TWI378225B - Substrate temperature measuring device and processing device - Google Patents

Description

1378225 〜九、發明說明： •【發明所屬之技術領域】 本發明有關一種測定由例如紅外線所加熱之基板，或 者在電漿（plasma)產生環境下所處理之基板溫度之基板溫 度測定裝置及具備有此種基板溫度測定裝置之處理裝置。 【先前技術】 ▲在加熱例如半導體晶圓或玻璃基板等之狀態下實施薄 膜沈積或離子植入（i〇n implanting)等各種處理時，如欲精 確度良好地控制基板溫度時，則需要測定基板溫度。此種 基板溫度的測定，以往係使用熱電偶（therm〇c〇upie)。例 如丄在專利讀1所示熱電財，係在2支熱電偶元件線 的别端部安裝端片（tlp)以構成測溫接點者。. 專利文獻1.日本專利特公昭58_28536號公報。 【發明内容】 (發明所欲解決之課題） A拓係經接觸於基板而接受來自基板的熱傳導以進行 測定者，惟在利用紅外線之基板的加熱環境 使端片吸收紅外線時’則因此種紅外線之吸收而 形。n 而有不能進行正確的基板溫度測定之情 第15圖係表示使端 定溫度的經時變化（―點^觸:基板而進行測定時的測 安裝熱電偶的測溫接點時：定及二:端帅 曲線圖。基板係整體形成有；度的經％變化(實線)之 有Sl〇2(二氧化矽）之矽基板。由 317152 1378225 β方；基板係由3支支撐接腳（supp〇rt pin)所支撐，並於其申2 •支支撐接腳的上端部分別安裝有端片，因此使用1點鏈線 所不之測定之溫度變化曲線即有2條。端片的材料則採用 熱傳導率高且耐熱性高的A1N(氮化鋁）。 由於附有Si〇2膜的矽基板會穿透紅外線之故，其所穿 透之紅外線即被端片所吸收，結果，如第15圖所示’:從俨 溫度〇點鏈線)會顯示較實際之基板溫度(實線) ，專利文獻i中，端片及熱電偶元件線係收納於保 :部，在將端片收納於保護筒内之狀態下使保護筒前：： 广融，藉此炫接保護筒前端與端片，以使兩者一體化者: ^如此製作，則熱電偶元件線即被加熱而氧化 :以致有使用細元件線時會斷線之可能性。如將：：; 聽時，助料^從元料Μ。又 ^泉 融之步驟造成成本增加的問題。 #在加熱熔 ^制基板溫度，同時在產生有㈣之環境下 :處理ar亦會發生同樣問題1即，因來 二 =響，而有熱電偶不能正確測定基板溫度之情形 種能提升熱電偶元件線的可靠性1者其目的在於提供— 磁波對端片所造成的影邀亚且可降低紅外線或電 之基板溫度測定裝置及處：疋亚正確地測定基板溫度 (解決綠題之手段） 本發明的基板溫度測 疋衣置之特徵為具備：由反射紅 317152 6 •、外線或電磁波之金屬材料所構成 + ，插入部，並在對其插入部插 ：件線的 •扁插入部之方式加以變形後，二狀態下以麗 而接觸於基板之端片；及由熱傳導；成為-體 所構成，且具有支樓端片之支樓=心柄片為小的材料 本發明的處理裝置之特徵為： •之基板之處理室；由反射紅物電測定溫度 ..成，而具有熱電偶元件線的插入=在皮=屬材料所構 噍電偶元件線之狀態下以壓扁插”之^入部插入有 與熱電偶元件線形成為_體而㈣ϋ相後； 支撑構二而片為小的材料所構成，且用以支揮端片之 节美外線或其他加熱手段所加熱之基板的敎即傳導至 絲板所接觸之端片，再傳導至 …、尸傳導至 偶元件線，以測定基板之 成為^而片一體之熱電 ，構成，不會妨礙材料所 \基板溫度的測定。