JPH0791653B2

JPH0791653B2 - ウエハー加熱体の測温装置およびこれを利用したウエハー加熱装置

Info

Publication number: JPH0791653B2
Application number: JP17372290A
Authority: JP
Inventors: 隆雄相馬; 隆介牛越
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1990-06-29
Filing date: 1990-06-29
Publication date: 1995-10-04
Anticipated expiration: 2010-10-04
Also published as: JPH0463281A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、ウエハー加熱体の測温装置およびこれを利用
したウエハー加熱装置に関するものである。

（従来の技術）例えば半導体製造用熱CVD等において、被膜が形成され
るべきウエハーを加熱するために使用されるウエハー加
熱装置としては、無機質材料の内部に抵抗体を埋設した
ヒーター本体を容器の内部に設置した構造が採用されて
いる。そしてこのようなヒーター本体（ウエハー加熱
体）の温度を測定するために、熱電対がウエハー加熱体
に取付けられているのが普通である。

ところがこのようなウエハー加熱装置は、通常の一定圧
力で使用する場合には大きな問題はないが、容器の内部
を圧力変化させた場合には熱電対に誤動作を生ずること
があり、正確なヒーター温度の制御が行えないという問
題があった。

（発明が解決しようとする課題）本発明は上記のような従来の問題を解決して、ガス圧力
の変動時においても正確にウエハー加熱体の温度測定を
行うことができるウエハー加熱体の測温装置と、これを
利用して正確にヒーター温度の制御を行うことができる
ようにしたウエハー加熱装置を提供するためになされた
ものである。

（課題を解決するための手段）本発明者は上記した熱電対の誤動作の原因を追求した結
果、特に真空中の場合、熱電対の周囲のガス分子の挙動
は大気圧〜1torrの真空状態においては粘性流域にある
が、真空度が高まると分子流域に移行し、これに伴って
熱電対の周囲における熱移動の態様が大幅に変化するた
め、正確な温度測定ができなくなることを知った。また
粘性流域においても、大きい圧力変動による温度測定誤
動差が存在することが判った。

また一般に測温対象物が金属材料である場合には、熱電
対を直接ろう付けや溶接により取り付けることが可能で
あるが、上記のように測温対象物が無機質のウエハー加
熱体の場合には、直接的な取り付けが不可能である。こ
のためにウエハー加熱体の穴に熱電対を機械的に押しつ
けるだけであり、ウエハー加熱体との間の熱移動は圧力
変化をするガスに依存していることを知った。

本発明はかかる知見に基づいて完成されたものであっ
て、第１の発明のウエハー加熱体の測温装置は、圧力が
変化する容器の内部に設置された無機質材料よりなるウ
エハー加熱体に、内部の圧力が容器の圧力変化に対して
実質的に変化しない中空シースの先端を接合し、この中
空シースの内部に熱電対を挿入したことを特徴とするも
のである。

また第２の発明のウエハー加熱装置は、圧力が変化する
容器の内部に、無機質材料の内部に抵抗体を埋設したウ
エハー加熱用のヒーター本体を設置するとともに、この
ヒーター本体に内部の圧力が容器の圧力変化に対して実
質的に変化しない中空シースの先端を接合し、この中空
シースの内部に熱電対を挿入したことを特徴とするもの
である。

なおここでいう中空シースとは、内部に熱電対を挿入す
るための金属製の鞘を意味するものである。またここで
いう接合とは、表面への接合の他に埋設をも包含するも
のとする。

中空シースの先端とウエハー加熱体との接合部は、使用
温度範囲において耐熱性、安定性が要求されるため、中
空シースと無機質材料との相対面はガスタイトとするこ
とが望ましい。このため接合部材としては、ガラス、ま
たは無機接合剤が好ましく、特にガスタイト性が良好な
ガラスが良い。ガラスの熱膨張率は温度変化の耐久性の
面から基材とシース材の熱膨張率の中間が望ましい。

測温対象となる無機質のウエハー加熱体は、一般のアル
ミナ、シリコンナイトライド、サイアロン、炭化珪素等
のセラミックス及び半導体材料であるシリコン、ガリウ
ム、砒素及びこれらの無機物質を含有する複合物であっ
てもよいが、特にヒーターとしてはシリコンナイトライ
ド、サイアロン、窒化アルミニウム等が用いられ、更に
シリコンナイトライドやサイアロンが好ましい。

