JP3874042B2 - Temperature sensor support device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置の処理室、或はその他熱処理装置の処理室内の温度を検出する温度センサを支持する為の温度センサの支持装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
加熱処理を行う処理装置、例えば半導体製造装置の処理室ではシリコンウェーハ等の被処理基板に薄膜を生成、エッチング、或はアニール処理等の熱処理を行うが、処理中の温度は成膜状態、処理状態に大きく影響する。従って、処理室内の所要箇所に温度センサを設置して、処理中の温度を検出すると共に、検出結果を基に温度制御を行っていた。
【0003】
従来処理室内の温度を検出する方法としては、シース熱電対を処理室外部から挿入して検出し、シースが加熱され発光する受光量を検出しているか、或は熱電対をシリコンチップに接着し、該シリコンチップを処理室内の所要箇所に設置し検出している。特に、処理室が気密構造である場合は熱電対の貫通箇所にはハーメチックフランジを用いて気密としている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
シース熱電対を処理室内に挿入するもので、シースに金属を用いた場合は、急速高温加熱した場合の熱衝撃に弱い。又、半導体を製造する場合では金属汚染の原因となる虞れがある。熱衝撃、金属汚染を考慮しシースをセラミック、又は石英で製作した場合は応答性に欠け、又受光量に問題があり、温度検出の信頼性に欠けるという問題があった。
【0005】
次に、熱電対をシリコンチップに接着するものでは、シリコンチップを処理室内の所定箇所に正確に位置決めする手段がなく、又位置決め後固定する手段もないので所定の位置に正確に設置することが難しい。更に、センサ周辺の影響を受けやすく、設定位置により測定結果にばらつきを生じ、温度検出の再現性に問題があった。
【0006】
本発明は斯かる実情に鑑み、急速加熱した場合の熱衝撃に耐え、更に温度検出の信頼性、再現性を向上させようとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被処理基板を表裏両面から加熱する加熱室と、該加熱室に挿入される温度検出ユニットとを具備し、該温度検出ユニットは、熱電対の温度検出端が接着されたセンサチップと、前記加熱室に気密に固着され着脱可能なロッド支持部に支持ロッドを固着し、該支持ロッドを前記加熱室内に挿入可能とすると共に前記支持ロッドの先端に1対のクランプを設けてユニット化した支持装置とを有し、該支持装置は前記クランプにより前記センサチップを表裏両面から光の照射を受ける様に把持すると共に前記加熱室の所定の高さに支持する様構成した熱処理装置に係るものであり、又被処理基板を表裏両面から加熱する加熱室を有する熱処理装置に用いられ、熱電対の温度検出端が接着されたセンサチップと、前記加熱室に気密に固着され着脱可能なロッド支持部に支持ロッドを固着し、該支持ロッドを前記加熱室内に挿入可能とすると共に前記支持ロッドの先端に1対のクランプを設けてユニット化した支持装置とを有し、該支持装置は前記クランプにより前記センサチップを表裏両面から光の照射を受ける様に把持すると共に前記加熱室の所定の高さに支持する様構成した温度検出ユニットに係るものであり、更に又被処理基板を表裏両面から加熱する加熱室を有する熱処理装置に用いられ、熱電対の温度検出端が接着されたセンサチップと、前記加熱室に気密に固着され着脱可能なロッド支持部に支持ロッドを固着し、該支持ロッドを前記加熱室内に挿入可能とすると共に前記支持ロッドの先端に1対のクランプを設けてユニット化した支持装置とを有し、該支持装置は前記クランプにより前記センサチップを表裏両面から光の照射を受ける様に把持すると共に前記加熱室の所定の高さに支持する様構成した温度検出ユニットにより、前記加熱室の温度を検出する工程と、検出された温度に基づき前記加熱室で被処理基板を加熱する工程とを有する半導体装置の製造方法に係るものである。
【0008】
温度検出センサはユニット化された温度センサの支持装置に支持されるので、取扱が容易であり、保守性が良く、更に温度センサ把持部は可動であり熱膨張差を吸収でき損傷を防止し、センサチップはクランプにより把持した構成であるので着脱も容易であり、又センサチップは表裏両面から光の照射を受けるので、検出温度は加熱室内の加熱状態を反映し、正確な温度測定が可能となる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【0010】
先ず、図2、図3に於いて、本発明が実施された半導体製造装置の処理室、特に急速高温加熱が行われるランプアニール処理装置について説明する。
【0011】
中央に円形の空間が形成された加熱室壁部1の下端に透明な底板2を介して加熱室底部3が気密に設けられ、前記加熱室壁部1の上端には透明な天板4を介して加熱室天井部5が気密に設けられている。前記加熱室壁部1の空間には円筒状の内壁6が嵌設され、前記底板2、天板4、内壁6により加熱室7が画成される。
【0012】
