JP2001289715A

JP2001289715A - 測温基板

Info

Publication number: JP2001289715A
Application number: JP2000103925A
Authority: JP
Inventors: Tomoharu Aramasu; 智治新舛
Original assignee: Yamari Industries Ltd
Current assignee: Yamari Industries Ltd
Priority date: 2000-04-05
Filing date: 2000-04-05
Publication date: 2001-10-19

Abstract

(57)【要約】【課題】シリコンウエハ凹部に挿入される熱電対は素
線が露出しているためシリコンウエハと反応し腐食する
という問題がある。また熱電対素線を絶縁被覆しても機
械的強度が弱く断線するおそれがある。【解決手段】基板１ａの凹部１ｅに熱電対素線を金属
製のシース１４で被覆したシース熱電対１ｂの測温部１
ｄを挿入し接着固定するようにした。また、金属製のシ
ース１４の外周面を酸化被覆し、又は外周面にセラミッ
クを溶射又は塗着し、高温高圧下又は腐食性雰囲気下に
おいて基板１ａとシース１４が直接接触することにより
シースに発生するケイ化物を抑制するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は測温基板に関し、特
に半導体デバイス製造過程における熱処理プロセスでの
ウエハ温度を測定するための測温基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、前記熱処理プロセスにおけるウエ
ハ温度を測定するものとして、ウエハセンサ、つまり熱
処理対象たるウエハと同じ材質の基板に絶縁被覆を施し
た露出型熱電対を接着した測温基板が用いられていた。
この測温基板をチャンバ内にさらし、プロセス条件（温
度等）を決定する。次にウエハセンサに替えて熱処理対
象たるウエハを前記チャンバ内に設置し、同一プロセス
条件下で熱処理する。特許第２９８４０６０号公報には
測定精度の向上を図るため基板に凹部（キャビティ）を
設け、該凹部側壁に測温部を近接し、挿入して該キャビ
ティと測温部とを絶縁被覆と同質の接着剤で固着する測
温基板が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ここに開示された熱電
対は露出型として使用、つまり凹部に挿入する熱電対の
素線及び結合部並びに凹部外へ引き出される素線が露出
しているため、気密性及び機械的強度が劣り、高温高圧
下又は腐食性雰囲気で長時間使用することができないと
いう問題があり、絶縁被覆を施す程度では十分とはいえ
なかった。

【０００４】また、長期にわたって高温高圧下又は腐食
性雰囲気にさらすためには素線の直径をある程度太く
（０．２ｍｍ以上）する必要があり、このような太い直
径の熱電対を用いる場合は、該熱電対を挿入する基板の
凹部を大きくする必要があり、その結果基板も必然的に
それに応じた厚さが必要となる。そのため、薄型の測温
基板に対応するには限界があった。

【０００５】本発明は斯かる事情に鑑みなされたもので
ありその目的とするところは、高温高圧下または腐食性
雰囲気で長時間使用することができ、また薄型に形成す
ることができ、さらに温度変化に対して応答性の速い測
温基板を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】第１発明に係る測温基板
にあっては、基板の表面に形成された凹部に熱電対の測
温部を挿入し、接着剤を用いて固着してなる測温基板に
おいて、前記熱電対は測温部を覆うシースを備えるシー
ス熱電対であることを特徴とする。

【０００７】第２発明に係る測温基板にあっては、前記
シース熱電対は、金属製のシースを有し、その外周面に
酸化被覆を形成してあることを特徴とする。

【０００８】第３発明に係る測温基板にあっては、前記
シース熱電対は、金属製のシースを有し、その外周面に
セラミックを溶射又は塗着してあることを特徴とする。

【０００９】第１発明にあっては、基板凹部に熱電対素
線をシースで被覆したシース熱電対の先端部を挿入し、
接着固定するようにしたので、機械的強度及び耐食性が
向上し高温高圧下または腐食性雰囲気下で長時間使用す
ることができる測温基板を提供することができる。ま
た、極細のシース熱電対を使用することができ、薄型の
測温基板にも対応でき、高応答性が達成できる。

