JP3603059B2

JP3603059B2 - 半導体製造装置

Info

Publication number: JP3603059B2
Application number: JP2001232079A
Authority: JP
Inventors: 真徳小野
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2001-07-31
Filing date: 2001-07-31
Publication date: 2004-12-15
Anticipated expiration: 2021-07-31
Also published as: JP2003065859A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理基板を加熱する基板サポートに対して用いられる温度測定装置を備える半導体製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造プロセスにおいては、被処理基板に熱処理を施すことがある。このような熱処理を施すための半導体製造装置としては、加熱ヒータが内蔵された基板サポートを備えたものがある。図３（ａ）及び図３（ｂ）は、それぞれそのような基板サポートを備えた半導体製造装置の構成を示す概略図である。
【０００３】
図示するように、半導体製造装置１は、所定の真空度に減圧される真空チャンバ２を有しており、この真空チャンバ２内には基板支持装置３が設置されている。基板支持装置３は、上面に被処理基板である半導体ウェハＷが載置されるセラミック製の基板サポート３ａと、基板サポート３ａを支持するステンレス製のステージ３ｂと、両者間に配置されて熱を絶縁する絶縁プレート３ｃと、基板サポート３ａ内に埋設され、基板サポート３ａを加熱する加熱ヒータ３ｄとから構成されている。
【０００４】
このような半導体製造装置１においては、熱処理後の半導体ウェハＷの品質が基板サポート３ａの温度に大きく左右されるため、基板サポート３ａ自体の温度を正確に測定して高精度の温度管理を行う必要がある。一般に、基板サポート３ａの温度の測定には、熱電対が用いられる。熱電対としては、図３（ａ）に示す熱電対４や図３（ｂ）に示す熱電対５のようなものがある。
【０００５】
図３（ａ）に示すように、熱電対４は、一方の端部に熱電対プローブが設けられた側温部材４ａと、真空チャンバ２の壁面に気密に固定された熱電対導入端子４ｂと、測温部材４ａと熱電対導入端子４ｂとを接続するケーブル４ｃとから構成されている。測温部材４ａは、絶縁プレート３ｃに設けられた貫通孔を貫通して、熱電対プローブが設けられた端部が基板サポート３ａの下面に接触するように、ステージ３ｂに取り付けられている。熱伝対導入端子４ｂには、真空チャンバ２外に設けられた、温度保証回路が内蔵された計測器６が接続されている。
【０００６】
熱電対５は、図３（ｂ）に示すように、一方の端部に熱電対プローブが設けられ、他方の端部に上述したような計測器が接続された丸棒状のものである。熱電対５は、ステージ３ｂ及び絶縁プレート３ｃに設けられた貫通孔を貫通して、熱電対プローブが設けられた端部が基板サポート３ａの下面に接触するように、真空チャンバ２の壁面に気密に固定されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、熱電対４にあっては、ケーブル４ｃが真空チャンバ２内にあるため、ケーブル４ｃの取り回し等、取り付けの際の作業は手間がかかるものであった。
【０００８】
また、熱電対５にあっては、基板サポート３ａが加熱ヒータ３ｄにより加熱されて熱膨張するため、熱電対５の熱電対プローブが設けられた端部と基板サポート３ａの下面との接触が不十分となり、基板サポート３ａ自体の温度が正確に測定されない恐れがあった。
【０００９】
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、取り付けの際の作業の手間を低減すると共に、被測定物たる基板サポートの温度を正確に測定できる温度測定装置を備えた半導体製造装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る温度測定装置は、一方の端部に温度検出素子が設けられた棒状体と、棒状体をその長手方向において前記端部の側に付勢する付勢手段とを備えたことを特徴としている。
