JP2003249456A - 基板処理装置 - Google Patents

基板処理装置

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JP2003249456A
JP2003249456A JP2002047794A JP2002047794A JP2003249456A JP 2003249456 A JP2003249456 A JP 2003249456A JP 2002047794 A JP2002047794 A JP 2002047794A JP 2002047794 A JP2002047794 A JP 2002047794A JP 2003249456 A JP2003249456 A JP 2003249456A
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heater
temperature
thermocouple
heat treatment
process tube
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JP2002047794A
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Hitoshi Murata
等 村田
Masaaki Ueno
正昭 上野
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Hitachi Kokusai Electric Inc
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Hitachi Kokusai Electric Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 実際の温度を適正に計測して熱処理を適正に
実行させる。 【解決手段】 複数枚のウエハ1を保持したボート21
を処理室14に収容して処理するプロセスチューブ11
と、プロセスチューブ11の外部に敷設されたヒータ部
32a〜32dと、このヒータ部群の外側を取り囲む断
熱槽31とを備えたホットウオール形熱処理装置10に
おいて、各ヒータ部32a〜32dの近傍の温度を計測
するヒータ熱電対34a〜34bがプロセスチューブ1
1とヒータ部との間の隙間に断熱槽31の下端開口から
それぞれ挿入されている。 【効果】 ヒータ熱電対の温度検知部が熱伝導で冷却さ
れるのを抑制できるため、ヒータ熱電対はヒータ部の実
際の加熱温度を正確に計測でき、ヒータ部を適正にフィ
ードバック制御できる。また、ヒータ熱電対の挿入口か
らの処理室の放熱を抑止できるため、処理室の水平断面
における温度分布の悪化を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、基板処理装置、特
に、複数枚の基板を処理室に収容してヒータによって加
熱した状態で処理を施す熱処理装置(furnace )に関
し、例えば、半導体集積回路装置(以下、IC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、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および
熱CVD反応による成膜処理等(以下、熱処理とい
う。)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熱処理には、バ
ッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置(以下、ホット
ウオール形熱処理装置という。)が、広く使用されてい
る。ホットウオ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オール形熱処理装置に
おいては、プロセスチューブとヒータとの間に熱電対
(以下、ヒータ熱電対という。)を配置して実際の温度
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。このヒータ熱電対はプロセスチューブ
とヒータとの間に、図6(a)の想像線34’で参照さ
れるように、ヒータの外部に設置された断熱槽の外側か
らこの断熱槽を径方向(法線方向)に貫通して挿入され
ている。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】ヒータ熱電対が断熱槽
に対して法線に沿って挿入されたホットウオール形熱処
理装置においては、次のような問題点がある。ヒータ熱
電対が断熱槽の外側から挿入されていることにより、ヒ
ータ熱電対の温度検知部が熱伝導によって冷却されてし
まうため、計測温度が現実の温度よりも低くなってしま
い、正確な温度を計測することができない。また、断熱
槽におけるヒータ熱電対の貫通した部位からヒータの熱
が放散することにより、処理室の対向箇所の温度が低下
するため、処理室の水平断面における温度分布が不均一
になる。その結果、ヒータの温度制御性能が低下するば
かりでなく、ヒータの消費電力が増加してしまう。 【0005】本発明の目的は、従来の技術のこれらの問
題点を解決し、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基板処理
装置を提供することにある。 【0006】 【課題を解決するための手段】前記した課題を解決する
ための手段は、基板を処理室に収容して処理するプロセ
スチューブと、このプロセスチューブの外部に敷設され
て前記処理室の基板を加熱するヒータと、このヒータの
外側を取り囲む断熱槽と、前記ヒータの近傍の温度を計
測する温度計とを備えており、前記温度計の温度検知部
が前記プロセスチューブと前記ヒータとの間に、前記断
熱槽の径方向の厚さを超える長さをもって挿入されてい
ることを特徴とする。 【0007】前記した手段によれば、温度計の温度検知
部がプロセスチューブとヒータとの間に断熱槽の径方向
