KR20060116202A - 기판온도측정장치 및 처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열전대 소선의 신뢰성을 높임과 동시에, 칩에 대한 적외선의 영향을 줄이고, 기판의 온도를 안정되고 정확하게 측정할 수 있는 기판온도측정장치 및 처리장치를 제공하는 것이다.
적외선을 반사되는 금속 재료로 되고, 열전대 소선(20a, 20b)의 삽입부(16a)를 가지고, 그 삽입부(16a)에 열전대 소선(20a, 20b)이 삽입된 상태에서 삽입부(16a)를 찌그리듯이 변형되어 열전대 소선(20a, 20b)과 일체로 되는 기판(13)에 접촉되는 칩(16)과, 이 칩(16)보다도 열전도율이 작은 재료로 되고, 칩(16)을 지지하는 지지부재{15b(l5c)}와를 구비한다.

Description

기판온도측정장치 및 처리장치{Substrate temperature measuring apparatus and processor}
본 발명은, 예컨대 적외선에 의해 가열되는 기판, 혹은 플라즈마 발생 환경하에서 처리되는 기판의 온도를 측정하는 기판온도측정장치 및 이 기판온도측정장치를 구비한 처리장치에 관한 것이다.
예를 들어 반도체 웨이퍼나 유리기판 등을 가열한 상태에서 성막(成膜; 이루어진 막)이나 이온 주입 등의 각종 처리를 행하는 경우에 있어서, 기판온도를 정밀도 좋게 제어하기 위해서는 기판의 온도를 측정할 필요가 있다. 이 기판온도의 측정에는, 종래로부터 열전대가 사용되고 있다. 예컨대, 특허문헌 1에 보이는 열전대에서는, 2개의 열전대 소선(素線)의 선단부에 칩을 취부하여 측정온도접점을 구성하고 있다.
특허문헌 1: 일본국 특공소 58-28536호 공보
칩은 기판에 접촉되고 기판에서의 열전도를 받아 기판의 온도측정이 행해지지만, 적외선을 이용한 기판의 가열 환경하에서는 칩이 적외선을 흡수해 버리면, 이 적외선 흡수에 의해 칩의 온도가 상승하고, 올바른 기판온도측정을 할 수 없는 경우가 있다.
도 15는 칩을 기판에 접촉시켜 측정을 행한 경우의 측정온도의 시간 변화 (1점 쇄선)와, 칩을 사용하지 않고 기판에 직접 열전대의 측정온도접점을 단 경우의 측정온도의 시간 변화(실선)를 보이는 그래프이다. 기판은 SiO2 막이 전체에 형성된 실리콘 기판이다. 기판은 3개의 지지핀으로 지지되어 그 중 2개의 지지핀의 상단부에 각각 칩을 단 것으로, 1점 쇄선으로 보이는 칩을 사용한 측정에 의한 온도변화곡선은 2개 있다. 칩의 재료로써는 열전도율이 높고 내열성이 높은 AlN을 사용했다.
SiO2 막 부착의 실리콘 기판은 적외선을 투과함으로 그 투과한 적외선은 칩으로 흡수되어, 도 15에 보이듯이 칩에 의해 측정된 온도(1점 쇄선)는 실제의 기판온도(실선)보다도 높은 온도를 보이게 된다.
또, 특허문헌 1에서는, 칩 및 열전대 소선은 보호통의 내부에 수용되고, 칩을 보호통 내에 수용한 상태에서 보호통의 선단을 가열 용융시키는 것에 의해 보호통의 선단과 칩을 용착하여 양자를 일체화시키고 있다. 이러면, 열전대 소선이 가열을 받아 산화하여 약하게 되어 버려 가는 소선을 사용한 경우에는 단선될 가능성이 높게 된다. 소선을 굵게 하면 그 분소선(分素線)에서 열이 도망치기 쉽게 된다. 또, 가열 용융시키는 공정에 비용이 든다고 하는 문제도 있다.
기판의 온도를 관리하면서, 플라즈마가 발생한 환경하에서 기판의 처리를 행하는 경우도 같은 문제가 발생한다. 즉, 플라즈마로부터의 전자파에 의해 열전대가 기판의 온도를 정확하게 측정할 수 없는 경우가 있다.
