JPS58213261A - エネルギ−計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はエネルギー計測装置に関するものであり、更
に詳しくは一フィクロ波加熱にかけられた対象物に所定
鼠のエネルギーを与える装置に関するものである。

半導体の製造に当ってはウェファ−をなん回か加熱焼成
してやる蒜貿がある。このような焼成に靜してはウェフ
ァ−〇温度を焼成に適した所定のレベルに上げると共に
、そのような昇温を迅速に？ｊ・う必要がある。

この場合与えられた順て工程に通されている半導体ウェ
ファ−かはＸ′同じエネルギーレベルに上げらイ１ては
＼同じ温度となり、ウェファ−からつ」ノノアーへと同
じ焼成がくり返される必沙がある。

Ｉ’ｌｌち・°ノエファー間に特性上のバラツキがない
ことが必“〃である。

即り半導体ウェファ−の製造においては、工程に３１ｔ
１された各ウェファ−が迅速かつ正確に所定の温度に迄
昇温されなけれはならない。

従来半導体の、製造に採用されている焼成技術には３通
りがある。対流焼成法と赤外線加熱法と導帯加熱法がそ
れである。しかし最近ではマイクロ波照射焼成法が有利
なものとして採用されて来たした。ウェファ−基体が加
熱式素として働きかつ訪颯もしくは金属化層を辿して抵
抗に直接に熱が（ｉ＜達されるので、マイクロ法加熱に
よると焼成作業が迅速化する。しかもウェファ−周囲の
温度はあまり」二らないから、最上１憾において光抵抗
の表皮効果が起−きない。またマイクロ波加熱はりエフ
−ｒ′−をｌ１＝−１’ｌ川に＋１尭成することツバＣ
きる。

しかしマイクＵ波照ｉ＋による加熱技術にも何かと間稙
がある。この内締も大きな問題はマイクＤ液吸収のウニ
７ア一間差異であり、また１個のり］−ファーそれ自身
内におけるマスフレ・＼ル間差異である。か＼る変動は
ウェファ−毎の抵抗変動の、４ならず、ウェファ−の塗
装レベル、ウェファ−処［１１１工程の汚れの如何など
の函数となって現われる。

また照射空間内におけるマイクロ波フィールド分イ１）
の変動も各ウェファ−の加熱の均一さを左右するものて
あり、これは製造に際して製品毎に異−〕だ装置を用い
た場合に顕著となる。例えばマイク玉ｊ波元生器の電力
出力および照射フート内の諸几はｋ　置毎に異なり、焼
成時間は同じでもその焼成’ｉＪノ果は異ったものとな
る。しかもマイクロ波による焼成の場合工程をモニター
する手段を欠くため更に問題は複雑となってくる。

即ちこの発明の目的は、マイクロ波加熱作業をモニター
してその結果に基づいて加熱される対象物によって吸収
される工不ルキーを適市に決定することにある。

このためこの発明にあっては、加熱されるべき対象物に
与えられる投射マイクロ波エネルギーをｙｌのサンプル
手段によってサンプルするとともに、該対象物からの反
射マイクロ波エネルギーを第２叶ンブル手段によってサ
ンプルし、これらのサンプルから対象物によって吸収さ
れたマイクロ波エネルギーを決定するものである。

以下の説明に当っては半導体ウェファ−の焼成処理に通
した状態を想定する。

この発明は、マイクロ波加熱作業においては加熱される
対象物に供給される投射エネルギーとそこから反射され
る反射エネルギーとの差が対象物によって吸収された゛
祇力量の直接の目塗になるという認識に、基づいたもの
である。従ってこのようにして得られた差電力を時間に
ついて積分ずれは、対象物によって吸収されたエネルギ
ーを反映する値が鍔られるから、これを利用して焼成作
業を制御しようという訳である。

ある４］料を加熱するに当って、必要なエネルキーはそ
の月別の沿、月料の比熱およびＨ１品の度合の積に等し
い。即ち Ｑ、＝ＭＣ△Ｔ Ｑ；熱量（力１コリー） Ｍ；量（フラノ、） ・Ｃ；比熱（カロリー／クラｊ・・０Ｃ）△Ｔ；昇温の
度合（“Ｃ） これをジュールて書変えると次のようになる。