【００１１】
棒状体の温度検出素子が設けられた端部が付勢手段により、温度が測定される被測定部材に押し付けられ、十分な接触が保持される。これにより、被測定物の温度を正確に測定することが可能となる。また、付勢手段としてはベローズが好ましい。
【００１２】
本発明による半導体製造装置は、以上の温度測定装置を備えたものである。すなわち、本発明の半導体製造装置は、真空チャンバと、この真空チャンバ内に配置され、内部に加熱手段が埋設されている基板サポートであって、下面から前記加熱手段の近傍まで上方に延びる第１の凹部が形成されている前記基板サポートと、真空チャンバの内部と外部とを仕切るよう設けられ、基板サポートの下側にて該基板サポートを支持するステージであり、第１の凹部の下方に形成された貫通孔を有する前記ステージと、上端部に温度検出素子が設けられており、貫通孔を通って上下方向に延び、上端部が第１の凹部内にて基板サポートに接触するようになっている棒状体と、棒状体を囲むように配置され、一端が棒状体に気密に取り付けられ、他端が貫通孔の周囲のステージに気密に取り付けられているベローズとを備え、貫通孔の内壁面と貫通孔を通る棒状体との間に、棒状体の上端部が三次元的に動作可能となる大きさの間隙が設けられており、真空チャンバの内部が減圧された場合に、ベローズの内外の圧力差によって該ベローズが変形し、棒状体の上端部が第１の凹部内にて基板サポートに押し付けられるようになっていることを特徴とする。したがって、棒状体の上端部と基板サポートとの十分な接触が保持され、基板サポート自体の温度を正確に測定することができる。また、真空チャンバ内においてケーブル等が用いられることがないため、取り付けの際の作業が容易となる。
【００１３】
また、温度検出素子としては熱電対プローブが一般的である。
【００１４】
更に、上述したような半導体製造装置では、基板サポートが加熱手段により熱膨張しても、棒状体の温度検出素子が設けられた上端部がベローズにより付勢され基板サポートに押し付けられているため、棒状体の上端部と基板サポートとの十分な接触が保持される。また、貫通孔の内壁面と、貫通孔を通る棒状体との間に、棒状体の上端部が三次元的に動作可能となる大きさの間隙が設けられているため、基板サポートとステージとの間の熱膨張差を吸収できる。
【００１５】
また、基板サポートに形成された第１の凹部に棒状体の上端部を挿入することとしているので、第１の凹部の内壁面から放射される放射熱を受けることにより基板サポート自体の温度を正確に測定することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明の好適な一実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書において、「上」、「下」等の語は、図面に示す状態に基づいており、便宜的なものである。また、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係る半導体製造装置１０の構成を示す概略図であり、図２は、図１の半導体製造装置１０に取り付けられた本発明の一実施形態に係る温度測定装置１２の構成を示す概略図である。半導体製造装置１０は、例えば熱ＣＶＤ装置等であり、図１に示すように、所定の真空度に減圧される真空チャンバ１４を有している。この真空チャンバ１４内には、被処理基板である半導体ウェハＷを支持するための基板支持装置１６が設置されている。
【００１８】
基板支持装置１６は、上面に被処理基板である半導体ウェハＷが載置されるセラミック製の基板サポート１８と、基板サポート１８を支持するステンレス製のステージ２０と、基板サポート１８とステージ２０との間に配置され、ＳｉＯ_２等の熱的絶縁性に優れた材料からなる絶縁プレート２２と、基板サポート１８内に埋設され、基板サポート１８を加熱する加熱ヒータ２３（加熱手段）とを備えて構成されている。ステージ２０からは、筒状部２４が下方に向かって延びており、筒状部２４の下端は、真空チャンバ１４の底部に形成された開口部２６を囲んで真空チャンバ１４の底面に気密に固定されている。
【００１９】