の厚さを超える長さをもって挿入されていることによ
り、温度計の温度検知部が熱伝導によって冷却されるの
を抑制することができるため、温度計は正確な温度を計
測することができる。また、温度計の挿入部位からの処
理室の放熱を抑制することができるため、処理室の水平
断面における温度分布の悪化を防止することができる。 【0008】 【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。 【0009】本実施の形態において、図1に示されてい
るように、本発明に係る基板処理装置は、ICの製造方
法における熱処理工程を実施するホットウオール形熱処
理装置(バッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置)1
0として構成されている。 【0010】図1に示されているホットウオール形熱処
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。 【0011】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
ウオール形熱処理装置の筐体2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。 【0012】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)に接続されてプロセスチューブ11の内部を排気し
得るようになっている。排気管17はインナチューブ1
2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1
7がマニホールド16に接続されているため、排気管1
7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。 【0013】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
ス供給装置やキャリアガス供給装置およびパージガス供
給装置(いずれも図示せず)が接続されている。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14を流通して排気路18を通って
排気管17によって外部へ排気される。 【0014】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。 【0015】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には多数条の保持溝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(図示せず)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2
1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。 【0016】図1に示されているように、プロセスチュ
ーブ11の外側は断熱槽31によって全体的に被覆され
ており、断熱槽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13の周囲
を包囲するように同心円に設備されている。断熱槽31
はステンレス鋼等の薄板から円筒形状に形成されたカバ
ーの内部にガラスウール等の断熱材が封入されてプロセ
スチューブ11の外径よりも大径で長さが同程度の円筒
形状に形成されており、ホットウオール形熱処理装置の
筐体2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はニクロム線等の線形の電気抵抗体に
よって形成されて断熱槽31の内周面に螺旋状に巻装さ
れている。ヒータ32は上側から順に、第一ヒータ部3
2a、第二ヒータ部32b、第三ヒータ部32cおよび
第四ヒータ部32dに四分割されており、これらヒータ
部32a〜32d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。 【0017】また、温度コントローラ33には各ヒータ
部32a〜32dの近傍の温度を計測する温度計として
の各ヒータ熱電対34a、34b、34cおよび34d
がそれぞれ接続されており、各ヒータ熱電対34a〜3
4d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。温度コントローラ33は各ヒー
タ熱電対34a〜34dからの計測温度によって各ヒー
タ部32a〜32d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〜32dの目標温度と各ヒータ熱電対34a〜
34d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。 【0018】図2に示されているように、各ヒータ熱電
対34a〜34dは細長い管形状に形成された保護管3
5a〜35dに封入されており、プロセスチューブ11
とヒータ32との間の隙間に断熱槽31の下端の開口か
らそれぞれ挿入されている。四本のヒータ熱電対34a
〜34dおよび保護管35a〜35dの長さは四箇所の
ヒータ部32a〜32dの高さにそれぞれ対応するよう
に設定されており、図2および図3(a)に示されてい
るように、四本のヒータ熱電対34a〜34dおよび保
護管35a〜35dは周方向の適当な範囲内において互
いに周方向に適当にずらされてそれぞれ配置されてい
る。長さの相異する四本のヒータ熱電対34a〜34d
の上端部には熱電対の温度検知部である熱接点36a〜
36dがそれぞれ配置されており、各熱接点36a〜3
6dは四箇所のヒータ部32a〜32dの中央の高さに
それぞれ対向するように配置されている。ちなみに、各
ヒータ熱電対34a〜34dの冷接点は各保護管35a
〜35dの外部において温度調節器の入力端子部分で補
償されるようにそれぞれ構成されている。但し、冷接点
