TWI403702B - Temperature measuring device - Google Patents

Description

測溫裝置

本發明係有關一種測定配置於容器內之被測溫體的溫度之測溫裝置。

在半導體的製造製程中，將半導體基板載置於處理容器內的載置台上之狀態下，將處理氣體供給到處理容器內，並藉由內藏於載置台的加熱器等之加熱機構，加熱半導體基板，對半導體基板進行特定的處理。在這種處理中，由於加熱溫度對於半導體基板的品質有很大的影響，故有必要正確地測定載置台(或加熱機構)的溫度。因此，載置台的溫度測定較多使用熱應答性優良的熱電對，其中，較多使用護罩熱電對，其具有：由具有耐熱性的金屬等所構成的護罩、和配置於該護罩內之熱電對母線(例如，參照專利文獻1、2)。

[專利文獻1]日本特開平4-63281號公報

[專利文獻2]日本特開平6-176855號公報

護罩熱電對一般係前端部與載置台接觸，雖然氣密的安裝於處理容器的壁部，但由於為長條狀，因此容易在長度方向上產生安裝誤差。又，當將處理氣體供給至處理容器內時，因為處理容器內的壓力變化等，將使載置台些微移動，因此，護罩熱電對的前端部容易與載置台成為非接觸狀態。當前端部與載置台成為非接觸狀態時，無法正確 測定載置台的溫度。因此，護罩熱電對在吸收安裝誤差之同時，由於追蹤載置台的動作，因此與載置台相對的進退方向，也就是具有長度方向的自由度，而在處理容器的壁部使用伸縮管而安裝。

然而，使用伸縮管將護罩熱電對安裝在處理容器的壁部時，當減去處理容器內的壓力之際，伸縮管內亦減壓，而有護罩熱電對被按壓在載置台側，使護罩熱電對破損之顧慮。

本發明係有鑑於上述問題而研創者，目的在於提供一種測溫裝置，於使用護罩熱電對的測溫裝置中，防止起因於容器內的減壓之護罩熱電對或被測溫體的損傷，可正確的測定被測溫體的溫度。

又，本發明為使用護罩熱電對的測溫裝置，目的在於提供一種測溫裝置，可防止因容器內的減壓引起護罩熱電對或被測溫體的損傷，且可防止因容器內的腐蝕氣體引起腐蝕。

本發明之測溫裝置，係測定配置於處理容器內之被測溫體的溫度，其特徵為具備有：護套熱電對及；固接於處理容器外面，收納護套熱電對的緩衝部之密封構件；及配 置於密封構件內，使護套熱電對的前端部朝向被測溫體側彈壓的彈簧構件；且該護套熱電對，係具有：由護套、配置於護套內的熱電對母線所構成，朝向處理容器內側延伸而與被測溫體抵接，並且追隨該被測溫體，朝向進退方向移動的前端部；及朝向處理容器外側延伸，容許前端部的移動之緩衝部；且護套熱電對的緩衝部終端部，係從密閉構件通過溶接部或釺焊部，更朝向外側延伸而出。

本發明係處理容器內成為腐蝕氣體環境，由護套、密閉構件、及彈簧構件所構成，係與任一腐蝕氣體相對皆具有耐蝕性的材料之測溫裝置。

本發明係前述彈簧構件由線圈彈簧所構成，在前述密閉構件內，隨著前述線圈彈簧的伸縮，朝向與前述被測溫體相對的進退方向移動，收容有與前述腐蝕氣體相對由具有耐蝕性的材料所構成之活塞，前述護套熱電對係固定於前述活塞之測溫裝置。

本發明係前述腐蝕氣體係包含鹵素之氣體，與前述腐蝕氣體相對具有耐蝕性的材料，係由鎳(Ni)或鎳合金所構成之測溫裝置。

本發明係前述彈簧構件係由英高鎳(Inconel，鎳鉻合金)(登錄商標)所構成之測溫裝置。

本發明係前述緩衝部係可伸縮地朝向與前述被測溫體相對的進退方向彎曲之測溫裝置。

本發明係前述緩衝部係彎曲成螺旋狀之測溫裝置。

本發明係前述緩衝部係彎曲成波形之測溫裝置。

根據本發明，使護罩熱電對，由：位於容器內並可追蹤被測溫體朝向進退方向移動的前端部；及以朝向容器外延伸而出的方式設置，容許前端部的移動之緩衝部所構成，由於設置朝向將護罩熱電對的前端部按壓於被測溫體的方向彈壓之彈簧構件，故不須使用會因為容器內外的壓力差造成較大影響的伸縮管，可確實的使護罩熱電對的前端部與被測溫體接觸。因而，防止因為容器內的減壓引起護罩熱電對或被測溫體的損傷，並且可正確的測定被測溫體的溫度。

