JP3107219B2 - 熱処理装置 - Google Patents

熱処理装置

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JP3107219B2
JP3107219B2 JP02300410A JP30041090A JP3107219B2 JP 3107219 B2 JP3107219 B2 JP 3107219B2 JP 02300410 A JP02300410 A JP 02300410A JP 30041090 A JP30041090 A JP 30041090A JP 3107219 B2 JP3107219 B2 JP 3107219B2
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【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
した熱処理炉を有する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、熱処理炉
の炉壁に孔部を設け、この孔部に温度検出器例えば熱電
対をヒータの近傍に達するように挿入し、この熱電対か
らの検出電圧信号を順次温度測定回路に送ることによっ
て、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。
ところで、上記したように熱電対を用いて温度測定を
行う際には、測定点側の温接点に対して、例えば0℃や
50℃等の温度に保持した冷接点が必要となる。そこで、
従来の熱処理装置においては、接続部を有する熱電対ホ
ルダを炉壁面に設置し、この熱電対ホルダによって熱電
対を固定すると共に、上記接続部から補償導線によっ
て、冷接点を兼ねた温度測定回路まで配線することが行
われている。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、上述した構造を有する従来の熱処理装
置においては、熱処理炉の孔部と熱電対の保護管との隙
間からの放熱によって、熱電対の設置場所の温度が下が
り、熱電対の読み値が実際の炉内の雰囲気温度より低く
出力されるという問題点があった。また、熱電対を取り
外して再度熱処理装置に取り付けると、熱処理炉の孔部
と熱電対の保護管との隙間が変形し、温度測定の再現性
が得られない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、温度検出器の設置位置に対する熱影
響を抑制することで、温度検出器による正確な温度測定
を可能にし、温度制御の精度を向上させた熱処理装置を
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、被処理物を収容する
反応管を有し、この反応管を囲繞する如く設けられた加
熱機構により、該被処理物に対して所定の熱処理を施す
熱処理炉と、この熱処理炉の炉壁外部から挿入され、前
記反応管内の温度制御を行う温度検出器とを具備する熱
処理装置において、 前記温度検出器は、前記炉壁から突設されかつ内部に
断熱材が充填された温度検出器ホルダに、該断熱材を貫
通して挿入固定され、 前記温度検出器ホルダは、前記温度検出器の挿入角度
を変更可能に構成されていることを特徴とする。
(作用) 本発明の熱処理装置においては、温度検出器は炉壁か
ら突設されかつその内部に断熱材が充填された温度検出
器ホルダにより固定されている。したがって、炉壁に設
けられた孔部と温度検出器の挿入部との隙間からの放熱
は、上記温度検出器ホルダ内に充填された断熱材によっ
て遮断されるため、上記温度検出器の温度は低下するこ
とがなく、正確に熱処理装置内の温度を測定することが
できる。よって、炉内に挿入された温度検出器の測定精
度の向上を図ることが可能となる。
(実施例) 以下、本発明装置をバッチ式の横型熱処理装置に適用
した実施例について、図面を参照して説明する。
第1図および第2図に示すように、この実施例のバッ
チ式の横型熱処理装置1は、例えば円筒形状の石英等か
らなる反応管2を有しており、この反応管2内に例えば
ウエハボート3に収納された多数の半導体ウエハ4が収
容される。
上記反応管2は、炭化ケイ素等からなる均熱管5内に
設置されており、この均熱管5の外側には、ヒータ線を
コイル状に形成した加熱用ヒータ6が配置されている。
この加熱用ヒータ6の外側には、その周囲を覆うよう
に、断熱材7を介して炉壁8が設けられている。
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毎に加熱用ヒータ
6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6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
9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10が設置されている。
上記外部用熱電対9と内部用熱電対10とによる反応管
2内の温度制御は、例えば内部用熱電対10からの出力温
度値と外部用熱電対9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6に印加する電力を制御することにより行う。
ここで、上記外部用熱電対9は、それぞれ主熱電対9a
と予備熱電対9bとを有しており、これら主熱電対9aおよ
び予備熱電対9bは、炉壁8の外側に設置された熱電対ホ
ルダ11によって固定されている。なお、上記主熱電対9a
および予備熱電対9bは、同様な位置の温度測定を同時に
行うものであり、通常時の温度制御を司る主熱電対9aに
故障が生じた際には、予備熱電対9bによる温度制御へ切
り替えられる。これによって、比較的故障が生じやすい
熱電対に起因する半導体ウエハ4の不良発生を抑制する
ことが可能となる。
上記熱電対ホルダ11は、第3図および第4図に示すよ
うに、炉壁8の外面から凸状となるように、炉壁8にビ
ス12によって設置された半円筒形状のホルダガイド13
と、このホルダガイド13の円周面上にビス14によって移
動可能に取り付けられたホルダ部15とから主として構成
されている。
また、上記ホルダガイド13内には、断熱材16が充填さ
れており、この断熱材16としては、例えばアルミナウー
ルやシリカウール等が用いられ、また予めホルダガイド
13の内形状に合せて形成したアルミナブランケット等を
用いることも可能である。そして、各熱電対9a、9bは、
上記断熱材16を貫通し、その先端の測定部が加熱用ヒー
タ6の近傍に到達するように挿入固定されている。
このように、各熱電対9a、9bはホルダガイド13内に充
填された断熱材16を貫通して挿入されているため、各熱
電対9a、9bの接続部9cに対する炉からの熱の影響は、上
記断熱材16によって大幅に抑制される。
上記ホルダ部15は、両端にU字形状の取り付け部17a