は保護管の内部に配置してもよい。 【0019】図1に示されているように、キャップ20
にはプロファイル熱電対40が上下方向に貫通されて支
持されており、プロファイル熱電対40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。プロファイル熱電対40には四個の熱電対部40
a、40b、40cおよび40dが設定されており、各
熱電対部40a〜40dはインナチューブ12の内部に
おいて各ヒータ部32a〜32dにそれぞれ対向するよ
うに配置されている。各熱電対部40a〜40d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40a
〜40dからの計測温度によって各ヒータ部32a〜3
2d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〜32
dの目標温度と各熱電対部40a〜40d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】次に、前記構成に係るホットウオール形熱
処理装置の作用を温度制御を主体にして説明する。 【0021】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(ボートローディング)
されて行き、キャップ20に支持されたままの状態で処
理室14に存置される。 【0022】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〜32d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〜32d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。また、各ヒータ部32a
〜32d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〜32dのシーケンス
制御の目標温度との誤差は、プロファイル熱電対40の
各熱電対部40a〜40d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。 【0023】ここで、本実施の形態においては、各ヒー
タ熱電対34a〜34dがプロセスチューブ11とヒー
タ32との間の隙間に断熱槽31の下端の開口からそれ
ぞれ挿入されていることにより、各ヒータ熱電対34a
〜34dの温度検知部である熱接点36a〜36dが熱
伝導によって冷却されるのを抑制することができるた
め、各ヒータ熱電対34a〜34dは各ヒータ部32a
〜32dの実際の加熱温度をそれぞれ正確に計測するこ
とができる。その結果、温度コントローラ33はヒータ
32の各ヒータ部32a〜32d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を正確に補正
し、各ヒータ部32a〜32dをそれぞれ適正にフィー
ドバック制御することができる。 【0024】また、各ヒータ熱電対34a〜34dがプ
ロセスチューブ11とヒータ32との間の隙間に断熱槽
31の下端の開口からそれぞれ挿入されていることによ
り、各ヒータ熱電対34a〜34dの挿入口からの処理
室14における放熱を抑止することができるため、処理
室14の水平断面における温度分布の悪化を防止するこ
とができる。その結果、水平断面すなわちウエハ1の面
内における熱処理状況(膜厚等)分布の不均一およびボ
ート21の高さ位置の相異によるウエハ1の相互間の熱
処理状況の分布の不均一を防止することができる。 【0025】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
加熱作用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。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1
5からプロセスチューブ11の外部に搬出(ボートアン
ローディング)される。 【0026】前記実施の形態によれば、次の効果が得ら
れる。 【0027】1) 複数本のヒータ熱電対をプロセスチュ
ーブとヒータとの間の隙間に断熱槽の下端の開口からそ
れぞれ挿入することにより、各ヒータ熱電対の温度検知
部が熱伝導によって冷却されるのを抑制することができ
るため、各ヒータ熱電対は各ヒータ部の実際の加熱温度
をそれぞれ正確に計測することができる。 【0028】2) 各ヒータ熱電対によって各ヒータ部の
実際の加熱温度をそれぞれ正確に計測することにより、
コントローラは各ヒータ部の実際の加熱温度とシーケン
ス制御の目標温度との誤差を正確に補正して適正にフィ
ードバック制御することができるため、ホットウオール
形熱処理装置の処理精度および信頼性等を高めることが
できる。 【0029】3) 複数本のヒータ熱電対をプロセスチュ
ーブとヒータとの間の隙間に断熱槽の下端の開口からそ
れぞれ挿入することにより、各ヒータ熱電対の挿入口か
らの処理室の放熱を抑止することができるため、処理室
の水平断面における温度分布の悪化を防止することがで
きる。 【0030】4) 処理室の水平断面における温度分布の
不均一化を防止することにより、水平断面すなわちウエ
ハの面内における熱処理状況の分布の不均一およびボー
トの高さ位置の相異によるウエハの相互間の熱処理状況
の分布の不均一を防止することができるため、ホットウ
オール形熱処理装置の処理精度や製造歩留り等を高める
ことができる 【0031】図4は本発明の第二の実施の形態を示して
いる。 【0032】本実施の形態が前記実施の形態と異なる点
は四本のヒータ熱電対34a〜34dが一本の保護管3
5に纏めて封入されている点である。 【0033】本実施の形態によれば、四本のヒータ熱電
対34a〜34dが纏めて封入された一本の保護管35
を、プロセスチューブ11とヒータ32との間の隙間に
断熱槽31の下端の開口から挿入すれば済むため、ヒー