再且，由於端===進行正確 線或電磁波之材斜，/ ’亦可為反射紅外 波所引起之上此p制因端片吸收紅外線或電磁 之正確的基板溫度的測定。讀衫自基板的傳導熱 由方;支撐端片之支撐構件係 的材料所構成，因此可,”…士“之熱傳導率為小 阻，以抑制來自美柘之敎έ ^ "支撐構件之間的熱電 果，可抑制…散至支撑構件。結. 牛低或加熱處理中的基板溫度之降 317152 7 ^78225 低。 由於藉由端片之變形而使端片與熱電偶元件一 化，因此可防止熱電偶元件線因加熱而氧化並變得脆 弱，以降低熱電偶元件線的斷線的危險性而可達成長费命 化。再且，由於無加熱步驟，因此亦可達成成本之:^ (發明的效果） ' ' 根據本發明，可使用可靠性高的熱電偶元件線，再者， • 於與該熱電偶元件線形成—體化之端片會反射紅外線或 私磁波’因此端片即顯示依存來自基板的熱傳導之溫度變 化，而可進行正確的基板溫度測定。如獲得正確的基板溫 度，則可根據溫度而正確控制紅外線加熱器（heater)等溫度 控制手段，以提升基板的處理品質。 【實施方式】 •(發明之最佳實施形態） ^以下，就本發明的實施形態，參考圖式加以說明之。 肇[第1實施形態] ^第1圖表示本發明第1實施形態之處理裝置。於處理 至10上部配設有石英板12，並於該石英板12上配設有例 如使用來自鹵素燈（halogen lamp)的紅外線之紅外線加熱 器11。 於處理室10内部配設有載物台（stage)14,而於載物台 14之内部確保有能容許連桿狀的支撐構件1 5a、1 5b、 15C(15C係圖示於第2圖中）的升降之空間14a。支撐構件 15a ' 15b、15c係藉由例如氣壓缸（air cylinder)等升降氣缸 317)52 1378225 17，而作成能往載物台14之厚度方向升降之方式。 〜第2圖中表示支樓構件153、15卜15。料視圖。本 貫％形‘態中，具備有例如3支支樓構件15a、15b、i5c， 而該3支支撐構件15a、15b、15 ,, 貝1错由二腳（tnpod)狀的 連、，.。構件而連結於升降氣缸17的驅動連桿^，三支 支撐構件15a、15b、15c係形成為―體而進行升降。各支 樓構件由石英材料所構成。 3支支撐構件…，、…中，於2支支樓構請、 c之削端部，如第3圖所示，設置有與熱電偶元件線施、 2〇b、2〇c形成一體之端片16。 。第9圖表示與熱電偶元件，後2〇a、2〇b形成一體化前的 =16的側視圖。端片16係呈圓筒狀，而其中空孔係發 ，偶元件線2〇a、進的插入部i h之功能。例如，端 1 6的外為！ 2mm、長度為1 2酿、插入部1 的内徑 為 〇-3mm。 ,_於插入部16a中，插入例如各〇 l27mm粗的2支熱電 偶兀件線2〇a、20b。一支熱電偶元件線2〇a係從插入部16a 的一端部側插入，另一支熱電偶元件、線2〇6係從插入部— 的另一端部側插入，熱電偶元件線2〇a' 2〇b之各前端部 at> 20ba(參考第3圖）’即從所插入側的相反側的端部 突出。 在此狀怨下，在常溫下以壓扁插入部1仏之方式從外 P苑加機械性壓力以使其變形。由此插入部1 ^即被壓扁 而消失，又，全體形狀亦從變形前的圓筒狀變形為如第3 317152 9 1378225 :所不之稜角變圓之大略六面體形。經壓扁之端片Μ的厚 又即成為0.6呈〇.7_程度。因該端片】6的變形，埶電 :元件線他、通將與端片16形成為—體。