JP2002110556A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウエハの実際の温度を計測して熱処理温度を
適正に制御する。 【解決手段】 バッチ式縦形ホットウォール形熱処理装
置１０において、プロセスチューブ１１を封止するキャ
ップ２０に保持パイプ５２と全反射面５７を有した導波
棒５６とを備えたＬ字形状の放射温度計５０を挿通し、
放射温度計５０は放射温度計５０からの計測温度でヒー
タ３２をフィードバック制御するコントローラ３３に接
続する。導波棒５６をボート２１に保持されたウエハ
１、１間に挿入して保持パイプ５２で回動させることに
より、全反射面５７でウエハ１の中心部の温度と周辺部
の温度とを計測できるように構成する。 【効果】 放射温度計でウエハの中心部の現在の実際の
温度を計測しヒータをフィードバック制御することで、
熱処理中や昇降温時のウエハの中心部と周辺部の温度差
を解消できるため、ウエハ面内の処理状態分布の均一性
を向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱処理装置（furn
ace ）に関し、例えば、半導体集積回路装置（以下、Ｉ
Ｃという。）が作り込まれる半導体ウエハ（以下、ウエ
ハという。）に酸化処理や拡散処理および拡散だけでな
くイオン打ち込み後のキャリア活性化や平坦化のための
リフローやアニール等の熱処理に使用される熱処理装置
に利用して有効な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣの製造方法における酸化処理や拡散
処理等の熱処理には、バッチ式縦形ホットウォール形熱
処理装置（以下、ホットウォール形熱処理装置とい
う。）が、広く使用されている。ホットウォール形熱処
理装置は、ウエハが搬入される処理室を形成するインナ
チューブおよびこのインナチューブを取り囲むアウタチ
ューブから構成され縦形に設置されたプロセスチューブ
と、プロセスチューブの外部に敷設されてプロセスチュ
ーブ内を加熱するヒータとを備えており、複数枚のウエ
ハがボートによって長く整列されて保持された状態でイ
ンナチューブ内に下端の炉口から搬入され、ヒータによ
って処理室内が加熱されることにより、ウエハに熱処理
が施されるように構成されている。

【０００３】このようなホットウォール形熱処理装置に
おいては、インナチューブとアウタチューブとの間に熱
電対を配置して処理室内の温度を計測し、この計測結果
に基づいてヒータをフィードバック制御することによ
り、熱処理を適正に制御することが行われている。この
制御方法の根拠は、プロセスチューブの外部に敷設され
たヒータによってプロセスチューブの処理室内のウエハ
を加熱するホットウォール形熱処理装置においては処理
室内の雰囲気全体が均一な温度となるため、インナチュ
ーブとアウタチューブとの間に配置された熱電対であっ
てもウエハの実際の温度を計測することができ、その熱
電対の計測結果によってヒータをフィードバック制御す
ることにより、ウエハに対する熱処理を適正に制御する
ことができるというものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなホットウォール形熱処理装置においては、ウエハが
大径化した場合（例えば、直径が三百ｍｍのウエハの場
合）には、次のような問題点が発生する。すなわち、ウ
エハの側方から加熱するホットウォール形熱処理装置に
おいては、大径のウエハの場合にはヒータとの遠近差が
顕著になることにより、ウエハの中心部と周辺部との温
度差が顕著になるため、インナチューブとアウタチュー
ブとの間に配置された熱電対による温度計測によって
は、ウエハの中心部における実際の温度を計測したこと
にならない。つまり、熱電対による温度計測結果に基づ
いてヒータをフィードバック制御したのでは、ウエハに
対する熱処理を適正に制御したことにはならない。

【０００５】また、ホットウォール形熱処理装置におい
ては温度の上昇および降下の時間を短縮することが要求
されているが、ホットウォール形熱処理装置におけるウ
エハの周辺部の温度上昇および降下は中心部よりも速い
ため、温度の上昇および降下を短時間で実施すると、ウ
エハの中心部と周辺部との温度差が広がってしまう。こ
のウエハの中心部と周辺部との温度差はウエハが大径に
なるほど顕著になる。そのため、インナチューブとアウ
タチューブとの間に配置された熱電対による温度計測結
果に基づいてヒータをフィードバック制御するホットウ
ォール形熱処理装置においては、ウエハの中心部と周辺
部との温度差を吸収するためにマージン（余裕）を設定
する必要があるので、温度の上昇および降下時間の短縮
に限界がある。

