JP3009204B2 - 熱処理装置 - Google Patents

熱処理装置

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JP3009204B2
JP3009204B2 JP2292757A JP29275790A JP3009204B2 JP 3009204 B2 JP3009204 B2 JP 3009204B2 JP 2292757 A JP2292757 A JP 2292757A JP 29275790 A JP29275790 A JP 29275790A JP 3009204 B2 JP3009204 B2 JP 3009204B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、熱処理装置に関する。
(従来の技術) 一般に、半導体デバイスの製造工程における成膜工程
や熱拡散工程では、例えば被処理物である半導体ウエハ
を多数収容する反応管の周囲に、ヒータを配置して構成
したバッチ式の熱処理装置が使用されている。
このようなバッチ式熱処理装置においては、反応管の
外部や内部に温度検出器例えば熱電対を配置し、これら
熱電対からの検出信号を順次温度測定回路に送り、各熱
電対の配置位置の温度を測定し、これら測定温度に基づ
いてヒータに印加する電力を制御することが行われてお
り、これにより反応管内の温度を所定の温度に制御して
いる。
また、上記反応管内の温度分布の均一性を向上させる
ために、上記反応管内を複数の領域に分割すると共に、
各領域毎にそれぞれ熱電対を設置し、これら熱電対によ
る測定温度によって各領域毎にヒータに印加する電力を
制御することが行われている。このような場合、各領域
毎にそれぞれ1本の熱電対が設置される。
(発明が解決しようとする課題) ところで、上述したような熱電対は、それ自体高温雰
囲気に長期間晒されると、破断やショート等の故障が起
こるという問題を有しており、一般的にはセラミックス
製の保護管内に収納された状態で設置されているもの
の、熱電対の高温雰囲気に対する十分な保護効果は得ら
れておらず、故障発生の危険性を有していた。
例えば、上述したような複数の熱電対によって温度制
御を行っている熱処理装置において、1本の熱電対に破
断やショート等が起こった場合においては、ヒータに対
して異常な電力供給が行われたり、逆にヒータに対する
電力供給が停止されてしまうため、被処理体に対する所
定の温度雰囲気を保持することができず、1ロット分の
半導体ウエハ全てが不良となる可能性があるという問題
があった。
そして、バッチ式の熱処理装置においては、通常1ロ
ット当り100枚〜200枚の半導体ウエハを一度に処理する
ことができるように設計されており、熱電対の故障によ
って1ロット全ての半導体ウエハが不良となると、大き
な損害が生じるという問題点を有していた。
本発明は、このような従来技術の課題に対処するため
になされたもので、熱電対のような温度検出器が万一故
障した際にも、温度異常を発生させることなく、正常な
運転を継続して行うことを可能にした熱処理装置を提供
することを目的としている。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) すなわち本発明の熱処理装置は、複数の半導体ウエハ
を収容する反応容器と、この反応容器を囲繞する如く設
けられた加熱機構とを具備した熱処理装置において、 前記反応容器内部の温度を検出する内部用温度検出器
と、前記反応容器外部の温度を検出する外部用温度検出
器とを有し、これらの温度検出信号に基づいて温度制御
を行うよう構成されるとともに、 前記外部用温度検出器は、同一の保護管内に収容され
た主温度検出器と予備温度検出器とを有し、 通常時は、前記主温度検出器による温度測定と前記予
備温度検出器による温度測定とを行い、前記主温度検出
器による温度測定結果に基づいて前記温度制御を行うと
ともに前記主温度検出器の故障の有無を判定し、この判
定の結果前記主温度検出器に故障が発生したと判定され
た場合は、前記予備温度検出器による温度測定結果に基
づいて前記温度制御を行うよう構成されたことを特徴と
している。
(作 用) 本発明の熱処理装置においては、温度検出器は主温度
検出器と予備温度検出器とを有しており、通常は主温度
検出器による測定データにしたがって反応容器内の温度
制御が行われる。また、予備温度検出器においても、温
度測定のみは主温度検出器と同様に実施しているため、
主温度検出器が故障した際に、瞬時に正常な予備温度検
出器による温度制御に切り替えることができるので、反
応管内の温度に異常を来すことがない。
(実施例) 以下、本発明の熱処理装置の実施例について図面を参
照して説明する。
第1図に示すように、この実施例のバッチ式熱処理装
