TWI447826B - The heat treatment apparatus of the object to be processed, the heat treatment method of the object to be processed, and the memory medium of the memory computer readable program - Google Patents

The heat treatment apparatus of the object to be processed, the heat treatment method of the object to be processed, and the memory medium of the memory computer readable program Download PDF

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TWI447826B TW097105983A TW97105983A TWI447826B TW I447826 B TWI447826 B TW I447826B TW 097105983 A TW097105983 A TW 097105983A TW 97105983 A TW97105983 A TW 97105983A TW I447826 B TWI447826 B TW I447826B
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Description

被處理體之熱處理裝置、被處理體之熱處理方法及記憶電腦可讀取程式之記憶媒體
本發明係關於對半導體晶圓等之被處理體施行熱處理用之被處理體之熱處理裝置、被處理體之熱處理方法及記憶電腦可讀取程式之記憶媒體。
本專利申請案係主張2007年2月27日申請之日本專利申請案2007－048125及2008年2月＊＊日申請之日本專利申請案2008－＊＊＊＊＊＊之優先權，該等先前申請案中之全部揭示內容以引用的方式視為本說明書的一部分。
一般，在形成IC等半導體積體電路之際，需對矽基板等構成之半導體晶圓重複施行成膜處理、蝕刻處理、氧化擴散處理、退火處理等各種處理。其中，在對半導體施行成膜處理所代表之熱處理之際，對晶圓之溫度管理成為重要之要素之一。即，為了高度維持形成於晶圓表面之薄膜之成膜速度、此膜厚之面間均一性及面內均一性，要求以高的精度管理晶圓之溫度。
例如，作為熱處理裝置，以一次可對複數片晶圓施行處理之縱型熱處理裝置為例加以說明。首先，將多段地被支持之半導體晶圓裝載(搬入)縱型處理容器內，藉設於此處理容器之外周之加熱機構加熱晶圓使其升溫。其後，使溫度穩定化而使成膜氣體流通，藉以施行成膜。此情形，在熱處理容器內及處理容器之外側設有熱電偶，依據得自此熱電偶之溫度控制上述加熱機構之電力，藉以將晶圓維持於特定溫度(例如專利文獻1、2)。
又，處理容器具有例如可收容50~150片程度之晶圓之程度之充分長度。因此，施行處理容器內之溫度控制之際，為了施行微細之精度較高之溫度控制，通常將處理容器內在上下方向分割成複數加熱區，在各加熱區個別地施行溫度控制。此情形，預先在實驗用之假晶圓本身設置熱電偶，預先從實驗中調查利用此熱電偶之假晶圓之實際溫度與設於處理容器內外之熱電偶之相關關係。而，在對製品晶圓之熱處理時，一面參照上述相關關係，一面施行溫度控制。
[專利文獻1]日本特開平10－25577號公報[專利文獻2]日本特開2000－77346號公報
而，在如上述之熱處理裝置之溫度控制方法中，溫度測定對象物之晶圓與熱電偶並未直接接觸。因此，製品晶圓之實際溫度與熱電偶之測定值之相關關係並非一直保持一定。尤其，重複施行成膜處理導致在處理容器之內壁面等附著不必要之附著物，或變更氣體流量及製程壓力等，甚至於發生電壓變動等時，就會過大地偏離上述之相關關係而有發生不能適正地控制晶圓溫度之虞。
又，在晶圓溫度升降之間，也有希望施行晶圓之溫度控制之要求。但，在此種情形使用上述之熱電偶時，實際之晶圓溫度與熱電偶之測定值之差會進一步增大，故難以適應此種要求。為解決此問題點，也有人考慮在晶圓本身設置熱電偶。但，因熱電偶有線，不能追隨晶圓之旋轉、移載，且有熱電偶引起之金屬污染等問題，故不能採用。
又，在逐片式之處理裝置方面，如日本特開2004－140167號公報所揭示，也有人考慮利用水晶振子接收對應於溫度之電磁波而求出晶圓溫度。但，水晶之耐熱性頂多為300℃程度，不能使用此溫度以上之熱處理裝置。
本發明係考慮此種問題點而完成者，其目的在於提供依據例如由蘭克賽(La3 Ga5 SiO14 )基板元件或LTGA(鑭鉭酸鎵鋁)等構成之彈性波元件所發射之電波而求出溫度，藉此可無線且即時高精度地正確檢測被處理體之溫度而不會發生金屬污染等.，並可施行高精度之溫度控制之被處理體之熱處理裝置、被處理體之熱處理方法及記憶電腦可讀取程式之記憶媒體。
本發明人等針對半導體晶圓之溫度測定做過銳意研究，其結果，獲得以下之創見，終於完成本發明：即，使用蘭克賽或LTGA(鑭鉭酸鎵鋁)等之彈性波元件係依據電氣的刺激產生之彈性波之音波產生發射信號而產生電波，藉由接收此電波，可無線地直接測定晶圓溫度。
