JP3091804B2 - 半導体ウエハー用サセプターおよび半導体ウエハーの温度測定方法 - Google Patents
半導体ウエハー用サセプターおよび半導体ウエハーの温度測定方法Info
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Description
するためのサセプターに関するものである。
拡散,アニール等の工程を実施する。この際には、半導
体ウエハーをサセプター上に設置し、加熱する枚葉式処
理法が工業的に行われている。このウエハーを加熱する
際には、サセプター上に半導体ウエハーを載せて固定し
たり、静電チャックに半導体ウエハーを吸着して固定し
たりして、赤外線ランプで間接加熱する。また、本発明
者は、円盤状セラミックス基体中に高融点金属製の抵抗
発熱体を埋設し、この基体の表面に半導体ウエハーを固
定し、抵抗発熱体に通電して半導体ウエハーを加熱する
技術を、公開している。
体製造用装置においては、プラズマによる反応を用いる
ことが多くなってきており、RIE,PECVD,EC
R等の実用化が盛んである。しかし、こうした装置で
は、半導体ウエハーの温度制御が非常に困難である。
torrであり、一般のスパッタに比べ高真空化が進んでい
るうえ、プラズマ出力も大きくなってきている。従っ
て、プラズマイオンのボンバードメントによって半導体
ウエハーに急激に熱が流入する。この熱量は約1W/cm2
程度であり、温度に換算すると、1分間に 100℃ほど温
度が上昇することになる。このため、半導体ウエハーの
温度制御ができなくなっていた。
液を循環させ、半導体ウエハーを急速に冷却することが
考えられる。しかし、これでは冷却液の供給、排出系が
必要であるし、かつサセプターを同時に高温まで加熱す
ることができない。
け、この上に半導体ウエハーを設置し、半導体ウエハー
の温度が急上昇すると、上記の凹部に冷却ガスを流すこ
とも検討した。しかし、冷却ガスを流すと、装置内の真
空度が下がるので、プラズマ反応が阻害される。また半
導体ウエハーに供給される熱量が多くなると、冷却能力
が不充分であり、温度の急上昇を止めることができな
い。
プターにおいて、半導体ウエハー上で熱量の出入りがあ
り、温度が変動するときに、半導体ウエハーの温度をサ
セプター上に設置されている状態でリアルタイムで測定
する新規な方法および装置を提供することである。
ーの設置面を有する半導体ウエハー用サセプターであっ
て、緻密質セラミックスからなる基材、この基材中に埋
設されている前記設置面とほぼ平行な平板状の熱電変換
素子、およびこの熱電変換素子に対して接続されている
負荷を備えており、半導体ウエハーの温度に応じて熱電
変換素子に生ずる自己起電力に応じて負荷を流れる電流
値を測定し、この測定値から半導体ウエハーの温度を検
出することを特徴とする。また、本発明は、半導体ウエ
ハー用サセプターの半導体ウエハー設置面に設置されて
いる半導体ウエハーの温度を測定する方法であって、半
導体ウエハー用サセプターが、緻密質セラミックスから
なる基材、この基材中に埋設されている設置面とほぼ平
行な平板状の熱電変換素子、およびこの熱電変換素子に
対して接続されている負荷を備えており、半導体ウエハ
ーの温度に応じて熱電変換素子に生ずる自己起電力に応
じて前記負荷を流れる電流値を測定し、この測定値から
半導体ウエハーの温度を検出することを特徴とする。
基材内に平板状の熱電変換素子が埋設されているので、
半導体ウエハー上で熱量の出入りがあるときに、熱電変
換素子によって起電力が生じ、この起電力によって負荷
に電流が流れる。この電流値を測定することによって、
所定の検量線から、半導体ウエハーの温度を測定でき
る。この熱電変換素子とは、金属や半導体中の温度が一
様でなくなると、キャリアの移動がおこると、ゼーベッ
ク効果、ペルチェ効果、トムソン効果、エッチングハウ
ゼン効果、ネルンスト効果などの電気効果が生じる機能
を有しているものである。しかも、熱電変換素子は、緻
密質セラミックスからなる基材内に埋設されているの
で、半導体製造用のプラズマガス、腐食性ガスから保護
される。従って、長期間に亘って、半導体ウエハーの温
度を測定する機能が、損なわれない。しかも、高温下や
高真空下でも、問題なく使用できる。
を模式的に示す断面図である。サセプター1の基材2
は、緻密質セラミックスからなる。基材2の平面的形状
は、円形の他、楕円形、正方形等であってよい。
半導体素子4とからなる熱電変換素子が埋設されてい
る。P型半導体素子3は、平板状部3aと、平板状部3
aから突出した棒状端子3bとからなっている。N型半
導体素子4は、平板状部4aと、平板状部4aから突出
した棒状端子4bとからなっている。平板状部4aの貫