前記加熱室底部3には前記底板2に対向して反射板8が設けられ、該反射板8と前記底板2との間に図3中紙面に対して垂直な棒状のランプ、例えばハロゲンランプ9が所要間隔で設けられ、下ランプユニット10を構成する。前記加熱室天井部5には前記天板4に対向して反射板12が設けられ、該反射板12と前記天板4との間に図3中紙面に対して垂直な棒状のランプ、例えばハロゲンランプ9が所要間隔で設けられ、上ランプユニット13を構成する。
【0013】
前記加熱室7には前記天板4に対向して上均熱板14が設けられ、前記底板2に対向して下均熱板15が設けられ、該下均熱板15は中央部が刳貫かれ、中央部には回転ステージ16が設けられている。該回転ステージ16は前記加熱室底部3を貫通して下方に延出する支持軸17に支持されると共に該支持軸17を介して回転される様になっている。前記回転ステージ16には被加熱物、例えばウェーハ18が載置可能であり、該ウェーハ18は前記加熱室壁部1に穿設された搬送口19、前記内壁6に穿設された通孔20を通して搬入、搬出され、前記搬送口19はゲート弁21により気密閉塞或は開放可能となっている。
【0014】
前記ウェーハ18の搬入搬出方向と平行に2組の棒状の温度検出ユニット24,25が中心線を挾んで対称な位置に、前記加熱室壁部1を貫通して気密に取付けられ、又前記ウェーハ18の搬入搬出方向と直交し、中心線を挾んで対向して温度検出ユニット26,27が前記加熱室壁部1を貫通して気密に取付けられている。
【0015】
前記温度検出ユニット24,25,26,27の温度検出点はそれぞれの先端に位置し、各温度検出点は加熱室7の中心と同心の円周の4等分した位置に配置される。前記温度検出ユニット24,25,26,27の温度検出結果は適宜目的に合わせて使用され、例えば前記温度検出ユニット24の温度検出結果は温度制御用、温度検出ユニット25の温度検出結果は加温モニタ用、温度検出ユニット26,27の温度検出結果はモニタ用にそれぞれ利用される。
【0016】
前記温度検出ユニット24,25,26,27を説明する。尚、温度検出ユニット24,25,26,27は同一構造であるので、以下は温度検出ユニット25について説明する。
【0017】
固定クランプ30は基部を上下2枚のクランプ保持板31により挾持固着され、前記固定クランプ30に対峙する略L字形状の可動クランプ32は前記クランプ保持板31間に挿入されると共にピン33を介して枢着されている。前記固定クランプ30の内側には前記可動クランプ32側に突出する固定突起34,34が形成されると共に前記固定クランプ30の内側基部には位置決め舌部35が形成されている。前記可動クランプ32の内側先端部には前記固定クランプ30側に突出する可動突起36が突設されると共に可動クランプ32の内側基部には位置決め舌部37が形成され、前記可動クランプ32の角部には受圧部38が突設されている。後述する様に固定クランプ30、可動クランプ32間にセンサチップ40を把持する。
【0018】
前記クランプ保持板31には支持ロッド42の先端が固着され、該支持ロツド42にはスライドパイプ43が摺動自在に嵌合すると共にスプリング44が嵌設されている。前記支持ロッド42にスプリングストッパ45がボルト46により固着され、前記スプリング44は前記スライドパイプ43とスプリングストッパ45間で圧縮状態であり、前記スライドパイプ43を前記クランプ保持板31側に付勢している。
【0019】
前記スライドパイプ43の先端部には駒47が固着され、前記スライドパイプ43は前記駒47を介して前記受圧部38に当接し、前記可動クランプ32は前記ピン33を中心に先端が中心側に付勢されている。前記支持ロッド42の基端部は前記スプリングストッパ45を貫通し、基端部には割りリング48が嵌合され、更に基端部はロッドホルダ49に嵌合し、押し螺子50により固定されている。前記ロッドホルダ49は先端側、基端側にそれぞれフランジ部52,53を有するボビン状であり、先端側は更にボス部54が突出し、該ボス部54に前記支持ロッド42の基部が嵌合する。前記ロッドホルダ49は中空であり、前記ボス部54にはロッド保持孔55が穿設されると共に該ロッド保持孔55の両側に通孔56,56が穿設され、前記ロッド保持孔55、通孔56,56はロッドホルダ49の中空部(図示せず)に連通している。前記フランジ部52の先端面にはOリング溝57が刻設され、該Oリング溝57にはOリング58が嵌設される。
【0020】
前記固定クランプ30、可動クランプ32、支持ロッド42等によりセンサチップ支持部73が構成され、前記ロッドホルダ49、フランジ61によりロッド支持部74が構成され、前記センサチップ40は前記センサチップ支持部73とロッド支持部74とでユニット化された支持装置に着脱可能に支持される。
【0021】
上記した固定クランプ30、クランプ保持板31、可動クランプ32、ピン33、支持ロッド42、スライドパイプ43等前記加熱室7内に露出するものは金属汚染を避ける為石英製となっている。又、前記スプリング44、スプリングストッパ45は金属製であるが、加熱室7の周辺部であり、特に加熱室壁部1の内部に入込んでおり、光の照射を受けないので金属汚染の原因とならない。
【0022】