熱電偶元件 ▲ 20a、20b係在插入部…内部互相接觸。或者，於孰電 :中即使在其元件線間介在有電阻值低的異種金屬電動 勢（elect贿〇tlve force)幾乎不會產生變化，因此2支 偶兀件線20a、20b亦可不互相直接接觸。 熱電偶元件線20a、20b分別從前端部2〇ab、2〇ba之 =二突出的長度較長時’則將其突出長度切短。第3 圖所不則端部20ab、鳥“系表示經切短之狀能。 部。16上部係平面’而成為與基板的接觸 的前端部。 川黏接而固疋於支撐構件 各熱電偶元件線2〇a、2Gb係通過支撐 内部所鑽開之孔21、絲連桿17a内部、升降氣缸X内） ，饋通環（feed t_ugh)(真空大氣間用的配線 路役）後’連接於處理室10外部所配設之信號處理裝置18。 ^備有端# 16、熱電偶元件線咖，、支撐構件 15b、15c、信號處理裝置a等，g 板溫度測定裝置。 4 Η構成本貫施形態之基 欠’就本實施形態之處理裝置及基板溫度測定裝置 的作用加以說明。 基板13係在處理室10内由3支支樓構件15a、15b、 …所支撑。基板13係使接受成膜或離子植入之面朝向石 317152 • 自石英板12上部所設置之紅外線加熱器"的 • ··工外，·泉ίτ牙透石英板12而日刀i 加熱。 而*讀於基板13,而使基板13被 接父加熱之基板1 3的敎係億導 觸之端“，再傳導^ 基板13月面所接 件線20a、20b的一端邱： 作成一體之熱電偶元 元件後20 部。經與端片16形成-體之熱傳偶 I信號，並於信號處理裝置18所—=:測：接點的溫度之 度。 所°又置之頦不部上顯示測定溫 由於端片16係由例如銘材 來自基板13的熱傳導而了、&" 荐成者因此，不妨礙 然，亦可將鋁以外1 丁正確之基板溫度的測定。當 外，其他熱傳導率高的材料作為端片μ 的材料使用。較佳Α 1t 卞十作為女而片16 率之材料。 有例如1寧/m.K]以上的熱傳導 ，由於鋁與作為習知端片材料使用之 外線的反射率亦較高 … 尤相比較，其紅 造成之溫度上H 了抑制端片16因吸收紅外線所 熱之正確的基板溫進打依存於來自基板13的傳導 支撐端片16之支偉構件15b、i5c 二小:石英材料所構成，因此可 件15b、15c間的熱雷 门又棕構 16的溫度降低或加熱處理中的基板溫度…I: Π 317152 1378225 石英材料會穿透红外後，ι ^ ,丄 广，果因此可防止支撐構件i5b、15c 因吸收紅外線所造成之溫度上 件…、…所支撐之心^ Ϊ防止由支撐構 ^不正$溫度變化，以進行 依存基板溫度之正確的溫度測定。 第丄4圖係表示使用上述第i實施形態之基板溫度測定 、置之基H溫度的經時變化轉（1點鏈線）、及在基板 13直接安裝熱電偶的測溫接點時的基板測定溫度的經時 變化曲線(實線)之曲線圖。基板13係整體形成有叫膜 :矽基板。以1點鏈線表示之2條溫度變化曲線，係分別 2由支料件l5b所支撑之端片16之㈣溫度、及由支 撐構件15c所支撐之端片16之測定溫纟。從此結果可知， 絲態中係進行較m所示之習知例更接近實際 I板溫度之溫度測定。 另外，在本實施形態中，由於使端片16接觸於由紅外 線加熱器η觀看時之基板13的背面側，由此可降低紅外 鲁線對端片16所造成之影響。 本實施形態中’藉由在不經過加熱步驟之常溫下使端 片16變形’而使此等發揮測溫接點功能之熱電偶元件線 1、2此的-端部一體化，可防止熱電偶元件線—、薦 因加熱而氧化並變得脆弱。