JPH04186859A - 加熱処理装置 - 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】 〔概　要〕 本発明は半導体ウェハの加熱を伴う処理に於ける温度測
定に関し、 加熱処理中のウェハ表面状態の変化に影響されることな
く、ウェハの温度を測定することを目的とし、 本発明の加熱処理装置に備えられた温度測定手段は、 表面に熱電対の熱接点か当接されたモニタウエハが、加
熱炉内の被処理体に近接して配置され、該熱電対を中継
手段を介して該炉外に延長して形成した該熱電対の冷接
点に於ける起電力を計測することにより、該被処理体の
温度を測定するよう（二構成されている。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体ウェハを加熱処理する際の温度測定に関
わり、特にＣＶＤ処理のようにウニ／Ｓの表面か経時変
化する処理か施される場合に適した温度測定装置に関わ
る。

近年、集積回路のような半導体装置の高集積化、微細化
か進められているが、それに伴ってウエノ＼・プロセス
に於ける温度制御も高い精度か要求されるに至っている
。

通常の抵抗炉に於ける炉内温度の制御は、ウェハを収容
して処理する石英管の外部に設置された熱電対による温
度測定に基ついて行われる。二の測定方法自体は１／’
１０°Ｃ或いはそれ以上の精度を持つものであるが、ウ
ェハの置かれる空間の温度を測定しているのではないか
ら、ウエノ＼の温度は別に測定し、所定の温度で処理か
行われていることを確認することか必要である。

〔従来の技術〕

処理中のウェハの温度測定は第７図に示すような構成で
行われる。図の１６は石英のような耐熱材で形成される
管状容器であって、反応管と呼はねることもあり、本明
細書では石英管と呼ぶ。Ｓ１ウエハのような被処理ウエ
ノ＼１０は石英製のウニ／’Ａ支持台１３に搭載されて
石英管内に収容され、こねに添わせて炉内に挿入された
保護管１５に収容された熱電対１２によって温度か計測
される。１７はヒータを蔵する炉体である。

熱電対の熱接点とウエノ１とは比較的接近して置かれて
いるから、両者の温度差は少なく、擾乱の無い限り、こ
こで測定した値をウニ／５（７）温度と見なして処理か
進められてきた。

〔発明か解決しようとする課題〕

ウェハの受ける処理が、注入イオンの活性化のような単
純な熱処理であれは、この種の温度モニタでも実用上問
題はないが、ＣＶＤ処理のように時間経過に伴ってウェ
ハや熱電対保護管の表面の状態か変化する場合は、測定
している温度とウェハの温度との間にずれの生ずるおそ
れかある。而して、実際にずれか生じていてもそれを確
認することはできない。

ＣＶＤに於ける表面状態の経時変化というのは、例えは
５１０２を堆積する場合を考えると、二の場合はウェハ
表面て堆積か進行するはかりてなく、保護管の表面でも
堆積が進む。その場合、Ｓ】単結晶ウェハの研磨された
表面とアルミナ製保護管の粗表面との違いや、原料ガス
か供給される速度の違いから、両者の間で堆積速度が異
なり、５ｉ０２層で被覆される状況か違ってくる。

二のように、これ等の物体の熱的雰囲気か異なってくる
と、両者の温度にも差異か生しる。８００°Ｃと測定さ
れたウェハの温度か実際には８５０°Ｃてあったとする
と、この温度て堆積した５１０２の膜質は設計値の８０
０°Ｃて堆積されたものの膜質とは異なるから、形成さ
れた素子の信頼性か保証されない二とになる。

本発明の目的は、二のように熱的雰囲気に経時変化かあ
る場合でも、被処理ウニ／Ｓの温度か正確にモニタでき
る温度測定手段を提供する二とてあり、この手段を備え
ることによって正確な処理温度を把握しなから加熱を伴
う処理を遂行し得る加熱処理装置を提供する二とである
。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明の加熱処理装置には、 表面に熱電対の熱接点か当接されたモニタウェハが、加
熱炉内の被処理体に近接して配置され、該熱電対を中継
手段を介して該炉外に延長して形成した該熱電対の冷接
点に於ける起電力を計測することにより、該被処理体の
温度を測定する手段、か備えられている。

