JP2000031062A - 炉内温度測定器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度測定の対象箇所と熱電対との位置関係を
常に定位置にセッティングできるようにして、炉内温度
校正作業のたびに着脱を繰り返しても、炉内温度測定の
再現性を確保する。 【解決手段】 炉内温度測定器２３は、複数本の熱電対
１５を互いにずらして挿入した保護管２４を備え、この
保護管２４を炉内の炉軸方向に沿うようにセッティング
し、分割ヒータによって炉軸方向にゾーン分割される炉
内の温度を測定する。保護管２４の一側に凸状の係止部
２７を設けて、この係止部２７を炉側に設けた被係止部
に係止して、炉に対する保護管２４の軸回りの向きを固
定する。また、保護管２４内に複数本の一列に並んだ細
管２１を固設して、これらの細管２１に複数本の熱電対
１５をそれぞれ挿入することにより、複数本の熱電対１
５を整列させて保護管２４に固定できるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体製造装置の炉
内温度測定器に関し、特に分割ヒータによって加熱され
る炉内を常に同じセッティング位置で測定できるように
したものに係る。

【０００２】

【従来の技術】図４は縦型半導体製造装置に備えられる
縦型ＣＶＤ炉の概略断面図である。縦型ＣＶＤ炉１は、
外側から内側に向かって、炉軸方向に複数に分割された
ヒータ２、分割ヒータ２に応じて複数の加熱ゾーンが形
成される石英製のアウタチューブ３、同じく石英製のイ
ンナチューブ４が同心多重に配設される。アウタチュー
ブ３とインナチューブ４とで反応管５を構成する。

【０００３】縦型ＣＶＤ炉１は温度の均一性が極めて重
要なため、前記複数に分割されたヒータ２に、各ヒータ
温度を測定するための熱電対６がそれぞれ埋めこまれ、
熱電対６で測定された測定温度と設定温度との差に応じ
て、制御回路８で制御されるサイリスタ７により各分割
ヒータ２への電力供給を制御して、炉内部の温度分布が
一定になるようにしている。

【０００４】このような縦型ＣＶＤ炉１内にウェーハＷ
を支えた石英製のボート１０が挿入される。ボート１０
の下部に設けられてボート１０を支持するボート受け台
１１が反応管５の炉口１２を閉塞して、反応管５内を気
密にする。反応管５内に挿入したウェーハＷを反応管５
の外側に設けられる分割ヒータ２によりゾーン毎に加熱
するとともに、ガス供給口（図示略）よりプロセスガス
を供給して流通させ、排気口（図示略）より排気するこ
とによりウェーハＷにＣＶＤ膜を生成する。

【０００５】ところで、上記のような縦型ＣＶＤ炉１で
はプロファイル熱電対と呼ばれる炉内温度測定器１３が
挿入される。これはゾーン分割された反応管５内の各ゾ
ーン温度を校正するためのものであって、反応管５内の
ボート１０付近の温度を、目標とする温度にセットする
ために、各ヒータ２に埋め込んだ熱電対６の測定温度と
比較される前記設定温度を調整するようになっている。

【０００６】図５は前記した炉内温度測定器１３のボー
ト受け台１１への固定部分の拡大図である。炉内温度測
定器１３の熱電対（図示略）を保護する保護管１４は、
その下部１４ａを残して、ボート受け台１１に設けた挿
入孔２５からＣＶＤ炉１内に挿入される。挿入長は、保
護管１４の小径部と大径部の境界がボート受け台１１の
上面と同じ位置になるくらいであって、保護管１４の端
部に被せたキャップ１６が、保護管１４にスリーブ３１
と直列に嵌めたシール継手３０の袋ナット３４にぶつか
る位置までとする。保護管１４の下部１４ａには、予め
上から順にスリーブ３１、環状のねじ取付具３２、Ｏリ
ング３５、フェルール３３、袋ナット３４を嵌めてお
く。