【０００６】本発明の目的は、従来の技術のこれらの問
題点を解決し、基板の径方向の複数点における現在の実
際の温度を適正に計測することによって熱処理を適正に
実行することができる熱処理装置を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る熱処理装置
は、プロセスチューブの処理室に温度計が設置されてお
り、この温度計は前記処理室内へ基板の厚さ方向に挿入
されて回動自在に支承された支軸部と、この支軸部に保
持されて前記基板と平行方向に延設された回動部と、こ
の回動部に設けられた検出部とを備えており、前記支軸
部の回動に伴う前記回動部の回動によって検出部が前記
ウエハの径方向の複数点に対応した温度を計測するよう
に構成されていることを特徴とする。

【０００８】前記した手段によれば、プロセスチューブ
の処理室内の基板の径方向の複数点における現在の実際
の温度が温度計によって計測されるため、プロセスチュ
ーブの外部に敷設されて処理室を加熱するヒータを処理
室内の基板の径方向の複数点における現在の実際の温度
に即してフィードバック制御することができ、その結
果、基板に対する熱処理を適正に制御することができ
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
面に即して説明する。

【００１０】本実施の形態において、図１に示されてい
るように、本発明に係る熱処理装置はＩＣの製造方法に
おける熱処理工程を実施するホットウォール形熱処理装
置（バッチ式縦形ホットウォール形熱処理装置）１０と
して構成されている。

【００１１】図１に示されているホットウォール形熱処
理装置１０は、中心線が垂直になるように縦に配されて
固定的に支持された縦形のプロセスチューブ１１を備え
ている。プロセスチューブ１１はインナチューブ１２と
アウタチューブ１３とから構成されており、インナチュ
ーブ１２は石英ガラスまたは炭化シリコン（ＳｉＣ）が
使用されて円筒形状に一体成形され、アウタチューブ１
３は石英ガラスが使用されて円筒形状に一体成形されて
いる。インナチューブ１２は上下両端が開口した円筒形
状に形成されており、インナチューブ１２の筒中空部は
ボートによって長く整列した状態に保持された複数枚の
ウエハが搬入される処理室１４を実質的に形成してい
る。インナチューブ１２の下端開口はウエハを出し入れ
するための炉口１５を実質的に構成している。したがっ
て、インナチューブ１２の内径は取り扱うウエハの最大
外径（例えば、三百ｍｍ）よりも大きくなるように設定
されている。

【００１２】アウタチューブ１３は内径がインナチュー
ブ１２の外径よりも大きく上端が閉塞し下端が開口した
円筒形状に形成されており、インナチューブ１２にその
外側を取り囲むように同心円に被せられている。インナ
チューブ１２とアウタチューブ１３との間の下端部は多
段の円筒形状に構築されたマニホールド１６によって気
密封止されており、マニホールド１６はインナチューブ
１２およびアウタチューブ１３の交換等のためにインナ
チューブ１２およびアウタチューブ１３にそれぞれ着脱
自在に取り付けられている。マニホールド１６がホット
ウォール形熱処理装置の機枠３０に支持されることによ
り、プロセスチューブ１１は垂直に据え付けられた状態
になっている。

【００１３】図２に示されているように、マニホールド
１６の側壁の上部には排気管１７が接続されており、排
気管１７は排気装置（図示せず）に接続されて処理室１
４を排気し得るようになっている。排気管１７はインナ
チューブ１２とアウタチューブ１３との間に形成された
隙間に連通した状態になっており、インナチューブ１２
とアウタチューブ１３との隙間によって排気路１８が、
横断面形状が一定幅の円形リング形状に構成されてい
る。排気管１７がマニホールド１６に接続されているた
め、排気管１７は円筒形状の中空体を形成されて垂直に
延在した排気路１８の最下端部に配置された状態になっ
ている。

