JP2563440B2 - 半導体ウェーハ処理装置 - Google Patents
半導体ウェーハ処理装置Info
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- JP2563440B2 JP2563440B2 JP63038789A JP3878988A JP2563440B2 JP 2563440 B2 JP2563440 B2 JP 2563440B2 JP 63038789 A JP63038789 A JP 63038789A JP 3878988 A JP3878988 A JP 3878988A JP 2563440 B2 JP2563440 B2 JP 2563440B2
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- wafer
- window
- tube
- thermocouple
- semiconductor wafer
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
- G01K1/14—Supports; Fastening devices; Arrangements for mounting thermometers in particular locations
- G01K1/143—Supports; Fastening devices; Arrangements for mounting thermometers in particular locations for measuring surface temperatures
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、化学的蒸着（CVD）装置に関し、特に、半
導体ウェーハの温度を直接測定する装置に関する。
導体ウェーハの温度を直接測定する装置に関する。
［従来の技術］ CVD装置を動作させるにあたって、物質の被着（depos
ition）は化学反応が行われる温度によって非常に変る
ことがわかっている。閉ループ温度制御に充分な確実さ
でこの温度を検知することが引続き問題となっている。
ition）は化学反応が行われる温度によって非常に変る
ことがわかっている。閉ループ温度制御に充分な確実さ
でこの温度を検知することが引続き問題となっている。
従来は、CVD反応室内の温度は該室（chember）内のい
ろいろな位置にプローブを設置して検知していた。この
技法に伴う問題は、被着パラメーター、たとえば、速
さ、フィルムの特性、および均一性、を大きく左右する
ものがウェーハの温度であって室内の他の場所の温度で
はないということである。
ろいろな位置にプローブを設置して検知していた。この
技法に伴う問題は、被着パラメーター、たとえば、速
さ、フィルムの特性、および均一性、を大きく左右する
ものがウェーハの温度であって室内の他の場所の温度で
はないということである。
プローブをウェーハの前側に直接設置する場合の問題
は、ウェーハ上に成長するフィルムに陰を生じ、フィル
ムあるいはウェーハを汚染する可能性があるということ
である。更に、プローブは室内の薬品にさらされ、この
ためプローブが劣化する傾向がある。たとえばウェーハ
が載置されるグラファイトのブロックのようなサセプタ
を介して加熱される場合には、温度プローブはブロック
に設置されることが非常に多い。これではやはり、ウェ
ーハ自身ではなく、サセプタの温度を側っているため、
概略の温度の読みしか得られない。
は、ウェーハ上に成長するフィルムに陰を生じ、フィル
ムあるいはウェーハを汚染する可能性があるということ
である。更に、プローブは室内の薬品にさらされ、この
ためプローブが劣化する傾向がある。たとえばウェーハ
が載置されるグラファイトのブロックのようなサセプタ
を介して加熱される場合には、温度プローブはブロック
に設置されることが非常に多い。これではやはり、ウェ
ーハ自身ではなく、サセプタの温度を側っているため、
概略の温度の読みしか得られない。
アメリカ合衆国特許第4,632,056号に開示されている
ような従来の特定のCVD反応器では、ウェーハは複数の
ランプにより直接かつ急速に加熱される。すなわちサセ
プタが存在しない。ウェーハは石英の窓に載り、加熱ラ
ンプは窓の反対側にある。温度はウェーハをセラミック
・ディスクでモデル化して測定され、その温度が直接測
定される。
ような従来の特定のCVD反応器では、ウェーハは複数の
ランプにより直接かつ急速に加熱される。すなわちサセ
プタが存在しない。ウェーハは石英の窓に載り、加熱ラ
ンプは窓の反対側にある。温度はウェーハをセラミック