以下に本発明を、図示のウエハー加熱装置の実施例によ
って更に詳細に説明する。

（実施例）第１図において、（１）は半導体製造用熱CVDに使用さ
れる容器、（２）はその内部のケース（３）に取付けら
れたウエハー加熱体としてのヒーター本体であり、その
大きさは４〜８インチとしてウエハーを設置可能なサイ
ズとしておく。なお被膜を形成されるべきウエハーは、
図示を略した周知のウエハー支持手段によって、このウ
エハー加熱体（ヒーター本体（２））の下面に密着され
ている。

容器（１）の内部にはガス供給孔（４）から熱CVD用の
ガスが供給され、吸引孔（５）から真空ポンプにより内
部の空気が排出される。ヒーター本体（２）はシリコン
ナイトライドのような緻密でガスタイトな無機質材料
（６）の内部にタングステン系の抵抗体（７）をスパイ
ラル状に埋設したもので、その中央および端部のケーブ
ル（８）を介して外部から電力が供給され、ヒーター本
体（２）を例えば1100℃程度に加熱することができる。
（９）はケース（３）の上面を覆う水冷ジャケット（1
0）付きのフランジであり、Ｏリング（11）により容器
（１）の側壁との間をシールされ、容器（１）の天井面
を構成している。

（12）は、このような容器（１）のフランジ（９）の壁
面を貫通して容器（１）の内部に挿入された中空シース
である。中空シース（12）はモリブデン又はタングステ
ンからなるもので、図示のようにその下端は伝熱による
放熱を少なくするために細く成形され、ガラスからなる
接合材（13）によってヒーター本体（２）の無機質材料
（６）に接合されている。また中空シース（12）の上端
は容器（１）の外部に達しているので、中空シース（1
2）の内部は容器（１）の内圧変化に影響されない一定
圧力に保たれている。そしてこのような中空シース（1
2）の内部に、ステンレスシース付きの熱電対（14）が
挿入されている。なお中空シース（12）と容器（１）の
フランジ（９）との間にはＯリング（15）が設けられ、
大気の侵入を防止している。

実施例ではヒーター本体（２）の無機質材料（６）にシ
ース取付け孔を形成しておき、その内部にモリブデン製
の中空シース（12）の先端を挿入するとともにガラス粉
末を充填し、ヒーター本体（２）のシリコンナイトライ
ドの焼成温度以下の高温（1100〜1800℃）でガラス粉末
を溶融する方法によって気孔のない状態で中空シース
（12）の接合を行った。前記のように中空シース（12）
をモリブデン又はタングステンあるいはこれらを主成分
とする合金からなるものとすれば、ヒーター本体（２）
と中空シース（12）と接合材（13）との熱膨張をほぼ一
致させることができ、クラックの発生を防止することが
できる。特にシース形状は、ウエハー加熱体の温度変化
を追従性良く正確に測定できるよう熱容量をできるだけ
小さくするため、1mm以下の薄肉でφ5mm以下の小径とす
ることが望ましく、実施例ではシース先端を外径φ2m
m、厚さ0.4mmの肉厚として、ウエハー加熱体のφ3mm、
深さ13mmの穴にガラスにより接合した。さらにシースの
反接合部は容器（１）とのシール性およびシースの加工
性を考慮して、太径（外径φ6mm）としてリングシール
している。

また中空シース（12）の材質としては、小径穴の加工性
および1100℃〜1800℃での接合時の加熱により脆化しな
い材質である酸化セリウム添加モリブデンが望ましい。
なお、接合性、加工性、また脆化性の問題がなければ、
ステンレス、ハステロイ、インコロイ等の合金を使用し
てもかわまない。