前記ロッドホルダ49にはフランジ61がOリング62を介在させボルト60により気密に固着される。前記フランジ61の先端面にはOリング溝63が刻設され、該Oリング溝63には前記Oリング62が嵌設される。前記フランジ61には2本の導電線64,65が気密に挿通され、該導電線64,65の両端はフック形状に屈曲されている。
【0023】
前記センサチップ40の中央には熱電対の温度検出端67が埋込まれ接着され、温度センサとして機能する。前記温度検出端67より延びる熱電対素線68,68は石英チューブ69,69で被覆されている。該石英チューブ69で被覆された熱電対素線68,68は前記クランプ保持板31とクランプ保持板31との間隙を挿通し、前記通孔56,56を挿通する。熱電対素線68,68の基端は前記導電線64,65のフック部に螺子70,70によって接続される。
【0024】
前記センサチップ40はクランプ保持板31側の両角部が前記位置決め舌部35、位置決め舌部37にそれぞれ当接し、軸心方向の位置決めがされ、更に前記スプリング44の付勢力により、前記固定突起34,34と可動突起36の3点により適宜な力で把持される。
【0025】
前記加熱室壁部1への取付けは、前記ボス部54より先端側を加熱室7内に挿入し、前記フランジ部52をボルトにより固着する。前記フランジ部52と加熱室7間にはOリング58が介在し、気密となる。
【0026】
前記センサチップ40は前記固定クランプ30、可動クランプ32により把持されることで、前記フランジ部52からの寸法は機械的に決定され、更に所定の高さに保持される。
【0027】
以下、作用を説明する。
【0028】
前記ゲート弁21が開かれ、前記搬送口19を通してウェーハ18が回転ステージ16に載置される。前記ゲート弁21が前記搬送口19を閉鎖し、前記ランプ9、ランプ9が加熱する。加熱中は前記回転ステージ16が回転する。ランプ9、ランプ9は先ず上均熱板14、下均熱板15、回転ステージ16を加熱し、該上均熱板14、下均熱板15、回転ステージ16を介して前記ウェーハ18を加熱する。この為、ランプ9、ランプ9の加熱むらが解消され、前記ウェーハ18は均一に加熱される。
【0029】
加熱中前記センサチップ40も加熱され、加熱中の温度は前記温度検出端67により検出される。前記センサチップ40、固定クランプ30、可動クランプ32は加熱により熱膨張し、熱膨張差による変位が生じるが、前記可動クランプ32は可動であり、熱膨張差分が変位し、該変位は前記スライドパイプ43の軸方向の変位、前記スプリング44の撓み変化により吸収される。而して、前記固定クランプ30、可動クランプ32、センサチップ40が熱膨張で損傷することはない。
【0030】
更に、前記センサチップ40と前記固定クランプ30、可動クランプ32との接触箇所は固定突起34、位置決め舌部35、可動突起36、位置決め舌部37と部分的であり、接触部が少なく温度の逃げが少なく、而もセンサチップ40自体は熱容量の少ないものとすることができ、急速加熱に対する熱応答性が良く、更には表裏両面で光の照射を受けるので、検出温度は加熱室内の加熱状態を反映し、正確な温度測定が可能となる。
【0031】
前記4つの温度検出ユニット24,25,26,27による検出結果は、温度検出ユニット24については温度制御用、温度検出ユニット25については過温監視用に、又温度検出ユニット26,27についてはモニタ用に利用される。
【0032】
温度検出ユニットの保守点検を行うには温度検出ユニットをランプアニール装置の室外から着脱を行う。又温度検出ユニットの予備を設けておけば、保守点検中加熱炉を休止させる必要が無く稼働率が向上する。
【0033】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、温度検出センサはユニット化された温度センサの支持装置に支持されるので、取扱いが容易であり、保守性が良く、加熱室の所要の高さに支持可能であるので温度検出センサは表裏両面から加熱され、更に温度センサ自体は熱容量が小さいものとすることができ、加熱に対する応答性が良く正確な温度測定が可能となり、更に温度センサ把持部は稼働であり熱膨張差を吸収でき損傷を防止し、更にロッド支持部は気密構造であるので加熱室への着脱が容易であり、更に温度検出器の着脱も容易である等の優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示す分解斜視図である。
【図2】本発明に係る温度センサの支持装置が設けられるランプアニール装置の平面図である。
【図3】同前ランプアニール装置の立断面図である。
【符号の説明】
1 加熱室壁部
7 加熱室
10 下ランプユニット
13 上ランプユニット
18 ウェーハ
24 温度検出ユニット
25 温度検出ユニット
26 温度検出ユニット
27 温度検出ユニット
30 固定クランプ
32 可動クランプ
40 センサチップ
42 支持ロッド
43 スライドパイプ
44 スプリング
49 ロッドホルダ
61 フランジ
67 温度検出端
68 熱電対素線
73 センサチップ支持部
