JP2005032880A - Substrate treatment equipment - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide substrate treatment equipment wherein the temperature of a heater or a treatment chamber can be accurately measured due to the equality or similarity of the thermoelectromotive force property of a bonding member with or to that of a first conductor, because the bonding member can reduce a thermal impact on part of a pair of conductors which is near a temperature detector. <P>SOLUTION: Hot wall type heat treatment equipment 10 is such that a protecting tube 34 is inserted into the treatment chamber 14 formed by an inner tube 12, and a thermo-couple 35a is inserted into the protecting tube 34. In the hot wall type heat treatment equipment 10, on one principal plane of the bonding member 40 which is formed of platinum the same quality as that of the first conductor 41 of the thermo-couple 35a and is formed into a disk-like shape, one end of the first conductor 41 is bonded at the center, and a second conductor 42 is bonded by electric welding at the periphery. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板処理装置、特に、被処理物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(furnace )に利用して有効なものに関する。
【0002】
【従来の技術】
ICの製造方法におけるウエハの熱処理には、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。従来のホットウオール形熱処理装置としては、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(ボートローディング)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ものがある。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ボートとの間にプロファイル熱電対(以下、熱電対という。)を配置してウエハ近傍の温度を計測し、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(特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開平8−124988号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来の熱処理装置に使用される熱電対の一対の導線の両端に配置される接合部は電気溶接によって形成されるために、接合部は球体形状になり、その直径は導線の断面の直径の数倍になる。このような熱電対においては、一対の導線の検温部(熱接点)が接合部の熱容量に熱的影響を受けるために、温度計測精度が低下するという問題点がある。
【0005】
本発明の目的は、処理室の温度を精度よく計測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、ヒータまたは処理室の温度を測定する熱電対の一対の導線が、熱起電力特性が前記熱電対の一対の導線のいずれか一方と同等または近似である接合部材にそれぞれ接合されていることを特徴とする。
【0007】
前記した手段によれば、接合部材の熱起電力特性が熱電対の一対の導線のそれと同等または近似していることにより、接合部材は一対の導線の検温部の近傍にある部分の熱的影響を低減することができるので、検温対象の現在の実際の温度を応答性よく計測することができる。
【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)10として構成されている。
【0010】
図1に示された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ており、アウタチューブ13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の内径は取り扱うウエハの最大外径(例えば、直径300mm)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。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。
【0013】
また、マニホールド16の下方にはガス導入管19が炉口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シールキャップ20が垂直方向下側から当接されるようになっている。シールキャップ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ボートエレベータ(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。シールキャップ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の周辺部をそれぞれ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とシールキャップ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21をシールキャップ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ケース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32a、第二ヒータ部32b、第三ヒータ部32c、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。
【0017】
図1に示されているように、マニホールド16の側壁の下部には保護管34がボート21に干渉しないようにシールキャップ20に対し水平に延び、断熱キャップ部26と干渉しない位置で直角に立ち上がって貫通されて固定されており、ボート21の処理室14への搬入時には、保護管34はインナチューブ12の内周面とボート21の外周面との間に位置する状態になっている。保護管34には五本の熱電対35a、35b、35c、35dおよび35eが纏めて封入されている。五本の熱電対35a、35b、35c、35dおよび35eは温度コントローラ33にそれぞれ接続されており、各熱電対35a〜35eは温度計測結果を温度コントローラ33に受信器37および電気配線38を介して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は各熱電対35a〜35eからの計測温度に基づいて各ヒータ部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。
【0018】
五本の熱電対35a〜35eの検温部側端部36a〜36eの高さは五箇所のヒータ部32a〜32eの高さにそれぞれ対応するように設定されており、検温部側端部36a〜36eには接合部材40a〜40eがそれぞれ固定されている。次に、熱電対の接合部材および一対の導線の構造を図2により説明する。なお、図2(a)は最上段のヒータ部32aに対応する熱電対35aを示している。
【0019】
図2(b)に示されているように、熱電対35aの熱電対の一対の導線のうち一方の導線(以下、第一導線という。)41は白金線が使用されて直径が0.5mmの円形断面の線材に形成されており、他方の導線(以下、第二導線という。)は白金・ロジウム線が使用されて直径が0.5mmの円形断面の線材に形成されている。接合部材40は第一導線41と同一の材質である白金が使用されて円板形状に形成されている。接合部材40の直径は厚さの二倍以上であって、第一導線41および第二導線42の直径よりも充分に大きく(例えば、十倍以上)に設定されている。接合部材40の一方の主面には第一導線41の一端が中心上に、第二導線42が周辺部に電気溶接によってそれぞれ接合されている。図2(a)に示されているように、保護管34の内部におけるヒータ部32aに対向する位置において、接合部材40aは第一導線41および第二導線42が接合された主面と反対側の主面がヒータ部32a側を向くように配置されている。
【0020】
次に、前記構成に係るホットウオール形熱処理装置を使用したICの製造方法の熱処理工程を説明する。
【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はシールキャップ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、ボートエレベータによって差し上げられて炉口15から処理室14に搬入(ボートローディング)されて行き、シールキャップ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〜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、各熱電対35a〜35eの測温結果に基づくフィードバック制御によってそれぞれ補正される。
【0023】
ここで、熱電対は二つの異なる材質の導線によって形成された閉回路において両端の接合部に温度差が生じると熱起電力が発生するゼーベック効果を利用した温度計測手段であり、熱電対の一方の端部(以下、基準部という。)の温度が既知である状態で、他方の端部(以下、検温部という。)を検温対象の温度に馴染ませ、この時に発生する熱起電力によって基準部と検温部との温度差を求め、この温度差の値に基準部の温度を加算することにより、検温部の温度を求めるようになっている。そして、検温部が検温対象の温度に馴染んでいる場合には、求めた検温部の温度を検温対象の温度として扱うことができるが、検温部が検温対象の温度状態に馴染んでいない場合には、求めた検温部の温度を検温対象の温度として扱うことはできない。特に、検温対象の温度状態が変化している状態で、検温部がその変化に迅速に馴染まない場合には、正確な温度を計測することはできない。検温部が検温対象の温度に馴染むとは、検温部と検温対象との間における熱の移動が安定している状態を指すが、その安定する状態に至るまでの過程において、検温部と検温対象との伝熱に寄与する面積とその熱容量との影響は大きい。以下、これについて説明する。