・ディスクでモデル化して測定され、その温度が直接測
定される。
［発明が解決しようとする問題点］ これら各種の試みにもかかわらず、ウェーハの実際の
温度がプローブ、たとえば熱電対、による接触から知る
ことができないという問題が残る。このことはウェーハ
が比較的急速に加熱冷却される場合に特に正しい。ウェ
ーハを直接加熱するシステムでは、プローブがウェーハ
の加熱を妨げることができないかあるいは室内のガスを
受けやすいから問題は一層困難になる。ウェーハの後側
に接触すれば加熱を妨げる可能性があり、かつ／または
石英の窓を機械加工することが必要になる。石英は加工
が困難であり、CVD装置でさらされる温度ではほとんど
のセラミックと共に使用した場合良く封止を行うことが
できない。
温度がプローブ、たとえば熱電対、による接触から知る
ことができないという問題が残る。このことはウェーハ
が比較的急速に加熱冷却される場合に特に正しい。ウェ
ーハを直接加熱するシステムでは、プローブがウェーハ
の加熱を妨げることができないかあるいは室内のガスを
受けやすいから問題は一層困難になる。ウェーハの後側
に接触すれば加熱を妨げる可能性があり、かつ／または
石英の窓を機械加工することが必要になる。石英は加工
が困難であり、CVD装置でさらされる温度ではほとんど
のセラミックと共に使用した場合良く封止を行うことが
できない。
本発明は上述に鑑みて成されたものであり、急速に加
熱されるウェーハの温度をその一様な加熱を乱すことな
く直接測定する手段を提供することを目的とする。
熱されるウェーハの温度をその一様な加熱を乱すことな
く直接測定する手段を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、ウェーハ温度の直接測定に基づ
き温度制御を行う改良されたCVD装置を提供することで
ある。
き温度制御を行う改良されたCVD装置を提供することで
ある。
本発明の更に他の目的は、半導体ウェーハと確実な熱
的接触を行う装置を提供することである。
的接触を行う装置を提供することである。
［問題点を解決するための手段］ 前述の目的は、石英管がCVD反応器の石英窓に設けら
れたアパーチャに取付けられている本発明により達成さ
れる。プローブは管を通して挿入され、窓を通して延
び、ウェーハの裏側と接触する。管は一端で窓に融着さ
れ、プローブはシリコーンゴムまたは他の硬化シールを
用いてこれら封止材料が安定しているのに充分な低い温
度になっている他端に封止されている。
れたアパーチャに取付けられている本発明により達成さ
れる。プローブは管を通して挿入され、窓を通して延
び、ウェーハの裏側と接触する。管は一端で窓に融着さ
れ、プローブはシリコーンゴムまたは他の硬化シールを
用いてこれら封止材料が安定しているのに充分な低い温
度になっている他端に封止されている。
［実施例］ 第１図は本発明の好ましい実施例を示すものであり、
プラズマ反応器の室（chamber）10にウェーハ11が入っ
ており、このウェーハは石英（quartz）窓12上に載置さ
れている。窓はＯリングにより室に対して封止されてい
る。室10は、ポート13のような各種ガス供給ポート、お
よびポート14および15のようなガス排出ポートを備えて
いる。化学蒸着用プラズマ反応器室の構造の詳細は当業
者にはよく知られており、本発明の部分を形成するもの
ではない。
プラズマ反応器の室（chamber）10にウェーハ11が入っ
ており、このウェーハは石英（quartz）窓12上に載置さ
れている。窓はＯリングにより室に対して封止されてい
る。室10は、ポート13のような各種ガス供給ポート、お
よびポート14および15のようなガス排出ポートを備えて
いる。化学蒸着用プラズマ反応器室の構造の詳細は当業
者にはよく知られており、本発明の部分を形成するもの
ではない。
ウェーハ11は、ランプ21、22、および23で示したよう
に、室を貫く中心軸の周りに対称的に配置された複数の
ランプにより適切な温度に加熱される。これらランプの
数と位置とは、一部分、加熱されるウェーハの大きさに
よって決まる。たとえば、直径100mmのウェーハは1000
ワットのランプ４個により適切に加熱される。ランプは
比較的短い時間だけ点灯されてウェーハを約400℃の温
度にまで加熱する。直径が200mmのウェーハでは、ラン
プの電力を約２倍にするのが望ましい。すなわち、ウェ
ーハを適格に、均一に、かつ急速に加熱するには総計約
8000ワットが望ましい。ランプはカット形の反射器に取
囲まれており、反射器はその内面に金めっきを施して赤
外線放射の反射率を向上するのが望ましい。
に、室を貫く中心軸の周りに対称的に配置された複数の
ランプにより適切な温度に加熱される。これらランプの