Ｑ−４，１８ＭＣ△Ｔ　　・・・（１）更に電力はＱの
時間についての変化に相当するから Ｐ＝ｄＱ／ｄｉ　　　　　　・・（１１）これを積分す
ると Ｑ、　＝　ｆＬＰ　ｄ　ｔ　　　　　・・・（ｉｉｉ）
式（１）を（ｉｉｉ　）に代入し、４，１８ＭＣをＫて
表イつずと１（は定数と見做されるから（＋ｉｉ　）式
は次のようになる に△Ｔ　＝　ｆｔＰ　ｄ　ｔ　　　　−０ｖ）即ち電力
を時間について積分したものは昇温の度合いに面接比例
する。

一フイク１３波加熱シスデノ、においでは電力損失は通
常テン・＼ルで次のように表わされるＰｆ １−’１６５Ｂ　＝　ｌ　０１　ｏｇ　　　ｄ　Ｂ　　
　・・・（Ｖ）Ｐｒ １）「；前向き電力 Ｐｒ；反射電力 Ｐ　　；加熱により失われた電力 ｏｓｓ 前記の前向きおよび反射電力は次のように醒圧て表示で
きる。

Ｐｆ＝　Ｖｆユ ｐ　ｒ−、Ｖ　ｒ　” ｌ七 こ＼てＶｆ、Ｖｒは前向きおよび逆向き成用を示し、１
えは抵抗を示す。

式（Ｖ）中のＰｆ、Ｐｒを置換すると加熱による電力損
失（デシヘル）は次のようになる。

Ｐ］０８．＝　２０　ＣｌｏｇＶｆ−１ｏｇＶｒｌ　＝
ｌｖｉ）この式（６）から、加熱されている対象物に吸
収された電力を用いれはマイクロ波焼成作業を制御して
、λ：Ｊ職＝物に充分なエネルギーを与えて所定の温度
に上げ得ることが、明らかである。

図面に示すのはこの発明のエネルギーｔ１測装置の一例
であって、該装置はこＮてはマイクロ波加熱ノステムの
一部として用いられており、オーブンやマイクロ波照射
フードへのマイクＩＪ波−し不ルギーの供与制御を行う
。

即ち該装置はマイクｌｊ波発生器２．第１および第２の
方向性結合晶４および５．循頃器７．マイクロ波照射フ
ー）：９．第１および第２の検知子１１およびＩ　２．
ｙｘおよび第２の差動増幅器１４および１５．更にマイ
クロ波発生器２を選択的に不作用状態にする制（ｔｌを
論理回路１６を有している。

マイクロ波発生器２としては適宜公知のものを用いるこ
とができ、例えばＲａｙｔｈｅｏｎ社製、Ｔｈｅｒｍｅ
ｘ社製、Ｍａｃｈｉｎｅ　Ｔｅｃｂｎｏｌｏｇ３’社製
°の市販品を用いればよい。このマイクロ波発生器２は
マイクロ波照射フード９にマイクロ波エネルギーを供給
する働きをする。

マイクロ波照射フード９として適宜公知のものを用いる
ことかでき、例えはＭａｃ旧ｎｅ　’ｌ”ｅｃｈｎｏｌ
ｏｇｙ社製の市販品を用いればよい。このマイクロ波照
射フート９は加熱されるべき対象物を収容して、−ｌイ
クＩＩ波発生器２からのマイクロ波エネルギーを’Ｌ　
４−Ｊてその加熱を行う。このマイクロ波照射フート９
は内部に高度に均一な照射分布が得られるよ−）な形状
に構成するのが望ましく、またマイク１−１波発生詣２
は高度に均一な出力が得られるように１１〜成するのが
望ましい。

マイクロ波発生器２は第１の方向性結合器４および循環
器７を介してマイクロ被照射ツーｌ”　９に接続されて
おり、マイクロ波発生器２から出力されたマイクロ波エ
ネルギーは接続要素１８によってまず方向性結合器４お
よび循環器７に、更にそこから接続要素２０によってマ
イクロ波照射フート、９へと供給される。なお循環器７
は３組のアダプター１，１．Ｉを有している。