本發明之被處理體之熱處理裝置之特徵在於包含：處理容器，其係可收容含有具有彈性波元件之溫測用被處理體之複數被處理體；加熱機構，其設於前述處理容器外周，加熱前述複數被處理體；保持機構，其保持前述複數被處理體，並向前述處理容器內裝載及卸載前述複數被處理體；發射用天線，其設於前述處理容器，向前述溫測用被處理體之前述彈性波元件發射測定用電波；接收用天線，其設於前述處理容器，接收由前述溫測用被處理體之前述 彈性波元件所發射、且包括對應於前述溫測用被處理體溫度之頻率的電波；溫度分析部，其係連接於前述接收用天線，依據由前述接收用天線所接收之電波，求出前述溫測用被處理體之溫度；及溫度控制部，其係連接於前述溫度分析部，依據前述溫度分析部之輸出控制前述加熱機構。
如此，依據本發明，在處理容器設置發射用天線及接收用天線，接收例如由蘭克賽基板元件或LTGA等構成之彈性波元件發射之電波，依此求出被處理體之溫度。藉此，可無線且即時高精度地正確檢測被處理體之溫度而不會發生金屬污染等，故可施行高精度之溫度控制。又，在被處理體之溫度升降之間，也可直接測定此溫度，故可正確控制例如升溫速度及降溫速度，藉此，可適正地施行升降溫控制。另外，可無線地求出被處理體之溫度，故即使膜附著於處理容器之內壁面，也可求出正確之被處理體之溫度。
此情形，例如前述發射用天線及前述接收用天線係以包圍前述被處理體周圍之方式形成環狀。又，例如在前述處理容器內設有複數加熱區，前述溫測用被處理體係以對應於各前述加熱區而配置之方式設有複數個，前述發射用天線及前述接收用天線係以對應於各前述加熱區而配置之方式設有複數個。又，例如前述溫測用被處理體之彈性波元件之頻帶係設定成在各前述加熱區互異。
又，例如前述溫測用被處理體包含複數彈性波元件，前述複數彈性波元件之頻帶係設定成互異。又，例如前述彈 性波元件至少設於各溫測用被處理體之中心部與周邊部。又，例如前述發射用天線及前述接收用天線係沿著前述處理容器之長度方向形成為桿狀。
又，例如前述發射用天線及前述接收用天線係沿著前述被處理體之周方向隔開特定間隔而設有複數個。又，例如在前述處理容器內設有複數加熱區，前述溫測用被處理體係以對應於各前述加熱區而配置之方式設有複數個，前述溫測用被處理體之彈性波元件之頻帶係設定成在各前述加熱區互異。
又，例如前述溫測用被處理體係包含複數彈性波元件，前述複數彈性波元件之頻帶係設定成互異。又，例如前述彈性波元件至少設於各溫測用被處理體之中心部與周邊部。又，例如前述發射用天線及前述接收用天線係設於前述處理容器之內側。
又，例如前述發射用天線及前述接收用天線係設於前述處理容器之外側。又，例如在前述處理容器之外方，設有由前述處理容器卸載之前述保持機構待機之裝載區域；在前述裝載區域，分別設有具有與前述發射用天線及前述接收用天線同一構造之追加發射用天線及追加接收用天線。又，例如前述發射用天線及前述接收用天線係分別被收容於保護管內。
又，例如由前述發射用天線每隔特定時間依序掃描並發射對應於前述頻帶相異之彈性波元件的互異頻帶之測定用電波。又，例如由前述發射用天線同時發射對應於前述頻 帶相異之彈性波元件的互異頻帶之測定用電波。
又，例如前述發射用天線及前述接收用天線被一體化為收發用天線。又，例如在前述處理容器內及/或前述加熱機構設有溫度測定用熱電偶，前述溫度控制部亦參照來自前述熱電偶之測定值而施行前述加熱機構之控制。又，例如在前述處理容器設有為輔助前述被處理體之熱處理而藉高頻電力產生電漿之電漿產生機構，前述測定用電波之頻帶係設定成異於前述高頻電力之頻帶。又，例如前述彈性波元件包括表面彈性波元件。又，例如前述彈性波元件包括體彈性波元件。又，例如前述彈性波元件包括選自由鑭鉭酸鎵鋁(LGTA)、水晶(SiO2 )、氧化鋅(ZnO)、羅謝爾鹽(酒石酸鉀鈉：KNaC4 H4 O6 )、鈦酸鋯酸鉛(PZT：Pb(Zr,Ti)O3 )、鈮酸鋰(LiNbO3 )、鉭酸鋰(LiTaO3 )、四硼酸鋰(Li2 B4 O7 )、蘭克賽(La3 Ga5 SiO14 )、氮化鋁、電氣石(Tourmaline)、聚偏二氟乙烯(PVDF)所組成之群中之1種材料之基板元件。
本發明之被處理體之熱處理方法係將保持包含具有彈性波元件之溫測用被處理體之複數被處理體的保持機構導入設有發射用天線及接收用天線之處理容器內，以設於前述處理容器外周之加熱機構加熱前述被處理體，藉此施行熱處理，其特徵在於包含：發射步驟，其係由前述發射用天線向前述溫測用被處理體之前述彈性波元件發射測定用電波；接收步驟，其係以前述接收用天線接收由接收到前述測定用電波之前述溫測用被處理體之前述彈性波元件所發 射的電波；溫度分析步驟，其係依據由前述接收用天線所接收之電波，求出前述溫測用被處理體之溫度；及溫度控制步驟，其係依據前述溫度分析步驟中所求得之溫度控制前述加熱機構。
此情形，例如在前述處理容器內設有複數加熱區，前述溫測用被處理體係對應於各前述加熱區而設有複數個，前述溫測用被處理體之彈性波元件之頻帶係設定成在各前述加熱區互異。又，例如在前述處理容器內及/或前述加熱機構設有溫度測定用熱電偶；在前述溫度控制步驟中，亦參照來自前述熱電偶之測定值而施行前述加熱機構之控制。又，例如預先準備預備之溫測用被處理體，依需要或定期地自動交換前述溫測用被處理體與前述預備之溫測用被處理體。又，例如利用藉高頻電力產生之電漿輔助前述被處理體之熱處理，前述測定用電波之頻率係設定成異於前述高頻電力之頻率。又，例如前述彈性波元件包括表面彈性波元件或體彈性波元件。