【０００７】まずスリーブ３１の小径部３１ｂを挿入孔
２５内に押し込んで保護管１４をボート受け台１１に固
定するとともに、その大径部３１ａの上端面を挿入孔縁
に係止するまで挿入して挿入孔２５とスリーブ３１間を
シールする。つぎに、保護管１４の下部１４ａにシール
継手３０を組み付けて、スリーブ３１と保護管１４間を
シールする。シール継手３０によるシールは次のように
行う。ねじ取付具３２をスリーブ３１から出ている保護
管１４の下部１４ａに嵌め込み、ねじ取付具３２の先端
をスリーブ３１内に突っ込む。このねじ取付具３２の基
端のねじ部に袋ナット３４をねじ込んで、ねじ取付具３
２と袋ナット３４との間に入れたフェルール３３をねじ
取付具３２と保護管下部１４ａとの隙間に押し込む。押
込みにより、ねじ取付具３２のテーパ状カム面３６にＯ
リング３５を押圧することで保護管下部１４ａとねじ取
付具３２間をシールする。また、ねじ込みにより保護管
下部１４ａにシール継手３０を固定してボート受け台１
１に保護管１４をシール固定する。

【０００８】図６に示すように、炉内温度測定器１３
は、上端が閉じ下端が開口した石英製の保護管１４と、
複数本の熱電対１５とを備え、複数本の熱電対１５の長
さが互いに異なる前半部は保護管１４の開口より内部に
挿通され、中間部は保護管１４の下端に嵌められて前記
開口を閉じるキャップ１６に一体的に取り付けられ、キ
ャップ１６より引き出されている後半部はその端末に前
記制御回路８と接続されるコネクタ１７が取り付けられ
ている。

【０００９】複数本の熱電対１５の中間部はキャップ１
６と一体的に取り付けられているため径方向に沿って一
列に並べて固定されることになるが、保護管１４内の前
半部は、同図(a) の平面図に示すように、単に保護管１
４内に挿入され、熱電対素線自身の剛性で整列している
だけである。

【００１０】このように構成された炉内温度測定器１３
は、図４に示すように、その保護管１４が炉底部のボー
ト受け台１１に設けた挿入孔からインナチューブ４内に
炉軸方向に挿入され、反応管５内のボート１０に沿うよ
うにセッティングされ、ボート受け台１１で保護管下部
が固定される。この保護管１４の内部に通された複数本
の熱電対１５は、前記反応管５の外部に設けた分割ヒー
タ２によって加熱される反応管５のボート付近の温度を
複数のゾーン毎に測定する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】炉の機構的なメンテナ
ンス完了後、成膜条件出しをするために、前記炉内温度
測定器１３を使用してゾーン分割された反応管５内の各
ゾーン温度を測定し、ヒータ温度を校正する。炉内温度
測定器１３は炉１に常設するのではなく、校正のたびに
反応管５内にセッティングすることになるが、常に正確
な温度校正をするためには、炉内温度測定器１３の反応
管５内でのセッティング条件が常に同じになる必要があ
る。このセッティング条件とは、炉内温度測定器の挿
入長、保護管の軸回りの向き、保護管内の熱電対の
向き、の３つである。

【００１２】の挿入長については、前述したように保
護管１４の境界をボート受け台１１に合せたり、キャッ
プが袋ナットにぶつかる位置まで挿入することにより、
常に同じにすることができる。

【００１３】しかし、については、保護管１４の軸回
りの向きを決める位置決め部材がないため常に同じ向き
にすることはできない。このため保護管の軸回りの向き
の再現性が悪く一定しない。仮にボート受け台１１と保
護管１４の双方に目印を付けても位置合せするようにし
たとしても、ボート受け台への固定中に保護管１４がず
れるのが避けられない。

【００１４】また、についても、保護管１４内の熱電
対は、自身の剛性で整列しているだけで拘束されていな
いため、炉内温度測定器の搬送時や取付け時の振動で反
応管内で整列していた複数の熱電対１５が容易に位置ず
れを起こすことがあるため、常に同じにすることはでき
ない。

