JPH0270067A - プラズマｃｖｄ装置の温度センサの構造 - 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〕 この発明は、プラズマＣＶＤ１置による被成膜基板（以
下、単に基板とも記す）への成膜に必要とする時間を短
縮するため、成膜に先立つ基板の加熱をインラインプロ
セス中の別工程として基板を成膜原料ガスのない真空加
熱室で予備加熱する際の基板温度を検出する温度センサ
であって、赤外線と−タが内装された真空加熱室の壁面
を外部から貫通して該加熱室内へ導入され被成膜基板に
非接触で被成膜基板の温度を検出する温度センサの構造
に関する。

〔従来の技術〕

被成膜基板の温度は、基板にＳそっけないようにするた
め、非接触で測定する場合が多い。非接触で測温する方
法には、熱放射を測定する方法と、第５図に示すように
、真空加熱室を構成する方形箱状の真空容器１の対向す
る２壁面の間にそれぞれ壁面に沿っ、て鉛直方向に配さ
れ背面側（壁面側）にレフレクタ５を有する複数の赤外
線ヒータ４が内装された真空加熱室の前記壁面の１つを
外部から貫通して加熱室内に導入された。先端部に測温
用センサ素子を備えた棒状の温度センサ１３を、前記鉛
直方向に配された赤外線ヒータ列の間で搬送装置８上に
鉛直に立設されたサセプタ２に装着された基板３の前面
側に基板から離して、基板の加熱条件に類似した位置に
固定して測温する方法とがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記２方法におけるそれぞれの問題点は次の通りである
。すなわち、熱放射を測定する方法では、被成膜基板が
装着されるサセプタの面の状態で放射係数が変化し、基
板温度が実際には同一であってもサセプタごとに測温結
果にばらつきが生じうるという問題があった。また、温
度セン廿を被成膜基板から離しそのセンサ素子が被成膜
基板の加熱条件と類似する加熱室内の部位に位置するよ
うに温度センサを固定して測温する方法では、温度セン
サと被成膜基板との熱容量の違いから、被成膜基板の温
度と、温度センサが検出した温度とｌこは多分に差が生
じ、温度センサの検出温度を補正して被成膜基板の温度
とする必要があった。

また、真空加熱室内で被成膜基板の加熱が終了すると、
次室への扉が開き、被成膜基板が装着されているサセプ
タが真空下において次室に搬送され、扉が閉じ、真空加
熱室はＮ２ガス等の気体により大気圧に戻され、次ロッ
トの被成膜基板を取り付けたサセプタが新たに真空加熱
室に搬入され、真空引き完了後、加熱が開始されるが、
その際、タクトタイムが小さいと、温度センサの冷却が
十分でなく、温度センサ自体の温度が被成膜基板の始発
温度まで下がっていない場合があり、この状態で次ロッ
トの加熱を開始すると、検出された温度は、温度センサ
の熱容量が小さいことも手伝って、実際の基板温度より
も益々高くなり、検出温度が基板に対して設定された基
準値対応値に到達しても基板温度はその基準値に到達し
ないという問題があった。

この発明の目的は、加熱過程における基板温度と検出温
度とを近似させかつ、加熱終了後は短時間にセンサ素子
まわりの温度を基板の始発温度まで容易に下けうる構造
の温度センサを提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、この発明によれば、赤外線
ヒータが内装された真空加熱室の壁面を外部から貫通し
て該加熱室内へ導入され被成膜基板に非接触で被成膜基
板の温度を検出する温度センサの構造を、先端部にセン
サ素子を備えた剛性を有する管または棒に、真壁加熱室
内で被成膜基板の熱時定数に近似した熱時定数を示す蓄
熱片がセンサ素子の温度検出対象部材となるように取り
付けられるとともに、被成膜基板の加熱終了後に前記蓄
熱片の温度を加熱前の被成膜基板の温度まで冷却するた
めのガスを蓄熱片位置まで導くガス導管が前記の管また
は禅に沿って配されかつ導管または棒と一体化されてい
る構造とするものきする。

