KR101230723B1 - 피처리체의 열처리 장치 및 열처리 방법과, 기억 매체 - Google Patents

피처리체의 열처리 장치 및 열처리 방법과, 기억 매체 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 복수의 피처리체 외에 추가로 탄성파 소자를 갖는 온도 측정용 피처리체까지도 수용할 수 있는 배기 가능하게 이루어진 처리 용기와, 상기 복수의 피처리체와 상기 온도 측정용 피처리체를 유지한 상태에서 상기 처리 용기 내로 로드 및 언로드되는 유지 수단과, 상기 처리 용기 내로 가스를 도입하는 가스 도입 수단과, 상기 처리 용기 내에 수용된 상기 복수의 피처리체 및 상기 온도 측정용 피처리체를 가열하는 가열 수단과, 상기 처리 용기 내에 수용된 상기 탄성파 소자를 향하여 측정용 전파를 송신하기 위해, 고주파 라인을 통하여 송신기에 접속된 송신용 안테나로서 기능하는 제1 도전성 부재와, 상기 처리 용기 내에 수용된 상기 탄성파 소자로부터 발생하는 온도에 따른 전파를 받기 위해, 고주파 라인을 통하여 수신기에 접속된 수신용 안테나로서 기능하는 제2 도전성 부재와, 상기 수신용 안테나에 의해 받은 전파에 기초하여 상기 온도 측정용 피처리체의 온도를 구하는 온도 분석부와, 상기 가열 수단을 제어하는 온도 제어부를 구비하고, 상기 제1 도전성 부재는 상기 처리 용기 내의 열처리부의 일부로서 설치되어 있고, 상기 제2 도전성 부재도, 상기 처리 용기 내의 열처리부의 일부로서 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 피처리체의 열처리 장치이다.
Figure R1020090051396
피처리체, 열처리부, 유지 수단, 가스 도입 수단, 수신용 안테나

Description

피처리체의 열처리 장치 및 열처리 방법과, 기억 매체 {HEAT PROCESSING APPARATUS AND HEAT PROCESSING METHOD FOR OBJECT TO BE PROCESSED, AND STORAGE MEDIUM}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 피처리체에 열처리를 실시하기 위한 열처리 장치 및 열처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로, IC 등의 반도체 집적 회로를 형성하기 위해서는 실리콘 기판 등으로 이루어지는 반도체 웨이퍼에 대하여, 성막 처리, 에칭 처리, 산화 확산 처리, 어닐 처리 등의 각종 처리가 반복해 행하여진다. 성막 처리로 대표되는 열처리가 반도체에 대하여 실시될 때 웨이퍼에 대한 온도 관리가 중요한 요소의 하나로 되어 있다. 즉, 웨이퍼 표면에 형성되는 박막의 성막 속도를 크게 하거나, 당해 막 두께의 면간 및 면내 균일성을 높게 유지하기 위해서는 높은 정밀도로 웨이퍼의 온도를 관리하는 것이 요구된다.
열처리 장치로서, 한번에 복수매의 웨이퍼에 대하여 처리를 실시할 수 있는 종형의 열처리 장치를 예로 들어 설명한다. 종형의 처리 용기 내로 다단으로 지지된 반도체 웨이퍼가 로드(반입)되고, 이 처리 용기의 외주에 설치된 가열 수단에 의해 웨이퍼가 가열되어 승온하고, 그 온도가 안정화된 후에 성막 가스가 흘러 성막이 실시된다. 이 경우, 처리 용기 내나 처리 용기의 외측에 열전대가 설치되어 있어, 이 열전대로부터 얻어지는 온도에 기초하여 가열 수단의 전력이 제어되어, 웨이퍼가 소정의 온도로 유지되게 되어 있다(예를 들어, 일본 특허 출원 공개 평10-25577호 공보, 일본 특허 공개 제2000-77346호 공보).
처리 용기 자체가 충분히 길어, 예를 들어 50 내지 150매 정도의 웨이퍼를 수용할 수 있는 경우, 처리 용기 내의 온도 제어를 세밀한 정밀도로 행하기 위해 처리 용기 내를 상하 방향으로 복수의 가열 존으로 분할하여, 이 가열 존마다 개별적으로 온도 제어를 행하는 것이 바람직하다. 이 경우, 실험용의 더미 웨이퍼 자체에 열전대를 설치하고, 이 열전대에 의한 더미 웨이퍼의 실제의 온도와 처리 용기의 내외에 설치된 열전대의 온도의 상관 관계를 미리 실험적으로 조사해 두면 이 상관 관계를 참조함으로써 제품 웨이퍼 자체에 대한 열처리 시의 적절한 온도 제어를 실현할 수 있다.
또한, 열처리 중의 반도체 웨이퍼의 온도 분포를 측정하기 위해 표면 탄성파 소자를 갖는 복수의 온도 센서를 웨이퍼 표면에 분산시켜 배치하고, 별도로 배치된 안테나로부터 고주파 신호를 당해 온도 센서에 송신하고, 이 고주파 신호에 응답하여 당해 온도 센서로부터 반송되어 오는 온도 의존의 고주파 신호를 수신하여 온도 분포를 구한다고 하는 기술도 제안되어 있다(일본 특허 출원 공개 제2007-171047호 공보).
그런데, 일본 특허 공개평10-25577호 공보나 일본 특허 출원 공개 제2000-77346호 공보에 개시된 바와 같은 열처리 장치에 있어서의 온도 제어 방법에서는 온도 측정 대상물인 웨이퍼와 열전대가 직접적으로 접촉되어 있지 않으므로, 제품 웨이퍼의 실제의 온도와 열전대에 의한 측정값과의 상관 관계는 항상 일정하지 않다. 특히, 성막 처리가 반복되어 행하여져 처리 용기의 내벽면 등에 불필요한 부착물이 부착되거나, 가스 유량이나 프로세스 압력 등이 변경되거나, 전압 변동 등이 발생되거나 하면 상술한 상관 관계로부터의 어긋남이 너무 커져 버려 웨이퍼 온도를 적정하게 제어할 수 없게 될 우려가 있다.
한편, 웨이퍼의 승강 온도 시에 있어서도 웨이퍼의 온도 제어를 행했으면 하는 요구가 있다. 그러나, 상기한 바와 같은 열전대를 사용하는 방법에서는 웨이퍼의 승강 온도 시에, 실제의 웨이퍼 온도와 열전대에 의한 측정값의 차가 한층 커져 버려, 당해 요구에 따르는 것이 곤란하다.
상기한 문제점을 해결하기 위해 웨이퍼 자체에 열전대를 설치하는 것도 고려된다. 그러나, 유선의 결선이 필요하기 때문에 웨이퍼의 회전이나 이동 탑재에 추종하는 것이 곤란하다. 또한, 열전대에 기인하는 금속 오염 등의 문제도 있다.
또한, 낱장식의 처리 장치에 관해, 일본 특허 출원 공개 제2004-140167호 공보 등에 개시되어 있는 바와 같이, 수정 진동자를 사용하여 온도에 따른 전자파를 수신하여 웨이퍼 온도를 구하는 것도 고려되고 있다. 그러나, 수정의 내열성은 기 껏 300℃ 정도이기 때문에, 그 온도 이상이 되는 열처리 장치에는 적용할 수 없다.
또한, 일본 특허 출원 공개 제2004-140167호 공보에 개시된 바와 같은 기술에서는, 안테나 자체를 별도로 설치해야 한다. 또한, 당해 안테나를 챔버 내에 설치할 필요가 있다. 따라서, 반도체 웨이퍼에 대한 금속 오염 등이 발생해 버린다.
본 발명은 이상과 같은 문제점에 착안하여 이것을 유효하게 해결하도록 창안된 것이다. 본 발명의 목적은 안테나를 별도로 설치할 필요가 없고, 금속 오염 등을 발생시키지도 않고, 무선이며 또한 실시간으로 피처리체의 온도를 고정밀도로 정확하게 검출할 수 있어, 이에 의해 피처리체의 정밀도가 높은 온도 제어를 행하는 것이 가능한 피처리체의 열처리 장치 및 열처리 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명자들은 반도체 웨이퍼의 온도 측정에 대하여 예의 연구한 결과, 란가사이트(langasite)나 란탄 탄탈산 갈륨알루미늄 등을 사용한 탄성파 소자가, 전기적 자극에 의해 발생한 탄성파에 기초하여 발신이 발생하여 온도에 의존하는 전파를 발생한다는 지식을 기초로 하여 이 지식을 웨이퍼 온도의 측정에 응용하는 동시에, 저항 가열 히터 등의 도전 부재를 안테나로서 겸용함으로써 본 발명에 이르렀다.
본 발명은 복수의 피처리체 외에 추가로 탄성파 소자를 갖는 온도 측정용 피처리체까지도 수용할 수 있는 배기 가능하게 이루어진 처리 용기와, 상기 복수의 피처리체와 상기 온도 측정용 피처리체를 유지한 상태에서 상기 처리 용기 내로 로드 및 언로드되는 유지 수단과, 상기 처리 용기 내로 가스를 도입하는 가스 도입 수단과, 상기 처리 용기 내에 수용된 상기 복수의 피처리체 및 상기 온도 측정용 피처리체를 가열하는 가열 수단과, 상기 처리 용기 내에 수용된 상기 탄성파 소자를 향하여 측정용 전파를 송신하기 위해 고주파 라인을 통하여 송신기에 접속된 송신용 안테나로서 기능하는 제1 도전성 부재와, 상기 처리 용기 내에 수용된 상기 탄성파 소자로부터 발해지는 온도에 따른 전파를 받기 위해, 고주파 라인을 통하여 수신기에 접속된 수신용 안테나로서 기능하는 제2 도전성 부재와, 상기 수신용 안테나에 의해 받은 전파에 기초하여 상기 온도 측정용 피처리체의 온도를 구하는 온도 분석부와, 상기 가열 수단을 제어하는 온도 제어부를 구비하고, 상기 제1 도전성 부재는, 상기 처리 용기 내의 열처리부의 일부로서 설치되어 있고, 상기 제2 도전성 부재도, 상기 처리 용기 내의 열처리부의 일부로서 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 피처리체의 열처리 장치이다.
이와 같이, 처리 용기 내의 열처리부의 일부인 제1 도전성 부재 및 제2 도전성 부재를 송신용 안테나 및 수신용 안테나로서 기능(겸용)시킴으로써, 예를 들어 란가사이트 기판 소자나 LTGA 기판 소자 등으로 이루어지는 탄성파 소자를 사용하여, 당해 탄성파 소자로부터 발신된 전파를 수신하여 이것에 기초하여 온도를 구할 때에, 송수신용 안테나를 별도로 설치할 필요가 없다. 따라서, 금속 오염 등을 발생시키지도 않고, 무선이고 또한 거의 실시간으로 온도 측정용 피처리체의 온도(피처리체의 온도와 동일시할 수 있다)를 고정밀도로 정확하게 검출할 수 있다. 이에 의해, 정밀도가 높은 원하는 온도 제어를 행할 수 있다.
또한, 피처리체의 온도를 승온 또는 강온시키는 경우에 있어서도, 이러한 직 접적인 온도 측정에 따르면, 예를 들어 승온 속도나 강온 속도를 정확하게 제어할 수 있다. 즉, 승온 및 강온 제어를 적정하게 행할 수 있다. 또한, 처리 용기의 내벽면에 막이 부착되다 하더라도 정확하게 피처리체의 온도를 구할 수 있다.
바람직하게는, 상기 고주파 라인에는 고주파 성분은 통과시키나 저주파 성분 및 직류 성분은 컷트시키는 고주파 필터부가 개재 설치되어 있다.
또한, 바람직하게는 상기 가열 수단은 가열 전원과, 당해 가열 전원에 급전 라인을 통하여 접속된 저항 가열 히터를 갖고 있다.