【００１５】温度測定対象箇所、すなわちボートに対す
る熱電対の位置関係にずれが生じると、そのずれにより
温度測定値が２〜３℃のバラツキをもつことがある。こ
のためメンテナンス完了後の成膜条件出しに要する時間
が増大する。また、ずれを放置してＣＶＤ膜を成膜した
場合、膜厚均一性および成膜速度等が変化してしまうた
め、特に成膜結果に異常が生じた場合、熱電対のずれで
生じたのか、他の原因で生じたのかを見極めるのが難し
く、原因を特定するに要する時間が増大していた。

【００１６】本発明の課題は、温度測定の対象箇所と測
温素子との位置関係を常に定位置に固定できるようにす
ることによって、上述した従来技術の問題点を解消し
て、炉内温度校正作業のたびに着脱を繰り返しても、炉
内温度測定の再現性に優れ、作業性が良好になる炉内温
度測定器を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の炉内温度測定器
は、複数の測温素子を軸方向に互いにずらして挿入した
保護管を炉内に挿入して、前記炉内の温度を測定する炉
内温度測定器において、前記保護管内に挿入される前記
測温素子を整列させて前記保護管内に固定する測温素子
位置決め手段と、前記保護管が挿入される炉側の被係止
部に係止して前記炉に対する前記保護管の軸回りの向き
を固定する保護管位置決め手段とを備えたものである。

【００１８】この炉内温度測定器は、分割ヒータによっ
て炉軸方向に複数の領域に分割されて加熱される炉内
に、前記複数の領域の温度をそれぞれ測定するために、
挿入されて前記炉内の温度を測定する。炉内温度を校正
するたびごとに炉内温度測定器を炉にセッティングする
場合に、保護管の挿入長は従来公知の方法で固定する。
前記複数の測温素子は測温素子位置決め手段により整列
して保護管に固定し、保護管の軸回りの向きは保護管位
置決め手段により炉に対して固定する。このように保護
管内の測温素子の位置と炉内における保護管の向きを固
定すると、炉に対する前記複数の測温素子のセッティン
グ位置が常に同じになるので、炉内温度校正を正しく行
えて炉内温度測定結果にバラツキが生じず、成膜結果に
変動が生じない。

【００１９】なお、保護管位置決め手段に、保護管の挿
入長を決める位置決め機能をもたせて、保護管の挿入長
を保護管位置決め手段によって行うようにしてもよい。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図１
〜図３を用いて説明する。

【００２１】図１は実施形態の炉内温度測定器２３の構
成を示す。炉内温度測定器２３は、上端が閉じ下端が開
口した石英製で円筒形の保護管２４を有し、下端開口か
ら内部に挿入される複数本の測温素子としての熱電対１
５を保護するようになっている。この保護管２４内に
は、熱電対素線１５ａの径よりも僅かに大きい径をもつ
複数の石英製の細管２１が径方向に一列に並んで保護管
２４の全長に亘って挿入固定され、保護管２４に軸方向
に互いにずらして挿入される長さの異なる複数本の熱電
対１５を一本づつ、これらの細管２１にそれぞれ納める
ことができるようになっている。

【００２２】複数の細管２１は予め一列に並べて相互に
一体固着して板状としたうえ、前記保護管２４内に挿入
固定する。細管２１と熱電対１５との間に隙間が生じる
場合は、例えばＭｇＯ、Ａｌ₂ Ｏ₃ などの無機絶縁物を
固く充填して一体構造としてもよい。なお、複数の細管
２１は偏平管の内部を区画形成して一体構成してもよ
い。前記複数の細管２１は保護管２４に対する熱電対１
５の挿入位置を固定する測温素子位置決め手段を構成す
る。

【００２３】複数本の熱電対１５は、その前半部が保護
管２４内に挿通され、中間部がテフロン製のキャップ２
６に固定され、端末部がキャップ２６より引き出され
る。複数本の熱電対１５の長さが互いに異なる測温部を
先端に有する前半部は、保護管２４の底部開口より複数
の細管２１内部にそれぞれ挿通されることにより、細管
２１により全長にわたって拘束され、保護管２４内の径
方向位置ないし向きが固定される。また、熱電対１５の
中間部が、保護管２４の下端に嵌められて前記開口を閉
じるキャップ２６に一列に並べて一体的に取り付けれる
ことにより、熱電対１５の保護管２４内の長さ方向の挿
入位置が従来と同様に固定される。保護管２４のキャッ
プ２６より引き出されている後半部はその端末に制御回
路と接続されるコネクタ１７が取り付けられていること
も従来と同じである。

