(57)【要約】【目的】半導体ウエハの熱処理炉における温度制御をテストするために用いる測温ウエハであり、ウエハの温度分布をシュミレーション可能とし、しかも、熱電対を好適に植設した測温ウエハを提供する。【構成】実ウエハと同形同材のダミーウエハと、該ダミーウエハの表面に点在する多数の凹部と、前記凹部に対応する多数の熱電対とから成り、前記熱電対の温接点部を前記凹部の底部に接触せしめた状態で、該凹部に充填した耐熱固着剤により該温接点部を埋設した構成である。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
実ウエハと同形同材のダミーウエハと、該ダミーウエハの表面に点在する多数の凹部と、前記凹部に対応する多数の熱電対とから成り、
前記熱電対の温接点部を前記凹部の底部に接触せしめた状態で、該凹部に充填した耐熱固着剤中に前記温接点部を埋設したことを特徴とする半導体ウエハ熱処理炉用の測温ウエハ。
【請求項２】
実ウエハと同形同材のダミーウエハと、該ダミーウエハの表面に点在する多数の凹部と、前記凹部に対応する多数の熱電対とから成り、
前記凹部の底部に相互に間隔をあけて貫通する一対の挿通孔を開設し、前記熱電対の温接点部を前記凹部の底部に接触せしめると共に、一対の熱電対素線のそれぞれを前記一対の挿通孔に挿通せしめた状態で、該凹部に充填した耐熱固着剤中に前記温接点部を埋設して成り、
更に、前記凹部の各挿通孔にオーバラップする補助凹部をダミーウエハの裏面に形成すると共に、該補助凹部の底部に貫通する補助挿通孔を開設し、前記挿通孔を挿通した熱電対素線を補助凹部内で折返し補助挿通孔に挿通せしめた状態で、前記補助凹部に充填した耐熱固着剤中に前記熱電対素線の折返部を埋設したことを特徴とする半導体ウエハ熱処理炉用の測温ウエハ。
【請求項３】
実ウエハと同形同材のダミーウエハと、該ダミーウエハの表面に点在する多数の凹部と、前記凹部に対応する多数の熱電対とから成り、
前記凹部を断面楔形に形成することにより凹部の底部幅Ｗｂと開口部幅ＷａをＷｂ＞Ｗａに構成し、
前記熱電対の温接点部を前記凹部の底部に接触せしめた状態で、該凹部に充填した耐熱固着剤中に前記温接点部を埋設したことを特徴とする半導体ウエハ熱処理炉用の測温ウエハ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ熱処理炉用の測温ウエハに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハは、単結晶インゴットからスライス切断された後、面取、洗浄、乾燥、熱処理、研磨等の種々の処理工程を経て、最終製品となる。例えば、前記熱処理には、酸化膜等の均一な薄膜を形成するために行われるものであり、ＣＶＤ装置や、エピタキシャル装置等の熱拡散処理装置が用いられる。
【０００３】
そこで、半導体ウエハは、熱処理炉により熱処理を施されるが、このような熱処理炉としては、複数枚のウエハを水平姿勢にて上下に積層状に配列する水平型熱処理炉と、複数枚のウエハを起立姿勢にて列設する縦型熱処理炉とが知られている。何れの熱処理炉においても、複数枚のウエハに対して均一な熱処理を施す必要があるため、炉内の加熱ヒーターに対する制御が重要となる。例えば、半導体ウエハを収納する反応管内壁に熱電対を配設せしめ、反応管の内部温度を常時制御する技術や（特開平３−２７３６１９号）、ウエハを支持する支持部内に熱電対を配置し、ウエハの周辺温度が所定の適正値に保持されるようにヒーター温度を制御する技術（特開平４−２０６８１６号、特開平５−１３６０７１号）が公知である。
【０００４】