通孔4cを、棒状端子3bが通っている。棒状端子3
b,4bの末端が、それぞれサセプターの背面に露出し
ている。
bの各々と熱電変換効果の少ない材料で構成されてい
る。
ッチ8,負荷7が配線されている。設置面2a上に設置
された半導体ウエハーに対し、プラズマイオンのボンバ
ードメントによって熱量が与えられると、素子3,4が
熱電変換素子として働く。このときリレースイッチ8を
オンにすると、矢印Aのように電流が流れる。この結
果、熱量が電力として消費され、半導体ウエハーが冷却
される。
7を流れる電流を測定すれば、起電力の大きさから半導
体ウエハーの温度を検出することができるし、基材2が
加熱中であれば冷却することもできる。
ては、窒化珪素、窒化アルミニウム、サイアロン、炭化
珪素、アルミナ、チタニア等が好ましい。また、熱電冷
却素子の材料は、Bi2Te3−Sb2Te3系化合物, PbTe系化合
物, TAGS, Si0.8Ge0.2, FeSi2 系化合物,SiC 系化合物
などを例示できる。特に、FeSi2, SiCは、セラミック製
造技術によって、複雑な形状のp−n接合素子を簡単に
作ることができるので、好ましい。
て製造することができる。まず、図2に示すように、焼
結後のセラミックス基材9,10,P型半導体素子3,N
型半導体素子4を準備する。基材9は、P型半導体素子
3の表面を覆うためのものであり、平板状である。基材
10には、半導体素子3及び4を収容可能な凹部10aが設
けられており、かつ貫通孔4cに嵌合可能な突起10bが
設けられている。
に密着させ、棒状端子4bを貫通孔10dに貫通させ、突
起10bを貫通孔4cに嵌合させる。次いで、棒状端子3
bを貫通孔10cに挿通させ、平板状部3aを4aに密着
させる。この上から基材9を載せ、接合する。接合方法
は、ろう接合、ガラス接合が用いられる。半導体素子
は、セラミック系の焼結体の他、メタル製のもの、プリ
ントタイプの薄膜等が用いられる。
を試作し、作動実験を行った。即ち、P型半導体素子3
を、マンガンをドープしたFeSi2 で形成し、N型半導体
素子4を、コバルトをドープしたFeSi2 で形成した。基
材9,10は、いずれも窒化珪素で形成した。窒化珪素中
には、焼結助剤として、Y2O3を添加した。30重量%のY2
O3,30重量%のAl2O3, 30 重量%のSiO2及び10重量%の
Si3N4 の混合粉末を用い、1500℃で加熱してオキシナイ
トライドガラスを形成することによって、基材9と10と
を接合した。
は、予め緻密な焼結体を使用し、一体化しているが、セ
ラミックスの成形体を一体焼結する事も可能である。更
に、基材9,10,PN半導体素子3,4は、スパッタ、
CVD法によって形成する事も可能である。
3,4は、接合界面にスキ間が無く、吸熱、加熱が速や
かに基材9,10とPN半導体素子3,4の間で行なわれ
るよう、固体接触している状況が好ましく、一体化が重
要となる。このため、各材料の熱膨張率はできるだけ近
い方が良い。AlN やSi3N4, SiCを基材9,10に使用した
時には、半導体素子はSiC,SiGe等が好ましい。
外部より赤外線ランプで加熱し、温度を 800℃にした。
回路の発熱部の温度は室温とした。リレースイッチ8を
オンにし、ケーブル全体を閉回路にすると、5Aの電流
が流れた。この電流の値を検出することにより、加熱温
度を検出することができる。更に、ケーブルを閉回路に
した後、1分後には、設置面2aの温度が 690℃まで低
下した。
抵抗発熱体11を埋設するのと共に、ケーブル5A,5B
にリレースイッチ8、負荷7を接続した。この部分の動
作は、図2に示したものと同じである。基材2の内部に
は、高融点金属からなる抵抗発熱体11が埋設されてお
り、抵抗発熱体11の端部に、棒状端子12が接続されてい
る。各棒状端子12にリード線14が接続され、リード線14
が交流電源13に接続されている。
プター上の半導体ウエハー上で熱量の出入りがあるとき
に、半導体ウエハーの温度をリアルタイムで測定でき
る。しかも、熱電変換素子は、緻密質セラミックスから
なる基材内に埋設されているので、半導体製造用のプラ
ズマガス、腐食性ガスから保護される。従って、長期間
に亘って、半導体ウエハーの温度を測定する機能が、損
なわれない。しかも、高温下や高真空下でも、問題なく
使用できる。また、熱電変換素子が平板状なので、半導
体ウエハーの全体の平均的な温度を検出できる。
る。
図である。
る。
Claims (5)
- 【請求項1】半導体ウエハーの設置面を有する半導体ウ
エハー用サセプターであって、緻密質セラミックスから
なる基材、この基材中に埋設されている前記設置面とほ
ぼ平行な平板状の熱電変換素子、およびこの熱電変換素