【００１０】さらに、第２発明及び第３発明にあって
は、金属製シースの外周面に酸化被覆を形成し、又は外
周面にセラミックを溶射又は塗着することにより高温高
圧下又は腐食性雰囲気下において基板とシースが直接接
触することによりシースに発生するケイ化物を抑制する
ようにしたので、シースの劣化破断を防止することがで
き、耐久性が高い測温基板を提供することができる。ま
た、高温下でのシースからの金属蒸気の発生を抑制する
ことができ炉内の汚染を防止することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下本発明をその実施の形態を示
す図面に基づいて詳述する。図１は本発明に係る測温基
板１を用いた半導体デバイスの熱処理装置Ｄを示す模式
的立面図である。また図２は基板１ａの拡大平面図であ
る。熱処理装置Ｄは、例えば赤外線ランプ４を用いた熱
処理法（例えば急速熱アニール処理法）に使用される装
置である。１は本発明に係る測温基板であり、同じ雰囲
気下にあるウエハ２、２…の熱処理条件を決定する。測
温基板１の基板（ウエハセンサ）１ａは、基本的にウエ
ハ２と同じ材質からなり、図２に示すように表面に複数
の凹部１ｅ、１ｅ…が形成されている。その凹部１ｅ
（小径（１〜２ｍｍ）で底が平らな有底の穴）には図１
に示す如くシース熱電対１ｂの測温部１ｄを挿入してあ
り、接着剤１ｃにより基板１ａの凹部１ｅに固着されて
いる。そしてシース熱電対１ｂの基端は温度を測定する
計測部１ｇに接続されている。

【００１２】３ａは計測部１ｇで計測した温度に基づい
て熱処理装置Ｄ内の温度等を制御するマイクロコンピュ
ータ（以下マイコンという）である。マイコン３ａから
の指示に基づいて、点灯駆動回路３ｂは赤外線ランプ４
の温度を制御する。また、マイコン３ａからの指示に基
づいて、バルブ駆動回路３ｃはバルブ３ｄを閉開制御
し、ガス供給器５からチャンバ内へガスを供給する。

【００１３】図３は、シース熱電対１ｂを凹部１ｅに固
着した状態を示す部分拡大図である。図に示すとおり、
シース熱電対１ｂの測温部１ｄは凹部１ｅ内において、
Ｃ型をなすように側壁に沿ってほぼ１周曲成され、凹部
外へ引き出される。なお、本実施の形態ではシース熱電
対１ｂの測温部１ｄをＣ型の形状とする場合について述
べたが、これに限らず他の形状に形成して凹部１ｅに固
着するようにしても良い。

【００１４】図４は非接地型シース熱電対１ｂの測温部
１ｄの断面図である。図において、例えば１１はナイク
ロシル（８４Ｎｉ−１４．２Ｃｒ−１．４Ｓｉ合金）等
の第１素線であり、１２はナイシル（９５．５Ｎｉ−
４．４Ｓｉ−０．１Ｍｇ合金）等の第２素線である。第
１素線１１及び第２素線１２の先端末は融着して結合部
１５としてある。なお、本実施の形態においては素線が
２本のシングルタイプを用いているが、素線が４本のダ
ブルタイプ及び素線が６本のトリプルタイプを用いても
良い。

【００１５】第１素線１１及び第２素線１２はマグネシ
ア等の絶縁物１３により絶縁被覆されている。さらに、
絶縁物１３の外周面は、例えばオーステナイト系ステン
レス鋼又は耐食耐熱超合金（Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金）等
の金属製のシース１４により保護被覆されている。な
お、シース熱電対１ｂの直径は０．２ｍｍ以上あればよ
く、例えば０．２５ｍｍ径のシース熱電対１ｂを用いれ
ば測温基板１ａも極薄の形状とすることができる。

【００１６】また、金属製のシース１４の外周面は熱処
理等によりＣｒ₂Ｏ₃等の緻密な酸化被覆１６が形成さ
れる。高温高圧下又は腐食性雰囲気下において、金属製
のシース１４と基板１ａとが直接接触した場合、金属製
のシース１４にケイ化物が生じ脆くなる。このように金
属製のシース１４の外周面に酸化被覆１６を形成した場
合は、ケイ化物の発生を抑制することができる。また、
酸化被覆１６を形成することにより高温下計測中での金
属製のシース１４からの金属蒸気の発生を抑制すること
ができる。なお、酸化被覆１６に代えて又は、その上か
らセラミックコート１６等を金属製のシース１４の外周
面に溶射又は塗着により形成しても良い。また、その長
さはウエハに接する先端部のみであっても良い。