又，根據本發明，使護罩熱電對，由：位於容器內並可追蹤被測溫體朝向進退方向移動的前端部；以及以朝向容器外延伸而出的方式設置，容許前端部的移動之緩衝部所構成，由於設置朝向將護罩熱電對的前端部按壓於被測溫體的方向彈壓之彈簧構件，故不須使用會因為容器內外的壓力差造成較大影響的伸縮管，不會使成為耐蝕性降低的主因之護罩的一部份剝離，而可確實的使護罩熱電對的前端部與被測溫體接觸。而且，曝露在容器內的腐蝕氣體的環境之護罩密閉構件及彈簧構件，皆由與腐蝕氣體相對具有耐蝕性的材料來形成。藉由熔接或釺銲，而形成密封構件和護罩的接合部，因此可防止因腐蝕氣體而導致腐蝕。因而，可防止起因於容器內的減壓之護罩熱電對或被測溫體的損傷、及起因於容器內的腐蝕氣體之腐蝕，可正確測定被測溫體的溫度。

以下，參照添附圖面，具體說明本發明的實施形態。

第1圖係概略表示具備做為本發明一實施形態的測溫裝置之晶圓處理裝置的剖面圖。

晶圓處理裝置100係具備有：做為可收容半導體基板之晶圓W的處理容器的反應室1；配置在該反應室1內，載置晶圓W，而調整晶圓W的溫度之溫度調整部的感受器4；測定該感受器4(被測溫體)的溫度之測溫裝置5；將在晶圓W進行特定處理的腐蝕氣體之處理氣體，供給反應室1內的處理氣體供給機構2；以及可減去反應室1內的壓力之減壓機構3。

反應室1係形成上部為開口的略筒狀，在反應室1的側壁形成用來搬入搬出晶圓W的搬入出口13。並設置有用來開關該搬入出口13的閘閥14。感受器4係介由朝向高度方向延伸的支柱構件11，設置在反應室1的底壁19，在內部埋設有加熱器40，該加熱器40與加熱器電源41連接。加熱器電源41即加熱器40，係依據測溫裝置5的測定溫度，藉由後述的控制器90加以控制，藉此，來調整載置於感受器4的晶圓W之溫度。

在反應室1的上部閉塞開口，且以與感受器4相對的方式設置有噴頭15。噴頭15係在內部具有使處理氣體供給機構2來擴散處理氣體的擴散空間16，且形成利用處理氣體供給機構2吐出處理氣體至感受器4的相對面之複數或多數個吐出孔17。

在反應室1的側壁下部形成排出孔18。減壓機構3係具有：與排出孔18連接的排氣管31；和介由排氣管31排出反應室1內的氣體之排氣裝置32。

處理氣體供給機構2係具有：儲存包含鹵系氣體(包含鹵素的氣體)等腐蝕氣體之處理氣體的處理氣體儲存部21，將來自處理氣體儲存部21的處理氣體導入至噴頭15的擴散空間16內之導管22；調整使導管22流通的處理氣體的流量用的流量調整機構之質量流控制器23及閥24。此外，在將複數種類不同的處理氣體供給至反應室1內時，例如，設置有複數個處理氣體供給機構2。

