
- 前記処理容器内を温度制御用の複数の加熱ゾーンに分割するために前記抵抗加熱ヒータはそれぞれ個別に供給電力の制御が可能になされた複数のゾーン加熱ヒータに区分されていることを特徴とする請求項3記載の被処理体の熱処理装置。
- 前記抵抗加熱ヒータは、前記隣り合うゾーン加熱ヒータ間において電気的に導通状態になされていると共に、各加熱ゾーンのゾーン加熱ヒータ毎に給電ラインが設けられていることを特徴とする請求項4記載の被処理体の熱処理装置。
- 前記ゾーン加熱ヒータは、前記隣り合う加熱ゾーン間において電気的に絶縁状態になされていると共に、各加熱ゾーンのゾーン加熱ヒータ毎に給電ラインが設けられていることを特徴とする請求項4記載の被処理体の熱処理装置。
- 前記導電性部材とは、前記抵抗加熱ヒータであることを特徴とする請求項3乃至6のいずれか一項に記載の被処理体の熱処理装置。
- 前記給電ラインには、加熱電力は通すが、高周波成分はカットする電力フィルタ部が介設されていることを特徴とする請求項3乃至7のいずれか一項に記載の被処理体の熱処理装置。
- 前記温度制御部は、前記抵抗加熱ヒータに供給する加熱電力と前記送信器から送出する測定用電波の電力とを時分割的に送出するように制御することを特徴とする請求項8記載の被処理体の熱処理装置。
- 前記保持手段は導電性材料よりなり、前記導電性部材とは前記保持手段であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の被処理体の熱処理装置。
- 前記ガス導入手段は導電性材料よりなり、前記導電性部材とは前記ガス導入手段であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の被処理体の熱処理装置。
- 前記導電性材料は半導体よりなることを特徴とする請求項10又は11記載の被処理体の熱処理装置。
- 前記半導体は、ポリシリコン、単結晶シリコン、SiC、SiGe、GaN、ZnO、AlN、GaAsよりなる群より選択される1の材料よりなることを特徴とする請求項12記載の被処理体の熱処理装置。
- 複数の被処理体に対して熱処理を施すための熱処理装置において、
前記複数の被処理体と弾性波素子を有する温測用被処理体とを収容することができる排気可能になされた処理容器と、
前記被処理体を加熱する加熱手段と、
前記複数の被処理体と前記温測用被処理体とを保持して前記処理容器内へロード及びアンロードされる保持手段と、
前記処理容器内へガスを導入するガス導入手段と、
前記弾性波素子に向けて測定用電波を送信するために高周波ラインを介して送信器に接続された送信用アンテナと、
前記弾性波素子より発せられる温度に応じた周波数の電波を受けるために高周波ラインを介して受信器に接続された受信用アンテナと、
前記受信用アンテナで受けた電波に基づいて前記温測用被処理体の温度を求める温度分析部と、
前記処理容器内及び/又は前記加熱手段に設けられた温度測定手段と、
前記加熱手段を制御する温度制御部と、
を備え、前記送信用アンテナと前記受信用アンテナとを、前記温度測定手段に設けられた導電性部材にそれぞれ兼用させるように構成したことを特徴とする被処理体の熱処理装置。 - 前記高周波ラインには、高周波成分は通すが低周波成分及び直流成分をカットする高周波フィルタ部が介設されていることを特徴とする請求項14記載の被処理体の熱処理装置。
- 前記加熱手段は、加熱電源と、該加熱電源に給電ラインを介して接続された抵抗加熱ヒータとを有していることを特徴とする請求項14又は15記載の被処理体の熱処理装置。
- 前記処理容器内を温度制御用の複数の加熱ゾーンに分割するために前記抵抗加熱ヒータはそれぞれ個別に供給電力の制御が可能になされた複数のゾーン加熱ヒータに区分されていることを特徴とする請求項16記載の被処理体の熱処理装置。
- 前記抵抗加熱ヒータは、前記隣り合うゾーン加熱ヒータ間において電気的に導通状態になされていると共に、各加熱ゾーンのゾーン加熱ヒータ毎に給電ラインが設けられていることを特徴とする請求項17記載の被処理体の熱処理装置。
- 前記ゾーン加熱ヒータは、前記隣り合う加熱ゾーン間において電気的に絶縁状態になされていると共に、各加熱ゾーンのゾーン加熱ヒータ毎に給電ラインが設けられていることを特徴とする請求項17記載の被処理体の熱処理装置。
- 前記給電ラインには、加熱電力は通すが、高周波成分はカットする電力フィルタ部が介設されていることを特徴とする請求項16乃至19のいずれか一項に記載の被処理体の熱処理装置。
- 前記温度測定手段は、熱電対を有しており、該熱電対が前記送信用アンテナ及び/又は前記受信用アンテナとして兼用されることを特徴とする請求項14乃至20のいずれか一項に記載の被処理体の熱処理装置。
- 前記熱電対に接続されている熱電対ラインには、直流成分は通すが高周波電力はカットする直流フィルタ部が介設されていることを特徴とする請求項21記載の被処理体の熱処理装置。
- 前記温度測定手段は、前記熱電対を収容して保護する導電性材料で作成された保護管を有しており、該保護管が前記送信用アンテナ及び/又は前記受信用アンテナとして兼用されることを特徴とする請求項14乃至19のいずれか一項に記載の被処理体の熱処理装置。
- 前記導電性材料は、半導体よりなることを特徴とする請求項23記載の被処理体の熱処理装置。