【００１７】このように、絶縁物１３、金属製のシース
１４及び酸化被覆１６により第１素線１１及び第２素線
１２を完全に被覆したので、シース熱電対１ｂの機械的
強度を確保でき、第１素線１１及び第２素線１２は０．
０４ｍｍと極めて細くすることができる。従来の熱電対
素線は機械的強度を確保する必要性から素線の直径は
０．２ｍｍ以上であることが必要とされていたが、本発
明に係るシース熱電対１ｂは直径を０．２ｍｍ程度にま
で細くすることができる。これにより、薄型の測温基板
１にも対応することができる。

【００１８】図５は接地型シース熱電対１ｂの測温部１
ｄの断面図である。接地型シース熱電対１ｂは第１素線
１１及び第２素線１２が金属製のシース１４の先端部に
直接溶接されており、このような溶接部が結合部１５と
なるものである。本発明においてはこのような接地型シ
ース熱電対を用いても良い。

【００１９】図６はシース熱電対１ｂを基板１ａに固定
した状態を示す縦断面図である。また図７はシース熱電
対１ｂを基板１ａに固定した状態を示す平面図である。
以下にシース熱電対１ｂを基板１ａに固定する方法につ
いて説明する。図６及び図７に示すように金属製の円盤
６ａの下面に金属製の棒状部６ｂを溶接してなる鋲６を
予め用意し、この鋲６の棒状部６ｂを基板１ａに形成の
貫通孔１ｆに上方（基板１ａの表面側）から差し込んだ
後、貫通状態の棒状部６ｂの下面に基板１ａの裏面側か
ら円盤６ａと同一の円盤６ｃを当てつけた状態で溶接に
より固定し、上方に位置する円盤６ａの上面に複数本の
シース熱電対１ｂ、１ｂ…を支持する金属製の支持部材
７の４隅をスポット溶接により固定するのである。図７
に示すＳが、溶接箇所を示している。そして、支持部材
７の一方の貫通孔７ａから他方の貫通孔７ｂへ複数本の
シース熱電対１ｂ、１ｂ…を挿通する。その後、支持部
材７の上方から外力を加えることにより支持部材７を押
しつぶすことで複数のシース熱電対１ｂ、１ｂ…を固定
する。なお、支持部材７により４本のシース熱電対１
ｂ、１ｂ…を支持した場合を示したが１本、２本、３本
又は５本以上のどの本数でも良い。

【００２０】

【発明の効果】以上詳述した如く、第１発明にあって
は、基板凹部に熱電対素線をシースで被覆したシース熱
電対の先端部を挿入し、接着固定するようにしたので、
機械的強度及び耐食性が向上し高温高圧下または腐食性
雰囲気下で長時間使用することができる測温基板を提供
することができる。また、極細のシース熱電対を使用す
ることができ、薄型の測温基板にも対応でき、高応答性
が達成できる。

【００２１】さらに、第２発明及び第３発明にあって
は、金属製シースの外周面に酸化被覆を形成し又は外周
面にセラミックを溶射又は塗着することにより高温高圧
下又は腐食性雰囲気下において基板とシースが直接接触
することによりシースに発生するケイ化物を抑制するよ
うにしたので、シースの劣化破断を防止することがで
き、耐久性が高い測温基板を提供することができる。ま
た、高温下でのシースからの金属蒸気の発生を抑制する
ことができ炉内の汚染を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る測温基板を用いた半導体デバイス
の熱処理装置を示す模式的立面図である。

【図２】基板の拡大平面図である。

【図３】シース熱電対を凹部に固着した状態を示す部分
拡大図である。

【図４】非接地型シース熱電対の測温部の断面図であ
る。

【図５】接地型シース熱電対の測温部の断面図である。

【図６】シース熱電対を基板に固定した状態を示す縦断
面図である。

【図７】シース熱電対を基板に固定した状態を示す平面
図である。

【符号の説明】

１測温基板１ａ基板１ｂシース熱電対１ｃ接着剤１ｄ測温部１ｅ凹部２ウエハ１１第１素線１２第２素線１３絶縁物１４シース１５結合部１６酸化被覆、セラミックコート

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板の表面に形成された凹部に熱電対の
測温部を挿入し、接着剤を用いて固着してなる測温基板
において、前記熱電対は測温部を覆うシースを備えるシース熱電対
であることを特徴とする測温基板。
【請求項２】前記シース熱電対は、金属製のシースを有し、その外周面に酸化被覆を形成し
てあることを特徴とする請求項１に記載の測温基板。
【請求項３】前記シース熱電対は、金属製のシースを有し、その外周面にセラミックを溶射
又は塗着してあることを特徴とする請求項１又は２に記
載の測温基板。