본 발명은 상술의 문제가 감안된 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 열전대 소선의 신뢰성을 높임과 동시에, 칩에 대한 적외선 또는 전자파의 영향을 줄여서, 기판의 온도를 안정시켜 정확하게 측정할 수 있는 기판온도측정장치 및 처리장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 기판온도측정장치는, 적외선 또는 전자파를 반사하는 금속 재료로 되고, 열전대 소선의 삽입부를 가지고, 그 삽입부에 열전대 소선이 삽입된 상태에서 삽입부를 찌그리듯이 변형되어 열전대 소선과 일체로 되는 기판에 접촉되는 칩과, 이 칩보다도 열전도율이 작은 재료로 되고, 칩을 지지하는 지지부재를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 처리장치는, 온도가 측정되는 기판이 배설되는 처리실과, 적외선 또는 전자파를 반사되는 금속 재료로 되고, 열전대 소선의 삽입부를 가지고, 그 삽입부에 열전대 소선이 삽입된 상태에서 삽입부를 찌그리듯이 변형되어 열전대 소선과 일체로 되어 기판에 접촉되는 칩과, 이 칩보다도 열전도율이 작은 재료로 되고, 칩을 지지하는 지지부재를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
적외선 또는 다른 가열수단에 의해 가열을 받은 기판의 열은 그 기판에 접촉하고 있는 칩에 전달되고, 더욱이 칩과 일체로 된 열전대 소선에 전달되는 기판의 온도가 측정된다. 칩은 금속 재료로 되는 것으로 기판에서의 열전도를 방해하지 않고 정확한 기판온도의 측정이 될 수 있다. 또, 칩의 재료는 적외선 또는 전자파를 반사하는 재료이기도 함으로, 칩이 적외선 또는 전자파를 흡수함에 의한 온도 상승을 억제할 수 있고, 기판에서의 전도열에 의존한 정확한 기판온도의 측정을 행할 수 있다.
또한, 칩을 지지하는 지지부재는 칩보다도 열전도율이 작은 재료로 되는 것으로 칩과 지지부재와의 사이의 열저항을 높이고, 기판에서의 열이 칩을 매개로 지지부재로 도망쳐 버리는 것을 억제할 수 있다. 이 결과, 칩의 온도가 저하되는 것과 가열처리중의 기판온도의 저하를 억누르는 것이 가능하다.
다음, 칩을 변형시키는 것으로 칩과 열전대 소선과를 일체화시키고 있음으로, 열전대 소선이 가열에 따라 산화해 약하게 되는 것을 막을 수 있고, 열전대 소선의 단선의 위험성을 줄일 수 있어 수명을 길게 할 수 있게 된다. 또, 가열공정이 없어서 비용 감소도 도모된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 처리장치 및 기판온도측정장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 관한 지지부재의 확대사시도이다.
도 3은 도 2에 대한 요부의 확대사시도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시형태에 관한 처리장치 및 기판온도측정장치의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시형태에 관한 기판온도측정장치의 요부단면도이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시형태에 관한 기판온도측정장치의 요부단면도이다.
도 7은 본 발명의 제5 실시형태에 관한 기판온도측정장치의 요부사시도이다.
도 8은 본 발명의 제6 실시형태에 관한 기판온도측정장치의 요부단면도이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시형태에 관한 칩의 측면도이다.
도 10은 칩의 변형예(그 1)를 도시한 측면도이다.
도 11은 칩의 변형예(그 2)를 나타내는 측면도이다.
도 12는 칩의 변형예(그 3)를 나타내는 측면도이다.
도 13은 칩의 변형예(그 4)를 나타내는 측면도이다.
도 14는 제1 실시형태에 관한 기판온도측정장치에 의한 기판측정온도의 시간 변화와, 기판에 직접 열전대를 단 경우의 측정 온도의 시간 변화를 나타내는 그래프이다.
도 15는 종래 예의 기판온도측정장치에 의한 기판측정온도의 시간 변화와, 기판에 직접 열전대를 단 경우의 측정 온도의 시간 변화를 나타내는 그래프이다.
도 16은 본 발명의 실시 형태의 변형예를 나타내는 개략도이다.
*부호의 설명*
10: 처리실 11: 적외선 히터
13: 기판 15a∼15c: 지지부재
16: 칩 16a: 삽입부
20a, 20b: 열전대 소선 22: 지지부재
26: 지지부재 30: 칩
31: 지지부재 32: 칩
33: 요동(搖動)수단 39: 지지부재
35: 칩 35a: 삽입부
36: 칩 36a: 삽입부
37: 칩 37a: 삽입부
38: 칩 38a, 38b: 삽입부
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조해 설명한다.
[제1 실시형태]
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 처리장치를 나타낸다. 처리실(10)의 상부에는 석영판(12)이 배설되고, 이 석영판(12) 위에 예컨대 할로겐 램프로부터의 적외선을 이용하는 적외선 히터(11)가 배설되어 있다.