置1は、例えば円筒形状の石英等からなる反応管2の周
囲に、加熱用ヒータ3が配置されて構成されており、上
記反応管2内に例えばウエハボート4に収納された多数
の半導体ウエハ5が収容され、所望の熱処理が施され
る。
上記熱処理装置1では、例えば反応管2の長手方向に
5分割された領域A、B、C、D、E毎にヒータ3に印
加する電力を制御し、これらの領域A〜E毎に反応管2
内の温度を制御する、5ゾーン温度制御方式を採用して
いる。
そして、上記5ゾーン温度制御方式を実施するため
に、反応管2外部の加熱用ヒータ3の近傍には、各領域
A、B、C、D、E毎に外部用温度検出器例えば熱電対
6がそれぞれ設置されている。また、反応管2の内部に
も、各領域A、B、C、D、E毎にそれぞれ内部用温度
検出器例えば熱電対7が設置されている。
ここで、外部用熱電対6は、第2図に示すように、主
熱電対6aと予備熱電対6bとを有しており、これら主熱電
対6aと予備熱電対6bとにより、ほぼ同一の温度測定を実
施することが可能なように、これらは同一の保護管8内
に収容されて構成されている。また、各熱電対6a、6b、
7には、数10MΩの抵抗9bを介して電源9aがそれぞれに
接続されており、上記各熱電対6a、6b、7が破断した
時、所定の電圧が熱電対の一方の配線に印加されるよう
に構成されている。
また、各熱電対6a、6b、7は、補償導線10を介して熱
電対の冷接点となる接続器10と接続されている。この
際、外部用熱電対6のうち、主熱電対6aはそれぞれ第1
の接続器11aと、予備熱電対6bはそれぞれ第2の接続器1
1bと接続されており、内部用熱電対7はそれぞれ第3の
接続器11cと接続されている。各接続器11a、11b、12cに
は、これら接続器自体の温度測定を行うための補償用温
度センサ12がそれぞれ設置されている。
各熱電対6a、6b、7からの検出信号は、第3図に示す
ように、上記補償用温度センサ12からの出力信号と共
に、信号切替え手段例えば半導体アナログマルチプレク
サ13a、13b、13cに通常の導線例えばフラットケーブル1
4によって送られる。また、上記各マルチプレクサ13a、
13b、13cには、上記各熱電対6a、6b、7からの検出信号
等と共に、2つの基準信号例えば測定対象に応じた最大
温度に相当する電圧C01と、零電圧C02とがそれぞれ入力
されている。これら基準信号C01、C02は、後述する温度
測定回路を校正するためのものである。
そして、各マルチプレクサ13a、13b、13cは、温度測
定回路20と接続されており、これらマルチプレクサ13に
入力された熱電対6a、6b、7からの検出信号C1〜C18
は、各マルチプレクサ13a、13b、13cで切り替えられ
て、順次温度測定回路20側に送られる。
上記温度測定回路20は、3台のマルチプレクサ13a、1
3b、13cからの信号を切り替えるスイッチ21、22と、検
出信号等を増幅するためのアンプ23と、A/Dコンバータ2
4と、検出信号や基準信号等を温度に変換する演算式や
基準信号C01、C02に基づいて温度測定した電圧値の補正
を行う演算式等が記憶されているROM25と、これら演算
過程での出力値を一時記憶するRAM26と、上記ROM25に記
憶されている演算式に基づいて検出信号を補正しつつ温
度に変換して測定温度として出力し、かつ測定温度に基
づいて加熱用ヒータ3に印加する電力値の指令信号等を
出力すると共に、上記外部用熱電対6のうち主熱電対6a
もしくは予備熱電対6aによる測定温度のいずれに基づい
て温度制御を行うかを決定するCPU27と、上記指令信号
に応じて加熱用ヒータ3への印加電力を制御するSCR28
等とから構成されている。
なお、上記温度補正は、例えば基準信号C01、C02を測
定した際の出力電圧値と測定温度値に相当する電圧値と
の差に基づいた比例計算によって行うことができる。
次に、上記主熱電対6aおよび予備熱電対6bを用いた温
度制御についてについて説明する。
各検出信号C1〜C18は、マルチプレクサ13によって切
り替えられて順次温度測定回路20へと送られる。温度測
定回路20による温度測定は、まず反応管2を長手方向に
5分割した各領域A、B、C、D、Eにそれぞれ設置さ
れた外部用主熱電対6aからの検出信号(C2〜C6)に基づ
く温度測定が行われ、次いで上記各領域A、B、C、
D、Eにそれぞれ設置された外部用予備熱電対6bからの
検出信号(C8〜C12)に基づく温度測定が行われる。こ
の後、上記各領域A、B、C、D、Eにそれぞれ設置さ
れた内部用熱電対7からの検出信号(C14〜C18)に基づ
く温度測定が行われる。
このように、外部用熱電対6による温度測定は、主熱
電対6aおよび予備熱電対6bそれぞれによって絶えず行わ
れる。
外部用熱電対6による温度制御は、通常は第4図に示