第ｌの方向性結合器４としては、　Ｎａｒｄａ　Ｍｉｃ
ｒｏｗａｖｅｓ社製の市販品など、適宜公知のものが用
いられ、第１の方間に流れる信号に対しては応答するが
、それと反対の方向に流れる信号に対しては応答しない
という特性を何しており、その出力は循環器７に供給さ
れる。

循環器７も適宜公知のものを使用でき、ｌ→ノ−イクル
のオーターでのみマイクロ波エネルギーを流過させる。

即ちその働きは、マイクロ波発生器２とマイクロ被照射
ツー１−９とを隔離し、タミー負荷２２に１卦る反射電
力によって不釣合いを惹起すことにある。１ノロ環器７
としては例えはＭｅｒｒｉｍａｃＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓ
社製の市販品を、またタミー負荷２２としては５００　
「７ツトのものを用いることができる。

循環器７のアダプタ−１１はマイクロ波照射フード９に
接続されているが、アタブター厘は第２の方向性結合器
５を介してタミー負荷２２に接続されている。従って、
加熱されるべき対象物への前向き電力は循環器７のアダ
プターＩに供与され、反射電力はそのアタブター団から
ダミー負荷２２に供与される。

マイクロ波発生器２とマイクロ波照射フート９とを隔離
しかつマイクロ波照射フード９における反射電力をタミ
ー負荷２２に供給するのに、上記の１列（こおいては１
盾環器７が使われているが、必ずしもこれに限定される
ものではない。例えばマイク１ｊ波発生器２から第１の
方向性結合器４を介して直呼照射フート９にフィクロ波
エネルギーを供イ・目し、照射ツー１−９からの反射電
力は第２の方向性結合器５を介してダミー負荷２２に供
給するよ−）にしたり、モニターするようにしてもよい
。

ＱＪ、　ｌの方向性結合器４に供給されたマイクロ波工
不ルキーもしくは前向き電力（ｐｒ）は１対の減衰器２
３．２４を介して第１の検知子１１にも供給される。逆
に第２の方向性結き器５に供給された不均合いにされた
エネルギーもしくは反射電力（Ｐ　ｒ　）は減衰器２５
を介して不２の検知子１２４こも供給される。これらの
検知子としては例えば１１ｅｗｌ　ｅ　ｔ　ｔ−Ｐａｅ
ｋａｒｄ社製の市販品など、ＪＩＡ宜公知の水晶検知子
を用いる。この検知子は供給された一フイクｌｊ波電力
ＩγンブルをサンプルされたマイクＤ波エイ、ルーヤー
ーに比例した大きさを有したＩ）　Ｃ祇気１８号に変挨
弓−る。

減衰器２３〜２５を用いることにより、ｉｌｌおよび第
２の検知子ＩＩ、１２のそれぞれに供給されたサンプル
された一フィクロ波電力がその動作パラメターによって
定まる電力し・＼ルを越えないようにする。即ち減衰器
２３〜２４を用いることにより、水晶検知子に供給され
る電力をそのような水晶検知子のために特定されている
人力バラメタ−内のレベルに迄減じるのである。減衰器
２３゜２５は固定をであり、減衰器２４は可変型であり
、これらには例えはＮａｒｄａ　Ｍｉｃｒｏｗａｖｅｓ
社製の市販品などを適宜用いることができる。従って、
＝１検知子１１の出力は方向性結合器４に供給された前
向き゛電力に対応する１−）Ｃ電圧もしくは前向き電圧
の形をとり、第２検知子１２の出力はマイクロ波照射フ
ート９から反射された電力に対応するＤＣＣ電圧しくは
反射電圧の形をとる。

第１．第２の検知子１１．１２の出力は）１−フル２７
．２８によって第ｌ差動増幅器１４の第ｌ。

第２入力端に供給される。即ち、第１検知子１１におい
て形成された前向きＥη、圧信号はケープノヒ２７、イ
ンバーク−３０対数増幅器３２および導イυ３４を介し
て差動増幅器１４の第１の入力端に供給される。第２検
知子１２の出力（反射電圧を示している）は）１−プル
２８．インバーター３１゜対数増幅器３３および導線３
５を介して、差動増幅器１４の第２の入力端に供給され
る。