이 경우, 바람직하게는 상기 처리 용기 내를 온도 제어용의 복수의 가열 존으로 분할하기 위해 상기 저항 가열 히터는 각각 개별로 공급 전력의 제어가 가능하게 이루어진 복수의 존 가열 히터로 구분되어 있다. 이 경우, 예를 들어 이웃하는 존 가열 히터 사이는 전기적으로 도통 상태로 되어 있는 한편, 각 존 가열 히터마다 급전 라인이 설치되어 있다. 혹은, 예를 들어 이웃하는 존 가열 히터 사이는 전기적으로 절연 상태로 되어 있는 한편, 각 존 가열 히터마다 급전 라인이 설치되어 있다.
또한, 바람직하게는 상기 제1 도전성 부재 및/또는 상기 제2 도전성 부재는 상기 저항 가열 히터이다.
또한, 바람직하게는 상기 급전 라인에는 가열 전력은 통과시키나 고주파 성분은 컷트시키는 전력 필터부가 개재 설치되어 있다.
이 경우, 바람직하게는 상기 온도 제어부는 상기 저항 가열 히터에 공급되어야 할 가열 전력과 상기 송신기로부터 송출되어야 할 측정용 전파의 전력을 시분할 적으로 송출하게 되어 있다.
또한, 예를 들어 상기 유지 수단은 도전성 재료로 이루어지고, 상기 제1 도전성 부재 및/또는 상기 제2 도전성 부재는 상기 유지 수단이다. 혹은, 예를 들어 상기 가스 도입 수단은 도전성 재료로 이루어지고, 상기 제1 도전성 부재 및/또는 상기 제2 도전성 부재는 상기 가스 도입 수단이다.
이들의 경우, 바람직하게는 상기 제1 도전성 부재 및/또는 상기 제2 도전성 부재는 반도체로 이루어진다. 예를 들어, 상기 반도체는 폴리실리콘, 단결정 실리콘, SiC, SiGe, GaN, ZnO, AlN, GaAs로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나의 재료로 이루어진다.
혹은, 본 발명은 복수의 피처리체 외에 추가로 탄성파 소자를 갖는 온도 측정용 피처리체까지도 수용할 수 있는 배기 가능하게 이루어진 처리 용기와, 상기 복수의 피처리체와 상기 온도 측정용 피처리체를 유지한 상태에서 상기 처리 용기 내로 로드 및 언로드되는 유지 수단과, 상기 처리 용기 내로 가스를 도입하는 가스 도입 수단과, 상기 처리 용기 내에 수용된 상기 복수의 피처리체 및 상기 온도 측정용 피처리체를 가열하는 가열 수단과, 상기 처리 용기 내에 수용된 상기 탄성파 소자를 향하여 측정용 전파를 송신하기 위해 고주파 라인을 통하여 송신기에 접속된 송신용 안테나로서 기능하는 제1 도전성 부재와, 상기 처리 용기 내에 수용된 상기 탄성파 소자로부터 발해지는 온도에 따른 전파를 받기 위해 고주파 라인을 통하여 수신기에 접속된 수신용 안테나로서 기능하는 제2 도전성 부재와, 상기 수신용 안테나에 의해 받은 전파에 기초하여 상기 온도 측정용 피처리체의 온도를 구하 는 온도 분석부와, 상기 가열 수단을 제어하는 온도 제어부와, 상기 처리 용기 내 및/또는 상기 가열 수단에 설치된 온도 측정 수단을 구비하고, 상기 제1 도전성 부재는 상기 온도 측정 수단의 일부로서 설치되어 있고, 상기 제2 도전성 부재도, 상기 온도 측정 수단의 일부로서 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 피처리체의 열처리 장치이다.
이와 같이, 온도 측정 수단의 일부인 제1 도전성 부재 및 제2 도전성 부재를 송신용 안테나 및 수신용 안테나로서 기능(겸용)시킴으로써, 예를 들어 란가사이트 기판 소자나 LTGA 기판 소자 등으로 이루어지는 탄성파 소자를 사용하여, 당해 탄성파 소자로부터 발신된 전파를 수신하여 이것에 기초하여 온도를 구할 때에 송수신용 안테나를 별도로 설치할 필요가 없다. 따라서, 금속 오염 등을 발생시키지도 않고, 무선이면서 거의 실시간으로 온도 측정용 피처리체의 온도(피처리체의 온도와 동일시할 수 있다)를 고정밀도로 정확하게 검출할 수 있다. 이에 의해, 정밀도가 높은 원하는 온도 제어를 행할 수 있다.
또한, 피처리체의 온도를 승온 또는 강온시키는 경우에 있어서도, 이러한 직접적인 온도 측정에 따르면, 예를 들어 승온 속도나 강온 속도를 정확하게 제어할 수 있다. 즉, 승온 및 강온 제어를 적정하게 행할 수 있다. 또한, 처리 용기의 내벽면에 막이 부착되어 있다 하더라도 정확하게 피처리체의 온도를 구할 수 있다.
바람직하게는, 상기 고주파 라인에는 고주파 성분은 통과시키나 저주파 성분 및 직류 성분은 컷트시키는 고주파 필터부가 개재 설치되어 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 가열 수단은 가열 전원과, 당해 가열 전원에 급전 라인을 통하여 접속된 저항 가열 히터를 갖고 있다.
이 경우, 바람직하게는 상기 처리 용기 내를 온도 제어용의 복수의 가열 존으로 분할하기 위해, 상기 저항 가열 히터는 각각 개별로 공급 전력의 제어가 가능하게 이루어진 복수의 존 가열 히터로 구분되어 있다. 이 경우, 예를 들어 이웃하는 존 가열 히터 사이는 전기적으로 도통 상태로 되어 있는 한편, 각 존 가열 히터마다 급전 라인이 설치되어 있다. 혹은, 예를 들어 이웃하는 존 가열 히터 사이는 전기적으로 절연 상태로 되어 있는 한편, 각 존 가열 히터마다 급전 라인이 설치되어 있다.
또한, 바람직하게는 상기 급전 라인에는 가열 전력은 통과시키나 고주파 성분은 컷트시키는 전력 필터부가 개재 설치되어 있다.
또한, 바람직하게는 상기 온도 측정 수단은 열전대를 갖고 있으며, 상기 제1 도전성 부재 및/또는 상기 제2 도전성 부재는 상기 열전대이다.
이 경우, 바람직하게는 상기 열전대에 접속되어 있는 열전대 라인에는 직류 성분은 통과시키나 고주파 전력은 컷트시키는 직류 필터부가 개재 설치되어 있다.
혹은, 바람직하게는 상기 온도 측정 수단은, 상기 열전대를 수용하여 보호하는 도전성 재료에 의해 작성된 보호관을 갖고 있으며, 상기 제1 도전성 부재 및/또는 상기 제2 도전성 부재는 상기 보호관이다.
이들 경우, 바람직하게는 상기 제1 도전성 부재 및/또는 상기 제2 도전성 부재는 반도체로 이루어진다. 예를 들어, 상기 반도체는 폴리실리콘, 단결정 실리콘, SiC, SiGe, GaN, ZnO, AlN, GaAs로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나의 재 료로 이루어진다.
또한, 이상의 각 발명에 있어서, 바람직하게는 상기 온도 측정용 피처리체에는 복수의 탄성파 소자가 설치되어 있고, 상기 복수의 탄성파 소자의 주파수 대역은 서로 다르게 설정되어 있다.
이 경우, 예를 들어, 상기 복수의 탄성파 소자는 적어도 상기 온도 측정용 피처리체의 중심부와 주변부에 설치되어 있다.
혹은, 이상의 각 발명에 있어서, 바람직하게는 상기 온도 측정용 피처리체는 각각이 상기 가열 존마다 대응하도록 복수가 설치되어 있다.
또한, 이상의 각 발명에 있어서, 바람직하게는 상기 제1 도전성 부재 및 상기 제2 도전성 부재는 일체화되어 있어 송신용 안테나의 기능과 수신용 안테나의 기능이 송수신용 안테나의 기능으로서 일체화되어 있다.
또한, 이상의 각 발명에 있어서, 상기 처리 용기에 상기 피처리체의 열처리를 보조하기 위하여 고주파 전력에 의해 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 수단이 설치되어 있는 경우, 상기 측정용 전파의 주파수 대역은 상기 고주파 전력의 주파수와는 다르게 설정되어 있는 것이 바람직하다.
혹은, 이상의 각 발명에 있어서, 상기 처리 용기에 상기 피처리체의 열처리를 보조하기 위하여 고주파 전력에 의해 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 수단이 설치되어 있는 경우, 상기 측정용 전파의 송신 시 및 수신 시에는 일시적으로 플라즈마의 발생이 정지되도록 되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 탄성파 소자는 표면 탄성파 소자 혹은 벌크 탄성파 소자 혹은 경계 탄성파 소자 중 어느 하나로부터 선택되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 탄성파 소자는, 란탄 탄탈산 갈륨 알루미늄(LTGA), 수정(SiO2), 산화아연(ZnO), 로셀염(주석산 칼륨나트륨:KNaC4H4O6), 티탄산 지르콘산납(PZT:Pb(Zr,Ti)O3, 니오브산리튬(LiNbO3), 탄탈산 리튬(LiTaO3), 리튬테트라보레이트(Li2B4O7), 란가사이트(La3Ga5SiO14), 질화알루미늄, 전기석(토르말린), 폴리불화비닐리덴(PVDF)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나의 재료의 기판 소자이다.
또한, 바람직하게는 상기 온도 제어부는 상기 온도 분석부로부터의 출력 혹은 상기 온도 측정 수단으로부터의 출력 혹은 미리 기억된 열 모델로부터의 출력 중 어느 하나 혹은 복수를 조합하여 상기 가열 수단을 제어하게 되어 있다.
또한, 상기 온도 분석부로부터의 출력을 기억하는 기억부를 더 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 온도 분석부로부터의 출력을 표시하는 표시부를 더 구비하는 것이 바람직하다.
혹은, 본 발명은 탄성파 소자를 갖는 온도 측정용 피처리체와, 복수의 피처리체를 유지하는 유지 수단을 처리 용기 내로 도입하여 상기 복수의 피처리체를 가열 수단에 의해 가열함으로써 열처리를 실시하는 피처리체의 열처리 방법에 있어서, 상기 처리 용기에 설치된 송신용 안테나로부터 상기 온도 측정용 피처리체에 측정용 전파를 송신하는 송신 공정과, 상기 측정용 전파를 받음으로써 상기 온도 측정용 피처리체의 탄성파 소자가 발하는 전파를, 상기 처리 용기에 설치된 수신용 안테나에 의해 수신하는 수신 공정과, 상기 수신용 안테나에 의해 수신된 전파에 기초하여 상기 온도 측정용 피처리체의 온도를 구하는 온도 분석 공정과, 상기 구해진 온도에 기초하여 상기 가열 수단을 제어하는 온도 제어 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 피처리체의 열처리 방법이다.
바람직하게는, 상기 처리 용기 내는 온도 제어용으로 복수의 가열 존으로 분할되어 있으며, 상기 온도 측정용 피처리체는 각각이 상기 가열 존마다 대응하도록 복수가 유지되게 되어 있고, 각 온도 측정용 피처리체의 탄성파 소자의 주파수 대역은, 상기 가열 존마다 서로 다르게 설정되어 있다.
또한, 바람직하게는 상기 처리 용기 내 및/또는 상기 가열 수단에 온도 측정용의 열전대가 각각 설치되어 있으며 상기 온도 제어 공정에 있어서, 상기 온도 측정용 피처리체에 의한 온도 측정값 외에 추가로, 상기 열전대에 의한 온도 측정값까지도 참작되어 상기 가열 수단의 제어가 행하여진다.