因而可減少熱電偶元件線 2〇a、2〇b的斷線的危險性而達成長壽命化。又，由於並沒 有加熱步驟’因此亦可達成降低成本之㈣。再者，僅限 於壓扁端片16的作業之故，端片16並無質量上的變動， 在同樣材料、同樣尺寸（變形前）的端片16間，即可使敎電 317152 1378225 淑。欠而可防止相對於基板溫度變化之響應性的參差不 由於i而片16係與基板13相接觸，因此最好以不傷及 =反13之方式作成較基板13 &軟性的材料。本實施形態 二由於使用較由％或玻璃所構成之基板Η為軟的由链所 :之端月16，因而可防止因端片16所引起之基板 知傷。 ㈤如端片域性日寺，則可較例如陶究等硬性材料更能 、四”基才反13間的接觸面積，因而可實施無參差不齊的正 確溫度測定。特別是在因基板13㈣曲或表面粗糙而益法 確保^ i6與基板13間的安定的接觸面積的情形有效。 ::此王。P付合以上所述的端片16所需具備之熱傳導 率、.‘外線反射率、能在常溫下容易變形、硬度等條件之 2料而言，可例舉·· A1⑻、Cu(銅）、pt⑽）、Au(金）、⑷。 從基板13的重金属；亏染防止的觀點來看’較佳為A卜Ag。 • 例如在鋁的情形，如從常溫加熱至25〇<t時則可具有 可使』5,0〇〇至10,〇〇〇次的壽命，惟如使用~等耐熱性 更高的金屬時，則可使其更長壽命化。 由於耐用壽命係除因熱所引起之劣化之外尚與因基板 13間的接觸所引起之摩耗有關之故，如使端片尺寸大型 化’亦可達成長壽命化。但是因端片尺寸的大型化而 使熱電容增大時，則相對於基板溫度變化之響應性會降 低，因而如將所得之測定溫度回授（feed back)至紅外^加 熱器11並控制加熱溫度時，將難以實施正確的控制，因此 317152 13 1378225 '係由#降氣红23的驅動連桿23a所突出（〇verhung)支樓者。 • 升降氣^ 23不僅具有升降功能，尚具有旋轉功能，驅 .動連桿23a係在第4圖中能往上下方向升降之同時亦能 繞著轴旋轉。 安裝有端片16之支撐構件22的前端部，係收容於載 物台14與基板13之間，而於第4圖中將基板13的左端側 -=從連桿狀，支料件15a略抬上之方式使端片16接觸於 -土板1 3之月面。可於此種狀態下進行基板1 3的加熱處理 •及溫度測定，亦可於使驅動連桿23a下降而基板13水平地 被f於支樓構件15a上之狀態下且在端片16接觸於基板 U为面之狀態下進行加熱處理及溫度測定。由於第4圖中 斤圖不之狀恶，會對端片i 6施加來自基板工3的負載，因 此可穩定地確保端片16與基板13間的接觸面積。 •[第4實施形態] 第5圖表示本發明第4實施形態，於圓筒狀的支撐構 •件上4的上端部，藉由螺旋彈簧（⑶制一⑽25而支撐有 石英材料所構成之剖面丁字.型狀的支撐構件26，並將直支 撐構件26之上面，例如黏接並支撐有端片16。支撐構件 24係由不銹鋼材料所構成。螺旋彈簧25係繞捲於一體設 置於,撐構件26的圓柱狀頭部26a之軸部26b(具有二 車乂頭。卩26a為小之圓柱狀）周圍，而該螺旋彈簧下端係 ^支撐構件24上端部所支撐，而螺旋彈簧25上端則抵^ 於支f構件26之頭部26a下面。螺旋彈簧25係構成本實 施形態中之推壓手段者。 ' 317152 15 1378225 =U㈣㈣表面_而不能確保端4 3㈡基板間之 %疋的接觸面積時有效。 ★支掉構件31及端片30之外周側係被由SUS(不 _獅所構成之管子（plpe)所包圍時，則可對來自側面 m⑽ess)提升耐性，並可防止對端片3G施加 上的負載。 [第6實施形態] :：表:示第6實施形態’於由石英材料所構成之支 的上端部’藉由搖動手段33而支撐有圓柱狀的 端片32係與第1實施形態同樣，由AI、Ag、Cu、 Pt、Au中任何—種所構成。 搖動手段33係由因例如因 埶耐蝕合全）所才m 爾（nel，錄絡鐵耐 … ）所構成，而以3支棒狀構件33c連結有直彳沿不 相同的2個環狀構件33a、33b之構造.。小直 = 之上端部，而於較環= > a'·，，大仅之％狀構件33b上黏接並支撐有端片32。 由於上述構成’使棒狀構件…彎曲或 月32在支撐構件⑸上搖動，由此，即使在基板13 t產 生翹曲的情形仍，缺能烊士 # u 座 户m 片32與基板13間的接觸面 積’而可進仃無茶差不齊之正確的溫度測定。 [第7實施形態] 第8圖表示第7實施形態。本實施形態中，係作為對 基板13推壓端片】6々他广 加作為對 (n>Ue〇34a、34b。端片16 =手段，而使用有1對滾輪 6 h安裝於由石英材料所構成之連 317152 17 1378225 -·結至端片37外部之插入部37a之從側面觀 :·=插再者，並不限定於將2支熱電偶元件線-起Z :插入部，料為如第J3圖所示之端片^般，且備 月匕香入各熱電偶元件線之2個插入部地、地之構成。 二’於以上的實施形態中，係作成在载物台Μ上形成 -二冓二=間：以能升降之方式配設連桿狀的 心 而於此支揮構件上面設置端片 龜 隹:可不採用此種方式而如第16圖所示於載物台Μ •山女裝由石英所構成之平台5G、並於此平台Μ上面設置 端片16。孔1如’係將熱電偶元件線2〇&、2此引導至外部。 ^，於以上的實施形態中’係如第1圖顯示利用‘外 加熱基板13之情形，惟如在測定並控制基板 狐度之狀怨下處理基板之情形，例如，藉由對裸石夕晶圓進 仃歲鐘（Spmtenng)以進行成料，係於基板上形成電毅 (Pl^na)。由於在電装光或電磁波環境下之裸石夕晶圓係容 透電磁波’因此難以正確測定製程中的基板溫度。即 使在此種情形下’本發明亦不會受到電漿光的影響而能進 行基板的溫度測定。 【圖式簡單說明】 弟1圖係本發明第1墙：_ %月弟1 Λ施形態之處理裝置及基板溫度 測定裝置的概略圖。 弟2圖係本發明第1每_ t 圖 k形態之支撐構件的放大斜視

第3圖係第2圖中夕® A 之·要部的放大斜視圖 317152 19 1378225 - 帛4圖係表發明帛3實施形態之處理裝置及基板溫度 ,，則定裝置的概略圖。 第5圖係本發明第4實施形態之基板溫度測定裝置的 要部剖面圖。 第6圖係本發明第5實施形態之基板溫度測定裝置的 要部剖面圖。 第7圖係本發明第6實施形態之基板溫度測定裝置的 .要部斜視圖。 _ 帛8圖係、本發明第7實施形態之基板溫度測定裝置的 要部剖面圖。 第9圖係本發明第1實施形態之端片的側視圖。 第1 〇圖係本發明第2實施形態之端片的側視圖。 第11圖係表示端片的變形例（其1)之側視圖。 第1 2圖係表示端片的變形例（其2)之側視圖。 第13圖係表示端片的變形例（其3)之側視圖。 _ 第14圖係表示使用第1實施形態之基板溫度測定裝置 乏基板測定溫度的經時變化、及於基板直接安裝熱電偶時 的測定溫度的經時變化之曲線圖。 第1 5圖係表示使用習知例的基板溫度測定裝置之基 板測定溫度的經時變化、及於基板直接安裝熱電偶時的測 又溫度的經時變化之曲線圖。 第16圖係表示本發明實施形態的變形例之概略圖。 【主要元件符號說明】 10 處理室 Π. 紅外線加熱器 317152