インバーター３０．３１としては適宜公知のものを用い
れはよく、入力１言号の１倫理的補数を与える１１！υ
きをする。対数増幅器３２．３３も、例えはΔｎａｌｏ
ｇ　Ｉ）ｅｖｉｃｅｓ社製の市販品なと適宜公知のもの
を用いれはよく、対数機能により入力信号を成形する動
きをする。従って導線３４を介しての第１の入力は前向
き電圧の対数に相当し、導線３５を弁し−Ｃの第２の入
力は反射電圧の対数に相当する。

ルｌの差動増幅器１４は供給された第ｉ、２第２の信号
を一理演算してその差を示す信号を導線３６に出力する
。この差動増幅器１４には定常倍率回路３７が付設され
ていて、出力に適宜なスケール因数を与えている。第１
差動増幅器１４の出力は積分器３８を介して第２の差動
増幅’Ａ４１５のｍｌの入力端に供給される。

積分器３８（：ｌ、ては適宜公知のものを用いれはよく
、所定の時間に巨って供給された入力を積分する。従っ
て導線３９」二に現われたその出力は前向きおよび反射
＋１圧の対数における差の積分を示し、従って前出の式
（ｖｌ）を積分したものとなる。

この信号はマイクロ波照射フー１−９中で加熱されてい
る対象物内における温度上肩を示している。

即ちこれがこの発明の工オルキー計測装置の出力である
。

例えは吸収されたエネルギーないしは温１組を直接表示
するのにこの発明のエネルギー計測装置を用いたい場合
には、積分器３８の出力をそれに即した゛ように校正す
る。同様にこの出力もしくは第１差動噌幅器１４の出力
は、加熱されている対象物によって吸収されるエネルギ
ーを直接表示したり、加えて棟々の開開１目的にも用い
ることができる。今の列の場合にはマイクロ波オーフン
の動作を制御して、加熱されている対象物が所定の目的
のだめに竹温されるようにしようとするものである。。

第２の差動増幅器１５は第１の差動増幅器１４と同型の
ものでよく、導線３９に現われた積分器３８の出力を、
加熱対象物によって吸収されるべき絶対エネルギーレベ
ルもしくは対象物が達するべきｉｆ＋７ｔ　ｆｋｌを示
す所定の電圧と、比較する働きをする。従ってこの設定
点の選択はその効果にお゛いて所望の工程温度に相当す
る。このため、差動増幅２：÷１５にはｑ　？ｈｐ、−
＋−ｖから電位差計４１および導線４０を介して川２の
入力が供給され、電位差計４１を設定することにより加
熱対象物が帯びる温ＩＷの設定点が定まる。従って差動
増幅器１５から４線４３に現われる出力は、導線３９．
４０上に現われる電圧量の差もしくは加熱対象物の現在
の温度と電位差計４１の設定によって定められた所望の
ｔｉＡ　［との間の差に相当する′電圧を示ずものであ
る。

この出力は更にしきい値増幅器４４に供給され、該渭１
１ｔｉｔｊ器は人力が所定のレベルを超えたときのみ導
線４５に出力を出す。即ち差動増１１幅器１５の出力が
増幅器４４のしきい値し・＼ルを超えると導線４５に制
御レベルが現われる。７増幅器４４のしきい値は３＋＋
１當／イスレ＼ルに設定される。ノイスレベルからンス
テトを隔離す。る必要がないときには、差動増幅Ｘ１ｆ
１５に代えて比較器を用い、導線３９」二の入力が電位
ｈｉ　ｉｔ　４１によって定められた設定点に相当する
ときにはいっても匍１１１叩出力パルスを発生器るよう
にし、このような出力によりしきい値増幅器４４に代え
て用られるフリップ・フロップを設定するのに用いられ
る。

しきい値増幅器４４の出力はマイクロ波発生器２を動作
制御するだめの制御論理回路１６に供給される。導線４
５上の電圧値がセロになるかもしくはフリップ・７０ノ
ブが設定状態になると、この論理回路１６が開閉してマ
イクロ波発生器２を不作用状態にして次のサイクルの動
作のためにリセソ１−する。