처리실(10)의 내부에는 스테이지(14)가 배설되고, 그 스테이지(14)의 내부에 롯드상의 지지부재{15a, 15b, 15c(15c는 도 2에 도시)}의 승강을 허용하는 공간(14a)이 확보되어 있다. 지지부재(15a, 15b, 15c)는 예컨대 공기 실린더 등의 승강 실린더(17)에 의해 스테이지(14)의 두께 방향을 승강 가능하게 되어 있다.
도 2는 지지부재(15a, 15b, 15c)의 사시도를 나타낸다. 본 실시형태에서는 예를 들어 3개의 지지부재(15a, 15b, 15c)가 구비되고, 이들 3개의 지지부재(15a, 15b, 15c)는 삼지창 형상의 연결부재(19)를 매개로 하여 승강 실린더(17)의 구동롯드(17a)에 연결되고, 3개의 지지부재(15a, 15b, 15c)는 일체로 되어 승강된다. 각 지지부재(15a, 15b, 15c)는 석영재료로 된다.
3개의 지지부재(15a, 15b, 15c)의 가운데 2개의 지지부재(15b, 15c)의 선단 부에는 도 3에 나타나듯이 열전대 소선(20a, 20b)과 일체로 된 칩(16)이 마련되고 있다.
도 9는 열전대 소선(20a, 20b)과 일체화되기 전의 칩(16)의 측면도를 나타낸다. 칩(16)은 원통상을 나타내고 그 중공(中空) 구멍은 열전대 소선(20a, 20b)의 삽입부(16a)로써 기능한다. 예를 들어, 칩(16)의 외경은 1.2㎜, 길이는 1.2㎜, 삽입부(16a)의 내경은 0.3㎜이다.
삽입부(16a)에는, 예컨대 각자 굵기가 0.127㎜의 2개의 열전대 소선(20a, 20b)이 삽입된다. 한편의 열전대 소선(20a)은 삽입부(16a)의 일단부측에서 삽입되고, 다른 한편의 열전대 소선(20b)은 삽입부(16a)의 타단부측에서 삽입되어, 열전대 소선(20a, 20b) 각자의 선단부{20ab, 20ba(도 3 참조)}는 삽입된 측의 반대측의 단부에서 돌출한다.
그 상태에서 삽입부(16a)를 찌그리듯이 칩(16)을 상온하에서 외부로부터 기계적 압력을 가하여 변형시킨다. 이에 의해 삽입부(16a)는 찌부러져 없어지고, 또 전체의 형상도 변형 전의 원통상에서 도 3에 보이듯이 각이 둥글게 된 대략 6면체상으로 변형된다. 찌부러진 칩(16)의 두께는 0.6∼0.7㎜ 정도 된다. 이 칩(16)의 변형에 따라, 열전대 소선(20a, 20b)은 칩(16)과 일체로 된다. 열전대 소선(20a, 20b)은 삽입부(16a)의 내부에서 서로서로 접촉하고 있다. 혹은, 열전대에서는 그 소선간에 저항값이 낮은 다른 종류 금속이 개제하고 있어도 거의 기전력에 변화가 없어서, 2개의 열전대 소선(20a, 20b)은 서로 직접 접촉하지 않아도 관계가 없다.
열전대 소선(20a, 20b) 각자의 선단부(20ab, 20ba)의 칩(16)에서의 돌출 길 이가 긴 경우에는, 잘라내어 돌출 길이를 짧게 한다. 도 3에 보이는 선단부(20ab, 20ba)는 잘라 내져 짧게 된 상태를 보인다.
도 3에서 칩(16)의 상부는 평면이고 기판과의 접촉부로 된다. 칩(16)의 하부는 지지부재{15b(15c)}의 선단부에 예를 들어 접착에 의해 고정된다.
각각의 열전대 소선(20a, 20b)은, 지지부재{15b(15c)}의 내부에 뚫린 구멍(21), 구동롯드(17a) 내부, 승강 실린더(17) 내부, 기타 피드 쑤루(진공―대기 사이용의 배선경로)을 통하여 처리실(10)의 외부에 배설된 신호처리장치(18)에 접속된다.
칩(16), 열전대 소선(20a, 20b), 지지부재(15b, 15c), 신호처리장치(18) 등을 구비하여 본 실시형태에 관한 기판온도측정장치가 구성된다.
다음에, 본 실시형태에 관한 처리장치 및 기판온도측정장치의 작용에 대해서 설명한다.