또한, 바람직하게는 상기 피처리체의 열처리를 보조하기 위해 고주파 전력에 의해 발생된 플라즈마에 의해 피처리체를 처리하는 플라즈마 처리 공정을 더 구비하고, 상기 측정용 전파의 주파수 대역은 상기 고주파 전력의 주파수와는 다르게 설정되어 있다.
혹은, 본 발명은 컴퓨터 상에서 동작하는 컴퓨터 프로그램을 저장한 기억 매체이며, 상기 컴퓨터 프로그램은 상기한 특징을 구비한 플라즈마 에칭 방법을 실시하도록 스텝이 짜여져 있다.
본 발명에 따르면 안테나를 별도로 설치할 필요가 없고, 게다가 금속 오염 등을 발생시키지도 않고 무선이면서 또한 실시간으로 피처리체의 온도를 고정밀도로 정확하게 검출되는 피처리체의 열처리 장치를 제공할 수 있다.
이하에, 본 발명에 따른 피처리체의 열처리 장치 및 열처리 방법의 일 실시 형태를 첨부 도면에 근거하여 상세하게 서술한다.
<제1 실시 형태>
도 1은 본 발명에 따른 열처리 장치의 제1 실시 형태를 도시하는 단면 구성도이고, 도 2a 내지 도 2c는 탄성파 소자가 설치된 온도 측정용 피처리체를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 열처리 장치의 온도 제어계를 도시하는 계통도이고, 도 4는 본 발명의 열처리 방법의 일례를 나타내는 흐름도이고, 도 5a 및 도 5b는 탄성파 소자의 동작 원리를 설명하기 위한 동작 원리도이다. 여기에서는, 송신용 안테나와 수신용 안테나가 송수신 안테나로서 일체화된 경우가 예로서 설명된다. 또한, 여기서는 종형의 열처리 장치의 예로서 설명된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시 형태의 열처리 장치(2)는 통체 형상의 석영제의 내통(4)과, 그 외측에 동심원 형상으로 배치된 천장이 있는 통체 형상의 석영제의 외통(6)으로 이루어지는 이중관 구조의 처리 용기(8)를 갖고 있다. 이 처리 용기(8)의 외주는 저항 가열 히터(10)를 갖는 가열 수단(12)에 의해 덮여 있다. 이에 의해, 처리 용기(8) 내에 수용되는 피처리체가 가열되게 되어 있다. 처리 용기(8)(내부를 포함한다)와 가열 수단(12)이 열처리부(9)를 형성하고 있다.
가열 수단(12)은 원통체 형상으로 형성되어 있고, 처리 용기(8)의 측면의 대 략 전역을 둘러싸듯이 배치되어 있다. 또한, 처리 용기(8)의 외주에는 그 천장부와 그 측면의 전체를 덮듯이 단열재(14)가 설치되어 있다. 그리고, 당해 단열재(14)의 내측면에 가열 수단(12)이 설치되어 있다. 여기서, 저항 가열 히터(10)는 도전성 부재로 이루어진다. 당해 저항 가열 히터(10)가 송신용 안테나의 기능과 수신용 안테나의 기능을 겸비하는 것이나, 이 점은 후술한다.
처리 용기(8)의 가열 영역은 높이 방향에 있어서, 온도 제어용으로 복수의 가열 존, 여기에서는 5개의 가열 존(16a, 16b, 16c, 16d, 16e)으로 구획되어 있다. 각 가열 존(16a 내지 16e)에 대응하여 가열 수단(12)의 저항 가열 히터(10)는 5개의 존 가열 히터(10a, 10b, 10c, 10d, 10e)로 구분되어 있으며, 각각 개별로 제어 가능하게 되어 있다. 이 가열 존의 수는, 특별히 한정되지 않는다. 또한, 본 예의 존 가열 히터(10a 내지 10e)는 이웃하는 가열 존(16a 내지 16e) 사이가 전기적으로 접속되어 도통 상태로 되어 있다.
그리고, 각 존 가열 히터(10a 내지 10e)마다 급전 라인(19)이 연장되어 있다. 이 각 급전 라인(19)에는 가열 전원(21a, 21b, 21c, 21d, 21e)이 접속되어 있다. 이들에 의해, 가열 수단(12)이 구성되어 있다. 가열 전원(21a 내지 21e)에는 사이리스터 등으로 이루어지는 스위칭 소자가 포함되어 있고, 위상 제어나 제로 크로스 제어 등을 행함으로써 출력 전력을 개별로 제어할 수 있게 되어 있다. 또한, 각 존 가열 히터(10a 내지 10e)에는 이 온도를 측정하기 위해 제1 온도 측정 수단(17)으로서 히터용 열전대(17a 내지 17e)가 각각 설치되어 있다.
처리 용기(8)의 하단부는, 예를 들어 스테인리스 스틸제의 통체 형상의 매니 폴드(18)에 의해 지지되어 있다. 내통(4)의 하단부가 매니폴드(18)의 내벽에 설치된 지지 링(20) 위에 지지되어 있다. 또한, 매니폴드(18)는 석영 등에 의해 형성되어도 좋고, 처리 용기(8)와 일체로 성형되어도 좋다.
또한, 매니폴드(18)의 하방으로부터는 복수매의 피처리체로서의 반도체 웨이퍼(W)가 탑재된 유지 수단으로서의 석영제의 웨이퍼 보트(22)가 승강 가능하게 삽입 이탈 가능(로드 및 언로드 가능)하게 설치되어 있다. 예를 들어, 반도체 웨이퍼(W)로서는, 직경 300㎜의 사이즈의 것이 사용된다. 물론, 이 사이즈는 특별히 한정되지 않는다.
웨이퍼 보트(22)는 회전 테이블(26) 위에 석영제의 보온통(24)을 통하여 탑재되어 있다. 회전 테이블(26)은 매니폴드(18)의 하단부 개구부를 개폐하는 덮개부(28)를 관통하는 회전축(30)의 상단부에 의해 지지되어 있다. 덮개부(28)의 회전축(30)이 관통하는 부위에는, 예를 들어 자성 유체 시일(32)이 개재 설치되어 있다. 이에 의해, 회전축(30)은 기밀하게 시일되면서 회전 가능하게 되어 있다. 또한, 덮개부(28)의 주변부와 매니폴드(18)의 하단부 사이에는, 예를 들어 O링 등으로 이루어지는 시일 부재(34)가 개재 설치되어 있다. 이에 의해, 용기 내의 시일성이 유지되고 있다.
회전축(30)은, 예를 들어 보트 엘리베이터 등의 승강 기구(36)에 지지된 아암(38)의 선단부에 설치되어 있고, 웨이퍼 보트(22) 및 덮개부(28) 등을 일체적으로 승강할 수 있게 되어 있다.
매니폴드(18)의 측부에는 가스 도입 수단(40)이 설치되어 있다. 구체적으로 는, 가스 도입 수단(40)은 매니폴드(18)를 관통하는 가스 노즐(42)을 갖고 있으며, 필요한 가스를 유량 제어하면서 공급할 수 있게 되어 있다. 이 가스 노즐(42)은, 예를 들어 석영으로 이루어지고, 처리 용기(8)의 길이 방향, 즉 높이 방향을 따라 연장되어 웨이퍼 보트(22)의 높이 전체를 커버하게 되어 있다.
그리고, 가스 노즐(42)에는, 예를 들어 등피치로 다수의 가스 구멍(42a)이 형성되어 있고, 각 가스 구멍(42a)으로부터 상기 가스를 분출하게 되어 있다. 여기에서는, 가스 노즐(42)은 대표로 1개밖에 도시되어 있지 않으나, 실제로는 사용 가스 종류에 따라 복수개가 설치된다. 또한, 매니폴드(18)의 측벽에는, 내통(4)과 외통(6) 사이의 공간을 통하여 처리 용기(8) 내의 분위기를 배출하기 위한 배기구(44)가 형성되어 있다. 이 배기구(44)에는 도시되어 있지 않은, 예를 들어 진공 펌프나 압력 조정 밸브 등이 개재 설치된 진공 배기계(도시하지 않음)가 접속되어 있다.
또한, 내통(4)과 웨이퍼 보트(22) 사이에는 각 존 가열 히터(10a 내지 10e)에 대응하도록 제2 온도 측정 수단(46)으로서, 5개의 내부 열전대(46a 내지 46e)가 설치되어 있다. 각 내부 열전대(46a 내지 46e)는 공통의, 예를 들어 석영제의 보호관(48) 내에 수용된 상태로 되어 있다. 보호관(48)의 하단부는 굴곡되어 매니폴드(18)를 기밀하게 관통하도록 하여 지지되어 있다.
각 열전대(17a 내지 17d, 46a 내지 46e)의 검출값은, 예를 들어 컴퓨터 등으로 이루어지는 온도 제어부(50)로 입력된다. 후술하는 바와 같이, 프로세스 시에는, 이들 검출값을 기초로 하여 가열 수단(12)의 각 존 가열 히터(10a 내지 10e)로 의 공급 전력이 개별적으로 제어된다.
그리고, 전술한 바와 같이 가열 수단(12)의 구성 요소인 저항 가열 히터(10)가, 본 발명의 특징으로서 송수신용 안테나(52)로서 기능하게 되어 있다. 저항 가열 히터(10)는, 일반적으로는 Cr-Fe-Al 등의 합금, 몰리브덴실리사이드, 카본 와이어 등의 도전성 부재로 이루어진다. 이러한 저항 가열 히터(10)에 고주파 전류를 흘림으로써, 전파를 방사할 수 있다. 이에 의해, 송수신용 안테나(52)로서 사용할 수 있다.
여기서, 본 실시 형태에 있어서는, 웨이퍼 보트(22)에는 제품 웨이퍼가 되는 반도체 웨이퍼(W) 외에 더미 웨이퍼나, 본 발명의 특징인 탄성파 소자를 갖는 온도 측정용 피처리체로서의 온도 측정용 웨이퍼가 유지되어 있다. 여기서, 탄성파 소자로서는, 표면 탄성파 소자와 벌크 탄성파 소자 중 어느 탄성파 소자도 사용할 수 있다. 구체적으로는, 여기에서는 각 존 가열 히터(10a 내지 10e)에 대응하도록 5개의 온도 측정용 웨이퍼(58a, 58b, 58c, 58d, 58e)가 유지되어 있다. 각 온도 측정용 웨이퍼(58a 내지 58e)는 각 존 가열 히터(10a 내지 10e)를 제어하기에 최적의 위치로 유지되는 동시에 저항 가열 히터(10)를 겸하는 송수신용 안테나(52)로부터의 전파가 닿도록 설정되어 있다.
그리고, 각 온도 측정용 웨이퍼(58a 내지 58e) 상에는 각각 탄성파 소자(60a, 60b, 60c, 60d, 60e)(도 2a 및 도 2b 참조)가 설치되어 있고, 송수신용 안테나(52)로부터 각 탄성파 소자(60a 내지 60e)에 대하여 전파가 발해질 때, 각 탄성파 소자(60a 내지 60e)의 온도에 따른 전파를 송수신용 안테나(52)로 반송되게 되어 있다. 도 2a는 본 예의 온도 측정용 웨이퍼의 측면도를 도시하고, 도 2b는 그 사시도이다.
물론, 도 2c에 도시한 바와 같이 탄성파 소자(60a 내지 60e)를 온도 측정용 웨이퍼(58a 내지 58e) 내에 매립한다고 하는 형태도 채용될 수 있다. 이때, 매립의 방법은 특별히 상관없다. 2매의 매우 얇은 웨이퍼 부재 사이에 탄성파 소자(60a 내지 60e)를 끼워 넣도록 하여 매립해도 좋고, 온도 측정용 웨이퍼의 표면으로부터 매립 구멍을 형성하여 당해 구멍 내에 탄성파 소자를 수용하도록 하여 매립해도 좋다.