本發明關於記憶電腦可讀取程式之記憶媒體，該程式係用以使電腦執行被處理體之熱處理方法者，其特徵在於：前述被處理體之熱處理方法係將保持包含具有彈性波元件之溫測用被處理體之複數被處理體的保持機構導入設有發射用天線及接收用天線之處理容器內，以設於前述處理容器外周之加熱機構加熱前述被處理體，藉此施行熱處理者，且包含：發射步驟，其係由前述發射用天線向前述溫測用被處理體之前述彈性波元件發射測定用電波；接收步 驟，其係以前述接收用天線接收由接收到前述測定用電波之前述溫測用被處理體之前述彈性波元件所發射的電波；溫度分析步驟，其係依據由前述接收用天線所接收之電波，求出前述溫測用被處理體之溫度；及溫度控制步驟，其係依據前述溫度分析步驟中所求得之溫度控制前述加熱機構。
依據本發明，如下所述可發揮優異之作用效果。即，在處理容器設置發射用天線及接收用天線，接收例如由蘭克賽基板元件或LTGA等構成之彈性波元件發射之電波，依此求出被處理體之溫度。藉此，可無線且即時高精度地正確檢測被處理體之溫度而不會發生金屬污染等，故可施行高精度之溫度控制。又，在被處理體之溫度升降之間，也可直接測定此溫度，故可正確例如控制升溫速度及降溫速度，藉此，可適正地施行升降溫控制。另外，即使膜附著於處理容器之內壁面，也可求出正確之被處理體之溫度。
以下，詳述有關本發明之一實施型態之附圖。圖1係表示本發明之熱處理裝置之剖面構成圖，圖2A、圖2B係表示處理容器與環狀之收發天線之關係位置之圖。圖3A、圖3B、圖3C係表示設有彈性波元件之溫測用被處理體之圖，圖4係表示熱處理裝置之溫度控制系之系統圖，圖5係表示本發明之熱處理方法之一例之流程圖，圖6A、圖6B係說明彈性波元件之動作原理之動作原理圖。
在此，係以使用將發射用天線及接收用天線一體化而兼 用之收發天線之情形為例加以說明。又，在此，係以縱型熱處理裝置為例加以說明。
如圖1所示，熱處理裝置2具有雙重管構造之處理容器8。此處理容器8包含筒體狀之石英製之內筒4、及在內筒4之外側配置成同心圓狀之有頂板之筒體狀之石英製之外筒6。在此處理容器8之外周，配置具有加熱器等構成之加熱機構10與隔熱材料12之加熱爐14。加熱機構10係用於加熱後述之複數被處理體(半導體晶圓W)，在隔熱材料12內側面全面地被設置。處理容器8之加熱區域係在高度方向劃分複數個，在此劃分成5個加熱區16a、16b、16c、16d、16e作為溫度控制用。各加熱機構10係由對應於或不對應於此各加熱區16a~16e之5個加熱器10a、10b、10c、10d、10e所構成，可分別個別地加以控制。又，此加熱區數並無特別限定。又，在此各加熱器10a~10e，分別設有測定此溫度用之加熱器用熱電偶17a~17e。
處理容器8之下端例如被不銹鋼製之筒體狀之歧管18所支持。又，內筒4之下端部被支持於安裝在歧管18之內壁之支持環20上。又，也可利用石英等形成此歧管18，將此與處理容器8一體地成型。又，在此歧管18之下方，設有載置而保持複數片半導體晶圓W(被處理體)之石英製之晶舟22(保持機構)。此晶舟22(保持機構)可升降，以便將半導體晶圓W(被處理體)裝載及卸載至處理容器8內。半導體晶圓W例如使用其直徑為300 mm尺寸之半導體晶圓W，但此尺寸並無特別限定。
晶舟22係介著石英製之保溫筒24被載置於轉盤26上。轉盤26係被支持於貫通開閉歧管18之下端開口部之蓋部28之旋轉軸30上。而，在此旋轉軸30之貫通部，例如介設有磁性流體封32，磁性流體封32係一面將此旋轉軸30氣密地密封，一面將其可旋轉地支持。又，在蓋部28之周邊部與歧管18之下端部，例如介設有O形環等構成之密封構件34，以保持處理容器8之密封性。
上述之旋轉軸30例如係安裝於晶舟昇降機等升降機構36所支持之臂38之末端，構成可使晶舟22及蓋部28等一體地升降。
另一方面，在歧管18之側部，設有氣體導入機構40。具體上，此氣體導入機構40具有貫通歧管18之氣體噴嘴42，可一面控制必要之氣體之流量，一面將其供應至處理容器8內。在此，氣體噴嘴42雖僅記載1條作為代表，但實際上可依照使用之氣體種類設置複數條。又，作為氣體噴嘴42，也可使用向處理容器8內之上方延伸，並具有複數氣體噴射孔之所謂分散噴嘴。又，在此歧管18之側壁，設有由內筒4與外筒6之間排出處理容器8內之環境氣體之排氣口44。在此排氣口44例如連接介設有真空泵及壓力調整閥等之真空排氣系(未圖示)。
又，在內筒4與晶舟22之間，對應於各加熱器10a~10e，設有5個內部熱電偶46a~46e。各內部熱電偶46a~46e呈現被收容於1個石英製之保護管48內之狀態。而，此保護管48之下端屈曲而氣密地貫通歧管18側部。各熱電偶 17a~17e、46a~46e之檢測值例如被輸入至微電腦等構成之溫度控制部50。此檢測值如後所述，在製程時在個別地控制對各加熱器10a~10e之供應電力之際可供輔助之用。
而，在此處理容器8，設有作為本發明之特徵之收發用天線52。又，如上所述，收發用天線52係將發射用天線與接收用天線一體化而兼用，但不限於此，也可將此收發用天線52分離而設置發射用天線與接收用天線。
具體上，收發用天線52如圖2A所示，在處理容器8之外側，以包圍此周圍方式形成環狀而設置。收發用天線52係對應於後述之各溫測用晶圓58a~58e，而由5個收發用天線52a、52b、52c、52d、52e所構成。即，各收發用天線52a~52e係被設置成包圍晶圓W之周圍。各收發用天線52a~52e如圖2B所示，係在保護管54內插通由導線構成之天線56所形成。此保護管54例如對電波具有穿透性，且由具有耐熱性及耐腐蝕性之材料，例如石英及氧化鋁等陶瓷材料等所構成。作為天線56，可使用鉑等。