以上に説明した第１図の実施例では、中空シース（12）
を容器（１）の壁面を貫通させて容器（１）の内部に挿
入したが、第２図の実施例のように端部をシールして内
部が容器（１）の内圧変化に影響されない一定圧力に保
たれた中空シース（12）を容器（１）の内部に封入して
もよい。この場合には熱電対（14）のリード線はＯリン
グ（16）によりシールされて容器（１）の外側に引き出
されている。第２図の実施例では中空シース（12）の内
部は密閉されているため、ヒーターの昇温による圧力変
化はあるものの、容器（１）の内部にガスが浸入したと
きにも中空シース（12）の内部の圧力は実質的に変化す
ることがない。

（作用）このように構成された本発明のウエハー加熱装置は、ヒ
ーター本体（２）の下面にウエハーを密着させ、容器
（１）中で加熱しつつ例えば真空中で熱CVD等の処理を
行わせることは従来のものと変わるところはない。

しかし本発明においては、内部が容器（１）の内圧変化
に対して実質的に変化しないように保たれた中空シース
（12）の先端をヒーター本体（２）の無機質材料（６）
に接合し、その内部に熱電対（14）を挿入してあるの
で、熱電対（14）の周囲は容器（１）の内圧変化に影響
されない一定圧力に保たれている。このために仮に容器
（１）の内部が高真空度まで減圧されても、熱電対（1
4）の周囲のガス分子の挙動が変化することがなく、常
に安定した温度検出か可能である。従って本発明のウエ
ハー加熱装置は、高真空度中でヒーター本体（２）の温
度を正確に制御することができる。

また従来のウエハー加熱装置は、熱電対がヒーターとと
もに容器中に設置されているため、その交換が容易では
ないという問題もあった。しかし第１の実施例のよう
に、熱電対（14）を容器（１）の壁面を貫通する中空シ
ース（12）の内部に設けておけば、容器（１）のシール
性を損なうことなく熱電対（14）だけを容易に交換する
ことができる利点がある。

なお、中空シース（12）の内部には大気圧の空気を導入
すればよいが、内部の酸化を防止するために還元性雰囲
気で満たすことも可能である。このようにすれば、1100
℃程度までの加熱を容易に行うことができる。

なお以上に説明した実施例はいずれも測温対象となるウ
エハー加熱体がヒーター本体（２）を構成するものであ
るが、第１の発明の測温対象は必ずしもこれに限定され
るものではなく、一般のウエハー加熱体に広く適用する
ことができるものである。

（発明の効果）以上に説明したように、本発明のウエハー加熱体の測温
装置は高真空度においても熱電対の誤動作のおそれがな
く、容器の内圧の変化に影響されることなく容器の内部
のウエハー加熱体の温度を正確に測温することができ
る。また本発明のウエハー加熱装置は、上記と同様に正
確にヒーター温度の制御を行うことができる。更に本発
明の装置は、熱電対の交換を容易に行うこともできる。

よって本発明は従来の問題点を一掃したウエハー加熱体
の測温装置およびこれを利用したウエハー加熱装置とし
て、産業の発展に寄与するところは極めて大きいものが
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す断面図、第２図は
本発明の第２の実施例を示す断面図である。（１）：容器、（２）：ヒーター本体、（６）：無機質
材料、（７）：抵抗体、（12）：中空シース、（14）：
熱電対

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧力が変化する容器（１）の内部に設置さ
れた無機質材料（６）よりなるウエハー加熱体に、内部
の圧力が容器（１）の圧力変化に対して実質的に変化し
ない中空シース（12）の先端を接合し、この中空シース
（12）の内部に熱電対（14）を挿入したことを特徴とす
るウエハー加熱体の測温装置。
【請求項２】中空シース（12）が容器（１）の壁面を貫
通させて取付けられたものである請求項１記載のウエハ
ー加熱体の測温装置。
【請求項３】圧力が変化する容器（１）の内部に、無機
質材料（６）の内部に抵抗体（７）を埋設したウエハー
加熱用のヒーター本体（２）を設置するとともに、この
ヒーター本体（２）に内部の圧力が容器（１）の圧力変
化に対して実質的に変化しない中空シース（12）の先端
を接合し、この中空シース（12）の内部に熱電対（14）
を挿入したことを特徴とするウエハー加熱装置。
【請求項４】中空シース（12）の材質をモリブデン又は
タングステンとし、ヒーター本体（２）の無機質材料
（６）の材質をシリコンナイトライドとした請求項３記
載のウエハー加熱装置。