数と位置とは、一部分、加熱されるウェーハの大きさに
よって決まる。たとえば、直径100mmのウェーハは1000
ワットのランプ４個により適切に加熱される。ランプは
比較的短い時間だけ点灯されてウェーハを約400℃の温
度にまで加熱する。直径が200mmのウェーハでは、ラン
プの電力を約２倍にするのが望ましい。すなわち、ウェ
ーハを適格に、均一に、かつ急速に加熱するには総計約
8000ワットが望ましい。ランプはカット形の反射器に取
囲まれており、反射器はその内面に金めっきを施して赤
外線放射の反射率を向上するのが望ましい。
本発明によれば、石英窓12に融着され、石英窓12にあ
らかじめ形成されている穴を封止する石英管を通して熱
電対を延在させることにより、ウェーハ11の裏側と熱電
対とを接触させることができる。管自身は窓12から遠い
端でシリコーンゴムのような適切なシーラントにより封
止されている。熱電対が延在している管は反射器のハウ
ジングの高さより長いので、管の端はハウジングの外側
に突出している。管端はハウジングの外側に突出してい
るので、比較的冷たいままになっており、ほとんどすべ
てのシーラントが適格に使用できる。シリコーンゴムは
システムの保守に際し取外しやすいため望ましい。シス
テムの保守においては、石英の窓は、酸槽に単に浸すこ
とにより最も容易に清掃される。熱電対アセンブリは取
外しやすいので、やはりこの清掃操作を利用することが
できる。
らかじめ形成されている穴を封止する石英管を通して熱
電対を延在させることにより、ウェーハ11の裏側と熱電
対とを接触させることができる。管自身は窓12から遠い
端でシリコーンゴムのような適切なシーラントにより封
止されている。熱電対が延在している管は反射器のハウ
ジングの高さより長いので、管の端はハウジングの外側
に突出している。管端はハウジングの外側に突出してい
るので、比較的冷たいままになっており、ほとんどすべ
てのシーラントが適格に使用できる。シリコーンゴムは
システムの保守に際し取外しやすいため望ましい。シス
テムの保守においては、石英の窓は、酸槽に単に浸すこ
とにより最も容易に清掃される。熱電対アセンブリは取
外しやすいので、やはりこの清掃操作を利用することが
できる。
第２図は本発明によるプローブアセンブリの構造を一
層詳細に示している。特に、管31は、石英から構成する
のが望ましいが、窓12の穴を通して延在し、窓に融接
（fuse）されている。リード32と33とは管31の長さを下
に延びて熱電対35に取付けられ、これがウェーハ11と接
触している。窓12から遠い管31の開口端はシーラント36
の塊で封止されている。管31とリード32および33との寸
法は熱電対35がウェーハ11と軽く接触するように選ばれ
る。すなわち、熱電対35は、正確な読みを確保するに充
分でかつウェーハを損傷したりウェーハを変位させたり
することのない圧力で、ウェーハ11と接触する。
層詳細に示している。特に、管31は、石英から構成する
のが望ましいが、窓12の穴を通して延在し、窓に融接
（fuse）されている。リード32と33とは管31の長さを下
に延びて熱電対35に取付けられ、これがウェーハ11と接
触している。窓12から遠い管31の開口端はシーラント36
の塊で封止されている。管31とリード32および33との寸
法は熱電対35がウェーハ11と軽く接触するように選ばれ
る。すなわち、熱電対35は、正確な読みを確保するに充
分でかつウェーハを損傷したりウェーハを変位させたり
することのない圧力で、ウェーハ11と接触する。
リード32と33およびシーラント36はいくぶん弾性を示
すことがあるが、プローブを第３図に示すように構成し
てシステムの弾性を一層直接に制御することが望まし
い。特に、第３図に示すように、リード32と33とはそれ
ぞれ弾性部分41と42とを備えている。リードに弾性部分
を作ることにより、熱電対35が窓12の上面を超えて更に
大きく延びて、しかもその上に載置したときウェーハ11
に軽く接触することができるように、システムの寸法公
差を大きくすることができる。
すことがあるが、プローブを第３図に示すように構成し
てシステムの弾性を一層直接に制御することが望まし
い。特に、第３図に示すように、リード32と33とはそれ
ぞれ弾性部分41と42とを備えている。リードに弾性部分
を作ることにより、熱電対35が窓12の上面を超えて更に
大きく延びて、しかもその上に載置したときウェーハ11
に軽く接触することができるように、システムの寸法公
差を大きくすることができる。
第４図は別の実施例を示すもので、熱電対35を管31を
通して延ばし、熱電対35が窓12とウェーハ11の間に静止
するようにリードを曲げることにより、寸法公差と弾性