또한, 탄성파 소자(60a 내지 60e)로서, 예를 들어 표면 탄성파 소자로서는, 란가사이트(La3Ga5SiO14)를 사용한 란가사이트 기판 소자가 사용될 수 있다. 혹은, 벌크 탄성파 소자로서는, 란탄 탄탈산 갈륨알루미늄(이하 「LTGA」라고도 칭한다)이 사용될 수 있다. 이들의 경우, 탄성파 소자(60a 내지 60e)의 주파수 대역은 서로의 혼신을 방지하기 위해 각 가열 존마다 다르게 설정되는 것이 바람직하다.
여기서, 저항 가열 히터(10)를 송수신용 안테나(52)로서 겸용시키고 있는 온도 제어계에 대해 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 각 가열 존(16a 내지 16e)(도1 참조)에 대응하는 존 가열 히터(10a 내지 10e)는 전술한 바와 같이 도통 상태로(직렬로) 접속되어 있는 한편, 그들의 각 접속점 및 상하 단부로부터 각각 급전 라인(19)이 인출되어 있다. 그리고, 이웃하는 급전 라인(19) 사이에 각각 가열 전원(21a 내지 21e)이 접속되어 있다. 이에 의해, 대응 하는 각 가열 존(16a 내지 16e)(도1 참조)의 존 가열 히터(10a 내지 10e)에 대하여 각각 개별로 제어 가능하게 가열 전력을 공급할 수 있게 되어 있다.
그리고, 이와 같이 이루어진 저항 가열 히터(10)의 급전 라인(19)의 1개소에(도 3의 예에서는 최하단부의 가열 존의 급전 라인에), 고주파 라인(62)을 통하여 송신기와 수신기가 결합된 송수신기(64)가 접속되어 있다. 이에 의해, 상술한 바와 같이, 저항 가열 히터(10) 전체가 송수신용 안테나(52)로서 기능하게 된다.
즉, 송수신기(64)로부터 송출되는 고주파에 의해, 송수신용 안테나(52)로부터 각 온도 측정용 웨이퍼(58a 내지 58e)를 향하여 측정용 전파가 송신되고, 각 온도 측정용 웨이퍼(58a 내지 58e)에 설치된 탄성파 소자(60a 내지 60e)로부터 반송되는 전파가 당해 송수신용 안테나(52)로 수신된다.
여기에서는 송신기와 수신기가 일체화되어 송수신기(64)로 되어 있으나, 송수신용 안테나(52)를 송신용 안테나와 수신용 안테나로 분리해도 되고, 그 경우에는 송수신기(64)도 송신기와 수신기로 분리되게 된다.
여기서, 각 탄성파 소자(60a 내지 60e)는 서로 다른 주파수에 반응하도록 조정되어 있다. 따라서, 송수신기(64)의 측정용 전파는 다른 주파수의 영역을 모두 커버하도록 일정한 시간 내에 일정한 주파수 대역에 걸쳐 순차적으로 소인되도록 되어 있다.
그리고, 고주파 라인(62) 도중에 고주파 성분은 통과시키나 저주파 성분 및 직류 성분은 컷트시키는 고주파 필터부(66)가 개재 설치되어 있다. 이에 의해, 가열 전원(21a)으로부터의 가열 전력이 송수신기(64) 내로 침입하는 것이 방지되어 있다. 고주파 전력은, 예를 들어 50 혹은 60㎐의 상용 주파수로 이루어지고, 고주파 필터부(66)는, 예를 들어 콘덴서에 의해 형성된다.
또한, 각 급전 라인(19)의 도중에는 가열 전력은 통과시키나 고주파 성분은 컷트시키는 전력 필터부(68)가 각각 설치되어 있다. 이에 의해, 각 가열 전원(21a 내지 21e)측으로 고주파 전력이 침입하는 것이 방지되고 있다. 전력 필터부(68)는, 예를 들어 코일에 의해 형성된다.
그리고, 송수신기(64)는 온도 분석부(70)에 접속되어 있다. 온도 분석부(70)는 송수신용 안테나(52)에 의해 받은 전파에 기초하여 각 온도 측정용 웨이퍼(58a 내지 58e)의 온도, 즉 가열 존마다의 온도를 각각 구하게 되어 있다. 그리고, 이 온도 분석부(70)에서 구해진 각 가열 존의 온도에 기초하여 온도 제어부(50)가 각 가열 전원(21a 내지 21e)으로 온도 제어 신호를 출력함으로써 각 존 가열 히터(10a 내지 10e)를 개별로 독립하여 제어하게 되어 있다.
또한, 히터용 열전대(17a 내지 17e) 및 내부 열전대(46a 내지 46e)가 각각 열전대 라인(72) 및 열전대 라인(74)을 통하여 온도 제어부(50)에 접속되어 있어, 그들 열전대(17a 내지 17e, 46a 내지 46e)의 각 온도 측정값까지도 참작하도록 온도 제어부(50)가 기능하게 되어 있다. 또한, 이들 내부 열전대(46a 내지 46e) 및/또는 히터용 열전대(17a 내지 17e)는 생략되어도 좋다.
여기서, 도 1로 되돌아가 이상과 같이 형성된 열처리 장치(2)의 전체의 동작은, 예를 들어 컴퓨터 등으로 이루어지는 제어 수단(80)에 의해 제어되게 되어 있다. 제어 수단(80)에는 디스플레이 등의 표시부(83)가 접속되어 있어, 필요한 정 보, 예를 들어 상기 온도 분석부(70)에 의해 구해진 온도 등이 표시되도록 되어 있다.
제어 수단(80)은 온도 제어부(50)를 지배 하에 두고 있어 그 동작을 행하는 컴퓨터의 프로그램은 플렉시블 디스크나 CD(Compact Disc)나 하드 디스크나 플래시 메모리 등의 기억 매체(82)에 기억되어 있다. 구체적으로는, 제어 수단(80)으로부터의 지령에 기초하여 각 가스의 공급의 개시 내지 정지나 유량의 제어, 프로세스 온도나 프로세스 압력의 제어 등이 행해지게 되어 있다. 또한, 기억 매체(82)는 온도 분석부(70)로부터의 출력(온도)을 기억할 수 있게 되어 있다.
다음에, 이상과 같이 구성된 열처리 장치를 사용하여 행하여지는 열처리 방법에 대해, 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 열처리 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다.
우선, 실제의 성막 등의 열처리 프로세스를 행하기에 앞서 각 가열 존에 대응하는 위치에 배치시킨 탄성파 소자(60a 내지 60e)가 반송되는 전파로부터 검출되는 온도와, 각 존 가열 히터(10a 내지 10e)로 공급되는 전력의 상관 관계가 미리 구해져, 장치의 온도 제어부(50)에 기억된다. 또한, 각 열전대(17a 내지 17e, 46a 내지 46e)까지도 사용될 경우에는 이들 온도 검출값과 탄성파 소자(60a 내지 60e)가 반송되는 전파로부터 얻어지는 온도의 상관 관계도 미리 구해 둔다.
다음에, 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 실제의 성막 처리 등의 열처리가 행하여질 때, 웨이퍼의 언로드 상태에서 열처리 장치(2)가 대기 상태일 때에는 처리 용기(8)는 프로세스 온도, 혹은 그것보다도 낮은 온도로 유지되어 있다. 그리고, 상 온의 다수매의 웨이퍼(W)가 웨이퍼 보트(22)에 탑재된 상태에서 처리 용기(8) 내에 그 하방으로부터 로드되면 덮개부(28)가 매니폴드(18)의 하단부 개구부를 폐쇄하여 용기 내를 밀폐한다. 이때, 웨이퍼 보트(22)에는 제품 웨이퍼(W) 외에 각 가열 존(16a 내지 16e)에 대응하는 위치에 있어서 온도 측정용 웨이퍼(58a 내지 58e)가 유지되어 있다.
그리고, 처리 용기(8) 내가 소정의 프로세스압으로 유지되는 동시에, 각 열전대(17a 내지 17e, 46a 내지 46e)로부터 각각 온도가 검출된다. 또한, 각 탄성파 소자(60a 내지 60e)로부터 반송되는 전파에 의해 웨이퍼 온도가 검출된다. 그리고, 도 3에 도시하는 온도 제어계의 동작에 의해 각 존 가열 히터(10a 내지 10e)의 투입 전력이 증대되어 웨이퍼 온도가 상승되어 소정의 프로세스 온도로 안정적으로 유지된다. 그 후, 소정의 성막용의 처리 가스가 가스 도입 수단(40)의 가스 노즐(42)로부터 처리 용기(8) 내로 도입된다.
처리 가스는, 상술한 바와 같이 가스 노즐(42)의 각 가스 구멍(42a)으로부터 내통(4) 내에 도입된 후, 내통(4) 내를 회전하고 있는 웨이퍼(W)와 접촉하여 성막반응하면서 천장부를 거쳐 내통(4)과 외통(6) 사이의 공간을 유하하여 배기구(44)로부터 용기 밖으로 배출된다. 프로세스 중에 있어서의 온도 제어는 각 탄성파 소자(60a 내지 60e)로부터 반송되는 전파에 의해 각 가열 존마다의 웨이퍼 온도가 실시간으로 구해지는 동시에, 당해 웨이퍼 온도가 미리 정해진 목표 온도가 되도록, 예를 들어 PID 제어로 각 존 가열 히터(10a 내지 10e)로의 공급 전력을 제어함으로써 행하여진다.
여기서, 도 5a 및 도 5b를 참조하면서 탄성파 소자(60a 내지 60e)의 동작 원리를 설명한다. 도 5a는 탄성파 소자 중 표면 탄성파 소자의 동작 원리를 도시하는 도면이다. 도 5b는 탄성파 소자 중 벌크 탄성파 소자의 동작 원리를 도시하는 도면이다.
도 5a에 도시한 바와 같이, 표면 탄성파 소자(60A)는, 예를 들어 일본 특허 출원 공개 제2000-114920호 공보나 일본 특허 출원 공개 제2003-298383호 공보나 일본 특허 출원 공개 제2004-140167호 공보 등에 개시되어 있는 바와 같은, 란가사이트 기판 소자로 이루어진다. 이 란가사이트 기판 소자는 압전 기능을 갖는 사각 형상의 란가사이트 기판(84)을 갖고 있다. 이 란가사이트 기판(84)의 크기는, 예를 들어 10㎜×15㎜×0.5㎜ 정도의 크기이다. 이 란가사이트 기판(84)의 표면에는 한 쌍의 빗살 모양의 전극(86a, 86b)이 형성되어 있고, 각 전극(86a, 86b)에는 안테나(88a, 88b)가 설치되어 있다.
송수신기(90)로부터, 란가사이트 기판(84)의 고유 진동수에 상당하는 소정의 고주파 전파를 송신 신호로서 보내면, 빗살 모양의 전극(86a, 86b)에 고주파 전압이 인가된 상태로 된다. 그러면, 란가사이트 기판(84)의 피에조 효과에 의해 표면 탄성파가 여진되나, 이때 란가사이트 기판(84)의 온도에 따라 란가사이트 기판(84)의 치수는 변화되고 있다. 따라서, 표면 탄성파는 란가사이트 기판 소자 상을 전파하여 당해 온도에 따른 시간이 경과된 후에 안테나(88a, 88b)로부터 전파가 되어 출력되게 된다.
따라서, 상기 출력 전파를 송수신기(90)에 의해 수신하여, 이 수신 신호와 상기한 송신 신호의 시간차Δt를 분석함으로써 란가사이트 기판(84)의 온도를 구할 수 있다. 즉, 란가사이트 기판(84)을 무선의 온도 검출 소자로서 사용할 수 있다. 이러한 원리가, 각 탄성파 소자(60a 내지 60e)에 적용될 수 있다.
또한, 도 5b에 도시한 바와 같이 LTGA로 대표되는 벌크 탄성파 소자(60B)의 경우, 예를 들어 코일(92)에 접속된 한 쌍의 전극(94a, 94b)에 벌크 탄성파 소자(60B)를 끼워 넣은 형태로 이용된다.