【００１４】また、マニホールド１６の側壁の下部には
ガス導入管１９がインナチューブ１２の炉口１５に連通
するように接続されており、ガス導入管１９には原料ガ
ス供給装置およびキャリアガス供給装置（いずれも図示
せず）に接続されている。ガス導入管１９によって炉口
１５に導入されたガスはインナチューブ１２の処理室１
４内を流通して排気路１８を通って排気管１７によって
排気される。

【００１５】マニホールド１６には下端開口を閉塞する
キャップ２０が垂直方向下側から当接されるようになっ
ている。キャップ２０はマニホールド１６の外径と略等
しい円盤形状に構築されており、プロセスチューブ１１
の外部に垂直に設備されたエレベータ（図示せず）によ
って垂直方向に昇降されるように構成されている。キャ
ップ２０の中心線上にはボート２１が垂直に立脚されて
支持されるようになっている。

【００１６】ボート２１は上下で一対の端板２２、２３
と、両端板２２と２３との間に架設されて垂直に配設さ
れた三本の保持部材２４とを備えており、三本の保持部
材２４には多数の保持溝２５が長手方向に等間隔に配さ
れて互いに対向して開口するように刻設されている。ボ
ート２１は三本の保持部材２４の保持溝２５間にウエハ
１を挿入されることにより、複数枚のウエハ１を水平に
かつ互いに中心を揃えた状態に整列させて保持するよう
になっている。ボート２１とキャップ２０との間には内
部に断熱材２７が封入された断熱キャップ部２６が配置
されており、断熱キャップ部２６はボート２１をキャッ
プ２０の上面から持ち上げた状態に支持することによ
り、ボート２１の下端を炉口１５の位置から適当な距離
だけ離間させるように構成されている。

【００１７】図１に示されているように、プロセスチュ
ーブ１１の外側は断熱カバー３１によって全体的に被覆
されており、断熱カバー３１の内側にはプロセスチュー
ブ１１の内部を加熱するヒータ３２がアウタチューブ１
３の周囲を包囲するように同心円に設備されている。断
熱カバー３１およびヒータ３２はホットウォール形熱処
理装置の機枠３０に支持されることによって垂直に据え
付けられている。ヒータ３２は上側から順に、第一ヒー
タ部３２ａ、第二ヒータ部３２ｂ、第三ヒータ部３２
ｃ、第四ヒータ部３２ｄおよび第五ヒータ部３２ｅに五
分割されており、これらヒータ部３２ａ〜３２ｅは温度
コントローラ３３によって互いに連携および独立してシ
ーケンス制御されるように構成されている。

【００１８】また、各ヒータ部３２ａ〜３２ｅには各ヒ
ータ熱電対３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄおよび３４
ｅがそれぞれ設置されており、各ヒータ熱電対３４ａ〜
３４ｅは計測結果を温度コントローラ３３にそれぞれ送
信するようになっている。そして、温度コントローラ３
３は各ヒータ熱電対３４ａ〜３４ｅからの計測温度によ
って各ヒータ部３２ａ〜３２ｅをフィードバック制御す
るようになっている。すなわち、温度コントローラ３３
は各ヒータ部３２ａ〜３２ｅの目標温度と各ヒータ熱電
対３４ａ〜３４ｅの計測温度との誤差を求めて、誤差が
ある場合には誤差を解消させるフィードバック制御を実
行するようになっている。

【００１９】さらに、キャップ２０にはカスケード熱電
対３５が上下方向に貫通されて支持されており、カスケ
ード熱電対３５の挿入端部はインナチューブ１２の内周
付近に敷設された状態になっている。カスケード熱電対
３５には五個の熱電対部３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５
ｄおよび３５ｅが設定されており、各熱電対部３５ａ〜
３５ｅはインナチューブ１２の内部において各ヒータ部
３２ａ〜３２ｅにそれぞれ対向するように配置されてい
る。各熱電対部３５ａ〜３５ｅは計測結果を温度コント
ローラ３３にそれぞれ送信するようになっており、温度
コントローラ３３は各熱電対部３５ａ〜３５ｅからの計
測温度によって各ヒータ部３２ａ〜３２ｅをフィードバ
ック制御するようになっている。すなわち、温度コント
ローラ３３は各ヒータ部３２ａ〜３２ｅの目標温度と各
熱電対部３５ａ〜３５ｅの計測温度との誤差を求めて、
誤差がある場合には誤差を解消させるフィードバック制
御を実行するようになっている。