リードを作る経費との問題が回避されている。ウェーハ
の半径に平行な方向にこのように90゜曲げることの別の
利点は、熱電対のジャンクションに隣る熱電対リードが
等温線に沿って横たわるのでシャンクションからの伝導
による熱損失が少なく、より正確な温度測定値が得られ
るということである。この目的で比較的薄い熱電対が入
手可能であり、ウェーハの裏側と優れた接触を行う比較
的頑強なシステムが得られる。
通して延ばし、熱電対35が窓12とウェーハ11の間に静止
するようにリードを曲げることにより、寸法公差と弾性
リードを作る経費との問題が回避されている。ウェーハ
の半径に平行な方向にこのように90゜曲げることの別の
利点は、熱電対のジャンクションに隣る熱電対リードが
等温線に沿って横たわるのでシャンクションからの伝導
による熱損失が少なく、より正確な温度測定値が得られ
るということである。この目的で比較的薄い熱電対が入
手可能であり、ウェーハの裏側と優れた接触を行う比較
的頑強なシステムが得られる。
第５図は更に別の実施例であり、ここでは熱電対のジ
ャンクションとリードとがシース45に取囲まれている。
シース45は、「インコネル（Inconel）」のような、熱
的良導体で熱膨脹係数が小さい材料であることが望まし
い。第４図の実施例の場合のように、シースの端は熱電
対のジャンクションとリードの一部とが等温線上に横た
わるように曲げられている。
ャンクションとリードとがシース45に取囲まれている。
シース45は、「インコネル（Inconel）」のような、熱
的良導体で熱膨脹係数が小さい材料であることが望まし
い。第４図の実施例の場合のように、シースの端は熱電
対のジャンクションとリードの一部とが等温線上に横た
わるように曲げられている。
本発明について上述のように説明して来たが、等業者
には本発明の精神と範囲の中で各種修正を行うことがで
きることが明らかであろう。たとえば、ランプの数と位
置とに応じて、プローブの数を増すことができる。ただ
し、窓12を通してあまり多数のプローブを追加すること
は好ましくない。最大５個までのプローブで充分なはず
である。管31は窓12に融着されているとして説明して来
た。これは管31の一部が窓12の小さな部分とともに溶融
して結合を形成するか、あるいは中間の、軟いガラスを
使用して管31と窓12との間に接合を形成するかしようと
したのである。シリコーンゴムはシーラント36として好
ましいが、セラミック、ガラス、またはエポキシ材料の
ような任意の適切なシールをも使用できることがわか
る。別案として、一方のＯリングが石英管に他方のＯリ
ングが熱電対電線を入れるシースに取付けられた適切な
金具を代りに使用することができる。
には本発明の精神と範囲の中で各種修正を行うことがで
きることが明らかであろう。たとえば、ランプの数と位
置とに応じて、プローブの数を増すことができる。ただ
し、窓12を通してあまり多数のプローブを追加すること
は好ましくない。最大５個までのプローブで充分なはず
である。管31は窓12に融着されているとして説明して来
た。これは管31の一部が窓12の小さな部分とともに溶融
して結合を形成するか、あるいは中間の、軟いガラスを
使用して管31と窓12との間に接合を形成するかしようと
したのである。シリコーンゴムはシーラント36として好
ましいが、セラミック、ガラス、またはエポキシ材料の
ような任意の適切なシールをも使用できることがわか
る。別案として、一方のＯリングが石英管に他方のＯリ
ングが熱電対電線を入れるシースに取付けられた適切な
金具を代りに使用することができる。
［発明の効果］ 以上説明したように本発明による半導体ウェーハに直
接接触を行う改良された温度測定システムが提供され
る。しかもウェーハの加熱を妨げるという問題はプロー
ブの位置に関する加熱ランプの位置によりほとんど無く
することができる。更に、プローブを石英窓に永久に取
付けるのではないのでその位置に適切にシールを形成す
るに際して困難が生じない。室の真空シールは窓からお
よび熱源から遠くに設置されて、一時的なシールを構成
することができ、これによりシステムの保守が容易にな
る。このように、ウェーハの温度を直接測定する簡単
で、実用的な、しかも正確な手段が提供される。
接接触を行う改良された温度測定システムが提供され
る。しかもウェーハの加熱を妨げるという問題はプロー
ブの位置に関する加熱ランプの位置によりほとんど無く
することができる。更に、プローブを石英窓に永久に取
付けるのではないのでその位置に適切にシールを形成す
るに際して困難が生じない。室の真空シールは窓からお
よび熱源から遠くに設置されて、一時的なシールを構成
することができ、これによりシステムの保守が容易にな