而，如圖1所示，在晶舟22上，除了作為製品晶圓之半導體晶圓W以外，並保持著假晶圓及作為本發明之特徵之具有彈性波元件之溫測用被處理體之溫測用晶圓。在此，作為彈性波元件也可使用表面彈性波元件與體彈性波元件中任一方之彈性波元件。具體上，在此，對應於各加熱器100~10e，保持著5個溫測用晶圓58a、58b、58c、58d、58e。此各溫測用晶圓58a~58e係被保持於可控制各加熱器10a~10e之最適之位置，分別接近於所對應之各收發用天 線52a~52e而被設定成即使是微弱之電波也容易到達。
而，各溫測用晶圓58a~58e係分別具有彈性波元件60a、60b、60c、60d、60e(參照圖3A、圖3B、圖3C)。由收發用天線52a~52e對此各彈性波元件60a~60e發射電波。又，收發用天線52a~52e可接收由此各彈性波元件60a~60e產生之電波。
又，如圖3A、圖3B所示，彈性波元件60a~60e也可設置於各溫測用晶圓58a~58e之上面，但不限定於此，如圖3C所示，彈性波元件60a~60e也可埋入於各溫測用晶圓58a~58e內。此埋入之方法不受特別拘束，可將上述彈性波元件60a~60e夾入而埋入2片非常薄之晶圓構件間。或也可在由溫測用晶圓58a~58e之表面形成埋入孔，將彈性波元件60a~60e收容而埋入此中。
又，作為上述彈性波元件60a~60e，例如作為表面彈性波元件，可使用蘭克賽(La3 Ga5 SiO14 )之蘭克賽基板元件。另一方面，作為體彈性波元件，可使用LTGA(鑭鉭酸鎵鋁；La3 Ta0.5 Ga5.5－x A1x O14 )。此情形，從防止互相之干擾上，最好：彈性波元件60a~60e之頻帶係設定成在各加熱區相異。
在此，亦參照圖4說明有關使用各收發用天線52a~52e等之溫度控制系。如圖4所示，各收發用天線52a~52e經由線62a~62e電性連接於收發器64。各收發用天線52a~52e可向溫測用晶圓58a~58e之彈性波元件60a~60e發射測定用電波，並可個別地接收來自分別對應之彈性波元件60a~60e 之電波。又，各線62a~62e例如既可被插通保護於石英製之保護管內，或也可將各線62a~62e合併成1條。又，將收發用天線52a~52e分別分離成發射用與接收用之情形，收發器64也分離成發射器與接收器。
在此，將各彈性波元件60a~60e調整成可對互異之頻帶起反應之情形，可由上述收發器64之發射器發射對應於該等之相異頻帶之測定用電波。此情形，既可同時發射此等之相異頻帶之測定用電波，或也可在特定時間內，例如在1秒鐘以內，依序掃描並發射上述頻帶相異之測定用電波。
又，作為處理裝置，為輔助對晶圓W之熱處理，也可在處理容器8設有藉高頻電力產生電漿之電漿產生機構15。此情形，為防止雜訊之發生，將上述測定用電波之各頻帶設定為異於上述高頻電力之頻率，例如設定為異於13.56 MHz或400 kHz之頻率。
收發器64連接於溫度分析部66，溫度分析部66連接於溫度控制部50。溫度分析部66依據收發用天線52a~52e所接收之各電波，分別求出各溫測用晶圓58a~58e之溫度，即各加熱區之溫度。而，可依據有關此溫度分析部66所求得之各加熱區之溫度之輸出，使溫度控制部50可經由加熱器驅動部68個別獨立地控制各加熱器10a~10e。
又，各熱電偶17a~17e、46a~46e之溫度之測定值也被輸入至溫度控制部50，可輔助上述加熱機構10之溫度控制。又，也可省略此等內部熱電偶46a~46e及/或加熱器用熱電 偶17a~17e。
在此，回到圖1，如以上所形成之熱處理裝置2之全體之動作例如係被電腦等之控制機構70所控制。控制機構70係在溫度控制部50之支配下控制溫度控制部50。施行此熱處理裝置2之全體之動作之電腦之程式係被記憶於軟碟或CD(Compact Disc：音碟)或硬碟或快閃記憶體等記憶媒體72。具體上，係依據來自此控制機構70之指令，施行各氣體之供應之開始、停止或流量控制、製程溫度及製程壓力之控制等。
其次，也參照圖5說明有關使用如上所構成之熱處理裝置所施行之熱處理方法。圖5係表示本發明之熱處理方法之一例之流程圖。首先，在施行實際之成膜等熱處理製程之前，需預先求出由對應於各加熱區之彈性波元件60a~60e產生之頻率之電波所檢測之溫測用晶圓58a~58e之溫度、與供應至各加熱器10a~10e之電力之相關關係，將此相關關係預先記憶於溫度控制部50。又，使用各熱電偶17a~17e、46a~46e之情形，也需預先求出此等溫度檢測值與由彈性波元件60a~60e之電波所得之溫度之相關關係。
其次，說明有關對半導體晶圓W施行實際之成膜處理等之熱處理之際之製程。首先，在半導體晶圓W之卸載之狀態下，在下方之裝載區域內，熱處理裝置2呈現待機狀態時，處理容器8維持於製程溫度或比此更低之溫度。其後，在將常溫之多數片晶圓W載置於晶舟22之狀態下，在處理容器8內使晶舟22由其下方上升而予以裝載，以蓋部 28封閉歧管18之下端開口部，藉以將處理容器8內密閉。又，在晶舟22上，除了作為製品晶圓W以外，並將溫測用晶圓58a~58e支持於對應於各加熱區16a~16e之位置。
其次，將處理容器8內維持於特定之製程壓力，並由各熱電偶17a~17e、46a~46e分別檢測晶圓溫度，由來自各彈性波元件60a~60e之電波檢測晶圓溫度。又，藉圖4所示之溫度控制系之動作，增大對各加熱器10a~10e之投入電力而使晶圓溫度上升，穩定地維持特定之製程溫度。其後，由氣體導入機構40之氣體噴嘴42將特定之成膜用之處理氣體導入處理容器8內。