ところで、前述のような炉内の温度制御は、炉内に配置されたウエハの実際の温度に反映させることが必要なため、実ウエハ（半導体ウエハの製品となる真正ウエハ）を熱処理する前に、治具ウエハ（実ウエハと同種の疑似ウエハ）を炉内に配置し、治具ウエハの温度をシュミレーションすることにより、予め炉内のヒーターを制御することが好ましい。
【０００５】
このため、例えば、ウエハ内部に熱電対材料を埋設することにより特別に製作した治具ウエハ（特開昭６２−１６５３２５号）や、一対のウエハ間に熱電対材料をサンドイッチすることにより特別に製作した治具ウエハ（特開昭６２−１６５３３６号）や、石英ガラスにより形成すると共に内部に熱電対を埋設した治具ウエハ（実開平５−６３４０号）等が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述のような治具ウエハは、実ウエハの温度分布をシュミレーションできるものでなければならないため、実ウエハと形状が同一且つ熱容量が等しくなるように設計される。然しながら、このような治具ウエハを特別に製作することは、必ずしも容易でない。
【０００７】
この点について、本発明者らが知見したところによると、単結晶インゴットからスライス切断することにより半導体ウエハ（実ウエハ）を製造し、各種熱処理が行われ、実ウエハとして製品化への加工が施されるわけであるが、前記熱処理炉の性能や形状等から、特に炉の入口部分近傍のウエハには十分な熱処理等が施されず、実ウエハとして使用できないウエハが発生する。そこで、本発明者らは、このような実ウエハとして使用できないウエハを利用すれば、実ウエハと同材質で且つ同一形状（同一肉厚、同一輪郭形状）のウエハを測温用ウエハ（以下ダミーウエハという）として簡単に得ることができ、しかも、前述のようなシュミレーションを行うために最も有利であることを知得した。
【０００８】
ところで、このようなダミーウエハを測温ウエハとして実用化するためには、該ダミーウエハに熱電対を設ける必要があるが、その際、解決すべき種々の課題がある。
【０００９】
例えば、ダミーウエハの表面に熱電対の温接点部を接着剤により接着固定する技術が考えられるが、この場合、ダミーウエハの表面は接着剤が肉盛り状となり、表面が平坦でなくなり接着剤による凸部を形成してしまうため、他の部分とは熱容量が異なるため、温度分布のシュミレーションのためには好ましくない。
【００１０】
また、２枚のダミーウエハの間に熱電対をサンドイッチ状に埋入固定する技術が考えられるが、この場合、加工が煩雑であるばかりでなく、熱電対の温接点部のみならず素線までもがウエハ間に挟まれるので、複数個所に温接点を設けることは極めて困難である。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記ダミーウエハを使用すると共に、前述したような熱電対の取付けに伴う課題を解決した測温ウエハを提供するものであり、その第一の手段として構成したところは、実ウエハと同形同材のダミーウエハと、該ダミーウエハの表面に点在する多数の凹部と、前記凹部に対応する多数の熱電対とから成り、前記熱電対の温接点部を前記凹部の底部に接触せしめた状態で、該凹部に充填した耐熱固着剤中に前記温接点部を埋設した点にある。
【００１２】
また、本発明が第二の手段として構成したところは、実ウエハと同形同材のダミーウエハと、該ダミーウエハの表面に点在する多数の凹部と、前記凹部に対応する多数の熱電対とから成り、前記凹部の底部に相互に間隔をあけて貫通する一対の挿通孔を開設し、前記熱電対の温接点部を前記凹部の底部に接触せしめると共に、一対の熱電対素線のそれぞれを前記一対の挿通孔に挿通せしめた状態で、該凹部に充填した耐熱固着剤中に前記温接点部を埋設して成り、更に、前記凹部の各挿通孔にオーバラップする補助凹部をダミーウエハの裏面に形成すると共に、該補助凹部の底部に貫通する補助挿通孔を開設し、前記挿通孔を挿通した熱電対素線を補助凹部内で折返し補助挿通孔に挿通せしめた状態で、前記補助凹部に充填した耐熱固着剤中に前記熱電対素線の折返部を埋設した点にある。