〔作用〕

温度センサの構造をこのように構成することにより、加
熱が終了した前ロットの被成膜基板が次室へ搬入された
後に真壁加熱室を大気圧に戻すためのＮ２ガス等の気体
を用いて蓄熱片を冷却して次ロットの加熱開始時点の蓄
熱片温度を基板の始発温度に容易に一致させることがで
き、さらに、この蓄熱片はサセプタに装着された基板と
ほぼ同一の熱時定数を有するから、温度センサによる検
出温度は常に基板温度を正しく表わし、設定された基準
温度での成膜が容易に可能となる。

〔実施例〕

第１図に本発明の一実施例を示し、第３図に第１図に示
す温度センサの構造と対比される従来の温度センサの構
造例を示す。真空加熱室を構成する真空容器１の壁面を
貫通してこれに溶接されたボス７ａは、温度センサ１３
　、１４が挿通される孔７ａｌと、パツキン７ｂおよび
押え金具７ｃが挿入される孔７ａ２とを形成され、ナツ
ト７ｄとともに、孔７ａ１を挿通して真空容器１内に挿
入される温度センサ１３　、１４を真空容器１の壁面に
気密に保持するセンサ導入部７を形成している。

ところで、従来の温度センサ１３ば、欅６の先端部にセ
ンサ素子９１例えば熱電対を備えたのみの、センサ素子
まわりの熱容量の極めて小さい温度センサとして構成さ
れている。これに対し、第１図に示す温度センサ１４で
は、棒６の先端に熱容量の太きい、ブロック状の蓄熱片
１０を、センサ素子９の感ｄ部を包囲するように溶接し
て取り付け、蓄熱片を温度センサの温度検出対象部材と
するとともに、下記（１）式で求められる蓄熱片の熱時
定数がサセプタ２（第５図）に装着された被成膜基板３
の熱時定数とほぼ等しくなるように蓄熱片の材質、容積
６表面積が決められている。

ここで、τは熱時定数、Ｃは比熱、γは蓄熱片の密度、
■は蓄熱片の容積、αは蓄熱片の表面熱伝達率、Ｓは蓄
熱片の表面積である。さらに、第１図の温度センサでは
、＃６を間隙をおいて包囲するガス導管１２が、真空容
器１の外部に位置する俸６の部位で棒と一体化され、前
ロットの被成膜基板の加熱終了後に真空容器１内の圧力
を大気圧に戻して次ロットの被成膜基板の搬入を可能な
らしめるために真空容器１内に送り込まれるＮ２ガス等
の気体をガス導管１２のガス導入口１２ａから導入して
蓄熱片１０を冷却する構造としている。

第４図に、従来の温度センサによる検出温度と実際の基
板温度との関係および本発明の構造による温度センサが
検出した温度と実際の基板温度との関係を示す。図にお
いて、被成膜基板の最初のロットは真空加熱室の室温Ｔ
４を始発温度とし、基板の熱時定数に従りた温度上昇速
度で温度が上昇する。一方、温度センサの検出温度は、
従来のものでも、また本発明のものでも加熱開始時点で
はともに室温Ｔ４を示すが、検出温度の上昇速度は、従
来の温度センサはセンサ素子まわりの熱容量が小さく、
従って熱時定数が小さいため、被成膜基板より速く、折
れ＃！Ａで示すように、その検出温度は常に被成膜基板
より高い値を示す。才た、時刻ｔ３で加熱が終了して赤
外線ヒータへの入力が断たれ、真空加熱室内が大気圧に
戻されて時刻ｔ４で次ロットが搬入され、時刻ｔ５で次
ロットの力ロ熱が開始されるまでの間に、従来の温度セ
ンサでは、次ロットの始発温度までセンサ素子まわりの
温度が下がらない。このため、センサの検出温度は加熱
開始後短時間でセンサとしての設定温度Ｔ３に達するか
ら、次ロットの被成膜基板の温度は前ロットと同一温度
Ｔ、まで上がらず、低温Ｔ２のまま次工程へ送られるこ
ととなる。

これに対し、本発明の温度センサでは、加熱条件が被成
膜基板と類似した位置におかれる被測温蓄熱片が、被成
膜基板に近似した熱時定数を有しているから、加熱過程
中のセンサ検出温度は基板の温度と常にほぼ同一値を示
す。このため、センサとしての設定温度は基板に設定さ
れた基準値Ｔ。