然後，詳細說明測溫裝置5。

第2(a)圖為測溫裝置5的剖面圖，第2(b)圖為護罩熱電對50的剖面圖。

測溫裝置5係具備：護罩熱電對50；以及固接在反應室1外面，收納護罩熱電對50的緩衝部50b之密閉構件51。該護罩熱電對50，係具有：往反應室1內側延伸，並與感受器4抵接之同時，追蹤該感受器4而朝向進退方向移動的前端部(軸方向一方側)50a；朝向反應室1外側延伸，容許前端部50a的移動之緩衝部(軸方向另一方側)50b。又，在密閉構件51內收納有：安裝於護罩熱電對50的活塞54；安裝於活塞54，使護罩熱電對50的前端部50a朝向感受器4按壓的方向彈壓之做為彈簧構件之壓縮線圈彈簧53。收容該活塞54、壓縮線圈彈簧53、和緩衝部50b的密閉構件51，其內部與反應室1的內部連 通，並且與反應室1的壁部，例如與底壁19氣密密接而設置。緩衝部50b的終端部份係朝向密閉構件51的外部延伸而出，密閉構件51的緩衝部50b之終端部份朝向外部(反應室1外的環境氣體側)延伸而出的部份，係氣密性設置接合部55。

護罩熱電對50係如第2(b)圖所示，具備有：熱電對母線50c、覆蓋該熱電對母線50c的中空之護罩50d、以及充填在該護罩50d內的氧化鎂(magnesia)絕緣材50e。護罩熱電對50的護罩50d，係藉由具有對於鹵系氣體具有耐蝕性的材料，例如，純鎳(Ni)或鎳、鉻、鉬(NiCrMo)或耐蝕合金(Hastelloy)等之鎳合金所形成。此外，護罩50d以及絕緣材50e，從密閉構件51往外部延伸而出的部份不一定要設置。

護罩熱電對50的前端部50a，例如藉由插入到形成於感受器4下面的插入孔4a內，而與感受器4接觸。護罩熱電對50的緩衝部50b，以可朝向與感受器4相對的進退方向伸縮之方式，例如呈螺旋狀屈曲或彎曲。護罩熱電對50之終端部與訊號傳送部52連接，訊號傳送部52將護罩熱電對50的測定溫度訊號傳送到後述的控制器90，構成控制器90依據該測定溫度訊號，來控制加熱器電源41，即加熱器40的溫度。

密閉構件51係具有：對於鹵系氣體具有耐蝕性的材料，例如，由和護罩熱電對50之護罩50d同種的金屬之純鎳或鎳合金所構成，而具有筒狀形狀。密閉構件51係 從軸方向一方側朝向另一方側，依序具有：收容隨著壓縮線圈彈簧53及壓縮線圈彈簧53的伸縮，朝向與感受器4相對的進退方向移動之活塞54的密閉構件汽缸部51b；以及收容護罩熱電對50的緩衝部50b之緩衝收容部51c。在密閉構件51的軸方向一端部形成突緣51a，密閉構件51之突緣51a的一端面，藉由與反應室1的底壁19的外面(底面)氣密的抵接而被安裝。在密閉構件51的軸方向另一側的壁部，設置有前述的接合部55，接合部55係藉由溶接或釺銲而形成。在此，藉由將密閉構件51設為與護罩熱電對50的護罩50d為同種的金屬製，而兩者的溶接或釺銲良好，藉由接合部55可確實將護罩50d固定在密閉構件51。

壓縮線圈彈簧53係具有：對於鹵系氣體具有耐蝕性且可確保彈力之材料，例如藉由包含鎳鉻合金(登錄商標)或鎳、鉬的SUS316L等所形成，活塞54係藉由具有對於鹵系氣體具有耐蝕性的材料，例如，藉由和護罩熱電對50的護罩同種的金屬之純鎳或鎳合金所形成。在活塞54設置有使護罩熱電對50的護罩貫通內部的貫通口，此等兩者為溶接或釺銲，或藉由扣眼等加以固定，藉此，護罩熱電對50的前端部50a，介由活塞54的壓縮線圈彈簧53之彈力，被朝向感受器4按壓並加以彈壓(第2(a)圖的箭號F方向)。在此，藉由將活塞54設為與護罩熱電對50的護罩50d同種的金屬製，使兩者的溶接或釺銲良好，而可確實固定護罩50d。

晶圓處理裝置100的各構成部，係成為與具備微處理器(電腦)的控制器90(控制部)連接而控制的構成。在控制器90連接有：用來管理晶圓處理裝置100的各構成部，而進行指令的輸入操作等之鍵盤；可看見反應室1的運轉狀況並顯示的顯示器等所構成的使用者介面；儲存包含用來控制器90的控制實現在晶圓處理裝置100所實行的處理之控制程式、以及處理條件資料的處理程式之記憶部°因應需要，依據來自使用者介面的指示等，將任意的處理程式從記憶部叫出，於控制器90實行，在控制器90的控制下，於晶圓處理裝置100進行期望之處理。