【００１３】
更に、本発明が第三の手段として構成したところは、実ウエハと同形同材のダミーウエハと、該ダミーウエハの表面に点在する多数の凹部と、前記凹部に対応する多数の熱電対とから成り、前記凹部を断面楔形に形成することにより凹部の底部幅Ｗｂと開口部幅ＷａをＷｂ＞Ｗａに構成し、前記熱電対の温接点部を前記凹部の底部に接触せしめた状態で、該凹部に充填した耐熱固着剤中に前記温接点部を埋設した点にある。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づいて本発明の好ましい実施形態を詳述する。
【００１５】
図１において、ダミーウエハ１の表面１ａには、多数の凹部２が点在するように形成されている。例えば、ダミーウエハ１ａのほぼ中心に位置する凹部２ａと、該ウエハ１ａに同心状に描かれる仮想の小径円３Ｓ上に所定間隔をあけて配置された複数の凹部２ｂと、小径円３Ｓと同心状に描かれる仮想の大径円３Ｌ上に所定間隔をあけて配置された複数の凹部２ｃが形成されている。図例の場合、４個の凹部２ｂと４個の凹部２ｃがそれぞれ小径円３Ｓ及び大径円３Ｌ上に等間隔をあけて配置され、小径円３Ｓ上の凹部２ｂと大径円３Ｌ上の凹部２ｃを相互に円周に対して約４５度だけ位相をずらせて配置することにより、ダミーウエハ１の全体に対し凹部２ａ、２ｂ、２ｃが均等に分散され、後述する熱電対によりダミーウエハ１の全体にわたる温度分布を測定可能となるように構成している。
【００１６】
前記凹部２のそれぞれには熱電対４の温接点部が挿入され、該温接点部を凹部の底部に接触せしめた状態で、該凹部に耐熱固着剤を充填し、該耐熱固着剤中に温接点部を埋設している。それぞれの熱電対４の一対の素線４ｂ、４ｂは、コネクタ５に導かれ、そこで熱電対又は補償導線６に接続される。尚、温接点部から延びる熱電対の素線４ｂは、適宜、耐熱性の被覆材により被覆することが好ましい。
【００１７】
通常、半導体ウエハの熱処理炉は、炉内温度が８００〜１０００度Ｃであるため、樹脂系接着剤では炉内温度に耐え得ない。このため、前記耐熱固着剤は、無機質の耐熱セメントが好ましく、特に、シリカ及びアルミナを主成分とする耐熱セメントを用いれば、熱膨張率が低く耐剥離性に優れ、粘度が高いため乾燥が早く、しかも、約１６００度Ｃの耐熱温度を満足する。
【００１８】
ダミーウエハ１は、例えば、単結晶シリコンインゴットからスライス切断された直径２００ｍｍφ、厚さ０．７６ｍｍの円板状であり、前記凹部２は、ダミーウエハ１の表面を座ぐり加工することにより、直径３ｍｍφ程度の円形凹部を構成する。そして、熱電対の温接点部を凹部２に埋没せしめ且つ凹部２の底部に接触せしめた状態で、該凹部２に耐熱固着剤が充填され固化せしめられる。この際、耐熱固着剤は、凹部２に充填されるのでダミーウエハ１の表面から突出することはなく、充填された耐熱固着剤の表面とダミーウエハの表面を平坦とすることが好ましい。
【００１９】
（第１実施例）
図２は、凹部２と熱電対４の接続態様の第１実施例を示しており、凹部２の底部７には、相互に間隔をあけて貫通する一対の挿通孔８、８が開削により開設されている。凹部２を円形凹部に形成した図示実施例において、一対の挿通孔８、８は、凹部２の直径方向に位置し且つ凹部２の周縁近傍に設けられている。