この発明の工不ルキー計測装置の動作に当っては、電位
差計４１の設定による適正温度範囲の設定を含めて回路
を一且適正に校正すれば、マイクロ波発生器２がマイク
ロ波照射フード９内に置かれた対象物にマイクロ波エネ
ルギーを供給する。

マイク（ｊ波発生器２からの成力は第１の方向性結合器
４と循環器７゛とを介して照射フード９に送られ、＋Ｉ
占、Ｒ器７のアクブタ−旧からの反射電力は第２の方向
性結合器５を介してダミー負荷２２に送られる。

方向性結合器４でサンプルされた前向き電力は減衰器２
３．２４によって減衰され、検知子１１によってＤＣ信
号に変換される。同様に方向性結合器５においては反射
電力が→）゛ンブルされ、減衰器２５によって減衰され
、検知子１２によって１）　Ｃ信号に変換される。

これら検知子１１．１２の出力はケーブル２７゜２８を
介してそれぞれインバーター３１１．３１に送られて反
転されてから、対数増幅器３２．３３にＦＬｆａされる
。対数増幅器３２の出力は照射フート“９内で加熱中の
対象物に供給された前向き電力の対数を示し、対数増幅
器３３の出力は反射電力の対数を示す。これらの出力は
いずれも電圧の形で与えられる。

対数増幅器３２．３３の出力は導線３４．３５を介して
第１の差動増幅器１４に与えられ、適当な差値が導線３
６に現われる。これは加熱中の対象物によって吸収され
た絶対電力を示している。

この出力は積分器３８によって積分されて加熱中の対象
物のエネルギーレベルを示す出力が導線３９に現われる
。次いで第２の差動増幅器１５によってこのエネルギー
レベルは所望のエネルギーレ・＼ルに応じて屯位点計４
１によって定められた設定点き比較される。

対象物のエネルギーレベルと所望のエネルギーレベルと
の間に差がある限りは導線４３に出力が現われ、これが
しきい値増幅器４４（！：導線４５とを介して制御論理
回路１６に供給されて、マイクロ波生Ｓ２の作用状態を
継続させるのに用いられる。マイクロ波電力は連続して
マイクロ波照射フード９に供給されるから、対象物によ
って吸収されたエネルギーの積分値が゛電位差計４１に
よって定ｙ）られだ設定点エネルギーレベルに等しくな
る時点迄対象物のエネルギーレー・ルと温度は上昇する
。

このとき第１差動増幅器１５の出力はゼロとなり、しき
い値増幅器４４の出力も七〇となる。こ・）なると論理
回路１６は開閉してマイクロ波発生罰２を不作用状態と
し、これ以上はマイクロ被照−７−ド９には電力は供給
されない。従って一且対象物が所望の温度に達するさ、
対象物の連続加熱が終了する。即ち照射フート′９内に
おかれた半導体ウェー７つ“−などのような対象物によ
って定軟のエネルギーが吸収されるように制御が行われ
る。

このエネルギニレベルは、対象物が確実に所定の温度に
達するように計算される。

従ってこの発明のエネルギー計測装置は、加熱中の対象
物によって吸収された′成力の直接の函数としてマイク
ロ波加熱サイクルを制御する。即ちＩＪＩＩＩ熱→Ｊ゛
イクルを変えることにより対象物特有の吸収特性の差に
順応し、ウェファ−短に均斉な加熱ｋｌ）果を保証する
のである。対象物毎に異るマイクロ波吸収し・＼ルを補
償するように加熱時間が調節される。加熱リーイクルの
時間そ反射電圧に相関ずりることにより、加熱中の対象
物によって吸収されるエネルギーの函数として制御が行
われる。従って対象物の特性に関係なくエネルギーの供
給は同一となり、不良品の発生は最底にしかも生産の信
頼度は向上する。

設定点が一定であるとしてしかも対象物間に抵抗の違い
があるような場合でも、この発明のエネルギー計測装置
ａ、を用いると、対象物に同一のエネルギーを与えるこ
とができ有利である。しかも、掃除や保守などの作業の
結果オーブン内で変化がおきた場合でも、加熱時間の補
償が行イつれる。

以上上として加熱時間の制御にこの発明を応用した場合
について説明したが、その他にも神々の応用が可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