【００２０】図１に示されているように、断熱カバー３
１とプロセスチューブ１１との間には冷却エア４０を流
通させるための冷却エア通路４１が、プロセスチューブ
１１を全体的に包囲するように形成されている。断熱カ
バー３１の下端部には冷却エア４０を冷却エア通路４１
に供給する給気管４２が接続されており、給気管４２に
供給された冷却エア４０は冷却エア通路４１の全周に拡
散するようになっている。断熱カバー３１の天井壁の中
央部には冷却エア４０を冷却エア通路４１から排出する
排気口４３が開設されており、排気口４３には排気路４
４が接続されている。排気路４４には第一ダンパ４５、
水冷ラジエータ４６、第二ダンパ４７およびブロア４８
が介設されている。

【００２１】図１に示されているように、キャップ２０
の断熱キャップ部２６の外側には図３および図４に示さ
れたＬ字形状の放射温度計５０が処理室１４に挿入され
て固定されており、放射温度計５０の処理室１４に挿入
された上端の水平部分はボート２１に保持されたウエハ
１のうち下から二段目のウエハ１と三段目のウエハ１と
の間に側方から挿入されている。上下のウエハ１、１の
間に挿入された放射温度計５０の先端部はウエハ１の中
心点まで達しており、上側である三段目のウエハ１の下
面の中心部の温度を計測するようになっている。そし
て、放射温度計５０は計測結果を温度コントローラ３３
に送信するようになっており、温度コントローラ３３は
放射温度計５０からの計測温度によってヒータ３２をフ
ィードバック制御するようになっている。すなわち、ヒ
ータ３２の目標温度と放射温度計５０の計測温度との誤
差を求めて、誤差がある場合には誤差を解消させるフィ
ードバック制御を実行するようになっている。

【００２２】図３に示されているように、放射温度計５
０は円筒形状に形成されたホルダ５１を備えており、ホ
ルダ５１はキャップ２０に下から挿入されて固定されて
いる。ホルダ５１の中心線上には石英ガラスが使用され
て円筒形のパイプ形状に形成された保持パイプ５２が上
下方向に配置されて下端部において回転自在に支承され
ており、保持パイプ５２はキャップ２０の外部に設置さ
れたロータリーアクチュエータ５８によって回転駆動さ
れるようになっている。保持パイプ５２の上端部にはエ
ルボ形状部５３が直角に屈曲されて形成されており、保
持パイプ５２の中空部内には複数本の光ファイバが束ね
られた光ファイバ束５４が挿通されている。光ファイバ
束５４のエルボ形状部５３と反対側端は熱電対や抵抗素
子等の測温素子（図示せず）に光学的に対向されてお
り、測温素子の熱起電力に基づく出力が放射温度計５０
の計測温度として温度コントローラ３３に送信されるよ
うになっている。

【００２３】保持パイプ５２のエルボ形状部５３の先端
開口部には導波棒５６の後端部が嵌入されて固定されて
おり、エルボ形状部５３に後端部が固定された導波棒５
６は全体的に保持パイプ５２に水平に支持された状態に
なっている。すなわち、保持パイプ５２は導波棒５６の
支軸部を構成しており、図４に示されているように、導
波棒５６は支軸部としての保持パイプ５２のロータリー
アクチュエータ５８による回転に伴って保持パイプ５２
の中心線を中心として回動するようになっている。エル
ボ形状部５３の内部において導波棒５６の後端面は光フ
ァイバ束５４の先端面と突合されており、導波棒５６と
光ファイバ束５４との突合部は継手部５５によって機械
的かつ光学的に結合されている。