一般に、熱の移動は輻射、対流および伝導の三通りの伝熱形態による。ここで、他の条件が同じであれば、いずれの伝熱形態においても、伝熱に寄与する面積と移動熱量とは比例する。このことは、熱電対の測温において、検温部の検温対象との間の伝熱に寄与する面積が大きくなれば、検温部に移動する熱量が増大することを意味している。また、検温部に一定の熱量が与えられている場合には、温度変化速度が検温部の熱容量に反比例する関係がある。このことは、検温部の熱容量が小さくなるほど、温度変化速度が速くなることを意味している。以上のことにより、検温部が検温対象の温度状態に速く馴染むようにするには、検温対象との伝熱に寄与する面積を大きくすることや、熱容量を小さくすることが有効である。つまり、検温部の検温対象との伝熱に寄与する面積に対する検温部の熱量の比(以下、熱容量/面積という。)が小さいほど、熱電対の応答が速いことになる。また、熱容量は体積に比例することから、検温部の検温対象との伝熱に寄与する面積に対する検温部の体積の比(以下、体積/面積という。)についても同様のことが言える。
さらに、検温部の体積/面積は、その形状に依存性がある。図3(a)に示された球状の検温部39の場合には、検温部39の体積/面積は、中空部の無い立体の中で最も小さい。図3(b)は球体の体積/面積(表面積)のグラフを示している。このグラフによれば、面積を増加させると、体積/面積は大きくなり、極限で無限大となる。そして、検温部39の検温対象との伝熱に寄与する面積を球体の表面積と仮定すると、検温部39の寸法を小さくし、面積を小さくするほど、熱電対の応答性が向上することになる。
ここまでは検温部について述べて来たが、検温部には一対の導線が接合されているために、検温部は一対の導線から熱的な影響を受けている。一対の導線の検温部の近傍にある部分は検温部と同じ温度環境下にあると看做せるが、検温部と一対の導線の形状や寸法が異なる場合には、検温部と同じような応答を示すとは限らない。図3(a)に示された熱電対の検温部39は一対の導線41、42の一端部同士を電気溶接によって形成された球体であるために、球体の検温部39の直径は導線41、42の直径の数倍になる。但し、電気溶接によって形成されるために、導線の直径よりも極端に大きい直径を有する球体の検温部を形成することは困難である。故に、図3(a)に示された熱電対においては、一対の導線41、42の検温部39の近傍にある部分の熱容量は検温部39に対して無視できない大きさになる傾向がある。したがって、図3(a)に示された熱電対の検温部39は一対の導線41、42から無視できないほどの熱的影響を受けてしまい、結果として、図3(a)に示された熱電対は正確な温度検出が困難になる。
【0024】
これに対して、本実施の形態に係る各熱電対35a〜35eにおいては、図2(b)に示されているように、第一導線41および第二導線42が第一導線41と同質の材料によって円板形状に形成された接合部材40a〜40eに接合されていることにより、一対の導線からの熱的影響を殆ど受けないために、各熱電対35a〜35eは温度を正確に計測することができる。
以下、本実施の形態に係る熱電対においての導線からの熱的影響について説明する。図2(b)に示されているように、円板形状に形成された接合部材40には半径および厚さの寸法要素がある。図4は厚さを不変とした上で面積を変化させた場合の接合部材の体積/面積のグラフを示している。この場合においても、体積/面積は面積を増加させるに従って大きくなる。しかし、球体であれば極限において無限大となるところ、円板形状に形成された接合部材では極限において厚さの半値に収束する。ここで、接合部材の検温対象との伝熱に寄与する面積を接合部材の表面積と仮定すると、接合部材の厚み以外の寸法を変化させて表面積を小さくするほど検温対象の温度状態に馴染み易くなり、他方、表面積を次第に大きくしていっても検温対象の温度状態への馴染み易さは変わらなくなる。ここで、図2(b)に示されているように、接合部材40に形成された検温部39は第一導線41および第二導線42から熱的な影響を受ける。他方、検温部39は接合部材40に形成されているので、検温部39は接合部材40からも熱的な影響を受ける。ここで、接合部材の検温対象との伝熱に寄与する面積を接合部材の表面積と仮定する場合には、接合部材の厚み以外の寸法を大きくして表面積と体積とを大きくすることにより、接合部材40の熱容量は第一導線41および第二導線42の検温部の近傍にある部分の熱容量を無視できる程度まで大きく増加することができ、したがって、接合部材40およびそれに形成された検温部39に対して、第一導線41および第二導線42の検温部の近傍にある部分が与える熱的影響を低減することができる。そして、この接合部材40においては厚み以外の寸法を大きくして表面積と体積とを大きくしても検温対象の温度状態に対する馴染み易さへの影響は小さい。したがって、本実施の形態に係る熱電対35a〜35eにおいては、検温対象の温度を正確に計測することができる。
【0025】
以上の通り、本実施の形態においては、各熱電対35a〜35eは各検温対象である各ヒータ部32a〜32eの温度変化を正確に計測するので、各熱電対35a〜35eの測温結果に基づいて各ヒータ部32a〜32eをフィードバック制御する温度コントローラ33は、ウエハ1の現在の実際の温度に基づいて各ヒータ部32a〜32eを良好な応答性をもってフィードバック制御することになる。
【0026】
以上の温度制御によって処理室14の全体が予め設定された処理温度に安定すると、処理ガスが処理室14へガス導入管19から導入される。処理室14に導入された処理ガスは処理室14を上昇した後にインナチューブ12の上端開口から排気路18へ流れ込み、排気路18を通じて排気管17から排気される。処理ガスは処理室14を流れる際に、ウエハ1群に接触することによりウエハ1の表面に熱処理を施す。
【0027】
熱処理がウエハ1群に実施されて予め設定された熱処理時間が経過すると、ヒータ部32a〜32e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て、プロセスチューブ11の内部の温度が予め設定されたスタンバイ温度(例えば、処理温度よりも150℃〜300℃低い温度)に降下されて行く。この際においても、ヒータ32の各ヒータ部32a〜32eによるプロセスチューブ11の内部の実際の下降温度と、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、各熱電対35a〜35eの測温結果に基づくフィードバック制御によってそれぞれ補正される。ここでも、各熱電対35a〜35eは温度変化を正確に計測するため、温度コントローラ33はウエハ1の現在の実際の温度に基づいて各ヒータ部32a〜32eを良好な応答性をもってフィードバック制御する。
【0028】
そして、予め設定されたスタンバイ温度になるか、または、予め設定された降温時間が経過すると、シールキャップ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(ボートアンローディング)される。
【0029】
以上の作用が繰り返されることにより、ホットウオール形熱処理装置による熱処理がウエハ1にバッチ処理されて行く。
【0030】
前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。
【0031】
1) 熱起電力特性が熱電対の一対の導線の一方と同等または近似した接合部材に熱電対の一対の導線を接合することにより、熱電対は温度変化を正確に計測することができるため、熱電対の測温結果に基づいてヒータをフィードバック制御する温度コントローラはウエハの現在の実際の温度に基づいてヒータを良好な応答性をもってフィードバック制御することができ、その結果、ホットウオール形熱処理装置は熱処理を適正に実行することができる。
【0032】
2) 接合部材を一方の導線と同質の材料によって形成することにより、従来の熱電対と同質の材料によって熱電対の性能を向上させることができるので、熱電対の寿命等において従来の熱電対と同等の性能や信頼性を期待することができ、また、使用雰囲気についても従来と同様の条件を適用することができる。
【0033】
3) 接合部材への一対の導線を電気溶接によって接合することにより、従来の熱電対と同等の接合強度を得ることができる。
【0034】
図5は本発明の他の実施の形態である枚葉式ホットウオール形熱処理装置を示す正面断面図、図6は平面断面図である。
【0035】
本実施の形態においては、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枚葉式ホットウオール形熱処理装置として構成されている。
【0036】
図5および図6に示されているように、枚葉式ホットウオール形熱処理装置50はウエハ1を収容可能な平面視が長方形の処理室52を構成したプロセスチューブ51を備えており、プロセスチューブ51は石英ガラスまたは炭化シリコンが使用されて高さの低い直方体形状に形成されて、筐体(図示せず)に水平に支持されている。プロセスチューブ51の四枚の側壁のうち互いに正対する一対の側壁は開口されており、両開口には炉口フランジ53と炉端フランジ54とがそれぞれ固定されている。炉口フランジ53にはウエハ1を処理室52に搬入搬出するための炉口55が開設されており、炉口55はゲートバルブ56によって開閉されるようになっている。炉口フランジ53には処理ガスを導入するためのガス導入管57が炉口55に連通するように接続されており、炉端フランジ54には処理室52を排気するための排気管58が接続されている。炉端フランジ54はキャップ54aによって閉塞されている。つまり、ガス導入管57から供給された処理ガスは処理室52を流れて、排気管58によって排気されるようになっている。処理室52の底面にはウエハ置き台59が載置されており、ウエハ置き台59はウエハ1を一枚ずつ水平に保持するように構成されている。プロセスチューブ51の外側にはヒータ60が処理室52を均一または所定の温度分布に加熱するように敷設されており、ヒータ60は温度コントローラ61によってシーケンス制御およびフィードバック制御されるようになっている。
【0037】