이 경우, 송수신기(90)로부터 벌크 탄성파 소자(60B)의 고유 진동수에 상당하는 소정의 고주파 전파를 주변의 주파수 영역을 스위프시키면서 송신 신호로서 보낸다. 그리고, 벌크 탄성파 소자(60B)측으로부터 출력되는 온도에 따른 공진 주파수의 출력 신호를 당해 송수신기(90)에 의해 수신한다. 이 수신 신호의 주파수를 분석함으로써 벌크 탄성파 소자(60B)의 온도를 검출할 수 있다. 이러한 원리가 각 탄성파 소자(60a 내지 60e)에 적용될 수 있다.
이상에 있어서, 각 전극(86a, 86b)의 피치나, 단결정으로부터의 절단 각도 내지 절단 두께 등을 바꿈으로써 소자의 주파수 대역을 변화시킬 수 있다. 여기에서는, 전술한 바와 같이 각 탄성파 소자(60a 내지 60e)는 서로 다른 주파수 대역으로 각각 설정되어 있다. 구체적으로는, 소자(60a)는 제1 주파수(f1), 예를 들어 10㎒,를 중심으로 하는 주파수 대역으로, 소자(60b)는 제2 주파수(f2), 예를 들어 20㎒,를 중심으로 하는 주파수 대역으로, 소자(60c)는 제3 주파수(f3), 예를 들어 30㎒,를 중심으로 하는 주파수 대역으로, 소자(60d)는 제4 주파수(f4), 예를 들어 40㎒,를 중심으로 하는 주파수 대역으로, 소자(60e)는 제5 주파수(f5), 예를 들어 50㎒,를 중심으로 하는 주파수 대역으로 각각 설정되어 있어서, 서로 혼신이 발생하지 않도록 하고 있다.
또한, 상기 벌크 탄성 소자 외에 경계 탄성파 소자까지도 본 발명에 적용할 수 있다.
그런데, 실제의 온도 제어에 있어서는, 우선 송수신기(64)로부터 저항 가열 히터(10)로 이루어지는 송수신용 안테나(52)에 대하여, 송신 전력이 공급된다. 이에 의해, 송수신용 안테나(52)로부터 란가사이트 기판(표면 탄성파 소자의 경우) 혹은 LTGA 기판(벌크 탄성파 소자의 경우)의 고유 진동수에 상당하는 측정용 전파가 송신된다(S1). 이 경우, 측정용 전파의 주파수는 상기 각 주파수(f1 내지 f5)의 범위 내를 충분히 커버하는 일정한 주파수 대역에 걸쳐, 일정한 시간 내에 소인되도록 되어 있다. 이에 수반하여 측정용 전파를 수신한 각 온도 측정용 웨이퍼(58a 내지 58e)의 탄성파 소자(60a 내지 60e)에 있어서, 그때의 온도 측정용 웨이퍼(58a 내지 58e)의 온도에 따른 공진이 발생하여 당해 공진 신호가 방사된다(S2). 이때의 전파 출력의 발생 원리는, 앞서 도 5a 및 도 5b를 참조하여 설명한 바와 같다.
이때 발생한 전파는, 송수신용 안테나(52)로 수신되어, 송수신기(64)측으로 전반된다(S3). 이 수신된 전파는 온도 분석부(66)에 의해 분석되어 각 온도 측정용 웨이퍼(58a 내지 58e)의 온도, 즉 각 가열 존(16a 내지 16e)의 웨이퍼(W)의 온도가 직접적으로 거의 실시간으로 구해진다(S4).
온도 제어부(50)는, 구해진 당해 온도에 기초하여 각 가열 전원(21a 내지 21e)을 통하여 각 존 가열 히터(10a 내지 10e)를 개별로 독립적으로 제어하여 각 온도 측정용 웨이퍼(58a 내지 58e)의 온도가 목표 온도로 되도록 한다(S5). 즉, 웨이퍼 온도(온도 측정용 웨이퍼 온도)를 직접적으로 측정·검출함으로써, 정밀도가 높은 온도 제어를 실현한다.
상기한 일련의 제어 동작은, 미리 정해진 프로세스 시간이 경과할 때까지 반복해 행하여진다(S6). 이 경우, 온도 제어부(50)는 온도 분석부(70)로부터의 출력, 혹은 온도 측정 수단(17, 46)으로부터의 출력, 혹은 미리 기억된 열 모델[예를 들어 기억 매체(82)에 기억된]로부터의 출력 중 어느 하나에 기초하여 혹은 그들 복수의 조합을 기초로 하여 가열 수단(12)을 제어하게 되어 있으면 좋다.
이와 같이, 열처리 장치(2)의 구성 부재의 하나인 가열 수단(12)의 저항 가열 히터(10)를 송수신용 안테나(52)로서 기능(겸용)시킴으로써, 예를 들어 란가사이트 기판 소자나 LTGA 기판 소자 등으로 이루어지는 탄성파 소자(60a 내지 60e)를 사용하여, 당해 탄성파 소자(60a 내지 60e)로부터 발신된 전파를 수신하여 이것에 기초하여 온도를 구할 때에, 송수신용 안테나를 별도로 설치할 필요가 없다. 따라서, 금속 오염 등을 발생시키지도 않고, 무선이면서 거의 실시간으로 온도 측정용 웨이퍼(58a 내지 58e)의 온도[피처리체(예를 들어 반도체 웨이퍼)(W)의 온도와 동일시할 수 있다]를 고정밀도로 정확하게 검출할 수 있다. 이에 의해, 정밀도가 높은 원하는 온도 제어를 행할 수 있다.
피처리체(W)를 승온 또는 강온시키는 경우에 있어서도, 이러한 직접적인 온도 측정에 의하면, 예를 들어 승온 속도나 강온 속도를 정확하게 제어할 수 있다. 즉, 승온 및 강온 제어를 적정하게 행할 수 있다. 또한, 처리 용기(8)의 내벽면에 막이 부착되어 있다 하더라도 정확하게 피처리체(W)의 온도를 구할 수 있다.
여기서, 저항 가열 히터(10)를 송수신용 안테나(52)로서 겸용하고 있으므로, 각 가열 전원(21a 내지 21e)에 고주파 전류가 침입할 우려가 지적될 지도 모른다. 그러나, 그 우려는 송수신용 안테나(52)에 접속된 각 급전 라인(19) 도중에 전력 필터부(68)가 개재 설치되어 있음으로써 제거된다. 즉, 전력 필터부(68)가 고주파 전류를 컷트함으로써 각 가열 전원(21a 내지 21e)에 고주파 전류가 유입하는 것이 저지된다.
또한 반대로, 급전 라인(19)에 고주파 라인(62)을 접속한 결과, 가열 전원(21a)의 가열 전력이 송수신기(64)측으로 유입할 우려가 지적될 지도 모른다. 그러나, 그 우려는 고주파 라인(62)의 도중에 고주파 필터부(66)가 개재 설치되어 있음으로써 제거된다. 즉, 고주파 필터부(66)가 상용 주파수의 가열 전력이나 직류 성분을 컷트함으로써 송수신기(64)로 가열 전력이 침입하는 것이 저지된다.
또한, 실제의 온도 제어에서는 보다 정밀도가 높은 제어를 행하기 위해, 상기 온도 분석부(70)에 의해 구해진 온도 외에 추가로 히터용 열전대(17a 내지 17e) 및/또는 내부 열전대(46a 내지 46e)에서의 각 측정값도 각각 참작되어 온도 제어가 행하여지는 것이 바람직하다.
또한, 열전대(17a 내지 17e) 및/또는 내부 열전대(46a 내지 46e)를 설치해 두면, 웨이퍼가 언로드되어 처리 용기(8) 내가 비게 된 아이들링 시에 있어서도 처리 용기(8)의 온도를 적정한 온도로 예비 가열할 수 있다.
<제2 실시 형태>
다음에, 본 발명에 따른 열처리 장치의 제2 실시 형태에 대하여 설명한다. 도 6은 본 발명에 따른 열처리 장치의 제2 실시 형태에 있어서의 온도 제어계를 도시하는 계통도이다. 여기서, 도 1 내지 도 5b에 기재된 구성 부분과 동일한 구성 부분에 대해서는 동일 참조 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다.
상기한 제1 실시 형태의 경우에는 가열 수단(12)의 저항 가열 히터(10)에 관해 인접하는 존 가열 히터(10a 내지 10e)끼리가 전기적으로 접속되어 도통 상태로 되어 있었다. 그러나, 본 실시 형태에서는, 도 6에 도시한 바와 같이 각 존 가열 히터(10a 내지 10e)가 각각 완전하게 분할되어 인접하는 존 가열 히터(10a 내지 10e)끼리가 전기적으로 절연 상태로 되어 있다. 이러한 가열 수단에서는, 각 존 가열 히터(10a 내지 10e)의 양단부가 각각 개별로 2개의 급전 라인(19)을 통하여 대응하는 가열 전원(21a 내지 21e)에 접속된다.
그리고, 송수신기(64)로부터 연장되는 고주파 라인(62)은 복수로 분기되어, 그들이 각각 각 존 가열 히터(10a 내지 10e)에 접속된 급전 라인(19)에 대하여 병렬로 접속된다. 이에 의해, 각 존 가열 히터(10a 내지 10e)가 송수신용 안테나(52)로서 기능하게 된다. 분기된 각 고주파 라인(62) 도중에는 각각 고주파 필터부(66)가 개재 설치되어 있다. 이에 의해, 측정용 전파의 고주파 전력은 통과시키나, 히터용의 전력은 컷트시킨다. 따라서, 히터용의 전력이 송수신기(64)측에 침입하는 것이 방지된다.
또한, 모든 급전 라인(19)의 도중에는 각각 전력 필터부(68)가 개재 설치되 어 있다. 이에 의해, 히터용의 전력은 통과되는 한편, 측정용 전파의 고주파 전력은 각 전원(21 내지 21e)측에 침입하는 것이 방지된다.
본 실시 형태의 경우에도 저항 가열 히터(10)를 송수신용 안테나(52)로서 기능(겸용)시킴으로써 송수신기(64)로부터의 측정용 전파의 고주파 전력이 각 고주파 라인(62)을 통하여 각 존 가열 히터(10a 내지 10e)로 공급되면 당해 측정용 전파가 각 존 가열 히터(10a 내지 10e)[저항 가열 히터(10)]로부터 송신되어, 대응하는 탄성파 소자(60a 내지 60e)로부터 온도에 의존한 전파가 방사되게(반송되게) 된다. 즉, 제2 실시 형태의 경우에도 제1 실시 형태와 마찬가지의 작용 효과를 발휘할 수 있다. 즉, 탄성파 소자(60a 내지 60e)로부터 발신된 전파를 수신하여 이것에 기초하여 온도를 구할 때에 송수신용 안테나를 별도로 설치할 필요가 없다. 따라서, 금속 오염 등을 발생시키지도 않고, 무선이면서 거의 실시간으로 온도 측정용 웨이퍼(58a 내지 58e)의 온도[피처리체(W)의 온도와 동일시할 수 있다]를 고정밀도로 정확하게 검출할 수 있다. 이에 의해, 정밀도가 높은 원하는 온도 제어를 행할 수 있다.
<제3 실시 형태 내지 제6 실시 형태>
다음에, 본 발명에 따른 열처리 장치의 제3 실시 형태 내지 제6 실시 형태에 대하여 설명한다. 상기한 제1 및 제2 실시 형태는 열처리 장치의 구성 부재의하나인 가열 수단(12)의 저항 가열 히터(10)를 송수신용 안테나(52)로서 이용하는 것이나, 본 발명은 이 형태에 한정되지 않는다. 제3 실시 형태 내지 제6 실시 형태에서는 송수신용 안테나로서 열처리 장치의 다른 구성 부재, 예를 들어 유지 수단인 웨이퍼 보트(22)(제3 실시 형태), 가스 도입 수단(40)의 가스 노즐(42)(제4 실시 형태), 열전대를 사용한 온도 측정 수단(17, 46)(제5 실시 형태, 제6 실시 형태)을 겸용시킨다.