【００２４】導波棒５６はサファイアまたは石英ガラス
が使用されて丸棒形状に形成されており、導波棒５６の
エルボ形状部５３と反対側である前端部には全反射面５
７を構成する傾斜面が形成されている。すなわち、図３
に示されているように、全反射面５７は導波棒５６が先
方へ行くに従って細くなるように切削されることにより
形成されており、本実施の形態において、全反射面５７
は導波棒５６の中心線に対して３０度の傾斜角Θを設定
されている。また、全反射面５７は上向きに配置されて
おり、上側のウエハ１の下面の中心点に光学的に対向さ
れているとともに、その入射側光軸が垂直であるボート
２１の中心線と、その反射側光軸が水平である導波棒５
６の中心線と可及的に一致するように配置されている。
つまり、図３（ｂ）に示されているように、導波棒５６
の全反射面５７はウエハ１の中心点における放射線６１
を検出する検出部を構成している。

【００２５】次に、前記構成に係るホットウォール形熱
処理装置の作用を温度制御を主体にして説明する。

【００２６】図１に示されているように、複数枚のウエ
ハ１を整列保持したボート２１はキャップ２０の上にウ
エハ１群が並んだ方向が垂直になる状態で載置され、エ
レベータによって差し上げられてインナチューブ１２の
炉口１５から処理室１４に搬入されて行き、キャップ２
０に支持されたままの状態で処理室１４に存置される。
この際、放射温度計５０の導波棒５６の先端部はボート
２１の二段目のウエハ１と三段目のウエハ１との間に挿
入されて、導波棒５６の全反射面５７が三段目のウエハ
１の下面の中心部に対向した状態になっている。

【００２７】プロセスチューブ１１の内部が排気管１７
によって排気されるとともに、プロセスチューブ１１の
内部がヒータ３２の各ヒータ部３２ａ〜３２ｅによって
温度コントローラ３３のシーケンス制御の目標温度（例
えば、６００〜１２００℃）に加熱される。この際、ヒ
ータ３２の各ヒータ部３２ａ〜３２ｅの実際の加熱温度
（出力）とシーケンス制御の目標温度との誤差は各ヒー
タ熱電対３４ａ〜３４ｄの計測結果に基づくフィードバ
ック制御によって補正される。

【００２８】また、各ヒータ部３２ａ〜３２ｅの加熱に
よるプロセスチューブ１１の内部の実際の上昇温度と各
ヒータ部３２ａ〜３２ｅのシーケンス制御の目標温度と
の誤差は、カスケード熱電対３５の各熱電対部３５ａ〜
３５ｅの計測結果に基づくフィードバック制御によって
補正される。

【００２９】ところで、ボート２１に保持されたウエハ
１の直径が三百ｍｍである場合には、カスケード熱電対
３５による温度計測によってはウエハ１の中心部におけ
る実際の温度を計測したことにならないため、カスケー
ド熱電対３５による温度計測結果に基づいてヒータ３２
をフィードバック制御しただけでは、ウエハ１に対する
熱処理を適正に制御することができない。

【００３０】そこで、本実施の形態においては、ウエハ
１の中心部における現在の実際の温度を放射温度計５０
によって計測し、この計測結果に基づいてヒータ３２を
フィードバック制御することにより、ウエハ１に対する
熱処理を適正に制御するものとしている。

【００３１】すなわち、放射温度計５０の導波棒５６の
全反射面５７は三段目のウエハ１の中心部に対向されて
いるため、図３に示されているように、高温に加熱され
たウエハ１の中心部からの放射線（熱線）６１は放射温
度計５０の導波棒５６に垂直方向から入射して、全反射
面５７に入射する。導波棒５６の全反射面５７に垂直方
向から入射した放射線６１は全反射面５７で水平方向に
反射されて向きを変換される。水平方向に向きを変換さ
れた放射線６１は導波棒５６の界面で全反射を繰り返す
ことにより伝播して継手部５５を介して光ファイバ束５
４に入射する。図示しないが、光ファイバ束５４に入射
した放射線６１は同様にして伝播して測温素子に照射す
る。放射温度計５０は測温素子に照射した放射線６１に
対応した測温値を温度コントローラ３３に送信する。な
お、図３（ｂ）に示されているように、下側のウエハ１
からの放射線６２等の迷光は全反射面５７において外側
に全反射するため、導波棒５６には入射しない。