図6に示されているように、炉端フランジ54のキャップ54aには三本の保護管62a、62b、62cが水平面で隣合うように並べられてそれぞれ水平方向に挿入されて固定されており、三本の保護管62a、62b、62cの挿入側先端部はウエハ置き台59に保持されたウエハ1の真下において、ウエハ1の周辺部の三箇所にそれぞれ位置するようになっている。両端の保護管62a、62bには二本の熱電対63a、63bが一本宛それぞれ封入されており、中央の保護管62cには三本の熱電対63c、63d、63eが纏めて封入されている。五本の熱電対63a、63b、63c、63d、63eは温度コントローラ61にそれぞれ接続されており、各熱電対63a、63b、63c、63d、63eは温度計測結果を温度コントローラ61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61は各熱電対63a、63b、63c、63d、63eからの計測温度に基づいてヒータ60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61はヒータ60の目標温度と各熱電対63a、63b、63c、63d、63e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。
【0038】
図6に示されているように、三本の保護管62a、62b、62cには五つの接合部材65a、65b、65c、65d、65eが、ウエハ1の中心とその中心を起点とする十字形のウエハ1の周辺部における四つの交差点とにそれぞれ対向するように配置されており、五つの接合部材65a、65b、65c、65d、65eには五本の熱電対63a、63b、63c、63d、63eの検温部側端部64a、64b、64c、64d、64eがそれぞれ固定されている。熱電対と接合部材との関係や固定構造は前記実施の形態と同様であるので詳細な説明は省略する。
【0039】
次に、前記構成に係る枚葉式ホットウオール形熱処理装置を使用した場合の本発明の一実施の形態であるICの製造方法の熱処理工程を説明する。
【0040】
被処理物であるウエハ1はウエハ移載装置(図示せず)によってハンドリングされて処理室52へ炉口55から搬入され、図5および図6に示されているように、ウエハ置き台59の上に載置される。
【0041】
炉口55がゲートバルブ56によって閉じられた後に、処理室52が排気管58によって排気されるとともに、ヒータ60によって温度コントローラ61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60の加熱による処理室52の内部の実際の上昇温度とヒータ60のシーケンス制御の目標温度との誤差は、各熱電対63a、63b、63c、63d、63eの測温結果に基づくフィードバック制御によってそれぞれ補正される。
【0042】
本実施の形態においても、各接合部材65a〜65eの熱起電力特性が第一導線のそれと同等または近似していることにより、各接合部材65a〜65eの温度はウエハ1の温度変化に良好な応答性をもって追従する。したがって、各熱電対63a〜63eは各接合部材65a〜65eの温度変化を良好な応答性をもって追従することによって、ウエハ1の温度変化を良好な応答性をもって追従して計測することになる。つまり、各熱電対63a〜63eの測温結果に基づいてヒータ60をフィードバック制御する温度コントローラ61は、ウエハ1の現在の実際の温度に基づいてヒータ60を良好な応答性をもってフィードバック制御することになる。
【0043】
以上の温度制御によって処理室52の全体が予め設定された処理温度に安定すると、処理ガスが処理室52へガス導入管57から導入される。処理室52に導入された処理ガスは処理室52を流下した後に排気管58から排気される。処理ガスは処理室52を流れる際に、ウエハ1群に接触することによりウエハ1の表面に熱処理を施す。
【0044】
熱処理がウエハ1群に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60の加熱作用が温度コントローラ61のシーケンス制御によって停止されて、処理室52の温度が予め設定されたスタンバイ温度(例えば、処理温度よりも150℃〜300℃低い温度)に降温されて行く。
【0045】
そして、予め設定されたスタンバイ温度になるか、または、予め設定された降温時間が経過すると、炉口55がゲートバルブ56によって開口され、ウエハ1がウエハ置き台59からウエハ移載装置によってピックアップされ処理室52の外部に搬出される。
【0046】
以上の作用が繰り返されることにより、枚葉式ホットウオール形熱処理装置50による熱処理がウエハ1に枚葉処理されて行く。本実施の形態における効果は、前記実施の形態と同様である。
【0047】
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。
【0048】
例えば、接合部材は円板形状に形成するに限らず、多角形の平板形状等に形成してもよい。特に、検温対象と熱電対の間の熱移動が専ら輻射による場合には、接合部材の形状を調整して形態係数を大きくすることにより、熱移動量を大きくすることができるので、熱電対の応答性を向上させるためには有効である。さらに、接合部材の検温対象と伝熱に寄与する面にサンドブラスト等を施して表面に凹凸を設けることにより、表面積を増大してもよい。
【0049】
接合部材の厚さを極薄く設定した場合には、導線の電気溶接に際して、無視できない厚さの不均一が発生したり、孔が開いたりすることもあり得るが、厚めの接合部材に導線を電気溶接した後に、接合部材をプレス加工や切削加工等によって薄く仕上げる方法により、これらの発生を未然に防止することができる。
【0050】
熱電対の一方の導線と接合部材との接合手段としては、電気溶接を使用するに限らず、圧接法や接着法等を使用してもよい。
【0051】
熱電対の一対の導線の検温部(熱接点)側を接合部材に接合するに限らず、基準部側をも接合部材に接合してもよい。
【0052】
熱電対は処理室のウエハの近傍に配置するに限らず、インナチューブとアウタチューブとの間やプロセスチューブとヒータとの間に配置してもよい。また、熱電対はヒータを貫通してヒータ内に挿入してもよい。さらに、断熱材を貫通して、ヒータの外周部に位置するように挿入してもよい。
【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】
被処理物はウエハに限らず、ホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、光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オール形熱処理装置および枚葉式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並びに基板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、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バッチ式縦形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】(a)は図1のa部の詳細図であり、(b)は熱電対の検温側端部を示す斜視図である。
【図3】体積/面積を説明するための図であり、(a)は球体の検温部と導線との接合を示す斜視図、(b)は面積を変化させた場合の球体の体積/面積を示すグラフである。
【図4】本実施の形態に係る熱電対における体積/面積を説明するためグラフであり、厚さを不変として上で面積を変化させた場合の体積/面積を示している。
【図5】本発明の他の実施の形態である枚葉式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6】その平面断面図である。
【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…シールキャップ、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〜32e…ヒータ部、33…温度コントローラ、34…保護管、35a〜35e…熱電対、36a〜36e…検温部側端部、37…受信器、38…電気配線、39…検温部、40、40a〜40e…接合部材、41…第一導線、42…第二導線、50…枚葉式ホットウオール形熱処理装置(熱処理装置、半導体製造)、51…プロセスチューブ、52…処理室、53…炉口フランジ、54…炉端フランジ、54a…キャップ、55…炉口、56…ゲートバルブ、57…ガス導入管、58…排気管、59…ウエハ置き台、60…ヒータ、61…温度コントローラ、62a、62b、62c…保護管、63a〜63e…熱電対、64a〜64e…検温部側端部、65a〜65e…接合部材。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a substrate processing apparatus, and more particularly to a heat treatment apparatus that performs processing in a state in which an object to be processed is accommodated in a processing chamber and heated by a heater, for example, a semiconductor integrated circuit device (hereinafter referred to as an IC). Used for semiconductor wafers (hereinafter referred to as wafers) for oxidation treatment, diffusion treatment, carrier activation after ion implantation, reflow for planarization, annealing, and film formation treatment by thermal CVD reaction (hereinafter referred to as heat treatment). The present invention relates to an effective heat treatment apparatus.
[0002]
[Prior art]