二の構成を模式的に図示したものか第１図て、モニタウ
ェハ１は被処理ウェハ１０と同条件の位置にセットされ
ている。３はウェハ支持台である。

炉内の熱電対２の熱接点２１はモニタウェハに当接され
、他端は中継手段５に接続されている。該中継手段は熱
電対の素線を石英管６および加熱炉７の外部に導出する
機能を備えており、熱電対の炉外部分２８は低温空間ま
で延長されて、終端には補償導線への接続端子であるコ
ネクタ２３か設けられている。

本発明の一実施例に於いては、この中継手段は前記加熱
炉の発熱体を含む前記被処理体の外囲部か部分的に取り
外し可能の構造となっており、該取り外し可能部分が前
記熱電対及び該熱電対の熱接点が当接された前記モニタ
ウェハを保持する構造となっている。

本発明の他の実施例に於いては、この中継手段は前記熱
電対を構成する２種の合金線もしくは金属線の前記熱接
点を形成しない端部が、該熱電対を構成する合金もしく
は金属より成る２本の中継線の一方の端に当接され、前
記被処理体とその保持具の重量によって当接状態か維持
されると共に、該中継線の他方の端部は前記炉外に導出
された構造となっている。

〔作　用〕

本発明の加熱処理装置を用いてＣＶＤのような処理か行
わわる時には、被処理体であるウェハと熱電対か貼付さ
れたモニタウェハとは全く同等の処理を受け、同じ速度
で皮膜か成長するから、被処理ウェハとモニタウェハの
温度差は殆と無い状態で進行する。即ち、温度モニタと
しての効用は不変である。

本発明に於いては、モニタウェハに当接された熱電対を
炉外に導くため、特に工夫された中継手段か用いられる
。

一つの実施例に於いては、反応管の管壁の一部か取り外
し可能な構造となっており、モニタウェハと熱電対は該
管壁部分に固定される。該管壁部分は更に加熱炉の取り
外し可能の部分に固定されていて、炉を開けると反応管
も開けられ、同時にモニタウェハも管外に取り出された
状態となる。

この状態てあれはモニタウェハの交換やエッチンク洗浄
は容易であり、被処理ウェハを支持台に載せて炉内に装
填する際の障害になる二ともない。

他の実施例に於いては、モニタウェハから延ひる熱電対
線はウェハ支持台に固定されて突出した接続端を形成し
、反応管の管壁および炉の外囲構造を貫通して設けられ
た受は側の接続端に衝き当てた状態とすることで、外部
導出部分に接続される。衝き当ての方向を下向きとし、
ウェハ支持台の自重によって押圧力を得ている。

この実施例でもモニタウェハの交換やエッチンク洗浄は
容易であり、被処理ウェハの炉内装填は通常の場合と同
しように行えはよい。

〔実施例〕

最初に、本発明で仕様されるモニタウェハの準備につい
て、第２図を参照しなから説明する。被処理ウェハかシ
リコン（Ｓｉ）であれは、モニタウェハ１も通常のＳ１
ウエハである。熱電対２をウェハの表面に添わせ、熱接
点２１かは＼中央にくるように保持してＳｉ○２膜１９
をＣＶＤ法で堆積すれは、熱電対はウェハに接着される
。５１０２膜は必要な部分を残して残余はエツチング除
去する。

請求項２に対応する第１の実施例では、このモニタウェ
ハは反応管に取りつけられ、熱電対の素線は貫通機構に
よって炉外に導出される。反応管か通常の形状てあって
、それにモニタウェハか固定されたのでは、交換や洗浄
なとの処理かできないから、本実施例では以下に説明す
る構造でそれを可能にしている。

第３図は、請求項２に対応する本発明の第１の実施例に
於いて用いられる石英管の形状を示す図であって、本実
施例に於ける石英管の貫通構造部分の位置と形状か示さ
れている。石英管６は管壁の一部分に窓か開けられてお
り、これを塞く蓋状の管壁６１は脱着可能となっている
。前記貫通構造はこの蓋状管壁に設けられ、この部分と
炉体の相対的な位置関係を示す管軸に垂直な断面構造か
第４図に示されている。以下、該図面を参照しながらそ
の構造を説明する。