【００３２】放射温度計５０から送信されて来たウエハ
１の中心部の計測温度とカスケード熱電対３５から送信
されて来たウエハ１の周辺部の計測温度との間に差があ
る場合には、温度コントローラ３３は放射温度計５０か
らの計測温度とヒータ３２のシーケンス制御の目標温度
との誤差を求め、その誤差を解消させるフィードバック
制御を実行する。なお、放射温度計５０の計測温度に基
づくフィードバック制御を実行すべきカスケード熱電対
３５の計測温度と放射温度計５０の計測温度との差値の
大きさには範囲を持たせることができる。例えば、カス
ケード熱電対３５の計測温度と放射温度計５０の計測温
度との差値が１℃以下である場合には、放射温度計５０
の計測温度に基づくフィードバック制御を実行しないよ
うに設定することができる。また、放射温度計５０によ
ってウエハ１の周辺部における現在の実際の温度を計測
したい場合には、図４（ａ）に想像線に示されているよ
うに、回動部としての導波棒５６を回動させて検出部と
しての全反射面５７をウエハ１の周辺部に配置すればよ
い。

【００３３】ちなみに、本実施の形態においては、放射
温度計５０はボート２１の三段目に保持されたウエハ１
だけを測温することにより、ウエハ１の中心部と周辺部
との温度差を解消させる温度制御を実行していることに
なる。しかし、プロセスチューブ１１の内部の温度は均
一に保たれていることにより、ボート２１の上段領域に
保持されたウエハ１の温度と下段領域に保持されたウエ
ハ１の温度との間には差が無いため、三段目に保持され
たウエハ１の中心部の測温データだけであっても、ウエ
ハ１の中心部と周辺部との温度差を解消させる温度制御
は充分に適正に実行することができる。

【００３４】ところで、直径が三百ｍｍのウエハ１にお
いては、ヒータ３２に対するウエハ１の中心部と周辺部
とでは、遠近差によって温度差や温度上昇速度差が発生
する。これらの差があるままの状態で熱処理を実行する
と、ウエハ１の熱処理状態の分布（例えば、酸化膜の膜
厚分布や不純物の拡散分布）が中心部と周辺部との間で
不均一になってしまう。そこで、直径が三百ｍｍのウエ
ハ１の場合の温度差や温度上昇速度差を吸収するため
に、従来例においてはヒータ３２の加熱によるプロセス
チューブ１１の内部の温度上昇速度を低く抑制するシー
ケンス制御が実行されている。

【００３５】しかし、本実施の形態においては、放射温
度計５０の測温結果に基づくフィーダバック制御によっ
てウエハ１の中心部と周辺部との温度差が解消されるた
め、ヒータ３２の加熱によるプロセスチューブ１１の内
部の温度上昇速度を従来例に比べて速く設定することが
できる。

【００３６】以上の温度制御によってプロセスチューブ
１１の内部の温度が全体的に一定の安定した状態になる
と、図４（ｂ）に示されているように、放射温度計５０
の支軸部としての保持パイプ５２がロータリーアクチュ
エータ５８によって所定の角度回転されることにより、
保持パイプ５２に保持された回動部としての導波棒５６
が回動されてウエハ１の外側に配置される。このように
して導波棒５６がウエハ１の外側に退避されると、プロ
セスチューブ１１の処理室１４に原料ガスが供給されて
ウエハ１、１間に原料ガスが流通する場合であっても、
その原料ガスの流れが導波棒５６の存在によって乱され
るのを未然に防止することができる。

【００３７】以上の温度制御による熱処理が実施されて
予め設定された熱処理時間が経過すると、ヒータ３２の
加熱が温度コントローラ３３のシーケンス制御によって
停止されるとともに、冷却エア４０が冷却エア通路４１
を流通される。すなわち、冷却エア４０は給気管４２か
ら供給されるとともに、排気口４３から排気路４４によ
る排気力によって排気される。冷却エア４０は冷却エア
通路４１を流通する間にプロセスチューブ１１のアウタ
チューブ１３に接触して熱を奪うことにより、プロセス
チューブ１１の内部を強制的に冷却する。この冷却エア
４０による強制冷却によってプロセスチューブ１１の内
部の温度は自然冷却の場合に比べて急速に降下して行
く。