子に対して接続されている負荷を備えており、前記半導
体ウエハーの温度に応じて前記熱電変換素子に生ずる自
己起電力に応じて前記負荷を流れる電流値を測定し、こ
の測定値から前記半導体ウエハーの温度を検出すること
を特徴とする、半導体ウエハー用サセプター。 - 【請求項2】前記半導体ウエハー用サセプターが、真空
下で使用される半導体ウエハー用サセプターであり、前
記基材が、窒化珪素、窒化アルミニウム、サイアロン、
炭化珪素、アルミナおよびチタニアからなる群より選ば
れた一種以上の緻密質セラミックスによって形成されて
おり、前記熱電変換素子が、Bi2Te3−Sb2Te3系化合物、
PbTe系化合物、TAGS、SiGe、FeSi2 系化合物お
よびSiC 系化合物からなる群より選ばれた一種以上の材
質によって形成されていることを特徴とする、請求項1
記載の半導体ウエハー用サセプター。 - 【請求項3】前記熱電変換素子が、FeSi2 系化合物およ
びSiC 系化合物からなる群より選ばれた一種以上の材質
によって形成されていることを特徴とする、請求項2記
載の半導体ウエハー用サセプター。 - 【請求項4】前記基材が、窒化珪素、窒化アルミニウム
および炭化珪素からなる群より選ばれた一種以上の緻密
質セラミックスによって形成されており、前記熱電変換
素子がSiGeおよびSiC 系化合物からなる群より選ば
れた一種以上の材質によって形成されていることを特徴
とする、請求項2記載の半導体ウエハー用サセプター。 - 【請求項5】半導体ウエハー用サセプターの半導体ウエ
ハー設置面に設置されている半導体ウエハーの温度を測
定する方法であって、前記半導体ウエハー用サセプター
が、緻密質セラミックスからなる基材、この基材中に埋
設されている前記設置面とほぼ平行な平板状の熱電変換
素子、およびこの熱電変換素子に対して接続されている
負荷を備えており、前記半導体ウエハーの温度に応じて
前記熱電変換素子に生ずる自己起電力に応じて前記負荷
を流れる電流値を測定し、この測定値から前記半導体ウ
エハーの温度を検出することを特徴とする、半導体ウエ
ハーの温度測定方法。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP5584393A JP3091804B2 (ja) | 1993-03-16 | 1993-03-16 | 半導体ウエハー用サセプターおよび半導体ウエハーの温度測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5584393A JP3091804B2 (ja) | 1993-03-16 | 1993-03-16 | 半導体ウエハー用サセプターおよび半導体ウエハーの温度測定方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06268053A JPH06268053A (ja) | 1994-09-22 |
JP3091804B2 true JP3091804B2 (ja) | 2000-09-25 |
Family
ID=13010300
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5584393A Expired - Lifetime JP3091804B2 (ja) | 1993-03-16 | 1993-03-16 | 半導体ウエハー用サセプターおよび半導体ウエハーの温度測定方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3091804B2 (ja) |
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---|---|---|---|---|
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JPH0736391B2 (ja) * | 1990-03-12 | 1995-04-19 | 日本碍子株式会社 | 半導体製造装置用ウエハー加熱装置 |
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JPH0785473B2 (ja) * | 1991-03-28 | 1995-09-13 | 日本碍子株式会社 | 半導体ウエハー加熱装置 |
-
1993
- 1993-03-16 JP JP5584393A patent/JP3091804B2/ja not_active Expired - Lifetime
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