石英製の反応管６と窓の部分を塞ぐ蓋状管壁６１との間
はシール材６２を介して気密状態に保たれる。

反応管を炉内に装填した状態で窓を開けられるように、
炉体７の一部も開閉可能な可動構造となっていて、蓋状
管壁６１はこの炉体の可動部分７１と一緒に開閉される
。両者は蓋保持具７２によって非剛性的に結合されてお
り、炉を閉じた時には、蓋状管壁６Ｊは石英管６に押し
つけられて官部を密閉する。煩雑さを避けるため、この
非剛性的結合の詳細は図示されていないが、スプリング
を使用することて、蓋状管壁６１に適当な押圧力を生せ
しめている。この部分は公知の構造を利用すれはよい。

蓋状管壁６１と反応管６の間の気密性はシール材６２を
使用する二とて実現している。このシール材は、ステン
レス鋼板を断面Ｃ字型の環状に成形したメタルシールて
、○リンクと同じように使う二とかてきる。通常のよう
に○リングを使用しないのは耐熱性に問題かある放てあ
って、管状の構造を有し、冷却液を通すことの出来る水
冷型○りンつてあれは使用可能である。

モニタウェハＪはウェハ保持具６３によって蓋状管壁６
１に半固定的に取りつけられる。既述したように蓋状管
壁６１は炉体の可動部分７１に結合され、該可動部分７
１は蝶番７３を軸として回転移動するのて、ウェハ保持
具６３は、傾きか変わってもウニ／）か脱落することな
く保持し且つウニ１＼表面は広く解放された構造である
ことか要求される。従ってウェハの周囲を数ケ所で受け
る形の石英製治具か適している。

熱電対２は熱接点２１かモニタウェハ上にあり、素線は
貫通構造である中継手段５を通して炉体の外まで延長さ
れ、補償導線接続用のコネクタ２３に結合されている。

この貫通機構の詳細な構造は第５図に示されている。以
下、第５図か参照される。

前記石英管の蓋状管壁６１には、これにはり垂直に石英
パイプ５１が取りつけられる。両者は石英ナツト５２を
締めつける二とて固定されるが、ナツトを受ける部分も
石英製で蓋状管壁６１に溶接されている。また、機密性
を得るためにシール材５３か用いられ、ここでも断面Ｃ
字型のメタルシールか用いられる。蓋状管壁のナツトを
受ける部分は石英成形品を溶接する等の方法で作成され
る。

石英パイプ５１は更に炉体の可動部７１も貫通し、この
貫通部分は熱洩れ防止用の断熱材７４てシールされてい
る。石英パイプ５１の開口端は熱電対を通した状態でセ
メント５４により封止される。

本実施例ではモニタウェハの温度か直接測定され、測定
用熱電対はそのまま炉外に延長される構造でありなから
、モニタウェハの交換や再生処理を行うことか容易であ
る。

第６図は請求項３および４に対応する第２の実施例にお
ける中継手段の構造を示す図である。本実施例では熱電
対は熱接点側と冷接点側に分離され、両者か押圧により
接続された状態て熱電対として機能させ、不使用時には
容易に引き離せるようになっている。この：とかモニタ
ウェハの炉内装填を容易にしている。以下、第６図を参
照しなからこの実施例を説明する。

モニタウェハ】はウェハ支持台３に収められ、その表面
に熱電対の熱接点２１か当接されている。

両者は上述の実施例のように接着されていてもよいが、
ここでは単に軽く押しつけられた状態であるとする。こ
のように両者か接着されていない二とて、モニタウェハ
の交換が容易になるたけてなく、被処理ウェハの１枚の
温度を測定することもてきる。

熱電対の素線２２は接続端管３１に収容され、熱接点で
ない方の端は接続電極２５となっている。この接続電極
は素線と同じ材料から成っており、ウェハ側の電極２５
に対向して、それを受ける中継側の接続電極２６か設け
られる。接続端管３１の素材は石英て、ウェハ支持台３
に溶接、固定されている。

一方、これを受ける中継機構は石英パイプ５１の一端に
バネ状の接続電極２６か設けられたものであり、該電極
２６も熱電対の素線と同じ材料で構成される。ウェハ側
の接続電極かバネ状の電極２６の間に押し込まれて熱接
点側の熱電対と冷接点側の熱電対線か接続される。接続
部の押圧状態はウエハ支持台の重量によって維持される
。