A batch type vertical hot wall heat treatment apparatus (hereinafter referred to as a hot wall heat treatment apparatus) is widely used for heat treatment of wafers in IC manufacturing methods. As a conventional hot wall type heat treatment apparatus, a process tube which is composed of an inner tube forming a processing chamber into which a wafer is loaded and an outer tube surrounding the inner tube and is installed in a vertical shape, and is laid outside the process tube. A heater that heats the inside of the process tube, and a plurality of wafers are loaded into the inner tube from the bottom furnace port (boat loading) in a state where the wafers are long aligned and held by the boat. Some wafers are configured to be heat-treated by being heated. In such a hot wall type heat treatment apparatus, a profile thermocouple (hereinafter referred to as a thermocouple) is arranged between a process tube and a boat to measure the temperature in the vicinity of the wafer, and the heater is installed based on the measurement result. The heat treatment is appropriately controlled by feedback control (see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-8-124898
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Since the joints arranged at both ends of a pair of conductors of a thermocouple used in a conventional heat treatment apparatus are formed by electric welding, the joints have a spherical shape, and the diameter is the number of diameters of the cross section of the conductors. Double. Such a thermocouple has a problem that the temperature measurement accuracy is lowered because the temperature measuring part (thermal contact) of the pair of conductors is thermally affected by the heat capacity of the joint.
[0005]
An object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus capable of accurately measuring the temperature of a processing chamber.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
Means for solving the above-described problem is that a pair of conductors of a thermocouple that measures the temperature of a heater or a processing chamber has a thermoelectromotive force characteristic that is equal to or approximate to any one of the pair of conductors of the thermocouple. It is characterized by being respectively joined to the joining member.
[0007]
According to the above-described means, the thermoelectric property of the joining member is equal to or close to that of the pair of conductors of the thermocouple. Therefore, the current actual temperature of the temperature detection target can be measured with good responsiveness.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0009]
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the substrate processing apparatus according to the present invention is a hot wall type heat treatment apparatus (batch type vertical hot wall type heat treatment apparatus) for performing a heat treatment step in an IC manufacturing method. 10.
[0010]
A hot wall heat treatment apparatus 10 shown in FIG. 1 includes a vertical process tube 11 that is vertically arranged so that the center line is vertical and is fixedly supported. The process tube 11 is composed of an inner tube 12 and an outer tube 13, and the inner tube 12 is integrally formed into a cylindrical shape using quartz glass or silicon carbide (SiC), and the outer tube 13 is made of quartz glass. Used to be integrally formed into a cylindrical shape. The inner tube 12 is formed in a cylindrical shape with both upper and lower ends opened, and the cylindrical hollow portion of the inner tube 12 forms a processing chamber 14 into which a plurality of wafers held in a long alignment state by a boat are carried. Yes. An inner diameter of the inner tube 12 is set to be larger than a maximum outer diameter (for example, a diameter of 300 mm) of a wafer to be handled.
[0011]
The outer tube 13 is formed in a cylindrical shape whose inner diameter is larger than the outer diameter of the inner tube 12 and whose upper end is closed and whose lower end is opened, and the inner tube 12 is covered with a concentric circle so as to surround the outer side. A lower end portion between the inner tube 12 and the outer tube 13 is hermetically sealed by a manifold 16 constructed in a multistage cylindrical shape, and the lower end opening of the manifold 16 constitutes a furnace port 15 for taking in and out the wafer. ing. The manifold 16 is detachably attached to the inner tube 12 and the outer tube 13 for replacement of the inner tube 12 and the outer tube 13, respectively. Since the manifold 16 is supported by the housing 2 of the hot wall heat treatment apparatus, the process tube 11 is vertically installed.
[0012]
An exhaust pipe 17 is connected to an upper portion of the side wall of the manifold 16, and the exhaust pipe 17 is connected to an exhaust device (not shown) so that the inside of the process tube 11 can be exhausted. The exhaust pipe 17 is in a state of communicating with a gap formed between the inner tube 12 and the outer tube 13, and the exhaust passage 18 has a cross-sectional shape having a constant width by the gap between the inner tube 12 and the outer tube 13. It is configured in a circular ring shape. Since the exhaust pipe 17 is connected to the manifold 16, the exhaust pipe 17 is formed in a cylindrical hollow body and is disposed at the lowermost end portion of the exhaust passage 18 extending vertically.
