JPS63227013A - 半導体ウェーハ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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。

［従来の技術］ ＣＶＤ装置を動作させるにあたって、物質の被着（ｄｅ
ｐｏｓｉｔｉｏｎ）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。

従来ハ、ＣＶＤ反応室内の温度は該室（ｃｈａｍｂｅｒ
）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。

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、プローブは至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
ｌ！置されるグラフフィ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、サセプタの温度を測っているため、
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＠に開示され
ているような従来の特定のＣＶＤ反応器では、つ工−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コ 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１がウェーハの加熱を妨げることができないかあ
るいは至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。

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。

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。

［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。

［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Ｗ（ｃｈａｍｂｅｒ）　１　Ｑにつ工−
ハ１１が入っており、このウェーハは石英（ｑｕａｒｔ
ｚ）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。１１０は、ボート１３のよう
な各種ガス供給ボート、およびボート１４および１５の
ようなガス排出ボートを備えている。化学蒸着用プラズ
マ反応器至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、至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
きざによって決まる。たとえば、直径１００ｍのウェー
ハは１０００ワツトのランプ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つ工−ハを
約４００℃の温度にまで加熱する。直径が２００＃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ワツトが望ましい。ランプは
カップ形の反射器に取囲まれており、反射器はその内面
に金めつ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、はとん
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。

リード３２と３３およびシーラント３６はいくぶん弾性
を示すことがおるが、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ジャンクション
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（Ｉｎｃｏｎｅり　Ｊのよ
うな、熱的良導体で熱膨張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、当業者に
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を通して必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、おるいは中間の、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り半導体ウエー八に直接
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。至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。

【図面の簡単な説明】

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・・・ボート、２１
．２２．２３・・・ランプ、　３１・・・管、３２．３
３・・・リード、　３５・・・熱電対、３６・・・シー
ラント、　４１．４２・・・弾性部、４５・・・シース
。 特許出願人　スペクトラム・ジ−ブイディー・インコー
ホレーテッド

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体ウエーハを処理する装置であつて、該ウエー
   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、 前記窓の前記ウエ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エーハ処理装置。 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エーハ処理装置。 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エーハ処理装置。