JP2000223423A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体製造装置に於いて、被温度検出体に固着
される熱ブロックと熱電対との間に間隙の発生を抑制
し、又熱電対と熱ブロック間に介在する気体の影響を除
去し、半導体製造装置の処理室内に於ける安定した温度
測定を可能とし、処理品質の向上を図る。 【解決手段】被温度検出体１６に固着される熱ブロック
１９に熱電対２５の先端部を埋設し、該熱電対を保護パ
イプ２６内に収納し、該保護パイプの先端を前記熱ブロ
ックに気密に固着し、熱電対を保護パイプにより補強し
ているので、温度検出装置に強度剛性は必要なく、細径
にし得、熱ブロックと熱電対間で熱膨張率の違いがあっ
ても間隙の発生が抑止され、安定した温度検出が可能と
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、真空容器である反応室を具備する半導体製造装置、
特に反応室の内部の温度を検出する温度検出部の改良に
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、真空容器である反応
室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ＣＶＤ装置では被処理基板を反応室内部に装入
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被処理基
板上に薄膜の生成処理等を行う。斯かる処理に於いて、
被処理基板温度が成膜速度等処理状態に大きく影響する
為、被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被処理基
板を温度制御している。

【０００３】先ず図２に於いて、プラズマＣＶＤ装置の
概略を説明する。

【０００４】真空容器１は真空容器本体２と該真空容器
本体２を気密に閉塞する天井蓋３で構成され、該天井蓋
３の下面には絶縁材４を介して上部ヒータ５、シャワー
プレートを兼ねる上部電極（カソード）６が設けられて
いる。前記天井蓋３、絶縁材４を貫通し前記上部ヒータ
５に達するプロセスガス導入口７が設けられ、該プロセ
スガス導入口７と前記天井蓋３とは絶縁材８により絶縁
されている。前記上部ヒータ５と前記上部電極６との間
にはガス溜め９が形成され、該ガス溜め９と前記プロセ
スガス導入口７とは連通孔１０により連通され、前記ガ
ス溜め９と真空容器１内部とはシャワー孔１１により連
通している。

【０００５】前記真空容器本体２の底部を貫通して下部
電極ユニット１３が昇降可能に設けられている。

【０００６】図示しないシリンダ等により昇降座１４が
昇降可能に支持され、該昇降座１４に中空の支柱１５が
立設され、該支柱１５の上端に下部ヒータ１６が固着さ
れ、該下部ヒータ１６の上面に被処理基板の受載台を兼
ねる下部電極（アノード）１７が固着されている。前記
昇降座１４を熱電対１８が気密に貫通し、該熱電対１８
の上端が熱ブロック１９を介して前記下部ヒータ１６に
埋設されている。又、前記支柱１５と真空容器本体２の
底面間にはベローズ２０が設けられ、下部電極ユニット
１３の貫通部は気密となっている。

【０００７】上記プラズマＣＶＤ装置に於ける基板処理
について略述する。

【０００８】前記上部ヒータ５、下部ヒータ１６により
前記真空容器１内が所要温度に加熱され、図示しないゲ
ートバルブを介して被処理基板が搬入され前記下部電極
１７に乗載されると、前記プロセスガス導入口７より反
応ガスが導入され、反応ガスは前記連通孔１０、ガス溜
め９、シャワー孔１１を介して前記真空容器１内に分散
導入される。

【０００９】前記上部電極６と前記下部電極１７間に高
周波電力が印加され、プラズマが生成され、前記被処理
基板に所要の薄膜が生成される。

【００１０】成膜時の基板温度は成膜品質に強く影響す
るので、前記熱電対１８により前記下部ヒータ１６の温
度が検出され、前記下部電極１７を介して被処理基板の
温度が検出される様になっており、前記熱電対１８の検
出結果を基に図示しない温度制御器により、前記下部ヒ
ータ１６の発熱状態が制御される。