添１月の図面はこの発明のエネルギー計測装置の構成の
一例を示すブロック線図である。 ２・・・マイクロ波発生器　４．５・・・方向性結合器
７　・・イｘｆ　Ｉ　「’Ｊ　シ：り）９・・−フイク
Ｉ３波照射フート ＩＩ、１２・・・検知子 １４．１５・・差動増幅器 １６・・・制御、薊理回路　　２２・・タミー負荷２、
（〜２５・・・減衰器 ：３０　、　　：３１　・インバーター３２．３３・・
・対数増幅器 ３８・・・積分器　　　　　４１・・電位差計４４・・
・しきい値増幅器 特許　出願　人　　　マシン　デクノロシーインコーホ
レイチット

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ｌ〕　加熱されるべき対象物に与えられる投射マイ
   クロ波エネルギーをサンプルする第１のサンプル手段（
   ４，２３，２４，１１）と、 該対象物からの反射マイクロ波エネルギーをサンプルす
   る第２のサンプル手段（５，’２５．１２）さ、 これらの手段によって与えられた投射および反射マイク
   ロ波エネルギーのサンプルから該対象物によって吸収さ
   れたマイクロ波エネルギ二を決定する決定手段（１４，
   ３０〜３３，３８．１５）とを、 営んでなるエネルギー計測装置。 し２〕　前記の決定手段が、 Ｉ″Ｎ’Ｊ　ｌのサンプル手段から投射マイクロ波エネ
   ルギーの一リンプルを受ける第１の対数増幅器（３２）
   と、 第２のサンプル手段から反射マイクロ波エネルギーのサ
   ンプルを受ける第２の対数増幅器（３３）と、　　・ これらの増幅器（３２、’　３３　）に接続されて、こ
   れらから受けた信号の差を示す出力信号を形成する手段
   吉 を言んでなることを特徴とする特許請求の範囲第〔１３
   項に記載の装置。 〔３〕　　前記の＠１．第２ザンブル手段の各々が、サ
   ンプルされたマイクロ波エネルギーの一部を受ける方向
   性結合器（４，５）と、該一部をＤＣ電位に変換する水
   晶検知子（ｌｔ、１２）とを、有している ことを特徴とする特許請求の範囲第〔ｌ〕もしくは〔２
   〕項に記載の装置。 Ｃ４）　　前記の第１．第２１Ｆンブル手段の各々が更
   に、方向性結合器と水晶検知子との間に介装されて水晶
   検ｒ［］子に与えられるマイクロ波エネルギーの大きさ
   を減らす減衰器（２３〜２５）を、有していことを特徴
   とする特許請求の範囲第〔３〕項に記載の装置。 ［，５Ｊ　　前記の決定一手段が更に、差を示す出力信
   号を積分して対象物に与えられたエネルギーを示す信号
   を出力するオ青分５　（３８’）を、有していることを
   特徴とする特許請求の範囲第〔２〕もしくは〔３〕項に
   記載の装置。 〔６〕　　前記の決定手段が更に、与えられたエネルギ
   ーを示す信号と対象物に与えられる所望のエネルギーレ
   ・＼ルに相当する基準信号とを比較する比較手段（１５
   ）を有している ことを特徴とする特許請求の範囲第〔５〕項に８己載の
   装置纜。 Ｃ７’ｌ　　ＭｉＪ　”ｆａｔの決定手段が、比較手段
   （１５）に反応して、与えられたエネルギーを示す信号
   が基準信号に等しくなったときに、対象物に供給される
   投射マイク（ｊ波エネルギーを無ぐする手段（４４゜１
   ６）を有している１ ことを特徴とする特許請求の範囲第〔６〕項に〔８〕　
   　第１サンプル手段の方向性結合器（４）と対象物を入
   れるマイクロ波照射フート（９）および第２ザンブル手
   段の方向性結合器（５）との間に循環器（７）が介装さ
   れている ことを特徴とする特ｉ′［請求の範囲第〔３〕項に記載
   の装置。 〔９〕　　前記の第２サノブル手段の方向性結合器（５
   ）にダミー負荷（２２）が接続されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第〔８〕項に記載の装置。