る。このように、ウェーハの温度を直接測定する簡単
で、実用的な、しかも正確な手段が提供される。
第１図は、本発明によるCVD反応器を示す断面図。 第２図は、熱電対を取付ける方法の好ましい実施例を示
す断面図。 第３図は、熱電対を取付ける方法の別の実施例を示す断
面図。 第４図は、熱電対を取付ける方法の更に別の実施例を示
す断面図。 第５図は、第４図の実施例の一修正例を示す断面図。 10……プラズマ反応器室、11……ウェーハ、 12……窓、13,14,15……ポート、 21,22,23……ランプ、31……管、 32,33……リード、35……熱電対、 36……シーラント、41,42……弾性部、 45……シース。
す断面図。 第３図は、熱電対を取付ける方法の別の実施例を示す断
面図。 第４図は、熱電対を取付ける方法の更に別の実施例を示
す断面図。 第５図は、第４図の実施例の一修正例を示す断面図。 10……プラズマ反応器室、11……ウェーハ、 12……窓、13,14,15……ポート、 21,22,23……ランプ、31……管、 32,33……リード、35……熱電対、 36……シーラント、41,42……弾性部、 45……シース。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−94750（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−15816（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】半導体ウェーハを処理する装置であって、
該ウェーハを半透明の窓を通して加熱する手段を備えて
いるものにおいて、 前記窓の前記ウェーハが載置される位置に設けられたア
パーチャと、 前記アパーチャに取付けられた半透明の管と、 前記管を通して延びる温度検知手段と、 前記管の、前記窓から遠い端を封止する手段と、 を備えて成ることを特徴とする半導体ウェーハ処理装
置。 - 【請求項２】前記封止手段は取外し可能なシールを具備
する特許請求の範囲第１項に記載の半導体ウェーハ処理
装置。 - 【請求項３】前記温度検知手段は前記窓の表面に設けら
れた熱電対と、前記管を通して延びる電気リードとを具
備する特許請求の範囲第１項に記載の半導体ウェーハ処
理装置。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US020,278 | 1987-03-02 | ||
| US07/020,278 US4788416A (en) | 1987-03-02 | 1987-03-02 | Direct wafer temperature control |
| US20,278 | 1987-03-02 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63227013A JPS63227013A (ja) | 1988-09-21 |
| JP2563440B2 true JP2563440B2 (ja) | 1996-12-11 |
Family
ID=21797716
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63038789A Expired - Lifetime JP2563440B2 (ja) | 1987-03-02 | 1988-02-23 | 半導体ウェーハ処理装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4788416A (ja) |
| EP (1) | EP0280952B1 (ja) |
| JP (1) | JP2563440B2 (ja) |
| DE (1) | DE3883809T2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5136978A (en) * | 1989-10-30 | 1992-08-11 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Heat pipe susceptor for epitaxy |
| DE69111493T2 (de) * | 1990-03-12 | 1996-03-21 | Ngk Insulators Ltd | Wafer-Heizgeräte für Apparate, zur Halbleiterherstellung Heizanlage mit diesen Heizgeräten und Herstellung von Heizgeräten. |