기판(13)은 처리실(10) 내에서 3개의 지지부재(15a, 15b, 15c)로 지지된다. 기판(13)은 성막(成膜; 이루어진 막)이나 이온주입을 받는 면을 석영판(12)으로 향해 있다. 석영판(12)의 상부에 마련된 적외선 히터(11)로부터의 적외선은 석영판(12)을 투과하여 기판(13)에 조사(照射)되어 기판(13)은 가열된다.
가열을 받은 기판(13)의 열은 그 기판(13)의 이면에 접촉하고 있는 칩(16)에 전되고, 다시 칩(16)과 일체로 된 열전대 소선(20a, 20b)의 일단부에 전달된다. 칩(16)과 일체로 된 열전대 소선(20a, 20b)의 일단부는 열전대의 측정온도접점으로 써 기능하고, 이 측정온도접점의 온도에 응한 신호가 신호처리장치(18)로 출력되고, 신호처리장치(18)에 마련된 표시부에 측정온도가 표시된다.
칩(16)은 예컨대 알루미늄 재료에서 되는 것으로 기판(13)에서의 열전도를 방해하지 않고 정확한 기판온도의 측정을 행할 수 있다. 물론, 알루미늄 이외에도 기타의 열전도율이 높은 재료를 칩(16)의 재료로써 사용할 수 있다. 예컨대, 10O[W/m·K] 이상의 열전도율을 가지는 재료가 바람직하다.
또한, 알루미늄은, 종래 칩 재료로써 잘 사용되는 세라믹에 비해 적외선의 반사율도 높기 때문에, 칩(16)이 적외선을 흡수하는 것에 의한 온도 상승을 억제할 수 있다. 이 결과, 기판(13)에서의 전도열에 의존한 정확한 기판온도의 측정을 행할 수 있다.
또한, 칩(16)을 지지하는 지지부재(15b, 15c)는 칩(16)보다도 열전도율이 작은 석영재료로 됨으로 칩(16)과 지지부재(15b, 15c)와의 사이의 열저항을 높여, 기판(13)에서의 열이 칩(16)을 통해 지지부재(15b, 15c)로 도망쳐 버리는 것을 억제할 수 있다. 이 결과, 칩(16)의 온도 저하나 가열처리중의 기판온도의 저하 억제를 할 수 있다. 또, 석영 재료는 적외선을 투과함으로 지지부재(15b, 15c)가 적외선을 흡수하는 것에 의한 온도 상승을 막을 수 있다. 이에 의해, 지지부재(15b, 15c)에 지지된 칩(16)의 바람직하지 않은 온도변화를 막아 기판온도에 의존한 정확한 온도측정을 행할 수 있다.
도 14는, 상술한 제1 실시형태에 관한 기판온도측정장치에 의한 기판측정온도의 시간변화곡선(1점 쇄선)과, 기판(13)에 직접 열전대의 측정온도접점을 단 경 우의 기판측정온도의 시간변화곡선(실선)을 나타내는 그래프이다. 기판(13)은 SiO2 막이 전체로 형성된 실리콘 기판이다. 1점쇄선에서 보이는 2개의 온도변화곡선은, 각각, 지지부재(15b)에 지지된 칩(16)에 의한 측정온도와, 지지부재(15c)에 지지된 칩(16)에 의한 측정온도를 나타낸다. 이 결과에서 알 수 있듯이, 본 실시형태에서는, 도 15에 보이는 종래예에 비해 실제의 기초 판자 온도에 가까운 온도 측정이 실행될 수 있다.
역시, 본 실시형태에서는, 적외선 히터(11)에서 보아 기판(13)의 이면측에 칩(16)을 접촉시키고 있는 것으로, 이것에 의하여도 칩(16)에 대한 적외선의 영향을 저감할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 측정온도접점으로써 기능하는 열전대 소선(20a, 20b)의 일단부를, 가열 공정을 동반하지 않는 상온하에서 칩(16)을 변형시키는 것으로 이들을 일체화시키고 있는 것으로, 열전대 소선(20a, 20b)이 가열에 의해 산화하여 약하게 되는 것을 막을 수 있다. 따라서 열전대 소선(20a, 20b)의 단선의 위험성을 작게 할 수 있어 장(長)수명화가 도모된다. 또, 가열공정이 없어서 비용 감소도 꾀할 수 있다. 더욱이, 칩(16)을 찌그릴 뿐만으로 칩(16)에 질량의 변동은 없고, 같은 재료, 같은 치수(변형 전)의 칩(16) 사이에서는 열용량을 갖추는 것이 가능하고, 기판온도변화에 대한 응답성의 불규칙함을 막을 수 있다.