如上所述，由氣體噴嘴42將處理氣體導入內筒4內之底部後，一面與在此中旋轉之晶圓W接觸，一面成膜反應而上升。其後，由頂部向內筒4與外筒6之間之間隙流下而由排氣口44排出至容器外。在製程中之晶圓W之溫度控制係由各彈性波元件60a~60e所發射之電波求出各加熱區之晶圓溫度，以使此晶圓溫度達到預定之目標溫度方式，例如藉PID控制而控制對各加熱器10a~10e之供電所執行。
在此，也參照圖6A、圖6B說明有關彈性波元件60a~60e之動作原理。又，圖6A係說明表面彈性波元件構成之彈性波元件之動作原理之動作原理圖，圖6B係說明體彈性波元件構成之彈性波元件之動作原理之動作原理圖。如圖6A所示，此表面彈性波元件60A例如係由如日本特開2000－114920號公報、日本特開2003－298383號公報、或日本特開2004－140167號公報等所揭示之蘭克賽基板元件所構 成。此蘭克賽基板元件具有含壓電功能之四角形狀之蘭克賽基板76。此蘭克賽基板76之大小例如為10 mm×15 mm×0.5 mm程度之大小。此蘭克賽基板76之表面形成有一對梳齒狀電極78a、78b，在各電極78a、78b安裝有天線80a、80b。
而，由收發器64放出相當於蘭克賽基板76之固有振動數之特定高頻電波作為發射信號，而將高頻電壓施加至梳齒狀電極78a、78b時，可藉蘭克賽基板76之壓電效果激振表面彈性波。此時，音速會依照蘭克賽基板76之溫度而變化，故上述表面彈性波依存於上述音速而共振，此彈性波接下來會相反地變成電波而由天線80a、80b被輸出。
因此，由收發器64接收上述被輸出之電波而分析此接收信號與前面之發射信號之時間差△t時，即可檢測蘭克賽基板76之溫度。即，可使用作為無線之溫度檢測元件。將此種原理適用於各彈性波元件60a~60e。
又，如圖6B所示，在LTGA所代表之體彈性波元件60B之情形，也將體彈性波元件60B夾入形成於連接在線圈84之一對電極85a、85b。
此情形，也由收發器82放出相當於體彈性波元件60B之固有振動數之特定高頻電波作為發射信號，而接收由體彈性波元件60B側輸出之信號。而分析此接收信號與發射信號之時間差△t時，即可檢測體彈性波元件60B之溫度。將此種原理適用於上述各彈性波元件60a~60e。
在此，改變各電極78a、78b之間距及由單晶之切出角度 或切出厚度等時，可使元件之頻帶發生變化。在此如前所述，各彈性波元件60a~60e分別設定於互異之頻帶，分別將元件60a設定於f1，例如以10 MHz為中心之頻帶，將元件60b設定於f2，例如以20 MHz為中心之頻帶，將元件60c設定於f3，例如以30 MHz為中心之頻帶，將元件60d設定於f4，例如以40 MHz為中心之頻帶，將元件60e設定於f5，例如以50 MHz為中心之頻帶，以防止互相發生干擾。
如圖5所示，在實際之溫度控制中，首先，由收發器64向對應於各加熱區16a~16e之各收發用天線52a~52e供應發射電力，而由各收發用天線52a~52e向溫測用晶圓58a~58e之彈性波元件60a~60e，發射相當於蘭克賽基板(表面彈性波元件之情形)或LTGA基板(體彈性波元件之情形)之固有振動數之測定用電波(S1：發射步驟)。此際，接收來自各收發用天線52a~52e之測定用電波之各溫測用晶圓58a~58e之彈性波元件60a~60e會發生對應於當時之溫測用晶圓58a~58e之溫度之共振，放射此共振信號(S2)。此時之電波之產生原理如前面參照圖6A、圖6B所說明。
其次，以對應於各加熱區之收發用天線52a~52e接收此時產生之電波而向收發器64側傳播(S3：接收步驟)。接著，利用溫度分析部66分析此接收之各加熱區之電波而直接求出各溫測用晶圓58a~58e之溫度，即，各加熱區16a~16e之晶圓W之溫度(S4：溫度分析步驟)。
其後，溫度控制部50依據溫度分析步驟所求出之溫度，經由加熱器驅動部68個別獨立地將加熱機構10之各加熱器 10a~10e控制於呈現目標溫度(S5：溫度控制步驟)。藉此，可直接測定而檢測晶圓溫度(測溫用晶圓溫度)。因此，可施行高精度之溫度控制。
此種一連串之控制動作重複被執行(S6之否)，直到經過預定之製程時間為止(S6之是)。如此，在處理容器8設置收發用天線52a~52e，例如接收由蘭克賽基板元件或LTGA元件等構成之彈性波元件60a~60e發射之電波，依據此求出溫度，藉此，可無線且即時高精度地正確檢測被處理體(半導體晶圓)W，即溫測用晶圓58a~58e之溫度而不會發生金屬污染等，故可施行高精度之溫度控制。
又，在施行被處理體W之溫度升降之情形，也可直接測定此溫度，故可正確控制例如升溫速度及降溫速度，藉此，可適正地施行升降溫控制。另外，可無線地求出被處理體W之溫度，故即使膜附著於處理容器8之內壁面，也可求出正確之被處理體W之溫度。
又，在實際之溫度控制中，為施行更高精度之控制，除了溫度分析部66所求得之溫度外，最好也分別參照加熱器用熱電偶17a~17e及/或內部熱電偶46a~46e之各測定值，以施行溫度控制。
在此，測定用電波及來自彈性波元件60a~60e之電波充分強之情形，只要將收發用天線52設定為少於5個之數即可。此情形，一般而言，測定用電波雖可某種程度地增強，但來自彈性波元件60a~60e之電波則較微弱。因此，也可將收發用天線52設定為少於5個之數，使接收用天線 也可對應於設有收發用天線52之加熱區以外之其他加熱區而被設置。
