JPH10148584A - 温度検出装置 - Google Patents

温度検出装置

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JPH10148584A
JPH10148584A JP9264856A JP26485697A JPH10148584A JP H10148584 A JPH10148584 A JP H10148584A JP 9264856 A JP9264856 A JP 9264856A JP 26485697 A JP26485697 A JP 26485697A JP H10148584 A JPH10148584 A JP H10148584A
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Yuji Takebayashi
雄二 竹林
Kazumasa Makiguchi
一誠 巻口
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元一 金沢
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Abstract

(57)【要約】 【課題】アノード等被温度検出体の正確で安定した温度
検出を可能にし、温度制御対象物の温度制御の精度を向
上させる。 【解決手段】熱電対16の先端に伝熱ブロック25を固
着し、該伝熱ブロックを被温度検出体3に穿設した穴2
6に圧入した構成であり、熱電対は伝熱ブロックを介し
て被温度検出体に機械的に接触し、熱電対と被温度検出
体間での熱抵抗が少なく、熱移動も安定するので正確な
温度測定が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はプラズマCVD装置
等真空容器を有する各種真空処理装置の処理室内部の温
度を検出する温度検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体製造装置の1つであるプラズマC
VD装置等の処理装置に於いては、真空容器での処理中
の温度を検出する必要がある。特に、前記プラズマCV
D装置では処理基板を真空室内部に装入し、反応性ガス
を導入し更に加熱するか或はプラズマを発生させること
により反応ガスを分離させ前記基板上に薄膜の生成処理
等を行うものであるが、斯かる処理に於いて基板温度が
成膜速度等処理状態に大きく影響する為、処理基板が載
置される基板載置台にヒータを埋設し、該ヒータを利用
し基板載置台を介して前記処理基板を温度制御してい
る。
【0003】先ず図5に於いてプラズマCVD装置の概
略を説明する。
【0004】真空容器本体1の底部にはヒータ2が埋設
された下部電極(アノード)3が設けられ、該アノード
3はウェーハ、ガラス基板等の被処理基板4を受載可能
であり、基板載置台を兼ねている。前記真空容器本体1
の上部には該真空容器本体1を気密に閉塞する蓋5が気
密に固着され、前記アノード3に対峙する上部電極(カ
ソード)6が絶縁体11を介して前記蓋5に設けられて
いる。
【0005】前記カソード6は高周波電源12に接続さ
れ、又該カソード6は電極本体7と該電極本体7の下面
に設けられたシャワー板8から成り、該シャワー板8に
は反応ガスを真空容器本体1内に分散導入する多数のシ
ャワー孔10が穿設されている。前記電極本体7と該シ
ャワー板8の間にはガス溜まり9が形成され、該ガス溜
まり9にはガス導通路を介して図示しない反応ガス供給
源が接続されている。
【0006】而して、前記図示しない反応ガス供給源よ
り供給された反応ガスは前記ガス溜まり9を経て前記シ
ャワー孔10より前記真空容器本体1内に分散導入さ
れ、排気管13より排気される。反応ガスを導入した状
態で前記高周波電源12により前記アノード3とカソー
ド6間に高周波電力を印加しプラズマを発生させる。被
処理基板4表面で反応ガスが反応して、被処理基板4表
面に反応生成物が堆積され薄膜の生成等所要のプラズマ
処理が行なわれる。
【0007】成膜された膜の特性は基板温度を初めとす
る複数の成膜条件によって決定されるが、基板温度は最
も重要な条件である。従って従来より、プラズマ処理装
置には基板温度を測定する温度検出装置14が設けられ
ている。
【0008】前記真空容器本体1の下面に熱電対保持体