【００３８】ところで、この冷却エア４０による強制冷
却もプロセスチューブ１１の外側からの冷却であるた
め、直径が三百ｍｍのウエハ１においてはウエハ１の中
心部と周辺部とでは遠近差による温度差や温度降下速度
差が発生する。これらの差があるままの状態で強制冷却
を継続すると、ウエハ面内の温度分布が不均一になるた
め、ウエハ１に反りが発生してしまう。そこで、直径が
三百ｍｍのウエハ１の場合の温度差や温度降下速度差を
吸収するために、従来例においては強制冷却による温度
下降速度は低く設定されている。

【００３９】しかし、本実施の形態においては、強制冷
却に際して、放射温度計５０の導波棒５６を図４（ａ）
に示された測温状態に戻すことにより、放射温度計５０
の測温結果に基づくフィードバック制御によってウエハ
１の中心部と周辺部との温度差を解消させることができ
るため、強制冷却によるプロセスチューブ１１の内部の
温度下降速度を従来例に比べて速く設定することができ
る。すなわち、放射温度計５０から送信されて来たウエ
ハ１の中心部の計測温度とカスケード熱電対３５から送
信されて来たウエハ１の周辺部の計測温度との間に差が
所定の範囲内にある場合には、温度コントローラ３３は
冷却エア４０の冷却エア通路４１での流通速度を増速さ
せて行き、所定の範囲外の場合には流通速度の増速を中
止する。所定の温度差の範囲とは、ウエハ１に反りまた
はスリップが発生するのを防止可能な範囲である。

【００４０】以上のようにしてプロセスチューブ１１の
内部の温度が降下されて行き予め設定された降下時間が
経過すると、キャップ２０が下降されて炉口１５が開口
されるとともに、ボート２１に保持された状態でウエハ
１群が炉口１５からプロセスチューブ１１の外部に搬出
される。

【００４１】前記実施の形態によれば、次の効果が得ら
れる。

【００４２】1) キャップに放射温度計を挿入してボー
トに保持されたウエハの温度を処理中に計測することに
より、インシチュー（In−situ）でウエハの温度を直接
計測することができるため、プロセスチューブを加熱す
るヒータを放射温度計の計測結果によってリアルタイム
でフィードバック制御することができ、ホットウォール
形熱処理装置の性能および信頼性を高めることができ
る。

【００４３】2) キャップに挿入したＬ字形状の放射温
度計の水平部の先端をボートに保持された上下で隣合う
ウエハの間に挿入してウエハの中心部に位置させること
により、放射温度計によってウエハの中心部の温度を直
接計測し、この計測結果によってヒータをフィードバッ
ク制御することができるため、熱処理中や昇温時および
降温時におけるウエハの中心部と周辺部との温度差を解
消することができる。

【００４４】3) 前記1)および2)により、ウエハ面内の
温度分布の均一性を大幅に向上させることができるた
め、熱処理後のウエハにおける処理状態の面内分布の均
一性を大幅に向上させることができるとともに、ウエハ
の反りの発生を防止することができ、ひいてはＩＣの品
質および信頼性を高めることができる。

【００４５】4) 昇温時および降温時におけるウエハの
中心部と周辺部との温度差を解消することにより、シー
ケンス制御の温度昇降速度を速く設定することができる
とともに、シーケンス制御の目標温度への到達時間およ
び安定時間を大幅に短縮することができるため、ホット
ウォール形熱処理装置の昇温および降温性能を大幅に高
めることができる。

【００４６】5) 放射温度計の導波棒を光ファイバ束を
保持した保持パイプのエルボ形状部に水平に支持させる
ことにより、ボートに水平に支持されたウエハ間に側方
から放射温度計を挿入することができるため、ウエハの
中心部の温度を放射温度計によって計測することができ
る。

【００４７】6) 放射温度計の導波棒の先端部に傾斜面
を形成して全反射面を形成することにより、ウエハ間に
挿入した導波棒の検出子端をウエハの下面に光学的に対
向させることができるため、ウエハの下面の放射線を導
波棒に適正に入射させることができ、もって、ウエハの
現在の実際の温度を放射温度計によって正確に計測する
ことができる。

【００４８】7) 放射温度計の導波棒の先端部に形成し
た傾斜面からなる全反射面の光軸をウエハの下面の中心
部に位置させることにより、ウエハの中心部の放射線を
導波棒に適正に入射させることができるため、ウエハの
中心部の現在の実際の温度を放射温度計によって正確に
計測することができる。