另外，來自各彈性波元件60a~60e之電波屬於可達到對應之加熱區之天線，但達不到位於相鄰之加熱區之天線之微弱之電波之情形，就無干擾之虞。因此，各彈性波元件60a~60e之頻帶也可全部設定為同一頻帶而無必要互相改變。又預先設置熱電偶17a~17e及/或內部熱電偶46a~46e時，即使晶圓W被卸載而處理容器8內呈現空空如也之空載時，也可將處理容器8之溫度預加熱至適正之溫度。
又，在上述之實施型態中，雖將收發用天線52a~52e設置於處理容器8之外側，但不限定於此，也可如圖7所示之本發明之熱處理裝置之第1變形例所示般，設置於處理容器8內。在此，將收發用天線52a~52e分別設定於處理容器8之內筒4與晶舟22之間。又，在圖7中，在與圖1中之構成相同之構成部分附上同一符號。
又，在圖1及圖7所示之實施型態中，使用環狀之天線作為收發用天線52a~52e，但不限定於此，也可使用桿狀之收發用天線(含桿狀之發射用天線及桿狀之接收用天線)。圖8係表示此種本發明之熱處理裝置之第2變形例，圖9係表示圖8所示之熱處理裝置之桿狀收發用天線之配置例之平面圖。又，在與圖1中之構成相同之部分附上同一符號。
在圖8中，於處理容器8之外側，沿著處理容器8之長度方向設有形成桿狀之收發用天線90。在圖9中，沿著容器 周方向等間隔地配置複數支，例如4支桿狀之收發用天線90a、90b、90c、90d。又，此天線數也可為1支，只要可依照電波之強度增減即可。又，此桿狀之收發用天線90a~90d也可設置於處理容器8內。
使用此桿狀之收發用天線90a~90d之情形，各收發用天線90a~90d可捕捉來自所有加熱區16a~16e之彈性波元件60a~60e之電波。因此，為防止干擾，預先將各彈性波元件60a~60e之頻帶設定成互異。此情形，也可發揮與圖1所示之熱處理裝置同一之作用效果。
又，在上述各實施型態中，雖說明有關僅在處理容器8側設置收發用天線52a~52d、90a~90d之情形，但不限定於此。即，也可如圖10所示之本發明之熱處理裝置之第3變形例所示般，在處理容器8之下方，設置使由處理容器8卸載之晶舟22待機，並施行晶圓W之移載之裝載區域94，在此裝載區域94設置追加之收發用天線90x、90y(追加之發射用天線及追加之接收用天線)。在此裝載區域94內，如上所述，施行晶圓W之移載，且晶舟22本身也有向水平方向移動之情形。因此，設置非環狀，而為桿狀之收發用天線90x、90y，甚至於最好沿著向晶舟22之水平方向之移動路徑設置收發用天線90x、90y。
據此，在製程後，也可即時求出保持於晶舟22之晶圓溫度。因此，例如可正確辨識晶圓溫度下降至可操作之溫度，故可開始施行晶圓W之移載，而沒有無意義之待機時間，可提高生產率。又，在上述各實施型態中，雖將彈性 波元件設置於溫測用晶圓58a~58e之表面，但不限定於此，也可將其埋入溫測用晶圓58a~58e內。
又，在上述各實施型態中，雖說明有關在溫測用晶圓58a~58e，分別設置1個彈性波元件60a~60e之情形，但不限定於此，也可在1片溫測用晶圓設置複數彈性波元件。圖11A係表示溫測用晶圓之變形例1之剖面圖，圖11B係表示溫測用晶圓之變形例2之平面圖。在圖11A中，將溫測用晶圓58x分割成上下2部分，將2個彈性波元件60x、60y埋入其中心部與周邊部，再接合分割之晶圓。
藉此，2個彈性波元件60x、60y呈現埋入溫測用晶圓58x內之狀態，故可防止此彈性波元件60x、60y引起之污染之發生。
如此，將2個彈性波元件60x、60y埋入1片溫測用晶圓58x內之情形，為防止干擾，將兩彈性波元件60x、60y之頻帶設定成互異。
又，在圖11B所示之溫測用晶圓之變形例2之情形，顯示在溫測用晶圓58x之表面之中心與周邊部設有複數個，具體上設有5個彈性波元件60f、60g、60h、60i、60j之情形。又，也可將此等彈性波元件60f、60g、60h、60i、60j埋入溫測用晶圓58x內。此情形，可測定晶圓之面內溫度之分佈。此情形，為防止干擾，最好將各彈性波元件60f、60g、60h、60i、60j之頻帶設定為互異。
一般而言，由於成膜製程，在施行製程時，或升降溫時，也有最好在晶圓面內形成溫度斜率之情形。此種情 形，如上述般預先在溫測用晶圓58x之中央部與周邊部設定彈性波元件60x、60y時，即可在晶圓面內形成適正且正確之溫度斜率。
又，也可在裝置內，預先準備包含與如上述之溫測用晶圓58a~58e、58x相同之構成之預備之溫測用被處理體，在劣化之時等，依需要或定期地自動更換溫測用被處理體58a~58e、58x與預備之溫測用被處理體。
又，在本實施型態中，雖以內筒4與外筒6構成之雙重管式之處理容器8為例加以說明，但不限定於此，也可將本發明適用於單管式之處理容器。又，在處理容器8方面，也不限定於縱型之處理容器，可將本發明適用於橫型之處理容器。
另外，在此，作為熱處理，雖以成膜處理為例加以說明，但不限定於此，也可將本發明適用於氧化擴散處理、退火處理、蝕刻處理、改性處理、使用電漿之電漿處理等。又，使用電漿之情形，如上所述，為防止雜訊之發生，最好使電漿產生用之高頻電力之頻率與測定用電波之頻帶相異。