[0013]
A gas introduction pipe 19 is connected below the manifold 16 so as to communicate with the furnace port 15. The gas introduction pipe 19 is connected to a raw material gas supply device, a carrier gas supply device, and a purge gas supply device (all shown). Connected). The gas introduced into the furnace port 15 by the gas introduction pipe 19 flows through the processing chamber 14 of the inner tube 12, passes through the exhaust path 18, and is exhausted to the outside by the exhaust pipe 17.
[0014]
A seal cap 20 that closes the lower end opening is brought into contact with the manifold 16 from the lower side in the vertical direction. The seal cap 20 is constructed in a disk shape substantially equal to the outer diameter of the manifold 16, and is configured to be vertically moved by a boat elevator (not shown) vertically installed outside the process tube 11. Yes. On the center line of the seal cap 20, the boat 21 is vertically supported and supported.
[0015]
The boat 21 includes a pair of end plates 22 and 23 at the top and bottom, and three holding members 24 that are installed between the end plates 22 and 23 and arranged vertically. A plurality of holding grooves 25 are arranged at equal intervals in the longitudinal direction so as to be opened facing each other. The boat 21 inserts the peripheral portions of the wafers 1 between the holding grooves 25 of the three holding members 24 so as to hold the plurality of wafers 1 in a state of being aligned horizontally and centered with each other. It has become. Between the boat 21 and the seal cap 20, a heat insulation cap portion 26 in which a heat insulating material (not shown) is sealed is disposed, and the heat insulation cap portion 26 lifts the boat 21 from the upper surface of the seal cap 20. By supporting in the state, the lower end of the boat 21 is separated from the position of the furnace port 15 by an appropriate distance.
[0016]
As shown in FIG. 1, the outside of the process tube 11 is entirely covered with a heat insulating tank 31, and a heater 32 for heating the inside of the process tube 11 is provided inside the heat insulating tank 31 with the outer tube 13. It is installed in a concentric circle so as to surround the surroundings. The heat insulating tank 31 is a cylindrical shape in which a heat insulating material such as glass wool is enclosed in a case formed in a cylindrical shape from a thin plate of stainless steel or the like, and has a diameter larger than the outer diameter of the process tube 11 and the same length. And is installed vertically by being supported by the case 2 of the hot wall heat treatment apparatus. The heater 32 is formed of a linear electric resistor such as a nichrome wire, and is wound spirally around the inner peripheral surface of the heat insulating tank 31. The heater 32 is divided into a first heater part 32a, a second heater part 32b, a third heater part 32c, a fourth heater part 32d, and a fifth heater part 32e in order from the upper side, and these heater parts 32a to 32e are divided into five parts. The temperature controller 33 is configured to perform sequence control in cooperation with each other and independently.
[0017]
As shown in FIG. 1, a protective tube 34 extends horizontally with respect to the seal cap 20 so as not to interfere with the boat 21 at the lower portion of the side wall of the manifold 16 and rises at a right angle at a position where it does not interfere with the heat insulating cap portion 26. The protection tube 34 is positioned between the inner peripheral surface of the inner tube 12 and the outer peripheral surface of the boat 21 when the boat 21 is carried into the processing chamber 14. Five thermocouples 35a, 35b, 35c, 35d and 35e are collectively enclosed in the protective tube 34. The five thermocouples 35a, 35b, 35c, 35d, and 35e are connected to the temperature controller 33, and the thermocouples 35a to 35e send the temperature measurement results to the temperature controller 33 via the receiver 37 and the electric wiring 38. Each is to send. The temperature controller 33 feedback-controls each heater part 32a-32e based on the measured temperature from each thermocouple 35a-35e. That is, the temperature controller 33 obtains an error between the target temperature of each of the heater units 32a to 32e and the measured temperature of each of the thermocouples 35a to 35e, and if there is an error, executes a feedback control for eliminating the error. ing.
[0018]
The heights of the temperature detecting portion side ends 36a to 36e of the five thermocouples 35a to 35e are set so as to correspond to the heights of the five heater portions 32a to 32e, respectively. The joining members 40a-40e are being fixed to 36e, respectively. Next, the structure of the thermocouple bonding member and the pair of conductive wires will be described with reference to FIG. FIG. 2A shows a thermocouple 35a corresponding to the uppermost heater section 32a.
[0019]
As shown in FIG. 2 (b), one of the pair of conductors of the thermocouple 35a (hereinafter referred to as the first conductor) 41 uses a platinum wire and has a diameter of 0.5 mm. The other conducting wire (hereinafter referred to as the second conducting wire) is made of a platinum / rhodium wire and formed into a circular cross-section wire having a diameter of 0.5 mm. The joining member 40 is formed in a disc shape using platinum which is the same material as the first conductor 41. The diameter of the joining member 40 is set to be twice or more the thickness and sufficiently larger than the diameters of the first conducting wire 41 and the second conducting wire 42 (for example, 10 times or more). One main surface of the joining member 40 has one end of the first conducting wire 41 on the center and the second conducting wire 42 joined to the peripheral portion by electric welding. As shown in FIG. 2 (a), at the position facing the heater portion 32a inside the protective tube 34, the joining member 40a is opposite to the main surface where the first conducting wire 41 and the second conducting wire 42 are joined. Is arranged so that the main surface thereof faces the heater portion 32a side.
[0020]
Next, the heat treatment process of the IC manufacturing method using the hot wall heat treatment apparatus according to the above configuration will be described.
[0021]
As shown in FIG. 1, a boat 21 in which a plurality of wafers 1 are aligned and held is placed on a seal cap 20 in a state in which the direction in which the group of wafers 1 is arranged is vertical, and is lifted by a boat elevator. Then, it is carried into the processing chamber 14 from the furnace port 15 (boat loading), and remains in the processing chamber 14 while being supported by the seal cap 20.
[0022]
The inside of the process tube 11 is exhausted by the exhaust pipe 17, and the inside of the process tube 11 is heated to the target temperature (for example, 600 to 1200 ° C.) of sequence control of the temperature controller 33 by the heater portions 32 a to 32 e of the heater 32. Is done. At this time, the error between the actual temperature rise inside the process tube 11 due to the heating of the heater portions 32a to 32e of the heater 32 and the target temperature of the sequence control of each heater portion 32a to 32e is the thermocouple 35a to 35e. Each is corrected by feedback control based on the temperature measurement result.