15が気密に設けられ、該熱電対保持体15には熱電対
16が気密に挿通され、該熱電対16の検出端はアノー
ド3に達し、該アノード3の温度を検出し、該アノード
3の温度検出を介して前記被処理基板4の温度を検出す
る様になっている。従来の温度検出装置を図6、図7に
より詳述する。
【0009】前記熱電対16には基幹部17が設けら
れ、該基幹部17は前記熱電対保持体15下端に設けら
れた熱電対ホルダ18によって気密に保持されている。
又、該熱電対ホルダ18は前記熱電対保持体15下端面
に気密に固着されたフランジ19、該フランジ19に内
嵌するOリング押え20、該Oリング押え20の先端に
設けられたOリング21、前記フランジ19に螺合する
ナット22から成り、該ナット22を締込むことで前記
Oリング21が圧縮され、前記基幹部17を気密に保持
する様になっている。而して、前記アノード3に嵌入し
た熱電対16の検出端で前記アノード3の温度が検出さ
れ、更に該検出結果を基に前記被処理基板4の温度が測
定される様になっている。
【0010】図8はアノード3と熱電対16の検出端と
を固定する他の例を示しており、熱電対16をスリーブ
24を介してアノード3に嵌入している。従って、熱電
対16の検出端の周囲にはスリーブ24の厚み分に相当
する隙間23が形成される。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】図5、図6に示した従
来の温度検出装置では真空容器本体1内部が加熱された
場合前記熱電対16とアノード3支持部との間で熱膨張
差が生じ、図7に示される様に熱電対16検出端とアノ
ード3間で隙間23を生じてしまう。この為、熱電対1
6とアノード3間の熱抵抗が大きくなり、正確な温度が
検出できない。更に、上記した様に成膜時には反応ガス
を導入するが、該反応ガスが前記隙間23内を充填し、
熱抵抗が一時的に減少する。被処理基板4の処理に伴い
反応ガスの導入排気が繰返される為、熱電対16検出端
とアノード3間の熱抵抗が変動して温度検出が20℃程
度ずれ不確定なものとなり、被処理基板4の安定した温
度制御が不可能となるという問題があった。又、図8に
示したものでは、検出端の周囲に隙間23が形成される
構造であり、上記した従来のものと同様、真空容器本体
1内部で圧力変動により前記隙間23も圧力変動を生
じ、アノード3と熱電対16との間の熱抵抗が変動し
て、熱電対16の測定温度に誤差が生じて測定温度が不
確定であるという問題があった。
【0012】本発明は斯かる実情に鑑み、アノード等被
温度検出体の正確で安定した温度検出を行える様にし、
ひいては被処理基板等温度制御対象物の温度制御の精度
を向上させようとするものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、熱電対の先端
に伝熱ブロックを固着し、該伝熱ブロックを被温度検出
体に穿設した穴に圧入した温度検出装置に係り、又熱電
対の先端に伝達ブロックを熱嵌めして一体化し、該伝達
ブロックを被温度検出体に穿設した穴に熱嵌めした温度
検出装置に係り、又伝熱ブロックに軸心方向に貫通する
縦通気孔を穿設した温度検出装置に係り、又伝熱ブロッ
クに内面、外面の少なくとも一方に連通する半径方向の
孔を穿設し、該孔を前記縦通気孔に連通した温度検出装
置に係り、又伝熱ブロックは熱伝導率の高い金属材料で
ある温度検出装置に係り、又熱電対の基部が熱電対ホル
ダに軸心方向に変位可能に保持された温度検出装置に係
り、又熱電対ホルダがスプリングにより熱電対先端方向
に付勢された遊動ブッシュを有し、該遊動ブッシュが熱
電対の基部に設けられた基幹部の基端側に係合する温度
検出装置に係り、又被温度検出体がプラズマCVD装置
のアノードである温度検出装置に係るものである。
【0014】熱電対は伝熱ブロックを介して被温度検出
体に機械的に接触し、熱電対と被温度検出体間での熱抵
抗が少なく、熱移動も安定するので正確な温度測定が可
能となり、又伝熱ブロックには空気抜きの為の孔が穿設
されているので圧入時に空気が封入されることがなく、
更に熱電対ホルダにより熱電対の基端が摺動自在に支持
されているので加熱冷却時の温度差による伸縮が許容さ
れ、熱電対に熱応力の発生を防止し、熱電対の熱伸縮に
よる損傷を防止する。
【0015】