在這種構成的晶圓處理裝置100中，以如下之方式進行晶圓W的處理。首先，在藉由閘閥14開放搬入出口13的狀態下，將晶圓W從搬入出口13搬入到反應室1內，並載置於感受器4上，藉由閘閥14閉塞搬入出口13。

然後，使減壓機構3的排氣裝置32動作，將反應室1內的例如真空壓減壓到特定的壓力，並藉由處理氣體供給機構2，經由噴頭15供給特定流量之處理氣體至反應室1內，藉由加熱器40，並介由感受器4來加熱晶圓W。當藉由加熱器40加熱時，如前所述，護罩熱電對50測定感受器4的溫度，訊號傳送部52將護罩熱電對50測定之感受器4的測定溫度訊號，傳送到控制器90，控制器90依據該測定溫度訊號來控制加熱器40的溫度，而使感受器4上的晶圓W被調整到特定的溫度。藉此，對晶圓W進行特定的處理。

在此，當藉由處理氣體供給機構2供給反應室1內之處理氣體，及/或藉由減壓機構3減去反應室1內的壓力之際，藉由使反應室1內的壓力變化，而在感受器4多少產生搖晃等動作。然而，護罩熱電對50的緩衝部50b朝向與感受器4相對的進退方向伸縮，而且護罩熱電對50的前端部50a以被壓縮線圈彈簧53按壓在感受器4的方式彈壓，護罩熱電對50的前端部50a係追蹤感受器4的動作而移動，而保持與感受器4的接觸。因而，可正確測定感受器4的溫度，藉此，可以較佳的精確度控制加熱器40的溫度，並可提高晶圓W的處理品質。

又，藉由彈簧構件，例如壓縮線圈彈簧53，將護罩熱電對50的前端部50a按壓在感受器4而彈壓，如以往所示，藉由大氣和真空的差壓，不需使用明顯有較大按壓力之伸縮管，因此，藉由反應室1內的減壓，可防止護罩熱電對50強力的按壓在感受器4，藉此，防止護罩熱電對50及感受器4的損傷，可提高裝置的耐久性。

又，使護罩熱電對50例如每一護罩50d彎曲成螺旋狀，藉由形成緩衝部50b，如以往所述，使護罩的一部份剝離，而沒有必要露出熱電對母線來確保耐熱性，藉此，即使在反應室1內保持高溫之情況下亦可因應。

此外，緩衝部50b如減輕伸縮之際的負荷時，以具有極小的曲率為佳，又，如伸縮時的負荷分散，則以在感受器4相對之進退方向上具有一定的規則性之形狀為佳。做為這種緩衝部52b的形狀，除第2(a)圖所示的螺旋狀以 外，例如可舉出第3圖所示的波形。

再者，曝露在反應室1內的處理氣體，如鹵素系氣體等腐蝕氣體的環境中之測溫裝置5的各構件，也就是護罩熱電對50的護罩50d、密閉構件51、壓縮線圈彈簧53、以及活塞54，與處理氣體相對皆為具有耐蝕性的材料，例如藉由鎳或鎳合金來形成。又，使護罩熱電對50的護罩50d和密閉構件51氣密接合的接合部55，藉由溶接或釺銲來形成。因此，完全不需使用樹脂等有機系材料，而可防止因處理氣體而導致腐蝕測溫裝置5，可避免有機污染。

然後，藉由減壓機構3進行反應室1內之減壓，藉由處理氣體供給機構2供給處理氣體至反應室1內、以及藉由加熱器40加熱晶圓W特定時間。若對晶圓W進行特定的處理，而停止藉由處理氣體供給機構2將處理氣體供給到反應室1內、及停止藉由加熱器40對於晶圓W的加熱，藉由閘閥14開放搬入出口13，將晶圓W從搬入出口13搬出到反應室1外。