又，作為彈性波元件，可使用由選擇自鑭鉭酸鎵鋁(LGTA)、水晶(SiO2 )、氣化鋅(ZnO)、羅謝爾鹽(酒石酸鉀鈉：KNaC4 H4 O6 )、鈦酸鋯酸鉛(PZT：Pb(Zr,Ti)O3 )、鈮酸鋰(LiNbO3 )、鉭酸鋰(LiTaO3 )、四硼酸鋰(Li2 B4 O7 )、蘭克賽(La3 Ga5 SiO14 )、氮化鋁、電氣石(Tourmaline)、聚偏二氟乙烯(PVDF)組成之群中之1種材料之基板元件。又，在 此，作為被處理體，雖以半導體晶圓為例加以說明，但不限定於此，也可將本發明適用於玻璃基板、LCD基板、陶瓷基板等。
2‧‧‧熱處理裝置
4‧‧‧內筒
6‧‧‧外筒
8‧‧‧處理容器
10‧‧‧加熱機構
10a~10e‧‧‧加熱器
12‧‧‧隔熱材料
14‧‧‧加熱爐
15‧‧‧電漿產生機構
16a~16e‧‧‧加熱區
17a~17e、46a~46e‧‧‧熱電偶
18‧‧‧歧管
20‧‧‧支持環
22‧‧‧晶舟
24‧‧‧保溫筒
26‧‧‧轉盤
28‧‧‧蓋部
30‧‧‧旋轉軸
32‧‧‧磁性流體封
34‧‧‧密封構件
36‧‧‧升降機構
38‧‧‧臂
40‧‧‧氣體導入機構
42‧‧‧氣體噴嘴
44‧‧‧排氣口
48、54‧‧‧保護管
50‧‧‧溫度控制部
52、52a~52e、90、90a~90d、90x、90y‧‧‧ 收發用天線
56、80a、80b‧‧‧天線
58a~58e、58x‧‧‧溫測用晶圓
60A‧‧‧表面彈性波元件
60B‧‧‧體彈性波元件
60a~60j、60x、60y‧‧‧彈性波元件
62a~62b‧‧‧線
64、82‧‧‧收發器
66‧‧‧溫度分析部
68‧‧‧加熱器驅動部
70‧‧‧控制機構
72‧‧‧記憶媒體
76‧‧‧蘭克賽基板
78a、78b‧‧‧梳齒狀電極
84‧‧‧線圈
85a、85b‧‧‧電極
94‧‧‧裝載區域
W‧‧‧被處理體(半導體晶圓)
圖1係表示本發明之熱處理裝置之剖面構成圖。
圖2A係表示處理容器與環狀之收發天線之關係位置之平面圖，圖2B係圖2A之A－A線剖面圖。
圖3A係表示設有彈性波元件之溫測用被處理體之側面圖，圖3B係表示設有彈性波元件之溫測用被處理體之立體圖，圖3C係表示埋入彈性波元件之溫測用被處理體之立體圖。
圖4係表示熱處理裝置之溫度控制系之系統圖。
圖5係表示本發明之熱處理方法之一例之流程圖。
圖6A係說明表面彈性波元件構成之彈性波元件之動作原理之動作原理圖，圖6B係說明體彈性波元件構成之彈性波元件之動作原理之動作原理圖。
圖7係表示本發明之熱處理裝置之第1變形例之圖。
圖8係表示本發明之熱處理裝置之第2變形例之圖。
圖9係表示圖8所示之熱處理裝置之桿狀收發用天線之配置例之平面圖。
圖10係表示本發明之熱處理裝置之第3變形例之圖。
圖11A係表示溫測用晶圓之變形例1之剖面圖，圖11B係表示溫測用晶圓之變形例2之平面圖。
2‧‧‧熱處理裝置
4‧‧‧內筒
6‧‧‧外筒
8‧‧‧處理容器
10‧‧‧加熱機構
10a~10e‧‧‧加熱器
12‧‧‧隔熱材料
14‧‧‧加熱爐
15‧‧‧電漿產生機構
16a~16e‧‧‧加熱區
17a~17e、46a~46e‧‧‧ 熱電偶
18‧‧‧歧管
20‧‧‧支持環
22‧‧‧晶舟
24‧‧‧保溫筒
26‧‧‧轉盤
28‧‧‧蓋部
30‧‧‧旋轉軸
32‧‧‧磁性流體封
34‧‧‧密封構件
36‧‧‧升降機構
38‧‧‧臂
40‧‧‧氣體導入機構
42‧‧‧氣體噴嘴
44‧‧‧排氣口
48‧‧‧保護管
50‧‧‧溫度控制部
52、52a~52e‧‧‧收發用天線
58a~58e‧‧‧溫測用晶圓
60a~60e‧‧‧彈性波元件
64‧‧‧收發器
66‧‧‧溫度分析部
70‧‧‧控制機構
72‧‧‧記憶媒體
W‧‧‧被處理體(半導體晶圓)

Claims (30)

  1. 一種被處理體之熱處理裝置，其特徵在於包含：處理容器，可收容複數被處理體，前述複數被處理體包含具有彈性波元件並且前述彈性波元件之頻帶係設定成互異之複數溫測用被處理體；加熱機構，其設於前述處理容器外周，加熱前述複數被處理體；保持機構，其保持前述複數被處理體，並對前述處理容器內裝載及卸載前述複數被處理體；發射用天線，其設於前述處理容器，向前述溫測用被處理體之前述彈性波元件發射測定用電波；接收用天線，其設於前述處理容器，接收由前述溫測用被處理體之前述彈性波元件所發射、且包含對應於前述溫測用被處理體溫度之頻率的電波；溫度分析部，其連接於前述接收用天線，依據由前述接收用天線所接收之電波，求出前述溫測用被處理體之溫度；及溫度控制部，其連接於前述溫度分析部，依據前述溫度分析部之輸出控制前述加熱機構。
  2. 如請求項1之被處理體之熱處理裝置，其中前述發射用天線及前述接收用天線係以包圍前述被處理體周圍之方式形成環狀。
  3. 如請求項2之被處理體之熱處理裝置，其中在前述處理容器內設有複數加熱區，前述溫測用被處理體係以對應 於各前述加熱區而配置之方式設有複數個，前述發射用天線及前述接收用天線係以對應於各前述加熱區而配置之方式設有複數個。
  4. 如請求項3之被處理體之熱處理裝置，其中前述溫測用被處理體之彈性波元件之頻帶係設定成在各前述加熱區互異。
  5. 如請求項1之被處理體之熱處理裝置，其中前述溫測用被處理體包含複數彈性波元件，前述複數彈性波元件之頻帶係設定成互異。
  6. 如請求項5之被處理體之熱處理裝置，其中前述彈性波元件至少設於各溫測用被處理體之中心部與周邊部。
  7. 如請求項1之被處理體之熱處理裝置，其中前述發射用天線及前述接收用天線係沿著前述處理容器之長度方向形成為桿狀。