[0023]
Here, the thermocouple is a temperature measuring means that uses the Seebeck effect in which a thermoelectromotive force is generated when a temperature difference occurs between the joints at both ends in a closed circuit formed by two different conductive wires, and one of the thermocouples. With the temperature of one end (hereinafter referred to as the reference portion) known, the other end (hereinafter referred to as the temperature detection portion) is adjusted to the temperature of the temperature detection target, and the reference is determined by the thermoelectromotive force generated at this time. The temperature difference between the temperature sensor and the temperature detector is obtained, and the temperature of the temperature detector is obtained by adding the temperature of the reference part to the temperature difference value. And if the temperature detector is familiar with the temperature to be measured, the temperature of the determined temperature detector can be handled as the temperature of the temperature detected, but if the temperature detector is not familiar with the temperature state of the temperature target The obtained temperature of the temperature measuring unit cannot be handled as the temperature to be measured. In particular, when the temperature detection target is changing and the temperature measurement unit does not quickly adapt to the change, it is not possible to accurately measure the temperature. When the temperature measurement unit adapts to the temperature of the temperature measurement target, it means that the heat transfer between the temperature measurement unit and the temperature measurement target is stable, but in the process up to that state, the temperature measurement unit and the temperature measurement target The area contributing to heat transfer and the heat capacity have a great influence. This will be described below.
In general, heat transfer depends on three types of heat transfer: radiation, convection and conduction. Here, if the other conditions are the same, the area contributing to heat transfer and the amount of heat transferred are proportional in any heat transfer mode. This means that the amount of heat transferred to the temperature detection unit increases as the area contributing to heat transfer between the temperature detection unit and the temperature detection target in the thermocouple temperature measurement increases. Further, when a certain amount of heat is applied to the temperature measuring unit, the temperature change rate is inversely proportional to the heat capacity of the temperature measuring unit. This means that the temperature change rate becomes faster as the heat capacity of the temperature measuring part becomes smaller. For the above reasons, it is effective to increase the area contributing to heat transfer with the temperature detection target or to reduce the heat capacity so that the temperature measurement unit can quickly adjust to the temperature state of the temperature detection target. That is, the smaller the ratio of the calorific value of the temperature sensing part to the area contributing to heat transfer with the temperature sensing object of the temperature sensing part (hereinafter referred to as heat capacity / area), the faster the response of the thermocouple. Further, since the heat capacity is proportional to the volume, the same can be said for the ratio of the volume of the temperature detection section to the area contributing to heat transfer with the temperature detection target of the temperature detection section (hereinafter referred to as volume / area).
Furthermore, the volume / area of the temperature measuring part depends on its shape. In the case of the spherical temperature measuring part 39 shown in FIG. 3A, the volume / area of the temperature detecting part 39 is the smallest among the solid bodies without the hollow part. FIG. 3B shows a graph of the volume / area (surface area) of the sphere. According to this graph, when the area is increased, the volume / area increases and becomes infinite at the limit. Assuming that the surface area of the sphere is the surface area contributing to the heat transfer of the temperature detection unit 39 with the temperature detection target, the responsiveness of the thermocouple improves as the size of the temperature detection unit 39 is reduced and the area is reduced. .
The temperature detection unit has been described so far, but since the pair of conductors are joined to the temperature detection unit, the temperature detection unit is thermally influenced by the pair of conductors. It can be considered that the portion of the pair of conductors in the vicinity of the temperature detector is in the same temperature environment as the temperature detector, but if the shape and dimensions of the temperature detector and the pair of conductors are different, the same response as the temperature detector Does not necessarily indicate. 3A is a sphere in which one end portions of the pair of conductors 41 and 42 are formed by electric welding, the diameter of the sphere temperature detector 39 is the conductor 41, 42 times the diameter of 42. However, since it is formed by electric welding, it is difficult to form a sphere temperature detector having a diameter that is extremely larger than the diameter of the conducting wire. Therefore, in the thermocouple shown in FIG. 3A, the heat capacity of the portion of the pair of conductors 41, 42 in the vicinity of the temperature detection unit 39 tends to be a non-negligible magnitude with respect to the temperature detection unit 39. Therefore, the thermocouple temperature detecting portion 39 shown in FIG. 3A is affected by a thermal effect that cannot be ignored from the pair of conductors 41 and 42, and as a result, the thermoelectric shown in FIG. Pairs are difficult to detect accurately.
[0024]
On the other hand, in each thermocouple 35a-35e which concerns on this Embodiment, as FIG.2 (b) shows, the 1st conducting wire 41 and the 2nd conducting wire 42 are the same quality as the 1st conducting wire 41. The thermocouples 35a to 35e accurately measure the temperature because they are hardly affected by heat from the pair of conductive wires by being joined to the joining members 40a to 40e formed into a disk shape by the material. be able to.
Hereinafter, the thermal influence from the conducting wire in the thermocouple according to the present embodiment will be described. As shown in FIG. 2B, the joining member 40 formed in a disk shape has dimension elements of radius and thickness. FIG. 4 shows a graph of the volume / area of the joining member when the area is changed with the thickness unchanged. Even in this case, the volume / area increases as the area increases. However, if it is a sphere, it becomes infinite in the limit, but in a joining member formed in a disk shape, it converges to half the thickness in the limit. Here, assuming that the surface area of the joining member is the surface area of the joining member, assuming that the area of the joining member that contributes to the heat transfer is the surface area of the joining member, changing the dimensions other than the thickness of the joining member to reduce the surface area makes it easier to adapt to the temperature state of the temperature sensing object. On the other hand, even if the surface area is gradually increased, the familiarity with the temperature state of the temperature detection object does not change. Here, as shown in FIG. 2B, the temperature detecting portion 39 formed on the joining member 40 is thermally affected by the first conducting wire 41 and the second conducting wire 42. On the other hand, since the temperature measuring unit 39 is formed on the bonding member 40, the temperature measuring unit 39 is also thermally influenced by the bonding member 40. Here, when assuming that the surface area of the joining member is the surface area of the joining member that is assumed to be the surface area of the joining member, the surface area and the volume are increased by increasing the surface area and the volume. The heat capacity of the member 40 can be greatly increased to such an extent that the heat capacities of the portions near the temperature detecting portions of the first conducting wire 41 and the second conducting wire 42 can be ignored. On the other hand, the thermal influence which the part which exists in the vicinity of the temperature detection part of the 1st conducting wire 41 and the 2nd conducting wire 42 can reduce. And in this joining member 40, even if it enlarges dimensions other than thickness and enlarges a surface area and a volume, the influence on the familiarity with respect to the temperature state of the temperature measuring object is small. Therefore, in the thermocouples 35a to 35e according to the present embodiment, the temperature to be measured can be accurately measured.
[0025]
As described above, in the present embodiment, each thermocouple 35a to 35e accurately measures the temperature change of each heater unit 32a to 32e that is a temperature detection target, so the temperature measurement result of each thermocouple 35a to 35e is used. Based on the current actual temperature of the wafer 1, the temperature controller 33 that performs feedback control of the heater units 32 a to 32 e based on the feedback control of the heater units 32 a to 32 e with good responsiveness.
[0026]
When the entire processing chamber 14 is stabilized at the preset processing temperature by the above temperature control, the processing gas is introduced into the processing chamber 14 from the gas introduction pipe 19. The processing gas introduced into the processing chamber 14 moves up the processing chamber 14, then flows into the exhaust path 18 from the upper end opening of the inner tube 12, and is exhausted from the exhaust pipe 17 through the exhaust path 18. As the processing gas flows through the processing chamber 14, the surface of the wafer 1 is heat-treated by contacting the group of wafers 1.