【００１１】図３に於いて、前記熱電対１８の上端部、
前記昇降座１４の貫通部を説明する。

【００１２】前記熱電対１８の上端はアルミ合金製の前
記熱ブロック１９に圧入され、該熱ブロック１９はアル
ミ合金製の前記下部ヒータ１６にカシメ止されている。
前記熱電対１８の昇降座１４の貫通箇所下面にはシール
フランジ２２が設けられ、該シールフランジ２２にはシ
ールリング２３が嵌設され、前記熱電対１８を気密にシ
ールしている。而して、前記下部ヒータ１６の熱は前記
熱ブロック１９を介して前記熱電対１８が感知する様に
なっている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】前記熱電対１８は上端
が前記熱ブロック１９を介して前記下部ヒータ１６に支
持され、又下端が前記シールリング２３を介して前記シ
ールフランジ２２に支持される２点支持である。この
為、前記熱電対１８の取扱い時に容易に変形しない程度
の剛性が必要となり、前記熱電対１８の直径は５ｍｍ前
後のものが使用されていた。

【００１４】上記した様に前記下部ヒータ１６、熱ブロ
ック１９はアルミ合金製であるが、一方前記熱電対１８
にはインコロイ［Ｎｉ（７２％）、Ｆｅ（８％）、Ｍｎ
（１％）、Ｃ（０．１５％）、Ｃｒ（１６％）、Ｃｕ
（０．５％）、Ｓｉ（０．５％）、Ｓ（０．０１５
％）］が使用されている。前記アルミ合金とインコロイ
とは熱膨張率が異なり、この為前記下部ヒータ１６の昇
温降温を繰返すと、前記熱ブロック１９と熱電対１８間
に隙間を生じる。熱膨張率はアルミ合金＞インコロイで
ある為、昇温時の熱ブロック１９と熱電対１８間の隙間
は前記熱電対１８の直径が大きい程隙間は大きくなる。
この隙間は、加工によって零にすることはできない。隙
間の存在は、熱伝達に大きく影響し、隙間の増減により
熱伝達率が変化し、安定した温度測定が難しいという問
題があった。

【００１５】更に、真空容器１内は大気圧状態、減圧状
態と変化し、前記熱ブロック１９と熱電対１８間の隙間
に気体が存在する場合と存在しない場合があり、隙間に
気体の有無によっても熱伝達率は変化し、安定した温度
測定を難しくする要因の１つとなっていた。

【００１６】本発明は斯かる実情に鑑み、熱電対と熱ブ
ロック間に間隙の発生を抑制し、又熱電対と熱ブロック
間に介在する気体の影響を除去し、半導体製造装置の処
理室内に於ける安定した温度測定を可能とし、処理品質
の向上を図るものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、被温度検出体
に固着される熱ブロックに熱電対の先端部を埋設し、該
熱電対を保護パイプ内に収納し、該保護パイプの先端を
前記熱ブロックに気密に固着した温度検出装置を具備し
た半導体製造装置に係り、又被温度検出体が気密な反応
室に設けられ被処理基板を加熱する下部ヒータであり、
前記保護パイプは前記反応室外に突出し、反応室外と連
通する半導体製造装置に係り、又前記熱電対径は温度検
出に必要な最小径である半導体製造装置に係るものであ
り、更に又前記保護パイプ内を気密とした半導体製造装
置に係り、前記熱電対は保護パイプに補強されているの
で、強度剛性は必要なく、細径にし得る。従って、熱ブ
ロックと熱電対間で熱膨張率の違いがあっても間隙の発
生が抑制され、安定した温度検出が可能となる。

【００１８】

【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。

【００１９】図１は本実施の形態の要部を示しており、
図１中、図３中で示したものと同様のものには同符号を
付し説明を省略する。

【００２０】熱ブロック１９中に細径の熱電対２５を鋳
込み、該熱電対２５と同心に中空有底の保護パイプ２６
を配設し、該保護パイプ２６の上端を前記熱ブロック１
９の下面に溶接する。前記熱電対２５は前記保護パイプ
２６の底部を貫通しており、前記熱電対２５と前記保護
パイプ２６の底部とは溶接付されている。前記熱ブロッ
ク１９は前記下部ヒータ１６と同材質又は熱膨張率の近
い材質とし、前記下部ヒータ１６に圧入等の手段により
密着固定されている。