【００２０】
そこで、熱電対４は、温接点部４ａを凹部２の底部７に接触せしめると共に、一対の素線４ｂ、４ｂのそれぞれをダミーウエハ１の表面１ａの側から一対の挿通孔８、８に挿入し、ダミーウエハ１の裏面１ｂの側に挿出せしめられ、この状態で凹部２に耐熱固着剤９を充填し、固化した耐熱固着剤中に温接点部４ａを埋設している。
【００２１】
この第１実施例によれば、熱電対４を凹部２に埋没するに際し、先ず、一対の素線４ｂ、４ｂのそれぞれをダミーウエハ１の表面１ａの側から挿通孔８、８に挿入し、ダミーウエハ１の裏面１ｂの側に挿出せしめた後、該素線４ｂ、４ｂを挿出方向に引込めば、温接点部４ａが凹部２の底部７に確実に接支される。
【００２２】
しかも、熱電対４は、素線４ｂ、４ｂが引込まれる方向に対して、温接点部４ａの近傍部を凹部２に巻掛状に係止されているので、外力によりダミーウエハ１から脱落する虞れはない。
【００２３】
（第２実施例）
図３は、凹部２と熱電対４の接続態様の第２実施例を示しており、ダミーウエハ１の表面１ａに設けられた凹部２の底部７には、該凹部２の直径方向に位置し且つ凹部２の周縁近傍に位置して貫通する一対の挿通孔８、８が開設されており、この点は前記第１実施例とほぼ同様であるが、更に、ダミーウエハ１の裏面１ｂに座ぐり加工等により、前記凹部２の各挿通孔８にオーバラップする補助凹部１０を形成すると共に、該補助凹部１０の底部１１に貫通する補助挿通孔１２を形成している。
【００２４】
そこで、熱電対４は、一対の素線４ｂ、４ｂのそれぞれをダミーウエハ１の表面１ａの側から一対の挿通孔８、８に挿入し、ダミーウエハ１の裏面１ｂの側に挿出せしめる。この際、素線４ｂ、４ｂを挿出方向に引張れば、温接点部４ａが凹部２の底部７に接支される。次いで、素線４ｂ、４ｂを補助凹部１０内で折返し補助挿通孔１２に挿入し、ダミーウエハ１の表面１ａの側に挿出せしめ、素線４ｂ、４ｂを挿出方向に引張れば、素線４ｂ、４ｂの折返部が補助凹部１０の底部１１に係止する。この状態で凹部２及び補助凹部１０、１０に耐熱固着剤９を充填し、凹部２内においては固化した耐熱固着剤中に温接点部４ａを埋設し、補助凹部１０内においては固化した耐熱固着剤中に素線４ｂの折返部を埋設している。
【００２５】
（第３実施例）
図４は、凹部２と熱電対４の接続態様の第３実施例を示しており、ダミーウエハ１の表面１ａに設けられた凹部２は、断面楔形に形成され、該凹部２の底部７の幅Ｗｂと開口部の幅Ｗａを、Ｗｂ＞Ｗａに形成している。
【００２６】
そこで、熱電対４は、温接点部４ａを凹部２底部７に接触せしめられ、この状態で凹部２に耐熱固着剤９を充填することにより、固化された耐熱固着剤中に温接点部４ａを埋設せしめられる。熱電対４の一対の素線４ｂ、４ｂは、耐熱固着剤９から導出されている。従って、この第３実施例の場合、加熱処理炉内に設置されたダミーウエハ１は、裏面１ｂにヒーターの熱を受け、表面１ａに熱電対４の素線４ｂ、４ｂを配設する。
【００２７】
【発明の効果】
請求項１に記載の本発明によれば、ダミーウエハ１は、実ウエハと同形同材であるから、実ウエハの実際の温度分布を最適にシュミレーションすることができる。そして、このようなダミーウエハ１は、製品化不能とされたウエハを有効利用することにより簡単に得ることができる。
【００２８】