石英製の貫通管５１は石英管２の管軸方向に延長され、
石英管の炉外の部分の管壁を貫通して管外に導かれてい
る。管壁に固定する機構は図示されていないが、第１の
実施例に於けると同様であり、石英ナツトとシール材を
用いて気密性を実現したものである。この機構部は室温
に近い低温部に設けられるので、シリコーン・ゴムのよ
うに若干の耐熱性を備えたゴムの○リングをシール材と
して使用することかできる。

貫通管５１の中空部は外部終端がセメントによって封止
されているので、反応管である石英管６の内部を真空排
気することか可能である。熱電対の素線は石英パイプ中
を通り、セメント封止部を貫通してコネクタに接続され
る。コネクタ以後、補償導線により冷接点まで延長され
、熱起電力の計測か行われるのは通常の通りである。

この実施例では熱電対か一度分断されるので、両側を夫
々ウェハ支持台と石英管の管壁に固定することができ、
石英管の気密性を維持することや良好な操作性を維持す
ることか容易となる。押圧接触による熱電対の連結て電
気的接続を完全にするには、酸化し難い熱起電力材料、
例えは白金／白金ロジウムのようなもの、を用いるのか
適轟である。

また、上記実施例は何れも本発明を横型炉に適用したも
のであるが、縦型炉に対しても同様に本発明を適用する
ことができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、熱電対を用いてモニタウェハの温
度を直接測定しているため、被処理ウェハの温度監視か
精度よく行われると共に、中継手段を用いて熱電対を炉
外に導くことにより、操作性を良好なものとしている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を模式的に示す図、第２図は本発
明で使用するモニタウェハを示す図、 第３図は第１の実施例に於ける石英管の形状を示す図、 第４図は第１の実施例に於ける中継手段部分の構造を示
す断面模式図、 第５図は第１の実施例の細部を示す図、第６図は第２の
実施例の断面構造を示す模式図、第７図は従来の温度測
定状況を示す模式図であって、 図に於いて ｌはモニタウェハ、 ２は熱電対、 ３はウェハ支持台（石英製）、 ５は中継手段、 ６は石英管、 ７は炉体（ヒータを包蔵）、 １０は被処理ウェハ、 １２は熱電対、 １５は保護管、 １７は炉体（ヒータを包蔵）、 １９は５１０２膜、 ２１は熱接点、 ２２は素線、 ２３はコネクタ、 ２５は接続電極（ウエノ＼側）、 ２６は接続電極（中継側）、 ２８は熱電対の部分、 ５１は貫通管（石英製）、 ５２は石英ナツト、 ５３はシール材、 ５４はセメント、 ６１は蓋状管壁、 ６２はシール材、 ６３はウェハ保持具、 ７１は炉体可動部分、 ７２は蓋保持具、 ７３は蝶番、 ７４は断熱材 本発明の構成を模式的に示す図 第１図 本発明で使用するモニタウェハを示す同第２図 第１の実施例に於ける石英管の形状を示す同第３図 第１の実施例に於ける中継手段部分の構造を示す断面模
式図第４図 第１の実施例の細部を示す図 第２の実施例の断面構造を示す模式図 第６図 従来の温度測定の状況を示す模式図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）表面に熱電対の熱接点が当接されたモニタウェハ
   が、加熱炉内の被処理体に近接して配置され、該熱電対
   を中継手段を介して該炉外に延長して形成した該熱電対
   の冷接点に於ける起電力を計測することにより、該被処
   理体の温度を測定する手段を備えたことを特徴とする加
   熱処理装置。（２）前記加熱炉の発熱体を含む前記被処
   理体の外囲部が部分的に取り外し可能の構造となってお
   り、該取り外し可能部分が前記熱電対及び該熱電対の熱
   接点が当接された前記モニタウェハを保持する構造とな
   っていることを特徴とする請求項１の加熱処理装置。 （３）前記熱電対を構成する２種の合金線もしくは金属
   線の前記熱接点を形成しない端部が、該熱電対を構成す
   る合金もしくは金属より成る２本の中継線の一方の端に
   当接され、前記被処理体とその保持具の重量によって当
   接状態が維持されると共に、該中継線の他方の端部は前
   記炉外に導出された構造であることを特徴とする請求項
   １の加熱処理装置。 （４）前記モニタウェハが前記被処理体の一つであり、
   前記熱電対の熱接点は押圧によって該モニタウェハに当
   接される構造であることを特徴とする請求項３の加熱処
   理装置。