【００２１】前記昇降座１４の下面に固着したシールフ
ランジ２２に前記保護パイプ２６を貫通し、前記シール
フランジ２２に嵌装したシールリング２３により、前記
保護パイプ２６と前記シールフランジ２２間を気密にシ
ールする。前記保護パイプ２６の下端近傍に通孔２７を
穿設し、前記保護パイプ２６の内部と大気とを連通す
る。

【００２２】前記熱電対２５は前記熱ブロック１９に鋳
込まれているので、間隙は極めて少なく、又前記熱電対
２５は上端部と下端部の２点が支持され、前記保護パイ
プ２６が設けられ前記熱電対２５を保護しているので、
該熱電対２５自体には剛性、強度が要求されなく、又該
熱電対２５の太さは測定に必要な最小径で充分である。

【００２３】前述した様に、前記熱ブロック１９と前記
熱電対２５とは熱膨張率が異なり、前記下部ヒータ１６
の昇温、降温で熱電対２５と前記熱ブロック１９間に間
隙が生じる可能性があるが、前記熱電対２５は測定に必
要な最小限の太さとなっており、細径であり、発生する
間隙は小さい。

【００２４】更に、前記保護パイプ２６の内部は外気に
通じて、前記保護パイプ２６と真空容器１内部とは離隔
されているので、該真空容器１内部が真空、大気圧復帰
を繰返しても、前記保護パイプ２６内部が大気圧状態で
あることは変わりない。而して、昇温時、降温時、真空
容器１内部が減圧時、大気圧のいずれも前記熱電対２５
と熱ブロック１９間に空気が介在する条件は変わりな
く、熱伝達の条件は一定になる。

【００２５】而して、発生する間隙が小さく、更に熱ブ
ロック１９と熱電対２５間の熱伝達条件が変わらないの
で、昇温時、降温時に限らず、半導体製造装置の処理室
内に於ける安定した温度測定が可能となる。

【００２６】尚、前記保護パイプ２６は必ずしも有底の
パイプである必要はなく、要は熱電対２５の下端部が前
記保護パイプ２６に固定されていればよい。更に、前記
保護パイプ２６内部に絶縁材を充填すれば、前記熱電対
２５の下端を前記保護パイプ２６に固定する必要がなく
なる。

【００２７】更に、前記保護パイプ２６内部を完全な気
密状態とすれば、前記通孔２７は穿設する必要がなくな
る。

【００２８】

【発明の効果】以上述べた如く本発明によれば、熱電対
を保護パイプにより補強するので、熱電対には強度、剛
性は必要なく、測定に必要な最小限な太さを有すればよ
いので、熱電対の太さを細くでき、前記熱ブロックと熱
電対間の熱膨張差により生じる間隙を抑制でき、昇温
時、降温時の熱伝達率の変化を抑制できるので、安定し
た温度測定を可能とし、基板の成膜処理等の処理品質の
向上を図ることができる。

【００２９】更に、前記保護パイプ内部を外気に連通す
ることで熱電対と熱ブロック間に介在する気体の影響を
除去することができる等の優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の要部を示す断面図である。

【図２】半導体製造装置の反応室の概略断面図である。

【図３】従来例の断面図である。

【符号の説明】

１４ 昇降座 １６ 下部ヒータ １９ 熱ブロック ２２ シールフランジ ２３ シールリング ２６ 保護パイプ ２７ 通孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K030 CA12 FA03 JA10 KA17 KA18 KA39 5F045 DP03 EF05 EH05 EM02 EM10 GB05

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被温度検出体に固着される熱ブロックに
   熱電対の先端部を埋設し、該熱電対を保護パイプ内に収
   納し、該保護パイプの先端を前記熱ブロックに気密に固
   着した温度検出装置を具備したことを特徴とする半導体
   製造装置。
2. 【請求項２】 被温度検出体が気密な反応室に設けられ
   被処理基板を加熱する下部ヒータであり、前記保護パイ
   プは前記反応室外に突出し、反応室外と連通する請求項
   １の半導体製造装置。
3. 【請求項３】 前記保護パイプ内を気密とした請求項１
   の半導体製造装置。