도 7은 본 발명에 따른 열처리 장치의 제3 실시 형태에 있어서, 웨이퍼 보트를 송수신용 안테나로서 기능(겸용)시키는 상태를 도시하는 도면이다. 도 8은 본 발명에 따른 열처리 장치의 제4 실시 형태에 있어서, 가스 도입 수단의 가스 노즐을 송수신용 안테나로서 기능(겸용)시키는 상태를 도시하는 도면이다. 도 9는 본 발명에 따른 열처리 장치의 제5 실시 형태에 있어서, 열전대의 보호관을 송수신용 안테나로서 기능(겸용)시키는 상태를 도시하는 도면이다. 도 10은 본 발명에 따른 열처리 장치의 제6 실시 형태에 있어서, 열전대를 송수신용 안테나로서 기능(겸용)시키는 상태를 도시하는 도면이다.
여기서, 도 1 내지 도 5b에 기재된 구성 부분과 동일한 구성 부분에 대해서는, 동일 참조 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다.
도 7에 도시한 바와 같이, 제3 실시 형태의 경우에는 유지 수단인 웨이퍼 보트(22)가 송수신용 안테나(52)로서 기능한다. 통상, 웨이퍼 보트(22)는 절연재인 석영에 의해 형성되나, 여기에서는 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 오염을 발생시키지 않는 도전성 재료에 의해 형성되어 있다. 이러한 도전성 재료로서는, 반도체, 예를 들어 폴리실리콘, 단결정 실리콘, SiC, SiGe, GaN, ZnO, AlN, GaAs로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나의 재료가 사용되는 것이 바람직하다.
이 경우, 보온통(24) 및 회전 테이블(26)도, 예를 들어 SiC와 같은 도전성 재료에 의해 형성된다. 그리고, 예를 들어 도전성 재료인 스테인리스 스틸로 이루어지는 회전축(30)에 송수신기(64)로부터 연장되는 고주파 라인(62)의 선단부에 설치된 슬립 링(100)이 전기적으로 접속된다. 이에 의해, 측정용 전파의 고주파 전력이 웨이퍼 보트(22)에 공급되어 웨이퍼 보트(22)의 전체를 송수신용 안테나(52)로서 기능시킬 수 있다.
본 실시 형태의 경우에도 제1 실시 형태와 마찬가지의 작용 효과를 발휘할 수 있다. 즉, 탄성파 소자(60a 내지 60e)를 이용하여 온도를 구할 때에 송수신용 안테나를 별도로 설치할 필요가 없다. 따라서, 금속 오염 등을 발생시키지도 않고, 무선이면서 거의 실시간으로 온도 측정용 웨이퍼(58a 내지 58e)의 온도[피처리체(W)의 온도와 동일시할 수 있다]를 고정밀도로 정확하게 검출할 수 있다. 이에 의해, 정밀도가 높은 원하는 온도 제어를 행할 수 있다.
도 8에 도시한 바와 같이, 제4 실시 형태의 경우에는 가스 도입 수단(40)의 일부인 가스 노즐(42)이 송수신용 안테나(52)로서 기능한다. 통상, 가스 노즐(42)은 절연재인 석영에 의해 형성되나, 여기에서는 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 오염을 발생시키지 않는 도전성 재료에 의해 형성되어 있다. 이러한 도전성 재료로서는, 반도체, 예를 들어 폴리실리콘, 단결정 실리콘, SiC, SiGe, GaN, ZnO, AlN, GaAs로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나의 재료가 사용되는 것이 바람직하다.
여기서는, 송수신기(64)로부터 연장되는 고주파 라인(62)이 도전성 재료로 이루어지는 가스 노즐(42)의 기단부에 전기적으로 접속되어 있다. 이에 의해, 측정용 전파의 고주파 전력이 가스 노즐(42)로 공급되어 가스 노즐(42)의 전체를 송 수신용 안테나(42)로서 기능시킬 수 있다.
본 실시 형태의 경우에도 제1 실시 형태와 마찬가지의 작용 효과를 발휘할 수 있다. 즉, 탄성파 소자(60a 내지 60e)를 이용하여 온도를 구할 때에, 송수신용 안테나를 별도로 설치할 필요가 없다. 따라서, 금속 오염 등을 발생시키지도 않고, 무선이면서 거의 실시간으로 온도 측정용 웨이퍼(58a 내지 58e)의 온도[피처리체(W)의 온도와 동일시할 수 있다]를 고정밀도로 정확하게 검출할 수 있다. 이에 의해, 정밀도가 높은 원하는 온도 제어를 행할 수 있다.
도 9에 도시한 바와 같이, 제5 실시 형태의 경우에는 제2 온도 측정 수단(46)의 일부인 보호관(48)이 송수신용 안테나(52)로서 기능한다. 통상, 열전대(46a 내지 46e)를 수용하는 보호관(48)은 절연재인 석영에 의해 형성되나, 여기에서는 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 오염을 발생시키지 않는 도전성 재료에 의해 형성되어 있다. 이러한 도전성 재료로서는, 반도체, 예를 들어 폴리실리콘, 단결정 실리콘, SiC, SiGe, GaN, ZnO, AlN, GaAs로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나의 재료가 사용되는 것이 바람직하다.
여기에서는 송수신기(64)로부터 연장되는 고주파 라인(62)이 도전성 재료로 이루어지는 보호관(48)의 기단부에 전기적으로 접속되어 있다. 이에 의해, 측정용 전파의 고주파 전력이 보호관(48)에 공급되어 보호관(48)의 전체를 송수신용 안테나(42)로서 기능시킬 수 있다.
본 실시 형태의 경우에서는 제1 실시 형태와 마찬가지의 작용 효과를 발휘할 수 있다. 즉, 탄성파 소자(60a 내지 60e)를 이용하여 온도를 구할 때에, 송수신용 안테나를 별도로 설치할 필요가 없다. 따라서, 금속 오염 등을 발생시키지도 않고, 무선이면서 거의 실시간으로 온도 측정용 웨이퍼(58a 내지 58e)의 온도[피처리체(W)의 온도와 동일시할 수 있다]를 고정밀도로 정확하게 검출할 수 있다. 이에 의해, 정밀도가 높은 원하는 온도 제어를 행할 수 있다.
도 10에 도시한 바와 같이, 제6 실시 형태의 경우에는 제2 온도 측정 수단(46)의 일부인 열전대(46a 내지 46e)가 송수신용 안테나(52)로서 기능한다. 통상, 열전대(46a 내지 46e)는 도전성 재료에 의해 형성되어 있으므로, 그대로 송수신용 안테나(52)로서 기능시키는 것이 가능하다.
여기에서는, 송수신기(64)로부터 연장되는 고주파 라인(62)이 열전대 라인(74)에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 고주파 라인(62)에 고주파 전력은 통과시키나 열전대의 직류 성분은 컷트시키는 고주파 필터부(66)가 개재 설치되어 있다. 또한, 열전대 라인(74)에, 직류 성분은 통과시키나 고주파 전력은 컷트시키는 전력 필터부(68)가 개재 설치되어 있다. 이에 의해, 측정용 전파의 고주파 전력이 열전대(46a 내지 46e)에 공급되어 열전대(46a 내지 46e)의 전체를 송수신용 안테나(42)로서 기능시킬 수 있다.
본 실시 형태의 경우에서도 제1 실시 형태와 마찬가지의 작용 효과를 발휘할 수 있다. 즉, 탄성파 소자(60a 내지 60e)를 이용하여 온도를 구할 때에 송수신용 안테나를 별도로 설치할 필요가 없다. 따라서, 금속 오염 등을 발생시키지도 않고, 무선이면서 거의 실시간으로 온도 측정용 웨이퍼(58a 내지 58e)의 온도[피처리체(W)의 온도와 동일시할 수 있다]를 고정밀도로 정확하게 검출할 수 있다. 이에 의해, 정밀도가 높은 원하는 온도 제어를 행할 수 있다.
또한, 열전대(46a 내지 46e)를 대신하여 제1 온도 측정 수단(17)의 각 열전대(17a 내지 17e)를 송수신용 안테나(52)로서 기능시켜도 좋다.
또한, 열처리 장치는 웨이퍼에 대한 열처리를 보조하기 위하여 고주파 전력에 의해 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 수단이 처리 용기(8)에 설치되어 있어도 된다(예를 들어 일본 특허 출원 공개 제2006-270016호 공보 참조). 이 경우에는, 노이즈의 발생을 방지하기 위해 측정용 전파의 각 주파수 대역을 플라즈마 발생용의 고주파 전력의 주파수, 예를 들어 13.56㎒나 400㎑와는 다르게 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 플라즈마 발생 수단이 설치된 열처리 장치에서는 플라즈마에 기인하는 노이즈가 발생하거나, 혹은 가열 전원(21a 내지 21e)의 전력 제어에 수반하여 노이즈가 발생하거나 하는 경우가 있다. 이러한 노이즈가 온도 측정에 악영향을 미치는 것을 방지하기 위해 가열 수단(12)에 공급하는 전력 및/또는 플라즈마 형성의 전력과, 송수신기(송신기)(64)로부터 출력하는 측정용 전파의 전력을 시분할적으로 송출하도록 제어하는 것이 좋다.
도 11은 가열 수단(12)으로의 공급 전력(플라즈마 형성의 전력도 포함한다)과 측정용 전파의 전력의 타이밍차트의 일례를 나타내는 도면이다. 도 11의 예에서는, 가열 수단(12)(도1 참조)에 전력(플라즈마 형성의 전력도 포함한다)을 공급하는 기간(T1)과 측정용 전파의 전력을 공급하는 기간(T2)이 교대로 반복되도록, 시분할 제어가 행하여진다. 이러한 시분할 제어는 제어 수단(80)(도1 참조)이 온 도 제어부(50)와 송수신기(64)를 컨트롤함으로써 실현된다.
기간(T1) 및 기간(T2)의 각 길이는 사용 전력의 크기 등에 따라 적절하게 선택된다. 이러한 시분할 제어를 행함으로써, 온도 측정 시에 노이즈가 혼입되는 것을 확실하게 방지할 수 있다. 따라서, 웨이트 온도를 더욱 고정밀도로 검출할 수 있다.
또한, 상기 각 실시 형태에서는 열처리 장치의 각 구성 부재를 하나씩 송수신용 안테나(52)로서 겸용시킨 경우를 예로 들어 설명했으나, 이것에 한정되지 않는다. 즉, 먼저 설명한 각 구성 부재 중 임의의 2개의 구성 부재를 조합해도 좋다. 예를 들어, 저항 가열 히터(10)를 송신용 안테나와 겸용하고, 가스 노즐(42)을 수신용 안테나로서 겸용시켜도 좋다.
또한, 이상의 각 실시 형태에서는 온도 측정용 웨이퍼(58a 내지 58e)에 각각 하나의 탄성파 소자가 설치된 경우에 대하여 설명했으나, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 1매의 온도 측정용 웨이퍼에 복수의 탄성파 소자가 설치되어도 좋다.
도 12a 및 도 12b는 이러한 온도 측정용 웨이퍼의 변형 실시 형태를 도시하는 도면이다. 보다 구체적으로는, 도 12a는 제1 변형 실시 형태를 도시하는 단면도이며, 도 12b는 제2 변형 실시 형태를 도시하는 평면도이다.
도 12a에 도시하는 제1 변형 실시 형태의 경우, 온도 측정용 웨이퍼(58x)가 상하 2개로 분할되어, 그들 사이의 중심부와 주변부에 2개의 탄성파 소자(60x, 60y)가 매립된 후, 분할된 웨이퍼가 접합되어 있다.