すように、主熱電対6aによって行われるようCPU27によ
って制御されている(第4図−101)。また、外部用主
熱電対6aからの検出信号(C2〜C6)に基づく温度測定の
際には、外部用主熱電対6aの故障の有無が判定される
(第4図−102)。
ここで、外部用主熱電対6aに故障が発生した際には、
外部用予備熱電対6bからの検出信号(C8〜C12)による
測定温度に基づいて温度制御が行われるように、予め定
められたCPU27による処理で自動的に切り替わる(第4
図−103)。外部用主熱電対6aの故障の有無は、主熱電
対6aが破断した際には電源9aの電圧に基づく異常に高い
温度が出力され、主熱電対6aがショートした際には熱起
電力が発生しなくなって室温程度の温度が出力されるた
め、急激な温度変化によりCPU27の予め定められた処理
により瞬時に判定することが可能である。
このようにして、外部用主熱電対6aに故障が発生した
際には、外部用予備熱電対6bによって温度制御が行われ
る。また、外部用予備熱電対6bにより温度制御が行われ
ている際には、予備熱電対6bの故障の有無が判定され
(第4図−104)、予備熱電対6bも故障した際には、CPU
27の予め定められた処理により加熱用ヒータ3への電力
供給が停止される(第4図−105)。
また、主熱電対6aが故障したとき、CPU27の予め定め
られた処理により温度測定回路20の図示しない表示部に
表示されるように構成されている。
なお、上記した外部用熱電対6と内部用熱電対7とに
よる反応管2内の温度制御は、例えば内部用熱電対7か
らの出力温度値と外部用熱電対6からの出力温度値との
平均値を所定の比率によって演算し、この平均値に応じ
て加熱用ヒータ3に印加する電力を制御することにより
行う。
このように、上記実施例の熱処理装置1においては、
外部用熱電対6を主熱電対6aと予備熱電対6bとで構成
し、これら主および予備熱電対6a、6b双方により随時温
度測定を行うと共に、主熱電対6aが故障した際には、瞬
時に予備熱電対6bによる温度制御に切り替えるようにし
ているため、たとえ主熱電対6aが故障したとしても、加
熱用ヒータ3へ異常な電力供給が行われることがなく、
また加熱用ヒータ3への電力供給を停止する必要もな
い。したがって、1ロット当り100枚〜200枚という多量
の半導体ウエハを処理するバッチ式の熱処理装置におい
て、熱電対の故障による不良発生を防止することが可能
となる。
なお、上記実施例においては、外部用熱電対6のみに
対して予備熱電対6bを設置した例について説明したが、
当然ながら内部用熱電対7についても予備熱電対を設置
してもよい。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明の熱処理装置によれば、
熱電対等の温度検出器が故障した際にも、温度異常を発
生させることなく、正常な運転を継続して行うことが可
能となる。よって、温度検出器が故障した際の多量な不
良発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のバッチ式熱処理装置の概略
構成を示す図、第2図はその熱電対の構造を示す図、第
3図はその温度測定回路を示す図、第4図は主熱電対と
予備熱電対とによる温度制御方法を示すフローチャート
である。 1……熱処理装置、2……反応管、3……加熱用ヒー
タ、6……外部用熱電対、6a……主熱電対、6b……予備
熱電対、7……内部用熱電対、10……補償導線、11……
接続器、13……マルチプレクサ、20……温度測定回路。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数の半導体ウエハを収容する反応容器
    と、この反応容器を囲繞する如く設けられた加熱機構と
    を具備した熱処理装置において、 前記反応容器内部の温度を検出する内部用温度検出器
    と、前記反応容器外部の温度を検出する外部用温度検出
    器とを有し、これらの温度検出信号に基づいて温度制御
    を行うよう構成されるとともに、 前記外部用温度検出器は、同一の保護管内に収容された
    主温度検出器と予備温度検出器とを有し、 通常時は、前記主温度検出器による温度測定と前記予備
    温度検出器による温度測定とを行い、前記主温度検出器
    による温度測定結果に基づいて前記温度制御を行うとと
    もに前記主温度検出器の故障の有無を判定し、この判定
    の結果前記主温度検出器に故障が発生したと判定された
    場合は、前記予備温度検出器による温度測定結果に基づ
    いて前記温度制御を行うよう構成されたことを特徴とす
    る熱処理装置。
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