[0027]
When the heat treatment is performed on the wafer group 1 and a preset heat treatment time elapses, the heating action of the heater units 32a to 32e is stopped by the sequence control of the temperature controller 33, and the temperature inside the process tube 11 is preset. The temperature is lowered to a standby temperature (for example, 150 ° C. to 300 ° C. lower than the processing temperature). Even in this case, the error between the actual lowering temperature inside the process tube 11 by the heater portions 32a to 32e of the heater 32 and the target temperature of the sequence control of the heater portions 32a to 32e is different from each thermocouple 35a to 35e. Each is corrected by feedback control based on the temperature measurement result. Also here, since each thermocouple 35a to 35e accurately measures the temperature change, the temperature controller 33 feedback-controls each heater unit 32a to 32e with good responsiveness based on the current actual temperature of the wafer 1.
[0028]
When a preset standby temperature is reached or when a preset temperature drop time has elapsed, the seal cap 20 is lowered, the furnace port 15 is opened, and the wafer 1 is held in the boat 21. The group is unloaded from the furnace port 15 to the outside of the process tube 11 (boat unloading).
[0029]
By repeating the above operation, the heat treatment by the hot wall heat treatment apparatus is batch-processed on the wafer 1.
[0030]
According to the embodiment, the following effects can be obtained.
[0031]
1) Since the thermocouple can accurately measure the temperature change by joining the pair of thermocouple conductors to a joining member whose thermoelectromotive force characteristics are equal to or similar to one of the pair of conductors of the thermocouple, The temperature controller that feedback-controls the heater based on the temperature measurement result of the thermocouple can feedback-control the heater with good responsiveness based on the current actual temperature of the wafer. Heat treatment can be performed properly.
[0032]
2) The performance of the thermocouple can be improved by using the same material as that of the conventional thermocouple by forming the joining member with the same material as that of one of the conductors. Equivalent performance and reliability can be expected, and the same conditions can be applied to the usage atmosphere.
[0033]
3) Joining strength equivalent to that of a conventional thermocouple can be obtained by joining a pair of conducting wires to a joining member by electric welding.
[0034]
FIG. 5 is a front sectional view showing a single wafer hot wall heat treatment apparatus according to another embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a plan sectional view.
[0035]
In the present embodiment, the substrate processing apparatus according to the present invention is configured as a single wafer type hot wall heat treatment apparatus for performing a heat treatment step in an IC manufacturing method.
[0036]
As shown in FIGS. 5 and 6, the single wafer type hot wall heat treatment apparatus 50 includes a process tube 51 that includes a processing chamber 52 that can accommodate the wafer 1 and is rectangular in plan view. 51 is formed in a rectangular parallelepiped shape using quartz glass or silicon carbide, and is horizontally supported by a housing (not shown). A pair of side walls facing each other among the four side walls of the process tube 51 are opened, and a furnace port flange 53 and a furnace end flange 54 are fixed to both openings. The furnace port flange 53 is provided with a furnace port 55 for carrying the wafer 1 in and out of the processing chamber 52, and the furnace port 55 is opened and closed by a gate valve 56. A gas inlet pipe 57 for introducing processing gas is connected to the furnace port flange 53 so as to communicate with the furnace port 55, and an exhaust pipe 58 for exhausting the processing chamber 52 is connected to the furnace end flange 54. ing. The furnace end flange 54 is closed by a cap 54a. That is, the processing gas supplied from the gas introduction pipe 57 flows through the processing chamber 52 and is exhausted by the exhaust pipe 58. A wafer table 59 is mounted on the bottom surface of the processing chamber 52, and the wafer table 59 is configured to hold the wafers 1 one by one horizontally. A heater 60 is laid outside the process tube 51 so as to heat the processing chamber 52 uniformly or with a predetermined temperature distribution. The heater 60 is subjected to sequence control and feedback control by a temperature controller 61.
[0037]
As shown in FIG. 6, three protective tubes 62 a, 62 b, and 62 c are arranged adjacent to each other on a horizontal plane on the cap 54 a of the furnace end flange 54 and are respectively inserted and fixed in the horizontal direction. The insertion-side tip portions of the three protective tubes 62a, 62b, and 62c are positioned at three locations on the periphery of the wafer 1 just below the wafer 1 held on the wafer mounting table 59, respectively. Two thermocouples 63a and 63b are respectively sealed in the protective tubes 62a and 62b at both ends, and three thermocouples 63c, 63d and 63e are collectively sealed in the central protective tube 62c. Yes. The five thermocouples 63a, 63b, 63c, 63d, and 63e are connected to the temperature controller 61, and the thermocouples 63a, 63b, 63c, 63d, and 63e transmit temperature measurement results to the temperature controller 61, respectively. It has become. The temperature controller 61 performs feedback control of the heater 60 based on the measured temperatures from the thermocouples 63a, 63b, 63c, 63d, and 63e. That is, the temperature controller 61 obtains an error between the target temperature of the heater 60 and the measured temperature of each thermocouple 63a, 63b, 63c, 63d, 63e, and executes feedback control for eliminating the error if there is an error. It has become.
[0038]
As shown in FIG. 6, the three protective tubes 62a, 62b, and 62c have five bonding members 65a, 65b, 65c, 65d, and 65e, which are cross-shaped with the center of the wafer 1 and the center as the starting point. The five bonding members 65a, 65b, 65c, 65d, 65e have five thermocouples 63a, 63b, 63c, 63d, respectively. The temperature measuring unit side ends 64a, 64b, 64c, 64d, and 64e of 63e are fixed, respectively. Since the relationship between the thermocouple and the joining member and the fixing structure are the same as those in the above embodiment, a detailed description is omitted.
[0039]
Next, the heat treatment process of the IC manufacturing method according to an embodiment of the present invention when the single wafer type hot wall heat treatment apparatus according to the above configuration is used will be described.
[0040]
The wafer 1 as the object to be processed is handled by a wafer transfer device (not shown) and is carried into the processing chamber 52 from the furnace port 55. As shown in FIGS. Placed on top.
[0041]
After the furnace port 55 is closed by the gate valve 56, the processing chamber 52 is exhausted by the exhaust pipe 58 and heated by the heater 60 to a target temperature (for example, 600 to 1200 ° C.) for sequence control of the temperature controller 61. . At this time, the error between the actual temperature rise in the processing chamber 52 due to the heating of the heater 60 and the target temperature for the sequence control of the heater 60 is based on the temperature measurement results of the thermocouples 63a, 63b, 63c, 63d, 63e. Each is corrected by feedback control.