を有する枠体17と、この枠体17にビス18によって固定さ
れ、熱電体9a、9bを保持するホルダブロック19とを有し
ている。上記枠体17は、U字形状の取り付け部17aによ
ってホルダガイド13を挟み込み、ビス14で締め付けるこ
とによってホルダガイド13に固定される。したがって、
ホルダガイド13の円周面上の取り付け位置を変更するこ
とによって、熱電対9a、9bの挿入角度を適宜に設定する
ことができる。これにより、被処理物である半導体ウエ
ハ4の口径差や炉自体の寸法差による熱電対9a、9bの挿
入位置の違いに対処することができる。
また、上記ホルダブロック19では、取付け孔20a、20b
に挿入された熱電対9a、9bをセットスクリュウ21a、21b
によって固定する構造となっている。このため、熱電対
9a、9bを上記取付け孔20a、20bに挿入した際、各熱電対
9a、9bによる測定位置が所定の位置となるように、ホル
ダブロック19の厚さを設定しておくことによって、熱電
対9a、9bを交換したような場合においても、絶えず一定
の位置に挿入設置することが可能となる。
上記した各熱電対9a、9b、10は、補償導線22を介して
冷接点補償器23と接続されている。この際、外部用熱電
対9のうち、主熱電対9aはそれぞれ第1の冷接点補償器
23aと、予備熱電対9bはそれぞれ第2の冷接点補償器23b
と接続されており、内部用熱電対10はそれぞれ第3の冷
接点補償器23cと接続されている。各冷接点補償器23a、
23b、23cには、これら冷接点自体の温度測定を行うため
の補償用温度センサ24がそれぞれ設置されている。
各熱電対9a、9b、10からの検出信号は、第5図に示す
ように、上記補償用温度センサ24からの出力信号と共
に、信号切替え手段例えばマルチプレクサ25a、25b、25
cに通常の導線例えばフラットケーブル26によって送ら
れる。また、上記各マルチプレクサ25a、25b、25cに
は、上記各熱電対9a、9b、10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25a、25b、25cは、温度測
定回路30と接続されており、これらマルチプレクサ25に
入力された熱電対9a、9b、10からの検出信号C1〜C18
は、各マルチプレクサ25a、25b、25cで切り替えられ
て、順次温度測定回路30側に送られる。
上記温度測定回路30は、3台のマルチプレクサ25a、2
5b、25cからの信号を切り替えるスイッチ31、32と、検
出信号等を増幅するためのアンプ33と、A/Dコンバータ3
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に基づいて温度補正を行う演算式等が
記憶されているROM35と、これら演算過程での出力値を
一時記憶するRAM36と、上記ROM35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、上記外部用熱電対9のうち主熱電対
9aもしくは予熱熱電対9a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し、かつ測定温度に基づい
て加熱用ヒータ6に印加する電力値の指令信号等を出力
するCPU37と、上記指令信号に応じて加熱用ヒータ6へ
の印加電力を制御するSCR38等とから構成されている。
上記温度補正は、例えば基準信号C01、C02による実際
の出力温度値および検出信号による実際の出力温度値間
の比率と、基準信号C01、C02による設定温度値との比例
計算によって行うことができる。このようにして、温度
測定回路30を校正することにより、検出信号がマルチプ
レクサ25に入力されてからA/Dコンバータ34によってデ
ジタル変換されるまでに生じた誤差を補正することがで
き、よって正確な温度測定と反応管2内のより高精度な
温度コントロールを行うことが可能となる。
上記構成の熱処理装置1においては、外部用熱電対9
を熱電対ホルダ11のホルダガイド13内に充填された断熱
材16を貫通して挿入固定しているため、各熱電対9の接
続部9c等に対する炉からの熱の影響を大幅に抑制するこ
とができる。したがって、熱電対9による温度測定をよ
り性格に行うことが可能となる。
また、各熱電対9、10の冷接点補償器23は、炉体とは
別途設置しているため、熱電対の冷接点となる接続部の
温度を安定化することができ、測温誤差の発生を防止す
ることが可能となる。
なお、上記実施例においては、本発明装置を横型熱処
理装置に適用した例について説明したが、本発明はこれ
に限定されるものではなく、縦型熱処理装置等の各種の
熱処理装置に適用することが可能である。
[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の設置位置に対する熱の影響を大
幅に低減することができるため、温度検出器による正確
な温度測定が可能となる。よって、熱処理装置の温度制
御の精度向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例によるバッチ式の横型熱処理
装置の構成を示す断面図、第2図は第1図に示す横型熱
処理装置の熱電対系統を含めた構成を模式的に示す図、
第3図はその熱電対の固定状態を示す断面図、第4図は
その斜視図、第5図はその温度測定回路を示す図であ
る。 1……熱処理装置、2……反応管、3……ウエハボー
ト、4……半導体ウエハ4、5……均熱管、6……加熱
用ヒータ、8……炉壁、9、10……熱電対、11……熱電
対ホルダ、13……ホルダガイド、15……ホルダ部、16…
…断熱材、17……枠体、19……ホルダブロック、22……
補償導線、23……冷接点補償器、25……マルチプレク
サ、30……温度測定回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/205 H01L 21/22 - 21/24 H01L 21/31 H01L 21/365 H01L 21/38 - 21/40 H01L 21/469 H01L 21/86

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被処理物を収容する反応管を有し、この反
    応管を囲繞する如く設けられた加熱機構により、該被処
    理物に対して所定の熱処理を施す熱処理炉と、この熱処
    理炉の炉壁外部から挿入され、前記反応管内の温度制御
    を行う温度検出器とを具備する熱処理装置において、 前記温度検出器は、前記炉壁から突設されかつ内部に断
    熱材が充填された温度検出器ホルダに、該断熱材を貫通
    して挿入固定され、 前記温度検出器ホルダは、前記温度検出器の挿入角度を
    変更可能に構成されていることを特徴とする熱処理装
    置。
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