Claims (1)

1. ^/8225 * 第094120916號專利申請案 . , 101年5月2日修正替換頁 十、申請專利範園： -— L 一種基板溫度測定裝置，係用以測定基板溫度之基板溫 度測定裝置’其特徵為具備： 由反射紅外線或電磁波之金屬材料所構成，且具有 熱電偶元件線的插入部，並在對前述插入部插入前述敎 電偶元件線之狀態下，以壓扁前述插入部之方式加以變 开V後，與别述熱電偶元件線形成為一體而接觸於前述基 板之端片；及

   由熱傳導率較前述端片為小的材料所構成 支撐前述端片之支撐構件、 申。月專利範圍第1項之基板溫度測定裝置，其中，具 備有對前述基板推壓前述端片之推壓手段。/、 ’、 3.:申請專利範圍第1項之基板溫㈣定裝置，其中，具 4如前述端片於前述支撐構件上搖動之搖動手段。

   5.如申过衷每丨― Pt、Au、中任一材料所構成。 述支==第1項之基板溫度測定裝置，其中，前 冓件係由石英材料所構成。 6·如申請專利範圍第工項 定裝置，1中，m 項之基板溫度測 俾使前述踹， 部係從前述端片的中心偏移， 間的距離，較^^前述基^的接觸部與前述插入部之 與前述插人部之與前述支樓構件相對向之部分 。丨之間的距離更長。 •一種處理裝置，係使用紅外線進行前述基板之熱處理、 317152修正本 22 ^78225 第094120916號專利宇請案 或於產生電漿之璜培+ I 5月2日修正替換頁 於配設有基板之處理室尹，具備. 2反射紅外線或電磁波之金屬材料所構成，且具有 雷、f偶讀線的插人部，並在對前述插人部插入前述執 電”線之狀態下，以麼扁前述插入部之方式加以變 2後’與前述熱電偶元件線形成為—體而接觸 板之端片；及 土 =熱傳導率較前述端片為小的材料所構成，且用以 支撐則述端片之支撐構件。 8.如申請專利範圍第7項之處理裝置，其，，且 述基板推壓前述端片之推壓手段。 〃 、别 7項之處理裝置’其中，具備有能使 别述％片於前述支撐構件上進行搖動之搖動手段。 10·=請專利範圍第7項之處理裝置’其中，前述端片係 Cu、Pt、All、Ag中任一材料所構成。 =專利範圍第7項之處理裝置，其中，前述支撐構 件係由石英材料所構成。 '如申請專利範圍第7項之處理裝置，其中，前述插入部 係從刖遂端片的中心偏移，俾使前述端片之與前述基板 的接觸部與前述插人部之間的距離，較前述端片之與前 述支撐構件相對向之部分與前述插入部之間的距離更 長。 13.如申請專利範圍第7項至第12項中任—項之處理裝 317152修正本 23 1378225 第094120916號專利申請案 101年5月2日修正替換頁 置，其中，前述端片係配置成接觸於前述基板之接受紅 外線照射或電磁波之面的相反面。

   24 317152修正本 1378225 Π「ή. 七、指定代表圖： A (一） 本案指定代表圖為：第（1 )圖。 (二） 本代表圖之元件符號簡單說明： 10 處理室 11 紅外線加熱器 12 石英板 13 基板 14 載物台 14a 空間 15a、 15b 支撐構件 16 端片 17 升降氣缸 17a 驅動連桿 18 信號處理裝置 20a、 20b 熱電偶元件線 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： 本案無代表化學式 4 317152修正版