이때, 상기 2개의 탄성파 소자(60x, 60y)는 온도 측정용 웨이퍼(58x) 내에 매립된 상태로 되기 때문에 당해 탄성파 소자(60x, 60y)에 기인하는 콘터미네이션의 발생이 완전하게 방지된다. 또한, 이와 같이 2개의 탄성파 소자(60x, 60y)를 1매의 온도 측정용 웨이퍼(58x) 내에 매립할 경우에는 혼신을 방지하기 위해 양 탄성파 소자(60x, 60y)의 주파수 대역을 서로 다르게 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 도 12b에 도시하는 제2 변형 실시 형태의 경우, 온도 측정용 웨이퍼(58x)의 표면의 중심부와 주변부에 복수, 구체적으로는 이 경우에 5개의 탄성파 소자(60f, 60g, 60h, 60i, 60j)가 설치되어 있다. 이 경우에는 웨이퍼의 온도의 면내 분포를 측정할 수 있다. 이 경우, 혼신을 방지하기 위해 각 탄성파 소자(6Of, 6Og, 60h, 60i, 6Oj)의 주파수 대역을 서로 다르게 설정하는 것이 바람직하다.
물론, 이들 복수의 탄성파 소자(60f, 60g, 60h, 60i, 60j)는 온도 측정용 웨이퍼(58x) 내에 각각 부분적으로 혹은 완전하게 매립되어도 좋다.
일반적으로, 성막 프로세스에 따라서는 프로세스 시 혹은 승온 및 강온 시에 웨이퍼 면내에서 적극적으로 온도 구배를 형성하는 편이 바람직하다고 하는 상황이 있다. 그러한 경우, 상술한 바와 같이 온도 측정용 웨이퍼(58x)의 중앙부와 주변부에 탄성파 소자(60f 내지 60j, 60x, 60y)를 설치해 두면 웨이퍼 면내에 있어서 적정하고 정확한 온도 구배를 형성하는 제어를 실현할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같은 온도 측정용 웨이퍼(58a 내지 58e, 58x)는 장치 내에 별도의 예비의 온도 측정용 웨이퍼를 미리 준비해 두고, 열화했을 때 등에 필요에 따라, 혹은 정기적으로 자동적으로 교환할 수 있게 해 두는 것이 바람직하다.
또한, 이상의 각 실시 형태에서는, 내통(4)과 외통(6)으로 이루어지는 이중관식의 처리 용기(8)를 예로 들어 설명했으나, 이것에 한정되지 않는다. 단관식의 처리 용기에도 본 발명을 적용할 수 있다. 또한, 처리 용기(8)에 관해서도 종형의 처리 용기에 한정되지 않는다. 횡형의 처리 용기에 대해서도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 여기에서는 열처리로서, 성막 처리를 예로 들어 설명했으나, 이것에 한정되지 않는다. 산화 확산 처리, 어닐 처리, 에칭 처리, 개질 처리, 플라즈마를 사용한 플라즈마 처리 등에 대해서도 본 발명을 적용할 수 있다. 또한, 플라즈마를 사용할 경우에는, 전술한 바와 같이 노이즈의 발생을 방지하기 위해 플라즈마 발생용의 고주파 전력의 주파수와 측정용 전파의 주파수 대역을 다르게 하는 것이 바람직하다.
또한, 탄성파 소자로서는 란탄 탄탈산 갈륨 알루미늄(LTGA), 수정(SiO2), 산화아연(ZnO), 로셀염(주석산 칼륨나트륨:KNaC4H4O6), 티탄산 지르콘산납(PZT:Pb(Zr, Ti)O3, 니오브산 리튬(LiNbO3), 탄탈산 리튬(LiTaO3), 리튬테트라보레이트(Li2B4O7), 란가사이트(La3Ga5SiO14), 질화알루미늄, 전기석(토르말린), 폴리불화 비닐리덴(PVDF)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나의 재료의 기판 소자를 사용할 수 있다. 또한, 상기 재료 중, 복수의 재료를 조합하여 이루어지는 경계 탄성파 소자도 본 발명에 이용할 수 있다.
또한, 여기서는 피처리체로서 반도체 웨이퍼를 예로 들어 설명했으나, 이것 에 한정되지 않는다. 피처리체는 글래스 기판, LCD 기판, 세라믹 기판, 태양 전지 기판 등이어도 좋다.
도 1은 본 발명에 따른 열처리 장치의 제1 실시 형태를 도시하는 단면 구성도.
도 2a 내지 도 2c는 탄성파 소자가 설치된 온도 측정용 피처리체를 설명하기 위한 도면.
도 3은 열처리 장치의 온도 제어계를 도시하는 계통도.
도 4는 본 발명의 열처리 방법의 일례를 나타내는 흐름도.
도 5a 및 도 5b는 탄성파 소자의 동작 원리를 설명하기 위한 동작 원리도.
도 6은 본 발명에 따른 열처리 장치의 제2 실시 형태에 있어서의 온도 제어계를 도시하는 계통도.
도 7은 본 발명에 따른 열처리 장치의 제3 실시 형태에 있어서, 웨이퍼 보트를 송수신용 안테나로서 기능(겸용)시키는 상태를 도시하는 도면.
도 8은 본 발명에 따른 열처리 장치의 제4 실시 형태에 있어서, 가스 도입 수단의 가스 노즐을 송수신용 안테나로서 기능(겸용)시키는 상태를 도시하는 도면.
도 9는 본 발명에 따른 열처리 장치의 제5 실시 형태에 있어서, 열전대의 보호관을 송수신용 안테나로서 기능(겸용)시키는 상태를 도시하는 도면.
도 10은 본 발명에 따른 열처리 장치의 제6 실시 형태에 있어서, 열전대를 송수신용 안테나로서 기능(겸용)시키는 상태를 도시하는 도면.
도 11은 가열 수단으로의 공급 전력(플라즈마 형성의 전력도 포함한다)과 측정용 전파의 전력의 타이밍차트의 일례를 나타내는 도면.
도 12a 및 도 12b는 온도 측정용 웨이퍼의 변형 실시 형태를 도시하는 도면.
<부호의 설명>
8 : 처리 용기
9 : 열처리부
40 : 가스 도입 수단
50 : 온도 제어부
64 : 온도 분석부
70 : 온도 분석부

Claims (42)

  1. 복수의 피처리체 외에 추가로 탄성파 소자를 갖는 온도 측정용 피처리체까지도 수용할 수 있는 배기 가능하게 이루어진 처리 용기와,
    상기 복수의 피처리체와 상기 온도 측정용 피처리체를 유지한 상태로 상기 처리 용기 내로 로드 및 언로드되는 유지 수단과,
    상기 처리 용기 내로 가스를 도입하는 가스 도입 수단과,
    상기 처리 용기 내에 수용된 상기 복수의 피처리체 및 상기 온도 측정용 피처리체를 가열하는 가열 수단과,
    상기 처리 용기 내에 수용된 상기 탄성파 소자를 향하여 측정용 전파를 송신하기 위해 고주파 라인을 통하여 송신기에 접속된 송신용 안테나로서 기능하는 제1 도전성 부재와,
    상기 처리 용기 내에 수용된 상기 탄성파 소자로부터 발해지는 온도에 따른 전파를 받기 위해, 고주파 라인을 통하여 수신기에 접속된 수신용 안테나로서 기능하는 제2 도전성 부재와,
    상기 수신용 안테나에 의해 받은 전파에 기초하여 상기 온도 측정용 피처리체의 온도를 구하는 온도 분석부와,
    상기 가열 수단을 제어하는 온도 제어부를 구비하고,
    상기 제1 도전성 부재는, 상기 처리 용기 내의 열처리부의 일부로서 설치되어 있고,
    상기 제2 도전성 부재도 상기 처리 용기 내의 열처리부의 일부로서 설치되어 있고,
    상기 가열 수단은 가열 전원과, 당해 가열 전원에 급전 라인을 통하여 접속된 저항 가열 히터를 갖고 있고,
    상기 제1 도전성 부재와 상기 제2 도전성 부재 중 하나 이상은 상기 저항 가열 히터인 것을 특징으로 하는, 피처리체의 열처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 고주파 라인에는 고주파 성분은 통과시키나 저주파 성분 및 직류 성분은 컷트시키는 고주파 필터부가 개재 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 피처리체의 열처리 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 처리 용기 내를 온도 제어용의 복수의 가열 존으로 분할하기 위해, 상기 저항 가열 히터는 각각 개별로 공급 전력의 제어가 가능하게 이루어진 복수의 존 가열 히터로 구분되어 있는 것을 특징으로 하는, 피처리체의 열처리 장치.
  5. 제4항에 있어서, 이웃하는 존 가열 히터 사이는 전기적으로 도통 상태로 되어 있는 한편, 각 존 가열 히터마다 급전 라인이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 피처리체의 열처리 장치.
  6. 제4항에 있어서, 이웃하는 존 가열 히터 사이는 전기적으로 절연 상태로 되어 있는 한편, 각 존 가열 히터마다 급전 라인이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 피처리체의 열처리 장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 급전 라인에는 가열 전력은 통과시키나 고주파 성분은 컷트시키는 전력 필터부가 개재 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 피처리체의 열처리 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 온도 제어부는, 상기 저항 가열 히터에 공급되어야 할 가열 전력과 상기 송신기로부터 송출되어야 할 측정용 전파의 전력을 시분할적으로 송출하게 되어 있는 것을 특징으로 하는, 피처리체의 열처리 장치.
  10. 복수의 피처리체 외에 추가로 탄성파 소자를 갖는 온도 측정용 피처리체까지도 수용할 수 있는 배기 가능하게 이루어진 처리 용기와,
    상기 복수의 피처리체와 상기 온도 측정용 피처리체를 유지한 상태로 상기 처리 용기 내로 로드 및 언로드되는 유지 수단과,
    상기 처리 용기 내로 가스를 도입하는 가스 도입 수단과,
    상기 처리 용기 내에 수용된 상기 복수의 피처리체 및 상기 온도 측정용 피처리체를 가열하는 가열 수단과,
    상기 처리 용기 내에 수용된 상기 탄성파 소자를 향하여 측정용 전파를 송신하기 위해 고주파 라인을 통하여 송신기에 접속된 송신용 안테나로서 기능하는 제1 도전성 부재와,
    상기 처리 용기 내에 수용된 상기 탄성파 소자로부터 발해지는 온도에 따른 전파를 받기 위해, 고주파 라인을 통하여 수신기에 접속된 수신용 안테나로서 기능하는 제2 도전성 부재와,
    상기 수신용 안테나에 의해 받은 전파에 기초하여 상기 온도 측정용 피처리체의 온도를 구하는 온도 분석부와,
    상기 가열 수단을 제어하는 온도 제어부를 구비하고,
    상기 제1 도전성 부재는, 상기 처리 용기 내의 열처리부의 일부로서 설치되어 있고,
    상기 제2 도전성 부재도 상기 처리 용기 내의 열처리부의 일부로서 설치되어 있고,
    상기 유지 수단은 도전성 재료로 이루어지고,
    상기 제1 도전성 부재와 상기 제2 도전성 부재 중 하나 이상은 상기 유지 수단인 것을 특징으로 하는, 피처리체의 열처리 장치.