【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。
【0016】図1は本発明に係る実施の形態を示す要部
を示すものであり、図1中、図6中で示したものと同様
のものには同符号を付してある。
【0017】前記熱電対16には基幹部17が設けら
れ、該基幹部17が熱電対ホルダ18によって気密に保
持されている。又、該熱電対ホルダ18は前記熱電対保
持体15下端面に気密に固着されたフランジ19、該フ
ランジ19に内嵌するOリング押え20、該Oリング押
え20の先端に設けられたOリング21、前記フランジ
19に螺合するナット22から成り、該ナット22を締
込むことで前記Oリング21が圧縮され、前記基幹部1
7を気密に保持する様になっている。
【0018】前記熱電対16は、白金等の熱電対素線を
インコネル等から成るケースの中に入れ、絶縁材である
マグネシアを装填した状態で固定された構造である。該
熱電対16の先端に円柱形の伝熱ブロック25を圧着す
る。該伝熱ブロック25は熱伝導率の高い金属、例えば
アルミニウム、銅等の材料が用いられ、或はアノード3
との電蝕を考慮し、アノード3と同材質の材料が用いら
れる。前記アノード3の下面には前記伝熱ブロック25
が嵌入する熱電対保持穴26が穿設され、前記伝熱ブロ
ック25が圧入される。ここで、熱電対保持穴26は前
記伝熱ブロック25と同一形状とし、前記熱電対保持穴
26は前記伝熱ブロック25によって完全に充填される
様にする。
【0019】前記伝熱ブロック25の軸心と平行に縦通
気孔27が上下に貫通し、又半径方向に前記縦通気孔2
7を貫通して伝熱ブロック25表面と熱電対16に達す
る横通気孔28を穿設する。
【0020】図2により前記熱電対16、前記伝熱ブロ
ック25、前記アノード3との組立を説明する。
【0021】前記熱電対16よりも伝熱ブロック25の
方が温度が高くなる様に温度差を設ける。例えば熱電対
16を0℃程度に冷やし、伝熱ブロック25を300〜
350℃程度に加熱し、前記熱電対16を伝熱ブロック
25に熱嵌めし、更に該伝熱ブロック25を中心方向に
圧縮して該伝熱ブロック25を前記熱電対16にカシメ
る。次に、前記熱電対16が嵌入された状態の伝熱ブロ
ック25を冷やし、例えば0℃程度にし、前記アノード
を加熱し、例えば300〜350℃にし、前記伝熱ブロ
ック25を前記アノード3の前記熱電対保持穴26に熱
嵌し、該保持穴26の周囲を叩き、より一層圧着させ
る。前記縦通気孔27、横通気孔28は前記伝熱ブロッ
ク25を熱電対保持穴26に圧入する場合の空気抜きの
為にあり、圧入による空気が封入されるのを防止する。
【0022】前記熱電対16に前記伝熱ブロック25を
熱嵌めし、カシメることで、該伝熱ブロック25と前記
熱電対16間で確実に機械的接触が得られ、同様に伝熱
ブロック25を熱電対保持穴26に熱嵌めし、更にカシ
メることで前記伝熱ブロック25と熱電対保持穴26間
で確実に機械的接触が得られる。又前記伝熱ブロック2
5と熱電対保持穴26間に空気が封入されることもない
ので、結局前記アノード3と前記熱電対16間で確実に
機械的な接触が得られ、熱移動は熱伝導となり熱抵抗が
少なく、更に前記伝熱ブロック25と熱電対保持穴26
との間には隙間が存在しないので反応ガスが流入するこ
ともなく、圧力変動に伴う熱抵抗の変動もなく熱移動は
安定し、温度検出のずれも5℃以内に収まり、正確な温
度検出が可能となる。
【0023】尚、図3に示す様に、前記伝熱ブロック2
5に穿設する前記縦通気孔27の数は複数でもよく、又
前記横通気孔28の数も軸心方向に所要の間隔で複数穿
設してもよい。或は、前記縦通気孔27、横通気孔28
の代わりに伝熱ブロック25の円周面に全長に亘る通気
溝を刻設してもよい。
【0024】図4により更に他の実施の形態を説明す
る。
【0025】該他の実施の形態は熱電対ホルダ18を更
に改良したものである。
【0026】フランジ19にOリング押え20を摺動自
在に内嵌し、該Oリング押え20の先端にはフランジ1
9との間でOリング21を挾設する。前記フランジ19
にパイプ状のジョイントナット30を外嵌螺合し、該ジ
ョイントナット30の内部に中心に向け突出する内フラ
ンジ31を形成し、該内フランジ31を前記Oリング押
え20の下端面に当接させる。前記熱電対16のリード