そして、半導体ウエハ熱処理炉用の測温ウエハを提供するにあたり、上述したような熱電対の取付けに伴う課題を解決することができる。即ち、ダミーウエハ１に多数の熱電対４を配設するに際し、ダミーウエハ１に凹部２を加工し、熱電対４の温接点部４ａを凹部２の底部７に接触せしめた状態で、該凹部２に充填した耐熱固着剤９により温接点部４ａを埋設した構成であるから、耐熱固着剤９が凹部２に拘束された状態で固化し、凹部２に係止することにより剥離し難く、熱電対４がダミーウエハ１から脱落することを防止する。しかも、ウエハの表面に対し直接に熱電対の温接点部を接着剤で接着固定する場合は、ウエハの表面に凸部が形成されるのに対して、本発明によれば、一対の熱電対素線４ｂ、４ｂを一対の挿通孔８、８から挿出せしめた状態で、温接点部４ａを埋没せしめた凹部２に耐熱固着剤９を充填する構成であるから、ダミーウエハ１の表面１ａにこのような凸部が形成されることはなく、ダミーウエハ１の温度分布を好適にシュミレーションすることができる。
【００２９】
そして、請求項２に記載の本発明によれば、凹部２の底部７に相互に間隔をあけて貫通する一対の挿通孔８、８を開設し、熱電対４の温接点部４ａを前記凹部２の底部７に接触せしめると共に、一対の熱電対素線４ｂ、４ｂのそれぞれを前記一対の挿通孔８、８に挿通せしめた状態で、該凹部２に充填した耐熱固着剤９により前記温接点部４ａを埋設した構成であるから、温接点部４ａを凹部２の底部７に確実に接支せしめることができ、しかも、熱電対４は、素線４ｂ、４ｂが引込まれる方向に対して、温接点部４ａの近傍部を凹部２に巻掛状に係止されるので、熱電対４が外力によりダミーウエハ１から脱落する虞れはなく、熱電対の引張り及び押込みの双方の外力に対して強固であり、熱電対４の強固な植設が可能になる。しかも、請求項２に記載の本発明は、このような構成に加えて、更に、前記凹部２の各挿通孔８、８にオーバラップする補助凹部１０をダミーウエハ１の裏面１ｂに形成すると共に、該補助凹部１０の底部１１に貫通する補助挿通孔１２を開設し、前記挿通孔８を挿通した熱電対素線４ｂを補助凹部１０内で折返し補助挿通孔１２に挿通せしめ、この状態で、前記補助凹部１０に充填した耐熱固着剤９により熱電対素線４ｂの折返部を埋設した構成であるから、熱電対４の植設強度が一層強固になる。
【００３０】
請求項３に記載の本発明によれば、凹部２を断面楔形に形成することにより凹部の底部７の幅Ｗｂと開口部の幅ＷａをＷｂ＞Ｗａに構成し、前記熱電対４の温接点部４ａを凹部２の底部７に接触せしめた状態で、該凹部７に充填した耐熱固着剤９により前記温接点部４ａを埋設した構成であるから、構造が簡単である反面、断面楔形の凹部２に対して耐熱固着剤９を抜止状に係止することができ、以て熱電対４の強固な植設を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施態様を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【図２】本発明の第１実施例を示し、（Ａ）は凹部を示す平面図、（Ｂ）は凹部と熱電対を示す断面図、（Ｃ）は凹部に熱電対を植設した状態を示す断面図である。
【図３】本発明の第２実施例を示し、（Ａ）は凹部を示す平面図、（Ｂ）は凹部と熱電対を示す断面図、（Ｃ）は凹部に熱電対を植設した状態を示す断面図である。
【図４】本発明の第３実施例を示し、（Ａ）は凹部を示す平面図、（Ｂ）は凹部に熱電対を植設した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１　　ダミーウエハ
２　　凹部
４　　熱電対
７　　凹部の底部
８　　挿通孔
９　　耐熱固着剤
１０　　補助凹部
１１　　補助凹部の底部
１２　　補助挿通孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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