  8. 如請求項7之被處理體之熱處理裝置，其中前述發射用天線及前述接收用天線係沿著前述被處理體之周方向隔開特定間隔而設有複數個。
  9. 如請求項7之被處理體之熱處理裝置，其中在前述處理容器內設有複數加熱區，前述溫測用被處理體係以對應於各前述加熱區而配置之方式設有複數個，前述溫測用被處理體之彈性波元件之頻帶係設定成在各前述加熱區互異。
  10. 如請求項7之被處理體之熱處理裝置，其中前述溫測用被處理體係包含複數彈性波元件，前述複數彈性波元件 之頻帶係設定成互異。
  11. 如請求項10之被處理體之熱處理裝置，其中前述彈性波元件至少設於各溫測用被處理體之中心部與周邊部。
  12. 如請求項1之被處理體之熱處理裝置，其中前述發射用天線及前述接收用天線係設於前述處理容器之內側。
  13. 如請求項1之被處理體之熱處理裝置，其中前述發射用天線及前述接收用天線係設於前述處理容器之外側。
  14. 如請求項1之被處理體之熱處理裝置，其中在前述處理容器之外方，設有由前述處理容器卸載之前述保持機構待機之裝載區域；在前述裝載區域，分別設有具有與前述發射用天線及前述接收用天線同一構造之追加發射用天線及追加接收用天線。
  15. 如請求項1之被處理體之熱處理裝置，其中前述發射用天線及前述接收用天線係分別被收容於保護管內。
  16. 如請求項4之被處理體之熱處理裝置，其中由前述發射用天線每隔特定時間依序掃描並發射對應於前述頻帶相異之彈性波元件的互異頻帶之測定用電波。
  17. 如請求項4之被處理體之熱處理裝置，其中由前述發射用天線同時發射對應於前述頻帶相異之彈性波元件的互異頻帶之測定用電波。
  18. 如請求項1之被處理體之熱處理裝置，其中前述發射用天線及前述接收用天線被一體化為收發用天線。
  19. 如請求項1之被處理體之熱處理裝置，其中在前述處理 容器內及/或前述加熱機構設有溫度測定用熱電偶；前述溫度控制部亦參照來自前述熱電偶之測定值而施行前述加熱機構之控制。
  20. 如請求項1之被處理體之熱處理裝置，其中在前述處理容器設有為輔助前述被處理體之熱處理而藉高頻電力產生電漿之電漿產生機構，前述測定用電波之頻帶係設定成異於前述高頻電力之頻帶。
  21. 如請求項1之被處理體之熱處理裝置，其中前述彈性波元件包括表面彈性波元件。
  22. 如請求項1之被處理體之熱處理裝置，其中前述彈性波元件包括體彈性波元件。
  23. 如請求項1之被處理體之熱處理裝置，其中前述彈性波元件包括選自由鑭鉭酸鎵鋁(LGTA)、水晶(SiO2 )、氧化鋅(ZnO)、羅謝爾鹽(酒石酸鉀鈉：KNaC4 H4 O6 )、鈦酸鋯酸鉛(PZT：Pb(Zr,Ti)O3 )、鈮酸鋰(LiNbO3 )、鉭酸鋰(LiTaO3 )、四硼酸鋰(Li2 B4 O7 )、蘭克賽(La3 Ga5 SiO14 )、氮化鋁、電氣石(Tourmaline)、聚偏二氟乙烯(PVDF)所組成之群中之1種材料之基板元件。
  24. 一種被處理體之熱處理方法，其係將保持包含具有彈性波元件之溫測用被處理體之複數被處理體的保持機構導入設有發射用天線及接收用天線之處理容器內，以設於前述處理容器外周之加熱機構加熱前述被處理體，藉此施行熱處理，其特徵在於包含：發射步驟，其係由前述發射用天線向前述溫測用被處 理體之前述彈性波元件發射測定用電波；接收步驟，其係以前述接收用天線接收由接收到前述測定用電波之前述溫測用被處理體之前述彈性波元件所發射的電波；溫度分析步驟，其係依據由前述接收用天線所接收之電波，求出前述溫測用被處理體之溫度；及溫度控制步驟，其係依據前述溫度分析步驟中所求得之溫度控制前述加熱機構。
  25. 如請求項24之被處理體之熱處理方法，其中在前述處理容器內設有複數加熱區，前述溫測用被處理體係對應於各前述加熱區而設有複數個，前述溫測用被處理體之彈性波元件之頻帶係設定成在各前述加熱區互異。
  26. 如請求項24之被處理體之熱處理方法，其中在前述處理容器內及/或前述加熱機構設有溫度測定用熱電偶；在前述溫度控制步驟中，亦參照來自前述熱電偶之測定值而施行前述加熱機構之控制。
  27. 如請求項24之被處理體之熱處理方法，其中預先準備預備之溫測用被處理體，視需要或定期地自動交換前述溫測用被處理體與前述預備之溫測用被處理體。
  28. 如請求項24之被處理體之熱處理方法，其中利用藉高頻電力所產生之電漿輔助前述被處理體之熱處理，前述測定用電波之頻率係設定成異於前述高頻電力之頻率。
  29. 如請求項24之被處理體之熱處理方法，其中前述彈性波元件包括表面彈性波元件或體彈性波元件。
  30. 一種記憶電腦可讀取程式之記憶媒體，該程式係用以使電腦執行被處理體之熱處理方法者，其特徵在於：前述被處理體之熱處理方法係將保持包含具有彈性波元件之溫測用被處理體之複數被處理體的保持機構導入設有發射用天線及接收用天線之處理容器內，以設於前述處理容器外周之加熱機構加熱前述被處理體，藉此施行熱處理者，且包含：發射步驟，其係由前述發射用天線向前述溫測用被處理體之前述彈性波元件發射測定用電波；接收步驟，其係以前述接收用天線接收由接收到前述測定用電波之前述溫測用被處理體之前述彈性波元件所發射的電波；溫度分析步驟，其係依據由前述接收用天線所接收之電波，求出前述溫測用被處理體之溫度；及溫度控制步驟，其係依據前述溫度分析步驟中所求得之溫度控制前述加熱機構。
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