【００４９】8) 放射線を検出する検出部を有する導波
棒を支持した支軸部としての保持パイプを回動させるこ
とにより、ウエハの熱処理中に導波棒を支軸としての保
持パイプによって回動させてウエハの間から外方へ退避
させることができるため、熱処理中の測温対象ウエハ間
における原料ガスの流れ等の熱処理条件が変動するのを
未然に防止することができる。

【００５０】なお、本発明は前記実施の形態に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変
更が可能であることはいうまでもない。

【００５１】例えば、カスケード熱電対を省略して、ウ
エハ中心部および周辺部における現在の実際の温度を計
測する放射温度計によってヒータをフィードバック制御
するように構成してもよい。

【００５２】放射温度計としては前記実施の形態の構成
のものを使用するに限らず、光ファイバや他の光学系を
使用したものを使用してもよい。さらには、支軸部を中
心に回動する回動部に温度を検出する検出部が設けられ
たＬ字形状の温度計としては、放射温度計を使用するに
限らず、検出部に熱電対部を配置したもの等を使用する
ことができる。

【００５３】熱処理は酸化処理や拡散処理および拡散だ
けでなくイオン打ち込み後のキャリア活性化や平坦化の
ためのリフローおよびアニール処理等に限らず、成膜処
理等の熱処理であってもよい。

【００５４】被処理基板はウエハに限らず、ホトマスク
やプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスク
および磁気ディスク等であってもよい。

【００５５】本発明は、バッチ式縦形ホットウォール形
熱処理装置に限らず、バッチ式横形ホットウオール形熱
処理装置や縦形および横形ホットウォール形減圧ＣＶＤ
装置等の熱処理装置全般に適用することができる。

【００５６】

【発明の効果】本発明によれば、現在の実際の温度を適
正に計測することによって熱処理を適正に実行すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態であるホットウォール形
熱処理装置を示す正面断面図である。

【図２】その要部を示す拡大断面図である。

【図３】放射温度計を示しており、（ａ）は一部省略一
部切断正面図、（ｂ）は要部の拡大断面図である。

【図４】放射温度計の作用を示す各平面図であり、
（ａ）は測温時を示し、（ｂ）は退避時を示している。

【符号の説明】

１…ウエハ（基板）、１０…ホットウォール形熱処理装
置（バッチ式縦形ホットウォール形熱処理装置）、１１
…プロセスチューブ、１２…インナチューブ、１３…ア
ウタチューブ、１４…処理室、１５…炉口、１６…マニ
ホールド、１７…排気管、１８…排気路、１９…ガス導
入管、２０…キャップ、２１…ボート、２２、２３…端
板、２４…保持部材、２５…保持溝、２６…断熱キャッ
プ部、２７…断熱材、３０…機枠、３１…断熱カバー、
３２…ヒータ、３２ａ〜３２ｅ…ヒータ部、３３…温度
コントローラ、３４ａ〜３４ｅ…ヒータ熱電対、３５…
カスケード熱電対、３５ａ〜３５ｅ…熱電対部、４０…
冷却エア、４１…冷却エア通路、４２…給気管、４３…
排気口、４４…排気路、４５…第一ダンパ、４６…水冷
ラジエータ、４７…第二ダンパ、４８…ブロア、５０…
放射温度計、５１…ホルダ、５２…保持パイプ、５３…
エルボ形状部、５４…光ファイバ束、５５…継手部、５
６…導波棒、５７…全反射面、５８…ロータリーアクチ
ュエータ、６１…放射線（熱線）、６２…放射線（迷
光）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プロセスチューブの処理室に温度計が設
   置されており、この温度計は前記処理室内へ基板の厚さ
   方向に挿入されて回動自在に支承された支軸部と、この
   支軸部に保持されて前記基板と平行方向に延設された回
   動部と、この回動部に設けられた検出部とを備えてお
   り、前記支軸部の回動に伴う前記回動部の回動によって
   検出部が前記ウエハの径方向の複数点に対応した温度を
   計測するように構成されていることを特徴とする熱処理
   装置。