  11. 복수의 피처리체 외에 추가로 탄성파 소자를 갖는 온도 측정용 피처리체까지도 수용할 수 있는 배기 가능하게 이루어진 처리 용기와,
    상기 복수의 피처리체와 상기 온도 측정용 피처리체를 유지한 상태로 상기 처리 용기 내로 로드 및 언로드되는 유지 수단과,
    상기 처리 용기 내로 가스를 도입하는 가스 도입 수단과,
    상기 처리 용기 내에 수용된 상기 복수의 피처리체 및 상기 온도 측정용 피처리체를 가열하는 가열 수단과,
    상기 처리 용기 내에 수용된 상기 탄성파 소자를 향하여 측정용 전파를 송신하기 위해 고주파 라인을 통하여 송신기에 접속된 송신용 안테나로서 기능하는 제1 도전성 부재와,
    상기 처리 용기 내에 수용된 상기 탄성파 소자로부터 발해지는 온도에 따른 전파를 받기 위해, 고주파 라인을 통하여 수신기에 접속된 수신용 안테나로서 기능하는 제2 도전성 부재와,
    상기 수신용 안테나에 의해 받은 전파에 기초하여 상기 온도 측정용 피처리체의 온도를 구하는 온도 분석부와,
    상기 가열 수단을 제어하는 온도 제어부를 구비하고,
    상기 제1 도전성 부재는, 상기 처리 용기 내의 열처리부의 일부로서 설치되어 있고,
    상기 제2 도전성 부재도 상기 처리 용기 내의 열처리부의 일부로서 설치되어 있고,
    상기 가스 도입 수단은 도전성 재료로 이루어지고,
    상기 제1 도전성 부재와 상기 제2 도전성 부재 중 하나 이상은 상기 가스 도입 수단인 것을 특징으로 하는, 피처리체의 열처리 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 제1 도전성 부재와 상기 제2 도전성 부재 중 하나 이상은 반도체로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 피처리체의 열처리 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 반도체는 폴리실리콘, 단결정 실리콘, SiC, SiGe, CaN, ZnO, AlN, GaAs로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나의 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 피처리체의 열처리 장치.
  14. 복수의 피처리체 외에 추가로 탄성파 소자를 갖는 온도 측정용 피처리체까지도 수용할 수 있는 배기 가능하게 이루어진 처리 용기와,
    상기 복수의 피처리체와 상기 온도 측정용 피처리체를 유지한 상태로 상기 처리 용기 내로 로드 및 언로드되는 유지 수단과,
    상기 처리 용기 내로 가스를 도입하는 가스 도입 수단과,
    상기 처리 용기 내에 수용된 상기 복수의 피처리체 및 상기 온도 측정용 피처리체를 가열하는 가열 수단과,
    상기 처리 용기 내에 수용된 상기 탄성파 소자를 향하여 측정용 전파를 송신하기 위해, 고주파 라인을 통하여 송신기에 접속된 송신용 안테나로서 기능하는 제1 도전성 부재와,
    상기 처리 용기 내에 수용된 상기 탄성파 소자로부터 발해지는 온도에 따른 전파를 받기 위해, 고주파 라인을 통하여 수신기에 접속된 수신용 안테나로서 기능하는 제2 도전성 부재와,
    상기 수신용 안테나에 의해 받은 전파에 기초하여 상기 온도 측정용 피처리체의 온도를 구하는 온도 분석부와,
    상기 가열 수단을 제어하는 온도 제어부와,
    상기 처리 용기 내 그리고 상기 가열 수단 중 하나 이상에 설치된 온도 측정 수단을 구비하고,
    상기 제1 도전성 부재는 상기 온도 측정 수단의 일부로서 설치되어 있고,
    상기 제2 도전성 부재도 상기 온도 측정 수단의 일부로서 설치되어 있고,
    상기 온도 측정 수단은 열전대를 갖고 있으며,
    상기 제1 도전성 부재와 상기 제2 도전성 부재 중 하나 이상은 상기 열전대인 것을 특징으로 하는, 피처리체의 열처리 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 고주파 라인에는 고주파 성분은 통과시키나 저주파 성분 및 직류 성분은 컷트시키는 고주파 필터부가 개재 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 피처리체의 열처리 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 가열 수단은 가열 전원과, 당해 가열 전원에 급전 라인을 통하여 접속된 저항 가열 히터를 갖고 있는 것을 특징으로 하는, 피처리체의 열처리 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 처리 용기 내를 온도 제어용의 복수의 가열 존으로 분할하기 위해 상기 저항 가열 히터는 각각 개별로 공급 전력의 제어가 가능하게 이루어진 복수의 존 가열 히터로 구분되어 있는 것을 특징으로 하는, 피처리체의 열처리 장치.
  18. 제17항에 있어서, 이웃하는 존 가열 히터 사이는 전기적으로 도통 상태로 되어 있는 한편, 각 존 가열 히터마다 급전 라인이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 피처리체의 열처리 장치.
  19. 제17항에 있어서, 이웃하는 존 가열 히터 사이는 전기적으로 절연 상태로 되어 있는 한편, 각 존 가열 히터마다 급전 라인이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 피처리체의 열처리 장치.
  20. 제16항에 있어서, 상기 급전 라인에는 가열 전력은 통과시키나 고주파 성분은 컷트시키는 전력 필터부가 개재 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 피처리체의 열처리 장치.
  21. 삭제
  22. 제14항에 있어서, 상기 열전대에 접속되어 있는 열전대 라인에는 직류 성분은 통과시키나 고주파 전력은 컷트시키는 직류 필터부가 개재 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 피처리체의 열처리 장치.
  23. 제14항에 있어서, 상기 온도 측정 수단은 상기 열전대를 수용하여 보호하는 도전성 재료로 작성된 보호관을 갖고 있으며,
    상기 제1 도전성 부재와 상기 제2 도전성 부재 중 하나 이상은 상기 보호관인 것을 특징으로 하는, 피처리체의 열처리 장치.
  24. 제23항에 있어서, 상기 제1 도전성 부재와 상기 제2 도전성 부재 중 하나 이상은 반도체로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 피처리체의 열처리 장치.
  25. 제24항에 있어서, 상기 반도체는 폴리실리콘, 단결정 실리콘, SiC, SiGe, GaN, ZnO, AlN, GaAs로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나의 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 피처리체의 열처리 장치.
  26. 제1항에 있어서, 상기 온도 측정용 피처리체에는 복수의 탄성파 소자가 설치되어 있고,
    상기 복수의 탄성파 소자의 주파수 대역은 서로 다르게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는, 피처리체의 열처리 장치.
  27. 제26항에 있어서, 상기 복수의 탄성파 소자는 적어도 상기 온도 측정용 피처리체의 중심부와 주변부에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 피처리체의 열처리 장치.
  28. 제4항에 있어서, 상기 온도 측정용 피처리체는 각각이 상기 가열 존마다 대응하도록 복수가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 피처리체의 열처리 장치.
  29. 제28항에 있어서, 각 온도 측정용 피처리체의 탄성파 소자의 주파수 대역은 상기 가열 존마다 서로 다르게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는, 피처리체의 열처리 장치.
  30. 제1항에 있어서, 상기 제1 도전성 부재 및 상기 제2 도전성 부재는 일체화되어 있으며, 송신용 안테나의 기능과 수신용 안테나의 기능이 송수신용 안테나의 기능으로서 일체화되어 있는 것을 특징으로 하는, 피처리체의 열처리 장치.
  31. 제1항에 있어서, 상기 처리 용기에는 상기 피처리체의 열처리를 보조하기 위하여 고주파 전력에 의해 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 수단이 설치되어 있고,
    상기 측정용 전파의 주파수 대역은, 상기 고주파 전력의 주파수와는 다르게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는, 피처리체의 열처리 장치.
  32. 제1항에 있어서, 상기 처리 용기에는 상기 피처리체의 열처리를 보조하기 위하여 고주파 전력에 의해 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 수단이 설치되어 있고,
    상기 측정용 전파의 송신 시 및 수신 시에는 일시적으로 플라즈마의 발생이 정지되게 되어 있는 것을 특징으로 하는, 피처리체의 열처리 장치.
  33. 제1항에 있어서, 상기 탄성파 소자는 표면 탄성파 소자 혹은 벌크 탄성파 소자 혹은 경계 탄성파 소자 중 어느 하나로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 피처리체의 열처리 장치.
  34. 제1항에 있어서, 상기 탄성파 소자는 란탄 탄탈산 갈륨알루미늄(LTGA), 수정(SiO2), 산화아연(ZnO), 로셀염(주석산 칼륨나트륨:KNaC4H4O6), 티탄산지르콘산납(PZT:Pb(Zr, Ti)O3, 니오브산 리튬(LiNbO3), 탄탈산 리튬(LiTaO3), 리튬테트라보레이트(Li2B4O7), 란가사이트(La3Ga5SiO14), 질화알루미늄, 전기석(토르말린), 폴리불화 비닐리덴(PVDF)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나의 재료의 기판 소자인 것을 특징으로 하는, 피처리체의 열처리 장치.
  35. 제1항에 있어서, 상기 온도 제어부는 상기 온도 분석부로부터의 출력 혹은 상기 온도 측정 수단으로부터의 출력 혹은 미리 기억된 열 모델로부터의 출력 중 어느 하나 혹은 복수를 조합하여 상기 가열 수단을 제어하게 되어 있는 것을 특징으로 하는, 피처리체의 열처리 장치.
  36. 제1항에 있어서, 상기 온도 분석부로부터의 출력을 기억하는 기억부를 더 구비한 것을 특징으로 하는, 피처리체의 열처리 장치.
  37. 제1항에 있어서, 상기 온도 분석부로부터의 출력을 표시하는 표시부를 더 구비한 것을 특징으로 하는, 피처리체의 열처리 장치.
  38. 탄성파 소자를 갖는 온도 측정용 피처리체와, 복수의 피처리체를 유지하는 유지 수단을 처리 용기 내에 도입하여, 상기 복수의 피처리체를 가열 수단에 의해 가열함으로써 열처리를 실시하는 피처리체의 열처리 방법에 있어서,
    상기 처리 용기에 설치된 송신용 안테나로부터 상기 온도 측정용 피처리체로 측정용 전파를 송신하는 송신 공정과,
    상기 측정용 전파를 받음으로써 상기 온도 측정용 피처리체의 탄성파 소자가 발하는 전파를, 상기 처리 용기에 설치된 수신용 안테나에 의해 수신하는 수신 공정과,
    상기 수신용 안테나에 의해 수신된 전파에 기초하여 상기 온도 측정용 피처리체의 온도를 구하는 온도 분석 공정과,
    상기 구해진 온도에 기초하여 상기 가열 수단을 제어하는 온도 제어 공정을 구비하고,
    상기 처리 용기 내 그리고 상기 가열 수단 중 하나 이상에 온도 측정용의 열전대가 각각 설치되어 있으며,
    상기 온도 제어 공정에 있어서, 상기 온도 측정용 피처리체에 의한 온도 측정값 외에 추가로, 상기 열전대에 의한 온도 측정값까지도 참작되어 상기 가열 수단의 제어가 행하여지는 것을 특징으로 하는, 피처리체의 열처리 방법.
  39. 제38항에 있어서, 상기 처리 용기 내는 온도 제어용으로 복수의 가열 존으로 분할되어 있으며,
    상기 온도 측정용 피처리체는 각각이 상기 가열 존마다 대응하도록 복수가 유지되게 되어 있으며,
    각 온도 측정용 피처리체의 탄성파 소자의 주파수 대역은 상기 가열 존마다 서로 다르게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는, 피처리체의 열처리 방법.
  40. 삭제
  41. 제38항에 있어서, 상기 피처리체의 열처리를 보조하기 위해 고주파 전력에 의해 발생된 플라즈마에 의해 피처리체를 처리하는 플라즈마 처리 공정을 더 구비 하고,
    상기 측정용 전파의 주파수 대역은 상기 고주파 전력의 주파수와는 다르게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는, 피처리체의 열처리 방법.
  42. 컴퓨터 상에서 동작하는 컴퓨터 프로그램을 저장한 기억 매체이며,
    상기 컴퓨터 프로그램은 제38항에 기재된 열처리 방법을 실시하도록 스텝이 짜여져 있는 것을 특징으로 하는, 기억 매체.
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