[0042]
Also in the present embodiment, the thermoelectromotive force characteristics of the bonding members 65a to 65e are equal to or approximate to those of the first conductor, so that the temperatures of the bonding members 65a to 65e are good for the temperature change of the wafer 1. Follow with responsiveness. Therefore, the thermocouples 63a to 63e follow the temperature change of the bonding members 65a to 65e with good responsiveness, thereby measuring the temperature change of the wafer 1 with good responsiveness. That is, the temperature controller 61 that feedback-controls the heater 60 based on the temperature measurement results of the thermocouples 63 a to 63 e performs feedback control of the heater 60 with good responsiveness based on the current actual temperature of the wafer 1. Become.
[0043]
When the entire processing chamber 52 is stabilized at the preset processing temperature by the above temperature control, the processing gas is introduced into the processing chamber 52 from the gas introduction pipe 57. The processing gas introduced into the processing chamber 52 is exhausted from the exhaust pipe 58 after flowing down the processing chamber 52. As the processing gas flows through the processing chamber 52, the surface of the wafer 1 is subjected to heat treatment by contacting the group of wafers 1.
[0044]
When the heat treatment is performed on the group of wafers and a preset heat treatment time elapses, the heating action of the heater 60 is stopped by the sequence control of the temperature controller 61, and the temperature of the processing chamber 52 is set to a preset standby temperature (for example, The temperature is lowered to 150 to 300 ° C. lower than the processing temperature.
[0045]
When the preset standby temperature is reached or when the preset temperature drop time elapses, the furnace port 55 is opened by the gate valve 56 and the wafer 1 is picked up from the wafer table 59 by the wafer transfer device. It is carried out of the processing chamber 52.
[0046]
By repeating the above operation, the heat treatment by the single-wafer hot wall heat treatment apparatus 50 is performed on the wafer 1 by single wafer processing. The effect in the present embodiment is the same as that in the previous embodiment.
[0047]
Needless to say, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
[0048]
For example, the joining member is not limited to being formed in a disc shape, but may be formed in a polygonal flat plate shape or the like. In particular, when the heat transfer between the temperature measurement target and the thermocouple is exclusively due to radiation, the amount of heat transfer can be increased by adjusting the shape of the joining member and increasing the shape factor. This is effective for improving responsiveness. Furthermore, the surface area may be increased by applying sand blasting or the like to the surface of the joining member that contributes to the temperature measurement and the surface that contributes to heat transfer to provide unevenness.
[0049]
If the thickness of the joining member is set to be extremely thin, non-negligible thickness non-uniformity may occur or holes may be opened during electrical welding of the conducting wire. After electric welding, these occurrences can be prevented beforehand by a method in which the joining member is thinly finished by pressing or cutting.
[0050]
As a means for joining one conductor of the thermocouple and the joining member, not only electric welding but also a pressure welding method, an adhesion method, or the like may be used.
[0051]
Not only the temperature detection part (thermal contact) side of the pair of conductors of the thermocouple is joined to the joining member, but the reference part side may also be joined to the joining member.
[0052]
The thermocouple is not limited to be disposed near the wafer in the processing chamber, but may be disposed between the inner tube and the outer tube or between the process tube and the heater. The thermocouple may be inserted into the heater through the heater. Furthermore, you may insert so that a heat insulating material may be penetrated and it may be located in the outer peripheral part of a heater.
[0053]
The heat treatment is not limited to oxidation treatment, diffusion treatment, and diffusion, but is not limited to carrier activation after ion implantation and reflow and annealing treatment for planarization, and may be heat treatment such as film formation treatment.
[0054]
The workpiece is not limited to a wafer, but may be a photomask, a printed wiring board, a liquid crystal panel, an optical disk, a magnetic disk, or the like.
[0055]
The present invention is not limited to a batch type vertical hot wall type heat treatment apparatus and a single wafer type hot wall type heat treatment apparatus, but also includes general heat treatment apparatuses such as a batch type horizontal hot wall type heat treatment apparatus and vertical and horizontal hot wall type reduced pressure CVD apparatuses, and substrates. The present invention can be applied to all processing apparatuses.
[0056]
【The invention's effect】
According to the present invention, temperature control can be appropriately executed by appropriately measuring the current actual temperature by the heater.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front sectional view showing a batch-type vertical hot wall heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
2A is a detailed view of a part of FIG. 1, and FIG. 2B is a perspective view showing a temperature detection side end part of a thermocouple.
FIGS. 3A and 3B are diagrams for explaining the volume / area, where FIG. 3A is a perspective view showing the connection between the temperature sensing portion of the sphere and the conductor, and FIG. 3B is the volume / area of the sphere when the area is changed; It is a graph which shows.
FIG. 4 is a graph for explaining the volume / area of the thermocouple according to the present embodiment, and shows the volume / area when the thickness is unchanged and the area is changed.
FIG. 5 is a front cross-sectional view showing a single wafer hot wall heat treatment apparatus according to another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a plan sectional view thereof.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Wafer (substrate), 2 ... Housing, 10 ... Hot wall type heat treatment apparatus (batch type vertical hot wall type heat treatment apparatus), 11 ... Process tube, 12 ... Inner tube, 13 ... Outer tube, 14 ... Processing chamber, DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 ... Furnace port, 16 ... Manifold, 17 ... Exhaust pipe, 18 ... Exhaust path, 19 ... Gas introduction pipe, 20 ... Seal cap, 21 ... Boat, 22, 23 ... End plate, 24 ... Holding member, 25 ... Holding groove , 26 ... heat insulation cap part, 31 ... heat insulation tank, 32 ... heater, 32a to 32e ... heater part, 33 ... temperature controller, 34 ... protective tube, 35a to 35e ... thermocouple, 36a to 36e ... temperature detection part side end part, 37 ... Receiver, 38 ... Electrical wiring, 39 ... Temperature detector, 40, 40a to 40e ... Joining member, 41 ... First conducting wire, 42 ... Second conducting wire, 50 ... Single wafer type hot wall heat treatment apparatus ( Processing apparatus, semiconductor manufacturing), 51 ... process tube, 52 ... processing chamber, 53 ... furnace port flange, 54 ... furnace end flange, 54a ... cap, 55 ... furnace port, 56 ... gate valve, 57 ... gas introduction pipe, 58 ... Exhaust pipe, 59 ... wafer mounting table, 60 ... heater, 61 ... temperature controller, 62a, 62b, 62c ... protection pipe, 63a to 63e ... thermocouple, 64a to 64e ... temperature detection side end, 65a to 65e ... joining member .

Claims (1)

ヒータまたは処理室の温度を測定する熱電対の一対の導線が、熱起電力特性が前記熱電対の一対の導線のいずれか一方と同等または近似である接合部材にそれぞれ接合されていることを特徴とする基板処理装置。A pair of conductors of a thermocouple for measuring the temperature of a heater or a processing chamber are respectively joined to a joining member whose thermoelectromotive force characteristics are equal to or approximate to one of the pair of conductors of the thermocouple. A substrate processing apparatus.
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