| US5016332A (en) * | 1990-04-13 | 1991-05-21 | Branson International Plasma Corporation | Plasma reactor and process with wafer temperature control |
| US5536918A (en) * | 1991-08-16 | 1996-07-16 | Tokyo Electron Sagami Kabushiki Kaisha | Heat treatment apparatus utilizing flat heating elements for treating semiconductor wafers |
| DE69505146T2 (de) * | 1994-09-01 | 1999-02-18 | Sensarray Corp | Temperaturkalibrierungssubstrat |
| DE69842191D1 (de) * | 1997-11-05 | 2011-05-05 | Tokyo Electron Ltd | Halbleiterscheibenhaltevorrichtung |
| CA2574116A1 (en) * | 2004-07-23 | 2006-01-26 | Intellectual Property Bank Corp. | Stage for holding silicon wafer substrate and method for measuring temperature of silicon wafer substrate |
| JP4998333B2 (ja) * | 2008-03-08 | 2012-08-15 | 東京エレクトロン株式会社 | 温度測定装置、載置台構造及び熱処理装置 |
| JP2014033148A (ja) * | 2012-08-06 | 2014-02-20 | Ulvac Japan Ltd | 光照射装置 |
| WO2017169032A1 (ja) * | 2016-03-28 | 2017-10-05 | 株式会社日立国際電気 | 基板処理装置、温度測定ユニット及び半導体装置の製造方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3051813A (en) * | 1960-08-24 | 1962-08-28 | Gen Electric | Temperature control systems |
| US3754118A (en) * | 1971-02-12 | 1973-08-21 | A Booker | Flexible immersion heater |
| DE2414888C2 (de) * | 1974-03-27 | 1983-08-25 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Einrichtung zur Temperaturmessung |
| US4632056A (en) * | 1985-08-05 | 1986-12-30 | Stitz Robert W | CVD temperature control |
-
1987
- 1987-03-02 US US07/020,278 patent/US4788416A/en not_active Expired - Lifetime
-
1988
- 1988-02-15 DE DE88102173T patent/DE3883809T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1988-02-15 EP EP88102173A patent/EP0280952B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-02-23 JP JP63038789A patent/JP2563440B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0280952A2 (en) | 1988-09-07 |
| EP0280952B1 (en) | 1993-09-08 |
| DE3883809D1 (de) | 1993-10-14 |
| DE3883809T2 (de) | 1994-04-14 |
| EP0280952A3 (en) | 1990-03-21 |
| JPS63227013A (ja) | 1988-09-21 |
| US4788416A (en) | 1988-11-29 |
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