【００２４】ところで、前記保護管２４には、炉内のボ
ート１０（図４参照）に対する保護管２４の軸回りの向
き、および炉内温度測定器２３の炉内への挿入位置をそ
れぞれ位置決め固定する位置決め手段が設けられる。こ
の位置決め手段は保護管２４の下部の一側に径方向外方
に向かう凸状の係止部２７として構成される。なお、図
１では保護管２４の頂部を平形にしているが、従来通り
半球状にしてもよい。

【００２５】図２に示すように縦型ＣＶＤ炉１のボート
受け台１１の挿入孔４５の一側に、前記炉内温度測定器
２３の凸状の係止部２７を係止する、径方向外方に向か
う凹状の被係止部２８を形成し、このボート受け台１１
の被係止部２８に炉内温度測定器２３の係止部２７を係
止できるようになっている。図２(b) 〜(d) に図２(a)
の各部の断面図を示すが、これより分かるように保護管
２４、挿入孔４５、スリーブ４１は円形ではなく異形を
している。

【００２６】図３の分解斜視図を用いて炉内温度測定器
２３のボート受け台１１に対する前記係止固定を具体的
に説明する。ボート受け台１１に設けた挿入孔４５の径
は、挿入孔４５と、これに挿入される保護管２４との間
に押し込むスリーブ４１の肉厚分だけ、保護管２４の外
径よりも大きく形成する。凹状の被係止部２８の挿入孔
４５における形成位置は下方に偏椅しており、被係止部
２８はボート受け台１１の下面には連通しているが、上
面には連通していない。この上面に連通していない被係
止部２８の天井部分が、保護管２４を挿入孔４５に挿通
したとき、挿入方向のストッパとなる。

【００２７】スリーブ４１は、挿入孔４５に挿入する小
径部４１ｂと、挿入孔縁に係止して炉１の外側にはみ出
す大径部４１ａとから構成される。小径部４１ｂの外径
は挿入孔４５の径と略同じで、内径は保護管２４の外径
と同じである。小径部４１ｂの一側に、保護管２４の凸
状の係止部２７と挿入孔４５の凹状の被係止部２８との
間に押し込まれる小径凸部４１ｃを形成してあり、同様
に大径部４１ａにも大径凸部４１ｄを形成してある。

【００２８】図２において、ボート受け台１１に保護管
１４をシール継手を使って固定する点は、図５で説明し
た従来例の構成と同じであるので、同一符号を付して説
明を省略する。また、縦型ＣＶＤ炉１は、挿入孔２５に
被係止部２８を設けた点を除いて従来例の構成と同じで
ある。

【００２９】炉内温度測定器２３は、図２に示すよう
に、保護管２４が炉底部のボート受け台１１に設けた挿
入孔２５からインナチューブ４内に炉軸方向に挿入す
る。このとき、保護管２４を軸回りに回して保護管２４
に設けた係止部２７を、ボート受け台１１の被係止部２
８に係止させる。この係止によって、その軸回りの向き
は位置決めされ、炉に対して常に一定方向を向く。すな
わち、保護管２４に設けた凸状の係止部２７は炉内温度
測定器２３の反応管５内への挿入は許容するが、軸回り
方向の回動を規制して炉内温度測定器２３の向きの位置
決めを行う。また、挿入時、保護管２４に設けた凸状の
係止部２７が、ボート受け台１１の挿入孔に設けた凹状
の被係止部２８の天井部分にぶつかり、それ以上の挿入
が阻止されるため、保護管２４の挿入長が決定される。

【００３０】また、前記保護管２４の内部に通された互
いに軸方向にずれた複数本の熱電対１５は、既に説明し
たように細管２１によって保護管２４内の向きを決定さ
れる。このように前述した３つのセッティング条件が満
たされる結果、ゾーン分割されたボート近傍の温度測定
の対象箇所と炉内温度測定器２３との位置関係が再現性
良く行われ、温度測定方向が特定される。したがって、
炉内温度測定結果にバラツキが発生せず、成膜結果に変
動が生じない。