部16aが挿通し、基幹部17の下端に嵌合する様遊動
ブッシュ32を配設する。該遊動ブッシュ32の上端に
はフランジ33が形成され、該フランジ33が前記ジョ
イントナット30の下部に摺動自在に内嵌する。前記遊
動ブッシュ32が遊貫するナット34の上部を前記ジョ
イントナット30の下端部に外嵌螺合する。前記遊動ブ
ッシュ32に嵌装した圧縮スプリング35を前記フラン
ジ33とナット34の下部間に挾設する。而して前記熱
電対ホルダ18は前記基幹部17を軸心方向に摺動自在
に保持する。
【0027】真空容器本体1内が加熱され、或は冷却さ
れた場合、熱電対16は温度の変化に追従して熱膨張に
より伸縮する。前記熱電対16は伝熱ブロック25を介
してアノード3に固着されており、熱電対16の温度に
対応した伸縮は前記遊動ブッシュ32と共に前記基幹部
17が摺動し、前記熱電対16の熱膨張を吸収する。従
って、前記熱電対16に熱応力が発生するのが抑制さ
れ、熱膨張、熱収縮により破断することがない。
【0028】
【発明の効果】以上述べた如く本発明によれば、熱電対
は伝熱ブロックを介して被温度検出体に機械的に接触
し、熱電対と被温度検出体間での熱抵抗が少なく、熱移
動も安定するので正確な温度測定が可能となり、又伝熱
ブロックには空気抜きの為の孔が穿設されているので圧
入時に空気が封入されることがなく、熱移動が封入され
た空気等により影響を受けることがなく、斯かる温度検
出装置を半導体製造装置等に用いることで被処理基板の
温度制御の精度を向上し得、更に熱電対ホルダにより熱
電対の基端が摺動自在に支持されているので加熱時、冷
却時の温度差による熱電対の伸縮が許容され、熱電対の
熱伸縮による損傷が防止され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断面図である。
【図2】本実施の形態での組立手順を示す説明図であ
る。
【図3】本発明の他の実施の形態の要部を示す断面図で
ある。
【図4】本発明の更に他の実施の形態を示す断面図であ
る。
【図5】本発明が実施されるプラズマCVD装置の概略
図である。
【図6】従来例を示す断面図である。
【図7】従来例の一部を示す断面図である。
【図8】他の従来例の一部を示す断面図である。
【符号の説明】
3 アノード 16 熱電対 17 基幹部 18 熱電対ホルダ 25 伝熱ブロック 27 縦通気孔 28 横通気孔 32 遊動ブッシュ 34 ナット 35 圧縮スプリング

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 熱電対の先端に伝熱ブロックを固着し、
    該伝熱ブロックを被温度検出体に穿設した穴に圧入した
    ことを特徴とする温度検出装置。
  2. 【請求項2】 熱電対の先端に伝達ブロックを熱嵌めし
    て一体化し、該伝達ブロックを被温度検出体に穿設した
    穴に熱嵌めしたことを特徴とする温度検出装置。
  3. 【請求項3】 伝熱ブロックに軸心方向に貫通する縦通
    気孔を穿設した請求項1、請求項2の温度検出装置。
  4. 【請求項4】 伝熱ブロックに内面、外面の少なくとも
    一方に連通する半径方向の孔を穿設し、該孔を前記縦通
    気孔に連通した請求項3の温度検出装置。
  5. 【請求項5】 伝熱ブロックは熱伝導率の高い金属材料
    である請求項1〜請求項4の温度検出装置。
  6. 【請求項6】 熱電対の基部が熱電対ホルダに軸心方向
    に変位可能に保持された請求項1、請求項2の温度検出
    装置。
  7. 【請求項7】 熱電対ホルダがスプリングにより熱電対
    先端方向に付勢された遊動ブッシュを有し、該遊動ブッ
    シュが熱電対の基部に設けられた基幹部の基端側に係合
    する請求項6の温度検出装置。
  8. 【請求項8】 被温度検出体がプラズマCVD装置のア
    ノードである請求項1〜請求項7の温度検出装置。
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CN113237564A (zh) * 2021-05-07 2021-08-10 北京理工大学 一种烧蚀考核用的高温热电偶多点测温夹具

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