図２に示すように、基板サポート１８の下面には、凹部２８が形成されている。また、絶縁プレート２２の、基板サポート１８の下面に形成された凹部２８に対向する位置には、貫通孔３０が形成されている。さらに、ステージ２０の上面の、凹部２８に対向する位置には、凹部３２が形成されている。この凹部３２の底部には、貫通孔３４が形成されている。
【００２０】
温度測定装置１２は、上下方向に延びる丸棒状の棒状体３６を有している。棒状体３６は金属性であり、その上端部には温度検出素子である熱電対プローブ３７が内蔵されている。この熱電対プローブ３７は、棒状体３６の内部を通るリード線３９を介して、温度補償回路が内蔵された計測器３８に接続されている。棒状体３６の上端部は、基板サポート１８の下面に形成された凹部２８に挿入され、その上端は、凹部２８の底面に接触している。棒状体３６と凹部２８の内壁面との間には、所定の大きさの間隙４０が形成されている。また、棒状体３６の下端は、ステージ２０の凹部３２の底部に形成された貫通孔３４を貫通し、半導体製造装置１０の外部に突出している。なお、棒状体３６の上端部の形状を半球状とすれば、経年変形を減少させ耐久性を向上させることができると共に、被測定物との接触面積が一定となり、被測定物の温度を正確に測定することが可能となる。
【００２１】
棒状体３６には、その周囲を囲んで、円筒状の筒状体４２が気密に固定されている。筒状体４２の上端には、円板状のフランジ部４４が一体的に形成されている。フランジ部４４の上面と棒状体３６の上端との上下方向に沿った距離は、基板サポート１８の下面に形成された凹部２８の深さよりも大きくなっている。また、筒状体４２の下端は、ステージ２０の凹部３２の底部に形成された貫通孔３４を貫通しており、筒状体４２と貫通孔３４の内壁面との間には、所定の大きさの間隙４６が形成されている。
【００２２】
ステージ２０の凹部３２内には、棒状体３６の周囲を囲んで、付勢手段であるベローズ４８が配置されている。ベローズ４８の上端は、筒状体４２のフランジ部４４の下面に気密に取り付けられ、また、下端は、ステージ２０の凹部３２の底部に形成された貫通孔３４の周囲を囲んで、凹部３２の底面に気密に取り付けられている。
【００２３】
以上のように構成された半導体製造装置１０及び温度測定装置１２によれば、温度測定装置１２においては筒状体４２が棒状体３６に気密に固定されており、また、筒状体４２とステージ２０との間はベローズ４８により気密性が保持させているため、真空チャンバ１４内の気密性が破られることはない。したがって、真空チャンバ１４内を所定の真空度に減圧すると、真空チャンバ１４内の減圧による外部との圧力差によってベローズ４８が上方に向かって伸び、棒状体３６の上端が、基板サポート１８の下面に形成された凹部２８の底面に押し付けられる。これにより、基板サポート１８が加熱ヒータ２３により加熱されて熱膨張しても、棒状体３６の上端と基板サポート１８との十分な接触が保持される。
【００２４】
さらに、このとき、温度測定装置１２は、間隙４０により基板サポート１８に対して、また、間隙４６によりステージ２０に対して、それぞれ３次元的な動作が可能となっているため、基板サポート１８とステージ２０との熱膨張差を吸収することができ、温度測定装置１２等にストレスが生じることもなく温度測定装置１２等の破損を防止することが可能となる。
【００２５】
また、棒状体３６の熱電対プローブ３７が内蔵された上端部は、基板サポート１８の下面に形成された凹部２８に挿入されているため、凹部２８の内壁面から放射される放射熱を受けることにより、基板サポート１８自体の温度を正確に測定することが可能となる。
【００２６】
次に、基板支持装置１６の組み立てについて説明する。絶縁プレート２２上に基板サポート１８を設置する前の状態において、絶縁プレート２２に形成された貫通孔３０から、ステージ２０に形成された凹部３２内に温度測定装置１２を設置する。そして、温度測定装置１２の棒状体３６の上端部が基板サポート１８の下面に設けられた凹部２８に挿入されるように、基板サポート１８を絶縁プレート２２上に設置する。
【００２７】
このように、ケーブル等が用いられることがないため、取り付けの際の作業が容易となる。また、上述したように温度測定装置１２は、基板サポート１８及びステージ２０に対して、３次元的な動作が可能となっているため、絶縁プレート２２上に基板サポート１８を設置する際のシビアな位置合わせが不要となる。
【００２８】