- 前記半導体は、ポリシリコン、単結晶シリコン、SiC、SiGe、GaN、ZnO、AlN、GaAsよりなる群より選択される1の材料よりなることを特徴とする請求項24記載の被処理体の熱処理装置。
- 前記温測用被処理体には、複数の弾性波素子が設けられると共に、前記複数の弾性波素子の周波数帯域は互いに異なるように設定されていることを特徴とする請求項1乃至25のいずれか一項に記載の被処理体の熱処理装置。
- 前記弾性波素子は、少なくとも前記温測用被処理体の中心部と周辺部とに設けられることを特徴とする請求項26記載の被処理体の熱処理装置。
- 前記温測用被処理体は前記加熱ゾーン毎に対応して保持されることを特徴とする請求項4乃至13及び17乃至26のいずれか一項に記載の被処理体の熱処理装置。
- 前記温測用被処理体の弾性波素子の周波数帯域は前記加熱ゾーン毎に互いに異なるように設定されていることを特徴とする請求項28記載の被処理体の熱処理装置。
- 前記送信用アンテナと受信用アンテナは、送受信用アンテナとして一体化されていることを特徴とする請求項1乃至29のいずれか一項に記載の被処理体の熱処理装置。
- 前記処理容器には、前記被処理体の熱処理を補助するために高周波電力によってプラズマを発生させるプラズマ発生手段が設けられており、前記測定用電波の周波数帯域は、前記高周波電力の周波数とは異なるように設定されていることを特徴とする請求項1乃至30のいずれか一項に記載の被処理体の熱処理装置。
- 前記処理容器には、前記被処理体の熱処理を補助するために高周波電力によってプラズマを発生させるプラズマ発生手段が設けられており、前記測定用電波の送信時及び受信時には一時的にプラズマの発生を停止することを特徴とする請求項1乃至31のいずれか一項に記載の被処理体の熱処理装置。
- 前記弾性波素子は、表面弾性波素子もしくはバルク弾性波素子もしくは境界弾性波素子のいずれかから選択されることを特徴とする請求項1乃至32のいずれか一項に記載の被処理体の熱処理装置。
- 前記弾性波素子は、ランタンタンタル酸ガリウムアルミニウム(LTGA)、水晶(SiO2 )、酸化亜鉛(ZnO)、ロッシェル塩(酒石酸カリウム−ナトリウム:KNaC4 H4 O6 )、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT:Pb(Zr,Ti)O3 、ニオブ酸リチウム(LiNbO3 )、タンタル酸リチウム(LiTaO3 )、リチウムテトラボレート(Li2 B4 O7 )、ランガサイト(La3 Ga5 SiO14)、窒化アルミニウム、電気石(トルマリン)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)からなる群より選択される1の材料の基板素子であることを特徴とする請求項1乃至33のいずれか一項に記載の被処理体の熱処理装置。
- 前記温度制御部は、前記温度分析部からの出力もしくは前記温度測定手段からの出力もしくは予め記憶された熱モデルからの出力のいずれか1つもしくは複数を組み合わせて前記加熱手段を制御することを特徴とする請求項1乃至34のいずれか一項に記載の被処理体の熱処理装置。
- 前記温度分析部からの出力を記憶手段に記憶することを特徴とする請求項1乃至35のいずれか一項に記載の被処理体の熱処理装置。
- 前記温度分析部からの出力を表示する表示部を有することを特徴とする請求項1乃至36のいずれか一項に記載の被処理体の熱処理装置。
- 弾性波素子を有する温測用被処理体を含む複数の被処理体を保持する保持手段を、処理容器内へ導入して前記被処理体を加熱手段で加熱することにより熱処理を施すようにした被処理体の熱処理方法において、
前記処理容器に設けた送信用アンテナから測定用電波を送信する送信工程と、
前記測定用電波を受けた前記温測用被処理体の弾性波素子が発する電波を前記処理容器に設けた受信用アンテナで受ける受信工程と、
前記受信用アンテナで受けた電波に基づいて前記温測用被処理体の温度を求める温度分析工程と、
前記求めた温度に基づいて前記加熱手段を制御する温度制御工程と、
を有することを特徴とする被処理体の熱処理方法。 - 前記処理容器内は温度制御用に複数の加熱ゾーンに分割されており、前記温測用被処理体は前記加熱ゾーン毎に対応して保持されると共に、前記温測用被処理体の弾性波素子の周波数帯域は前記加熱ゾーン毎に互いに異なるように設定されていることを特徴とする請求項38記載の被処理体の熱処理方法。
- 前記処理容器内及び/又は前記加熱手段には温度測定用の熱電対がそれぞれ設けられており、
前記温度制御工程では、前記温測用被処理体の温度測定値に加えて前記熱電対からの測定値も参照して前記加熱手段の制御を行うことを特徴とする請求項38又は39記載の被処理体の熱処理方法。 - 前記熱処理は高周波電力によって発生されたプラズマにより処理されるプラズマ処理工程を含み、前記測定用電波は前記高周波電力の周波数とは異なるように設定されていることを特徴とする請求項38乃至40のいずれか一項に記載の被処理体の熱処理方法。
- 請求項1乃至37のいずれか一項に記載の熱処理装置を用いて被処理体に熱処理を施すに際して、
請求項38乃至41のいずれか一項に記載の熱処理方法を実行するように前記熱処理装置を制御するコンピュータ読み取り可能なプログラムを記憶する記憶媒体。
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