然後，藉由第6圖說明本發明的比較例。

如第6圖所示，將些微的伸縮在此為伸長狀態的伸縮管C的一端部及另一端部，氣密的安裝在個別的護罩熱電對A及處理容器的壁部，例如底壁部D，事先使護罩熱電對A較弱的按壓在載置台B上，藉由伸縮管C的伸縮，使護罩熱電對A追蹤載置台的動作。

然而，在半導體的製程中，一般在供給處理氣體時， 除了進行所謂將處理容器內例如減壓至真空壓之外，伸縮管一般依照製造過程的情況，具有某程度的徑R。因此，在使用前述伸縮管C的護罩熱電對之安裝態樣中，藉由將處理容器內例如減壓至真空壓，而對於伸縮管C施加因應其直徑R的大氣和真空之差壓，而明顯較大往載置台B的按壓力，作用在護罩熱電對A(參照第6圖的箭號E)。結果，導致護罩熱電對A強力的按壓在載置台B上，而有損傷護罩熱電對A或載置台B的顧慮。

相對於此，根據本申請案之發明，如上所述，由於不需要使用伸縮管，而不需藉由反應室1內的減壓，使護罩熱電對50強力的按壓在感受器4上，可防止護罩熱電對50及感受器4的損傷。

此外，本發明不限定於上述實施形態，而可進行各種的變形。在上述實施形態中，雖在反應室1內使護罩熱電對50露出而配置測溫裝置5，但例如第4圖所示，護罩熱電對50亦可收納在筒狀的支柱構件11內，而配置測溫裝置5。

又，在上述實施形態中，一體形成收容緩衝部50b的緩衝收容部51c；收容壓縮線圈彈簧53及活塞54的汽缸部51b；從汽缸部51b的一端部突出的突緣51a一體形成，構成密閉構件51。該密閉構件51的突緣51a之一端面，與反應室1的底壁19之外面密接而安裝。然而，例如第5圖所示，密閉構件51係具有：安裝在反應室1的底壁19之外面(底面)的外側構件51d；安裝在反應室1 的底壁19的內面(上面)的內側構件51e亦可，此時，在外側構件51d和內側構件51e之間，配置有緩衝部50b、壓縮線圈彈簧53及活塞54。在第5圖中，外側構件51d係形成於收容緩衝部50b的容器狀，內側構件51e係形成圍繞護罩熱電對50的環狀，壓縮線圈彈簧53及活塞54係挾在外側構件51d和內側構件51e之間，並配置在反應室1的底壁19內。此時，圍繞反應室1的底壁19之壓縮線圈彈簧53及活塞54之部份，也做為密閉構件51的一部份之功能。藉由這種構成，可謀求密閉構件51(從密閉構件51的反應室1之底壁19突出的部份)的小型化。此外，不使用絕緣材50e，將壓縮線圈彈簧53及活塞54挾在外側構件51d和反應室1的底壁19之間而配置亦可，或者不使用外側構件，而將絕緣材50e形成容器狀，將緩衝部50b、壓縮線圈彈簧53及活塞54收容在絕緣材50e內亦可。

又，在上述實施形態中，雖使用壓縮線圈彈簧做為彈簧構件，但並不限定於此，亦可使用引拉線圈彈簧等其他彈簧。

再者，在上述實施形態中，雖說明藉由加熱器的加熱，調整半導體晶圓的溫度時之適用例，但並不限定於此，例如，亦可適用在利用冷板的冷卻，來調整晶圓的溫度之情況。又，被處理體亦不限於半導體晶圓，而亦可為FPD用玻璃基板等。

[產業上利用的可能性]

本發明係亦可全面使用在對於半導體基板進行成膜處理之CVD(Chemical Vapor Deposition)裝置、或對COR(Chemical Oxide Removal)處理後的半導體基板進行熱處理之後加熱裝置等，亦可使用在測定配置於腐蝕氣體環境的容器內之被測溫體的溫度之用途。