또한, 칩(16)은 기판(13)에 접촉하는 것으로, 기판(13)을 손상시키지 않도록 기판(13)보다도 연한 재료로 하는 것이 바람직하다. 본 실시형태에서는, 실리콘과 유리로 되는 기판(13)보다도 연한 알루미늄으로 되는 칩(16)을 사용하고 있으므로 칩(16)에 의한 기판(13)의 상처를 막을 수 있다.
또한, 칩(16)이 연하면 예를 들어 세라믹 등의 딱딱한 재료에 비해 기판(13)과의 접촉면적을 증대시킬 수 있고, 불규칙함이 없는 정확한 온도측정을 행할 수 있다. 특히, 기판(13)의 휘어짐과 표면조도에 의해 칩(16)과 기판(13)과의 안정된 접촉면적이 확보될 수 없는 경우에 유효하다.
이상 기술한 바와 같은, 칩(16)에 요구되는 열전도율, 적외선 반사율, 상온에서 용이하게 변형할 수 있는 것, 경도 등의 조건을 모두 만족하는 재료로써, 구체적으로는 Al, Cu, Pt, An, Ag가 들어진다. 또, 기판(13)의 중금속 오염방지의 관점에서는 Al, Ag가 바람직하다.
또한, 예를 들어 알루미늄에서는 상온에서 250℃까지 가열하면 약 500O∼10000회의 사용에 견뎌지는 수명을 가지는 것이 가능하지만, Ag 등의 더욱 내열성이 높은 금속을 사용하면 더욱 장 수명화할 수 있다.
또한, 수명은 열에 의한 열화 외에 기판(13)과의 접촉에 의한 마모에도 관계함으로, 칩 사이즈를 대형화함에 의해 장 수명화가 도모된다. 하지만, 칩 사이즈의 대형화에 의해 열용량이 크게 되면 기판온도의 변화에 대한 응답성이 저하하고, 얻어진 측정온도를 적외선 히터(11)에 피드-백 시켜 가열온도를 제어하는 경우에는 정확한 제어를 실행할 수 없게 되므로 여분의 칩 사이즈를 크게 하는 것은 바람직하지 않다. 예를 들어, 칩 외형 치수의 최대 길이가 2㎜ 이하가 되는 사이즈가 바람직하다.
[칩의 제1 변형예]
도 10은 칩의 변형예(그 1)를 나타내는 측면도이다. 칩(35)은 도 9에 보이는 제1 실시형태의 칩(16)과 같은 모양의 변형 전의 형상은 원통상이다. 외경은 칩(16)보다도 작아 1.0㎜이다. 더욱이 제1 실시형태의 칩(16)과 다른 것은, 칩(35)에서 기판(13)과의 접촉부(도 10에 있어서 상측의 부분)와 삽입부(35a)와의 사이의 거리 (0.4㎜)가, 칩(35)에서 지지부재{15b(15c)}에 대향하는 부분(도 10에 있어서 하측의 부분)과 삽입부(35a)와의 사이의 거리(0.3㎜) 보다도 길게 되도록, 삽입부(35a)가 칩(35)의 중심에서 어긋나 있다. 역시, 삽입부(35a)의 내경은 0.3㎜이다.
이와 같은 구성에 의해, 본 실시형태에 관한 칩(35)에서는, 칩의 열용량을 늘리지 않고, 즉 기판의 온도변화에 대한 응답성을 저하시키지 않고, 기판과의 접촉부의 내마모성을 향상시킬 수 있다.
[제2 실시형태]
도 4는 본 발명의 제2 실시형태에 관한 처리장치 및 기판온도측정장치를 나타낸다. 또, 제1 실시형태와 같은 구성 부분에는 동일의 부호를 부여하여 그 상세한 설명은 생략한다.
본 실시형태에서는, 칩(16)은 플레이트 상의 지지부재(22)에 지지되어 있다. 도시한 바와 같이 칩(16)은 지지부재(22)의 선단부에 달아져 있다. 혹은, 지지부재(22) 선단부의 표면(기판과의 대향면)에 달아도 좋다. 지지부재(22)는 제1 실시형태와 같은 석영재료로 된다. 지지부재(22)에 있어서, 칩(16)이 달아진 선단부의 반대측의 단부는 승강 실린더(23)의 구동롯드(23a)에 편지지하여 지지되어 있다.
승강 실린더(23)는 승강 기능뿐 아니라 회전기능도 가지고, 구동롯드(23a)는 도 4에 있어서 상하방향으로 승강 가능함과 함께, 축 주변으로 회전 가능하기도 하다.