タ熱電対の取付構造を簡単化することができる。 【0034】図5および図6は本発明の第三の実施の形
態を示している。 【0035】本実施の形態が前記実施の形態と異なる点
は四本のヒータ熱電対34a〜34dが長さの等しい四
本の保護管35a〜35dにそれぞれ封入されており、
四本の保護管35a〜35dが四箇所のヒータ部32a
〜32dに対応する高さ位置において断熱槽31に法線
に対して傾斜する方向に貫通されている点である。すな
わち、ヒータ熱電対を封入した保護管35a〜35dは
断熱槽31の外面からヒータ32の略接線方向に挿入さ
れ、断熱槽31の外面に固定された金属またはセラミッ
クからなるブロック37によって支持されている。 【0036】本実施の形態において、図6に示されてい
るように、各ヒータ熱電対34a〜34dがプロセスチ
ューブ11とヒータ32との間に断熱槽31の法線Cに
対して傾斜して挿入されることにより、各ヒータ熱電対
34a〜34dの長さLが断熱槽31の径方向の厚さt
よりも長くなるため、各ヒータ熱電対34a〜34dの
温度検知部である熱接点36a〜36dが熱伝導によっ
て冷却されるのを抑制することができる。その結果、図
6に想像線で参照されるように、ヒータ熱電対34’が
断熱槽31の法線Cに沿って挿入された従来例の場合の
長さL’に比べて、ヒータ熱電対の長さLが長くなるた
め、各ヒータ熱電対34a〜34dは温度を正確に計測
することができる。 【0037】ここで、熱伝導に関する一般式を示すと、
次の式(1)、(2)の通りである。なお、次式中、Q
は移動熱量、T1 は熱電対の熱接点の温度、T2 は熱電
対の冷接点の温度、Rcは熱伝導抵抗、Lは熱電対の長
さ、λは熱伝導率、Aは熱電対の断面積である。 Q=(T1 −T2 )/Rc・・・(1) Rc=L/λ×A ・・・(2) 【0038】この式(1)、(2)からヒータ熱電対が
長い程、移動熱量が小さくなることが理解される。 【0039】また、本実施の形態においては、各ヒータ
熱電対34a〜34dの断熱槽31の内部における挿通
長さが長くなることにより、各ヒータ熱電対34a〜3
4dの外面へのグラスウール等の断熱材の接触面積が大
きくなるため、各ヒータ熱電対34a〜34dの断熱槽
31への貫通部位からの処理室14における放熱を抑制
することができ、その結果、処理室14の水平断面にお
ける温度分布の悪化を防止することができる。 【0040】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。 【0041】例えば、プロファイル熱電対を省略して、
ウエハの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。 【0042】温度計としては熱電対を使用するに限ら
ず、放射温度計等を使用してもよい。 【0043】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。 【0044】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。 【0045】本発明は、バッチ式縦形ホットウオール形
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オール形減圧CVD
装置等の熱処理装置全般に適用することができる。 【0046】 【発明の効果】本発明によれば、ヒータによる現在の実
際の温度を適正に計測することによって温度制御を適正
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オール形
熱処理装置を示す正面断面図である。 【図2】一部切断正面図である。 【図3】(a)は平面断面図であり、(b)はヒータ熱
電対の平面断面図である。 【図4】本発明の第二の実施の形態であるヒータ熱電対
を示しており、(a)は一部切断正面図、(b)は平面
断面図である。 【図5】本発明の第三の実施の形態であるホットウオー
ル形熱処理装置を示す一部切断正面図である。 【図6】(a)はヒータ熱電対を通る平面断面図、
(b)は(a)のb−b線に沿う断面図である。 【符号の説明】 1…ウエハ(基板)、2…筐体、10…ホットウオール
形熱処理装置(バッチ式縦形ホットウオール形熱処理装
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、31…断熱槽、32…ヒー
タ、32a〜32d…ヒータ部、33…温度コントロー
ラ、34a〜34d…ヒータ熱電対、35、35a〜3
5d…保護管、36a〜36d…熱接点(温度検知
部)、37…ブロック、40…プロファイル熱電対、4
0a〜40d…熱電対部。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 基板を処理室に収容して処理するプロセ
    スチューブと、このプロセスチューブの外部に敷設され
    て前記処理室の基板を加熱するヒータと、このヒータの
    外側を取り囲む断熱槽と、前記ヒータの近傍の温度を計
    測する温度計とを備えており、前記温度計の温度検知部
    が前記プロセスチューブと前記ヒータとの間に、前記断
    熱槽の径方向の厚さを超える長さをもって挿入されてい
    ることを特徴とする基板処理装置。
JP2002047794A 2002-02-25 2002-02-25 基板処理装置 Pending JP2003249456A (ja)

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JP2006210768A (ja) * 2005-01-31 2006-08-10 Hitachi Kokusai Electric Inc 熱処理装置及び基板の製造方法
KR101430752B1 (ko) 2012-12-31 2014-08-19 (주)피앤테크 태양전지 웨이퍼용 도핑 프로세스 튜브 도어

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