以上、本発明の好適な一実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことはいうまでもない。
【００２９】
上記実施形態では、付勢手段としてベローズを用いたが、本発明に係る温度測定装置における付勢手段としては、コイルばねを用いてもよい。温度測定装置が取り付けられる部材において、外部との気密性を保持する必要のない場合に特に有効である。
【００３０】
また、上記実施形態では、加熱ヒータが内蔵された基板サポートの温度を測定する場合について説明したが、本発明に係る温度測定装置は、ハロゲンランプ等の加熱ランプにより加熱される基板サポートの温度を測定するような場合にも適用可能である。また、本発明に係る温度測定装置は、半導体製造装置における基板サポートの温度を測定する場合に限られず、種々の部材の温度を測定する場合においても適用可能である。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、棒状体の温度検出素子が設けられた端部が付勢手段により、温度が測定される被測定部材に押し付けられるため、被測定部材が熱膨張等により変形しても、十分な接触が保持される。これにより、被測定物の温度を正確に測定することが可能となる。
【００３２】
また、真空チャンバと、真空チャンバ内に設置されたステージと、ステージに取り付けられた基板サポートとを備えた半導体製造装置に、付勢手段としてベローズを用いた温度測定装置を取り付ければ、真空チャンバ内の減圧による外部との圧力差によってベローズが変形し、棒状体の温度検出素子が設けられた端部が基板サポートに押し付けられる。したがって、棒状体の前記端部と基板サポートとの十分な接触が保持され、基板サポート自体の温度を正確に測定することができる。また、真空チャンバ内においてケーブル等が用いられることがないため、取り付けの際の作業が容易となり、作業時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体製造装置の構成を示す概略図である。
【図２】図１の半導体製造装置に取り付けられた温度測定装置の構成を示す概略図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ従来の半導体製造装置の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１０…半導体製造装置、１２…温度測定装置、１４…真空チャンバ、１８…基板サポート、２０…ステージ、３４…貫通孔、３６…棒状体、４８…ベローズ。

Claims

真空チャンバと、
前記真空チャンバ内に配置され、内部に加熱手段が埋設されている基板サポートであって、下面から前記加熱手段の近傍まで上方に延びる第１の凹部が形成されている前記基板サポートと、
前記真空チャンバの内部と外部とを仕切るよう設けられ、前記基板サポートの下側にて該基板サポートを支持するステージであり、前記第１の凹部の下方に形成された貫通孔を有する前記ステージと、
上端部に温度検出素子が設けられており、前記貫通孔を通って上下方向に延び、前記上端部が前記第１の凹部内にて前記基板サポートに接触するようになっている棒状体と、
前記棒状体を囲むように配置され、一端が前記棒状体に気密に取り付けられ、他端が前記貫通孔の周囲の前記ステージに気密に取り付けられているベローズと、
を備え、
前記貫通孔の内壁面と、前記貫通孔を通る前記棒状体との間に、前記棒状体の上端部が三次元的に動作可能となる大きさの間隙が設けられており、
前記真空チャンバの内部が減圧された場合に、前記ベローズの内外の圧力差によって該ベローズが変形し、前記棒状体の前記上端部が前記第１の凹部内にて前記基板サポートに押し付けられるようになっていることを特徴とする半導体製造装置。
前記温度検出素子は熱電対プローブであり、前記棒状体の前記上端部に内蔵されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
前記ステージには、前記第１の凹部の下側で下方に延びる第２の凹部が形成されており、前記貫通孔は該第２の凹部の底部に形成されており、前記ベローズは前記第２の凹部内に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体製造装置。