100‧‧‧晶圓處理裝置

1‧‧‧反應室

2‧‧‧處理氣體供給機構

3‧‧‧減壓機構

4‧‧‧感受器

5‧‧‧測溫裝置

W‧‧‧晶圓

11‧‧‧支柱構件

13‧‧‧搬入出口

14‧‧‧閘閥

19‧‧‧底壁

40‧‧‧加熱器

41‧‧‧加熱器電源

15‧‧‧噴頭

16‧‧‧擴散空間

17‧‧‧吐出孔

18‧‧‧排氣口

31‧‧‧排氣管

32‧‧‧排氣裝置

21‧‧‧處理氣體儲存部

22‧‧‧導管

23‧‧‧質量流控制器

24‧‧‧閥

50‧‧‧護罩熱電對

50b‧‧‧緩衝部

50a‧‧‧前端部

51‧‧‧密閉構件

54‧‧‧活塞

53‧‧‧壓縮線圈彈簧

55‧‧‧接合部

50d‧‧‧護罩

50c‧‧‧熱電對母線

50e‧‧‧絕緣材(內側構件)

52‧‧‧訊號傳送部

51a‧‧‧突緣

51b‧‧‧汽缸部

51c‧‧‧緩衝收容部

90‧‧‧控制器

A‧‧‧護罩熱電對

D‧‧‧底壁部

C‧‧‧伸縮管

R‧‧‧徑

B‧‧‧載置台

第1圖係概略表示具備做為本發明一實施形態的測溫裝置之晶圓處理裝置的剖面圖。

第2(a)圖為測溫裝置的剖面圖，第2(b)圖為護罩熱電對的剖面圖。

第3圖係設置於測溫裝置的緩衝部之變形例的圖。

第4圖係安裝於測溫裝置的處理容器之其他安裝態樣圖。

第5圖係設置於測溫裝置的密閉構件之變形例的圖。

第6圖係作為比較例之安裝於護罩熱電對的處理容器之安裝態樣圖。

4‧‧‧感受器

4a‧‧‧插入孔

19‧‧‧底壁

50‧‧‧護罩熱電對

50b‧‧‧緩衝部

50a‧‧‧前端部

50d‧‧‧護罩

50c‧‧‧熱電對母線

50e‧‧‧絕緣材(內側構件)

51‧‧‧密閉構件

51a‧‧‧突緣部

51b‧‧‧汽缸部

51c‧‧‧緩衝收容部

53‧‧‧壓縮線圈彈簧

55‧‧‧接合部

F‧‧‧箭號

Claims (8)

1. 一種測溫裝置，係測定配置於處理容器內之被測溫體的溫度，其特徵為具備有：護罩熱電對；及固接於處理容器外面，收納護罩熱電對的緩衝部之密封構件；及配置於密封構件內，使護罩熱電對的前端部朝向被測溫體側彈壓的彈簧構件；該護罩熱電對，係具有：由護罩、配置於護罩內的熱電對母線所構成，朝向處理容器內側延伸而與被測溫體抵接，並且追隨該被測溫體，朝向進退方向移動的前端部；及朝向處理容器外側延伸，容許前端部的移動之緩衝部；該護罩熱電對的緩衝部終端部，係從密閉構件通過溶接部或釺焊部，更朝向外側延伸而出。
2. 如申請專利範圍第1項之測溫裝置，其中，處理容器內成為腐蝕氣體環境，由護罩、密閉構件、及彈簧構件所構成，係與任一腐蝕氣體相對皆具有耐蝕性的材料。
3. 如申請專利範圍第2項之測溫裝置，其中，前述彈簧構件由線圈彈簧所構成，在前述密閉構件內，隨著前述線圈彈簧的伸縮，朝向與前述被測溫體相對的進退方向移動，收容有與前述腐蝕氣體相對由具有耐蝕性的材料所構成之活塞，前述護罩熱電對係固定於前述活塞。
4. 如申請專利範圍第2或3項之測溫裝置，其中，前述腐蝕氣體係包含鹵素之氣體， 與前述腐蝕氣體相對具有耐蝕性的材料，係由鎳(Ni)或鎳合金所構成。
5. 如申請專利範圍第1項之測溫裝置，其中，前述彈簧構件係由英高鎳(Inconel，鎳鉻合金)(登錄商標)所構成。
6. 如申請專利範圍第1項之測溫裝置，其中，前述緩衝部係可伸縮地朝向與前述被測溫體相對的進退方向彎曲。
7. 如申請專利範圍第6項之測溫裝置，其中，前述緩衝部係彎曲成螺旋狀。
8. 如申請專利範圍第6項之測溫裝置，其中，前述緩衝部係彎曲成波形。