칩(16)이 달아진 지지부재(22)의 선단부는 스테이지(14)와 기판(13)과의 사이에 넣어지고, 도 4에 있어서 기판(13)의 좌단측을 롯드상의 지지부재(15a)에서 조금 들어올리듯이 하여 칩(16)이 기판(13)의 이면에 접촉된다. 이 상태에서 기판(13)의 가열처리 및 온도측정을 행하여도 좋고, 구동롯드(23a)를 하강시켜 기판(13)이 지지부재(15a)상에 수평하게 지지된 상태에서 또한 칩(16)이 기판(13) 이면에 접촉한 상태에서 가열처리 및 온도 측정을 행해도 좋다. 도 4에 도시되는 상태의 쪽이, 칩(16)에 기판(13)에서의 하중이 걸림으로 칩(16)과 기판(13)과의 접촉면적을 안정되게 확보할 수 있다.
[제3 실시형태]
도 5는 본 발명의 제3 실시형태를 나타내고, 원통상의 지지부재(24)의 상단부에, 코일스프링(25)을 통해 석영재료로 되는 단면 T자 상의 지지부재(26)가 지지되고, 그 지지부재(26)의 상면에 칩(16)이 예컨대 접착되어 지지되어 있다. 지지부재(24)는 스텐레스 재료로 된다. 지지부재(26)의 원주상의 머리부(26a)에 일체로 마련된 축부{26b(머리부(26a)보다 작은 직경인 원주상을 나타내는)}의 주변에 코일스프링(25)은 감겨지고, 그 코일스프링(25)의 하단은 지지부재(24)의 상단부에 지지되고, 코일스프링(25)의 상단은 지지부재(26)의 머리부(26a)의 하면에 당접하고 있다. 코일스프링(25)은 본 실시형태에 관한 압부(押付)수단을 구성한다.
칩(16)에 기판(13)의 이면이 접촉되어 기판(13)의 하중이 지지부재(26)에 걸리면, 코일스프링(25)은 압축되고, 지지부재(26)의 축부(26b)의 하단측은 지지부재(24)의 중공구멍(24a) 내를 하강한다. 압축된 코일스프링(25)의 탄성 복원력은, 칩(16)을 기판(13)에 대해서 억누르는 힘으로써 작용함으로, 칩(16)과 기판(13)과의 접촉면적을 증대시킬 수 있고, 불규칙함이 없는 정확한 온도측정을 행할 수 있다. 특히, 기판(13)의 휨이나 표면조도에 의해 칩(16)과 기판(13)과의 안정된 접촉면적을 확보할 수 없는 경우에 유효하다.
[제4 실시형태]
도 6은 본 발명의 제4 실시형태를 나타내고, 원통 상의 지지부재(31)의 상단부에 코일스프링(43)을 통해 단면 T자 상의 칩(30)이 지지되고 있다. 지지부재(31)는 석영재료로 되고, 칩(30)은 제1 실시형태와 같고, Al, Cu, Pt, Au, Ag 중 어느 것인가로 된다. 칩(30)의 원주상의 머리부(30a)에 일체로 마련된 축부{30b(머리부(30a)보다 작은 직경인 원주상을 나타내는)}의 주변에 코일스프링(43)은 감기고, 그 코일스프링(43)의 하단은 지지부재(31)의 상단부에 지지되고, 코일스프링(43)의 상단은 칩(30)의 머리부(30a)의 하면에 당접하고 있다. 코일스프링(43)은 본 실시형태에 관한 압부(押付)수단을 구성한다.
칩(30)의 머리부(30a)에 기판(13)의 이면이 접촉되어 기판(13)의 하중을 받으면, 코일스프링(43)은 압축되고, 칩(30)의 축부(30b) 하단측은 지지부재(31)의 중공구멍(31a) 내를 하강한다. 압축된 코일스프링(43)의 탄성 복원력은, 칩(30)을 기판(13)에 대해서 밀어붙이는 힘으로써 작용함으로, 칩(30)과 기판(13)과의 접촉 면적을 증대시킬 수 있고, 불규칙함이 없는 정확한 온도측정을 행할 수 있다. 특히, 기판(13)의 휘어짐과 표면조도에 의해 칩(30)과 기판(13)과의 안정된 접촉면적을 확보할 수 없는 경우에 유효하다.