【００３１】また、炉内温度測定器を炉内に挿入するだ
けで、３つのセッティング条件を満たすことができるの
で、炉内温度測定器の取付け時の作業性が格段に向上す
る。また、前記細管は、複数本の保護管内の熱電対の整
列位置ばかりでなく、熱電対間の短絡も防ぐことができ
る。さらに、細管を挿入するだけで、保護管に変更を加
えないので、既存の保護管がそのまま使えるという利点
もある。

【００３２】なお、実施の形態では保護管に係止部を取
り付けたが、キャップに係止部を取り付けるようにして
もよい。この場合、ボート受け部からキャップまで被係
止部用部材を延設し、その延設部に設けたキャップ挿入
孔に前記キャップの係止部と係止する被係止部を形成す
るとよい。またボート受け部側に被係止部を形成した
が、炉内温度測定器が屈曲していて炉外周下部の炉口ア
ダプタに取り付けるのであれば、被係止部を炉口アダプ
タに形成するとよい。また炉内温度測定器側に凹状の被
係止部を、ボート受け部側ないし炉口アダプタ側に凸状
の係止部を取り付けるようにしてもよい。さらに円筒形
の保護管のようにボート受け部との間でシール性を確保
できるのであれば、保護管を省略し整列細管のみから構
成し、整列細管を保護管の代わりとしてもよい。

【００３３】なお、実施形態の熱電対は、保護管に挿入
された熱電対素線１５ａも整列固定しているが、少なく
とも黒点で示す測温部が整列されて固定されていれば足
りる。また、細管を保護管に挿入、固定しておいてから
熱電対を挿入するようにしても、細管に熱電対を挿入し
てから保護管内部に挿入して固定するようにしてもよ
い。また、保護管に設ける凸状の係止部は一側に１個だ
け設けるようにしたが、両側に計２個、またはそれ以上
設けるようにしてもよい。その場合の周方向の設置角度
は任意である。

【００３４】さらに、保護管の挿入長の決定を、挿入孔
に形成した凹状被係止部で行うのではなく公知の方法で
行うのであれば、ボート受け部に設ける挿入孔の凹状被
係止部は、ストッパ機能をもつ必要はないのでボート受
け部の上面に連通していてもよい。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、保護管内の熱電対の位
置と炉内における保護管の向きを固定できるようにした
ことにより、炉内における熱電対の位置を常に同じ位置
にセッティングできることから、従来のようにセッティ
ング方向がずれてセッティング方向によって変動してい
た温度測定のバラツキがなくなる。このため作業性も改
善され、メンテナンス完了後の成膜条件出し時間が削減
でき、また成膜結果に異常が生じた場合も、原因を特定
するに要する時間が削減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態による炉内温度測定器の構成図であ
る。

【図２】実施形態による炉内温度測定器の取付部の説明
図を示し、(a) は全体の断面図、(b) はＡ−Ａ線断面
図、(c) はＢ−Ｂ線断面図、(d) はＣ−Ｃ線断面図であ
る。

【図３】実施形態による炉内温度測定器の取付部の分解
図斜視図である。

【図４】従来の縦型ＣＶＤ炉の断面図である。

【図５】従来の炉内温度測定器の取付部の断面図であ
る。

【図６】従来の炉内温度測定器の構成図である。

【符号の説明】

１５ 熱電対 ２１ 細管（測温素子位置決め手段） ２３ 炉内温度測定器 ２４ 保護管 ２６ キャップ ２７ 係止部（保護管位置決め手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の測温素子を軸方向に互いにずらして
   挿入した保護管を炉内に挿入して、前記炉内の温度を測
   定する炉内温度測定器において、 前記保護管内に挿入される前記測温素子を整列させて前
   記保護管内に固定する測温素子位置決め手段と、 前記保護管が挿入される炉側の被係止部に係止して前記
   炉に対する前記保護管の軸回りの向きを固定する保護管
   位置決め手段とを備えたことを特徴とする炉内温度測定
   器。