74 ロッド支持部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a temperature sensor support device for supporting a temperature sensor for detecting a temperature in a processing chamber of a semiconductor manufacturing apparatus or a processing chamber of another heat treatment apparatus.
[0002]
[Prior art]
In a processing chamber of a heat treatment apparatus, for example, a semiconductor manufacturing apparatus, a thin film is formed on a substrate to be processed such as a silicon wafer, and heat treatment such as etching or annealing is performed. It greatly affects the state. Therefore, a temperature sensor is installed at a required location in the processing chamber to detect the temperature during processing, and temperature control is performed based on the detection result.
[0003]
Conventionally, the temperature inside the processing chamber is detected by inserting a sheath thermocouple from the outside of the processing chamber to detect the amount of light received when the sheath is heated, or by bonding the thermocouple to a silicon chip. The silicon chip is installed and detected at a required location in the processing chamber. In particular, when the processing chamber has an airtight structure, hermetic flanges are used to seal the thermocouple through portions.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
A sheath thermocouple is inserted into the processing chamber. When a metal is used for the sheath, it is vulnerable to thermal shock when heated rapidly. Moreover, when manufacturing a semiconductor, there exists a possibility of causing a metal contamination. When the sheath is made of ceramic or quartz in consideration of thermal shock and metal contamination, there is a problem of lack of responsiveness, a problem with the amount of received light, and a lack of reliability in temperature detection.
[0005]
Next, in the case where the thermocouple is bonded to the silicon chip, there is no means for accurately positioning the silicon chip at a predetermined position in the processing chamber, and there is no means for fixing the silicon chip after positioning. difficult. Furthermore, it is easily affected by the periphery of the sensor, the measurement results vary depending on the set position, and there is a problem in the reproducibility of temperature detection.