또한, 지지부재(31) 및 칩(30)의 외주측이 SUS재료로 되는 파이프로 둘러싸도록 하면, 측면에서의 응력에 대해서 내성을 향상시킬 수 있어, 칩(30)에 필요 이상의 하중이 걸리는 것을 막을 수 있다.
[제5 실시형태]
도 7은 제5 실시형태를 나타내고, 석영재료로 되는 지지부재(15b)의 상단부에, 원주상의 칩(39)이 요동(搖動)수단(33)을 통해 지지되어 있다. 칩(32)은 제1 실시형태와 같고, Al, Ag, Cu, Pt, Au 중 어느 것인가로 된다.
요동수단(33)은, 예컨대 인코널(Inconel)로 되고, 직경이 다른 2개의 링상부재(33a, 33b)를 3개의 봉상부재(33c)로 연결한 구조로 되어 있다. 소직경의 링상부재(33a)는 지지부재(15b)의 상단부에 접착되고, 링상부재(33a)보다도 대직경의 링상부재(33b)에는 칩(39)이 접착되어 지지되고 있다.
이러한 구조 때문에, 봉상부재(33c)를 굽히거나 기울게 하는 것으로 칩(32)을 지지부재(15b) 상에서 요동시킬 수 있고, 이에 의해, 기판(13)에 휨이 생기는 경우에서도 칩(39)과 기판(13)과의 접촉면적을 증대시키고, 불규칙함이 없는 정확한 온도 측정을 행한다.
[제6 실시형태]
도 8은 제6 실시형태를 나타낸다. 본 실시형태에서는, 칩(16)을 기판(13)에 대해서 밀어붙이는 압부수단으로써 1쌍의 롤라(34a, 34b)를 사용하고 있다. 칩(16)은, 석영재료로 되는 롯드상의 지지부재(39)의 선단부에 달아지고, 지지부재(39)는 처리실(10)의 저벽부(42) 및 기판지지대(41)를 두께방향으로 상하로 움직일 수 있게 배설되어 있다. 1쌍의 롤라(34a, 34b)는 지지부재(39)를 끼워넣도록 배설되고, 롤라(34a, 34b)가 회전하는 것으로 지지부재(39)는, 기판지지대(41) 위에 지지된 기판(13)으로 향하여 밀어 올려져 칩(16)이 기판(13)의 이면에 밀어 붙여진다. 롤라(34a, 34b)를 회전 구동시키는 모터의 토크를 제어함에 의해 적절한 접촉압력으로 칩(16)을 기판(13)에 접촉시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 각 실시형태에 대해서 설명했지만, 물론, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상에 기반해 여러 가지의 변형이 가능하다.
칩을 지지하는 지지부재의 재료로써는 석영에 한하지 않고, 기타의 열전도율이 낮은 재료, 예컨대 폴리이미드계 수지나 ZrO 등의 세라믹을 사용해도 좋다. 하지만, 이들은 적외선의 흡수율이 높기 때문에, 적외선 히터에서 보아 칩에 숨겨지도록 배치할 필요가 있다. 혹은, 그들 재료의 표면에 알루미나, TiN, Au 등의 적외선 반사재를 코팅해 사용해도 좋다.
또한, 도 5, 6에 나타난 실시형태에 있어서, 코일스프링의 힘을 강하게 하여, 기판의 하중으로 코일스프링이 완전히 찌부러지지 않도록 하면, 칩과 지지부재와의 접촉을 회피할 수 있어 칩과 지지부재와의 사이를 단열시킬 수 있다.
칩 형상(변형 전)은 원통에 한하지 않고, 도 11에 보이는 칩(36)과 같이 각 기둥 상이어도 좋다. 더욱, 측면에서 보아 사각인 삽입부(36)이어도 좋다. 또, 도 12에 보이는 칩(37)과 같이 칩(37)의 외부에 이어지는 삽입부(37a)를 가지는, 측면에서 보아 ㄷ 자상을 나타내는 형상이라도 좋다. 더욱, 2개의 열전대 소선을 함께 삽입하는 1개의 삽입부에 한하지 않고, 도 13에 보이는 칩(38)과 같이, 각각의 열전대 소선이 삽입되는 2개의 삽입부(38a, 38b)를 갖추는 구성이라도 좋다.
또한, 이상의 실시형태에서는, 스테이지(14)에 공간(14a)을 형성하고, 이에 승강할 수 있게 롯드상의 지지부재(15a, 15b, 15c)를 배설하여, 이 위에 칩(16)을 설치했지만, 이에 대신해 도 16에 보이듯이 스테이지(14) 위에 석영으로 이루어지는 대(50)를 달고, 이 위에 칩(16)을 설치하도록 해도 좋다. 구멍(14a')은 열전대 소선(20a, 20b)를 외부로 안내한다.