と同一とすることができ、センサとしての温度設定が極
めて容易になる。また、最初のロットの加熱終了後、真
空加熱室が大気圧に戻される際に真壁加熱室に送り込ま
れるＮ２ガス等の気体の一部を温度センサのガス導管１
２（第１図）に導き、ガス導管１２から流出するガス１
１を冷却ガスとして蓄熱片１０を冷却することができる
から、次ロットの加熱開始時点では蓄熱片はもちろん、
温度センサ全体がほぼ基板の始発温度に等しくなってお
り、最初のロットと全く同一測温条件で温度を検出する
ことができるから、常に設定基準温度に加熱された被成
膜基板を次工程へ送ることが容易に可能となる。

第２図に蓄熱片構造の一実施例を示す。丸棒を長めに切
断し、放射状に突起が残るように切込みを入れる構造と
することにより、所望の熱時定数が得られるＶと５（（
１）式参照〕を容易に与えることができる。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明によれば、赤外線ヒータが
内装された真空加熱室の壁面を外部から貫通して該加熱
室内へ導入され被成膜基板に非接触で被成膜基板の温度
を検出する温度センサの構造を、先端部にセンサ素子を
備えた剛性を有する管または棒に、真空加熱室内で被成
膜基板の熱時定数に近似した熱時定数を示す蓄熱片がセ
ンサ素子の温度検出対象部材となるように取り付けられ
るとともに、被成膜基板の加熱終了後に前記蓄熱片の温
度を加熱前の被成膜基板の温度まで冷却す（ｌＯ） るだめのガスを蓄熱片位置まで導くガス導管が前記の管
または棒に沿って配されかつ導管または棒と一体化され
ている構造としたので、測温時の蓄熱片の真空加熱室内
の位置を、被成膜基板と加熱条件がほぼ類似する位置と
することにより、蓄熱片の温度は常に被成膜基板の温度
にほぼ等しくなり、センサの検出温度がそのまま被成膜
基板の温度となるから、センサの温度設定が極めて容易
となりかつ常に設定された基準温度に加熱された被成膜
基板を次工程に送り込むことが容易に可能となる。

また、蓄熱片は前ロットの加熱終了後にガス流ｔこより
急速に冷たされ、温度センサの測温開始温度を極く短時
間に被成膜基板の始発温度に合わせることができるから
、インラインプロセスのタクトタイムの短縮が可能にな
る。

さらに、蓄熱片を冷却するガスは真空加熱室を大気圧に
戻す際のパージ用ガスの一部を利用することができ、ま
た、温度センサを真空加熱室内に導入するための導入部
は従来の温度センサ用のものをそのまま用いることがで
きるから、温度センサ以外にはなんらの追加コストを必
要とすることなく以上の効果が得られるメリットがある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による温度センサ構造の一実施例を示す
縦断面図、第２図は第１図における蓄熱片の構造例を示
す図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である
。第３図は従来の温度センサの構造例を示す縦断面図、
第４図は本発明の温度センサによる検出温度と基板温度
との関係を従来の温度センサの場合と対比して示す線図
、第５図は真空加熱室の構成例を示す縦断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）プラズマＣＶＤ装置の成膜室に搬入される被成膜基
   板を搬入前に予備加熱する、赤外線ヒータが内装された
   真空加熱室の壁面を外部から貫通して該加熱室内へ導入
   され被成膜基板に非接触で被成膜基板の温度を検出する
   温度センサの構造であって、先端部にセンサ素子を備え
   た剛性を有する管または棒に、真空加熱室内で被成膜基
   板の熱時定数に近似した熱時定数を示す蓄熱片がセンサ
   素子の温度検出対象部材となるように取り付けられると
   ともに、被成膜基板の加熱終了後に前記蓄熱片の温度を
   加熱前の被成膜基板の温度まで冷却するためのガスを蓄
   熱片位置まで導くガス導管が前記の管または棒に沿って
   配されかつ該管または棒と一体化されていることを特徴
   とするプラズマＣＶＤ装置の温度センサの構造。