[0006]
In view of such circumstances, the present invention is intended to withstand thermal shock when rapidly heated and to further improve the reliability and reproducibility of temperature detection.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes a heating chamber for heating a substrate to be processed from both front and back sides, and a temperature detection unit inserted into the heating chamber, and the temperature detection unit is a sensor chip to which a temperature detection end of a thermocouple is bonded. A support rod fixed to a detachable rod support that is airtightly fixed to the heating chamber, the support rod can be inserted into the heating chamber, and a pair of clamps are provided at the tip of the support rod. phased and a support device, the support device is a heat treatment apparatus constructed as to be supported at a predetermined height of the heating chamber together with the to the bunch equity as a sensor chip from the front and back surfaces irradiated with light by the clamp are those according to, and used in the heat treatment apparatus having a heating chamber for heating a substrate to be processed from both sides, is fixed and the sensor chip temperature sensing end of the thermocouple is bonded, hermetically to the heating chamber A support device fixed to a detachable rod support, the support rod can be inserted into the heating chamber, and a pair of clamps are provided at the tip of the support rod to form a unit; and supporting device is intended according to the temperature detection unit configured as to support a predetermined height of the heating chamber together with the to the bunch equity as a sensor chip from the front and back surfaces irradiated with light by the clamp, to be further or Used in a heat treatment apparatus having a heating chamber for heating a processing substrate from both front and back surfaces, a sensor chip to which a temperature detection end of a thermocouple is bonded, and a support rod to a rod support portion that is hermetically fixed to and removable from the heating chamber. And a support device that is unitized by providing a pair of clamps at the tip of the support rod, the support device being unitized by allowing the support rod to be inserted into the heating chamber. By the temperature detection unit configured as to support a predetermined height of the heating chamber as well as lifting the bunch as irradiated with light of the sensor chip from both sides by serial clamp, and detecting the temperature of the heating chamber And a step of heating the substrate to be processed in the heating chamber based on the detected temperature.
[0008]
Since the temperature detection sensor is supported by a unitized temperature sensor support device, it is easy to handle, has good maintainability, and the temperature sensor grip is movable and can absorb the difference in thermal expansion to prevent damage. Since the sensor chip is held by a clamp, it is easy to attach and detach, and the sensor chip is irradiated with light from both the front and back sides, so the detected temperature reflects the heating state in the heating chamber and enables accurate temperature measurement. Become .
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0010]
First, referring to FIG. 2 and FIG. 3, a processing chamber of a semiconductor manufacturing apparatus in which the present invention is implemented, particularly a lamp annealing processing apparatus in which rapid high temperature heating is performed will be described.
[0011]
A
[0012]
A
[0013]
The
[0014]
Two sets of rod-shaped
[0015]
The temperature detection points of the
[0016]
The
[0017]
The fixed
[0018]
A tip of a
[0019]
A
[0020]
The fixed
[0021]
What is exposed in the
[0022]
A
[0023]
A
[0024]
The
[0025]
For attachment to the
[0026]
The
[0027]
The operation will be described below.
[0028]
The
[0029]
During the heating, the
[0030]
Further, the
[0031]
The detection results of the four
[0032]
To perform maintenance and inspection of the temperature detection unit, the temperature detection unit is attached and detached from the outside of the lamp annealing apparatus. If a spare temperature detection unit is provided, it is not necessary to stop the heating furnace during maintenance and inspection, and the operating rate is improved.
[0033]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the temperature detection sensor is supported by the unitized temperature sensor support device, it is easy to handle, has good maintainability, and can be supported at the required height of the heating chamber. Therefore, the temperature detection sensor can be heated from both the front and back sides, and the temperature sensor itself can have a small heat capacity, and the temperature response can be accurately measured with good response to heating. It can absorb the difference in thermal expansion and prevent damage, and the rod support part has an airtight structure, so it can be easily attached to and detached from the heating chamber, and the temperature detector is also easy to attach and detach. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of a lamp annealing apparatus provided with a temperature sensor support device according to the present invention.
FIG. 3 is an elevational sectional view of the same lamp annealing apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
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