또한, 이상의 실시형태에서는, 도 1에서 명시하듯이 적외선 히터(11)에서 기판(13)이 가열되는 경우를 보였지만, 기판의 온도를 측정, 제어한 상태에서 기판을 처리하는 경우, 예컨대 베어 실리콘 웨이퍼에 스펫터링하는 것에 의해 성막하는 경우에는, 기판 위에 플라즈마가 형성된다. 플라즈마 광 혹은 전자파의 분위기중에 있는 베어 실리콘 웨이퍼는 전자파를 투과하기 쉽기 때문에, 프로세스 중의 기판온도가 정확하게 측정할 수 없게 된다. 이러한 경우라도, 본 발명에서는 플라즈마 광의 영향을 받지 않고 기판의 온도 측정이 가능하게 된다.
본 발명에 의하면, 신뢰성이 높은 열전대 소선을 사용하는 것이 가능하고, 더욱 이 열전대 소선과 일체화되는 칩은 적외선 또는 전자파를 반사하므로 칩은 기 판에서의 열전도에 의존한 온도변화를 하여, 정확한 기판온도의 측정을 행할 수 있다. 정확한 기판온도가 얻어지면, 이것에 기해 적외선 히터 등의 온도제어수단을 정확하게 제어할 수 있어, 기판의 처리 품질을 향상할 수 있다.

Claims (13)

  1. 기판의 온도를 측정하는 기판온도측정장치에 있어서,
    적외선 또는 전자파를 반사하는 금속 재료로 되고, 열전대 소선의 삽입부를 가지고, 상기 삽입부에 상기 열전대 소선이 삽입된 상태에서 상기 삽입부를 찌그리듯이 변형되어 상기 열전대 소선과 일체로 되어 상기 기판에 접촉되는 칩과,
    상기 칩보다도 열전도율이 작은 재료로 되고, 상기 칩을 지지하는 지지부재와,
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판온도측정장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 칩을 상기 기판에 밀어붙이는 압부(押付)수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 기판온도측정장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 칩의 상기 지지부재 상에서 요동(搖動)할 수 있게 하는 요동수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 기판온도측정장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 칩은 Al Cu, Pt, Au, Ag 중 어느 것인가의 재료로 되는 것을 특징으로 하는 기판온도측정장치.
  5. 제 1항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 지지부재는 석영 재료로 되는 것을 특징으로 하는 기판온도측정장치.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 칩의 상기 기판과의 접촉부와 상기 삽입부와의 사이의 거리가, 상기 칩의 상기 지지부재에 대향하는 부분과 상기 삽입부와의 사이의 거리보다도 길게 되도록 상기 삽입부는 상기 칩의 중심에서 어긋나 있는 것을 특징으로 하는 기판온도측정장치.
  7. 상기 기판을 적외선에서 열처리하는, 또는 플라즈마가 발생한 환경하에서 처리하는 처리장치에서,
    기판이 배설되는 처리실에 있어서,
    적외선 또는 전자파를 반사되는 금속 재료로 되고, 열전대 소선의 삽입부를 가지고, 상기 삽입부에 상기 열전대 소선이 삽입된 상태에서 상기 삽입부를 찌그리듯이 변형시켜 상기 열전대 소선과 일체로 되어 상기 기판에 접촉되는 칩과,
    상기 칩보다도 열전도율이 작은 재료로 되고, 상기 칩을 지지하는 지지부재와,
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 처리장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 칩을 상기 기판에 밀어붙이는 압부(押付)수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 처리장치.
  9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 칩의 상기 지지부재 상에서의 요동(搖動)을 가능하게 하는 요동수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 처리장치.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 칩은 Al, Cu, Pt, Au, Ag 중 어느 것인가의 재료로 되는 것을 특징으로 하는 처리장치.
  11. 제 7항 또는 제 10항에 있어서,
    상기 지지부재는 석영재료로 되는 것을 특징으로 하는 처리장치.
  12. 제 7항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 칩의 상기 기판과의 접촉부와 상기 삽입부와의 사이의 거리가, 상기 칩의 상기 지지부재에 대향하는 부분과 상기 삽입부와의 사이의 거리보다도 길게 되도록 상기 삽입부는 상기 칩의 중심에서 어긋나 있는 것을 특징으로 하는 처리 장 치.
  13. 제 7항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 칩은, 상기 기판의 적외선 조사 또는 전자파를 받는 면의 반대면에 접촉하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 처리장치.
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