JP4210041B2 - 熱処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、半導体デバイスの製造プロセスにおいては、被処理体としての半導体ウエハに対して、酸化、拡散、成膜などの処理を行うために、各種の熱処理装置が用いられており、例えば複数の被処理体の熱処理を一度に行うことができるバッチ式の縦型熱処理装置が知られている。
【０００３】
このような縦型熱処理装置においては、複数の被処理体が上下方向に所定間隔で多段に載置された被処理体保持具を処理容器内に収容し、この処理容器の周囲に設けられた筒状ヒータによって、処理容器内に設けられた温度検出器により検出された温度データに基づいて制御された発熱量で加熱することにより、被処理体について所定の熱処理が行われる。
【０００４】
半導体ウエハに対して熱処理を行うに際しては、均一な膜質及び特性の良好な成膜等を達成するために、各半導体ウエハの面内の温度の均一性が高いことに加え、互いに異なる高さ位置に載置されている半導体ウエハ間での温度の均一性が高いことが要求されており、このような要求に対して、処理容器内を上下方向に複数の加熱領域（ゾーン）に区分し、各々の加熱領域に応じた発熱量で加熱することにより、被処理体の熱処理がなされている。
【０００５】
上記のような熱処理装置においては、温度検出器は、例えば石英ガラスよりなり、処理容器内を上方に伸びる直管状の保護管と、この保護管内において処理容器の各々の加熱領域に対応する位置に配設された熱電対とにより構成されており、これにより、処理容器内の各々の加熱領域に対応した位置の温度が検出され、検出された温度データに基づいて加熱手段の発熱量が調整される。
図６に示すように、熱電対６０は、例えば、白金よりなる金属素線６１Ａと、白金ロジウム合金よりなる金属素線６１Ｂとが組み合わされてなり、各々の金属素線６１Ａ、６１Ｂには、例えばアルミナセラミックスよりなるスリーブ状の絶縁部材６２Ａ、６２Ｂが、金属素線６１Ａ、６１Ｂが挿通された状態で設けられている。
そして、金属素線６１Ａ、６１Ｂは、リード線として保護管６５内を伸びて外部に導かれ、制御装置に接続されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
而して、上記の縦型熱処理装置においては、被処理体である半導体ウエハと温度検出器における熱電対６０との昇温特性とが互いに異なり、熱電対６０の温度の立ち上がり特性が半導体ウエハより緩慢であるため、実際に温度検出器により検出される温度と半導体ウエハの温度との間には不可避的に誤差が生じ、その結果、加熱手段の温度制御を高い精度で行うことが困難であり、結局、被処理体について所望の熱処理を急速に行うことができない、という問題がある。
【０００７】
以上の原因を究明したところ、熱電対６０における白金素線６１Ａおよび白金ロジウム合金素線６１Ｂはその表面が金属光沢を有しており、被処理体から放射される放射光に対する反射率が高くて熱放射率が小さく、しかも各々の金属素線６１Ａ、６１Ｂに設けられた絶縁部材６２Ａ、６２Ｂにより熱電対６０自体の熱容量が大きくなるため、温度の立ち上がり特性が被処理体のものに比して緩慢になり、応答性が遅くなることが判明した。
【０００８】
そこで、熱電対自体の反射率（熱放射率）を改善することにより、被処理体よりの放射光に対する応答性が改善されることを見出し、本発明の完成に至ったものであり、その目的は、被処理体の温度を高い忠実度で検出することができ、従って、被処理体について、所望の熱処理を急速的に行うことができる熱処理装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の熱処理装置は、処理容器内に配置された被処理体を加熱手段によって加熱することにより所定の熱処理を行う熱処理装置において、
前記加熱手段を制御するための温度データを検出する温度検出器を処理容器内に備えてなり、
温度検出器は、保護管と、この保護管内に配設された熱電対とにより構成されており、少なくとも当該熱電対を構成する金属素線の結合部の表面に、反射防止機能を有する膜が形成されている熱処理装置であって、
熱電対の金属素線は、白金と白金ロジウム合金とよりなり、
反射防止機能を有する膜は、多層膜よりなり、その厚み方向に対してシリコンナイトライド層とシリコン層とがこの順序で交互に積層されてなるものであることを特徴とする。
【００１０】
本発明の熱処理装置は、複数の被処理体が高さ方向に所定間隔で載置された被処理体保持具を処理容器内に収容し、この処理容器において上下方向に区分された複数の加熱領域の各々について温度制御が可能とされた加熱手段によって被処理体を加熱することにより、所定の熱処理を行う熱処理装置において、
前記加熱手段を制御するための温度データを検出する温度検出器を処理容器内に備えてなり、
温度検出器は、処理容器内において上方に伸びるよう配置された保護管と、この保護管内において、前記加熱領域の各々に対応する位置に配設された複数の熱電対とにより構成され、少なくとも当該熱電対を構成する金属素線の結合部の表面に、反射防止機能を有する膜が形成されている熱処理装置であって、
熱電対の金属素線は、白金と白金ロジウム合金とよりなり、
反射防止機能を有する膜は、多層膜よりなり、その厚み方向に対してシリコンナイトライド層とシリコン層とがこの順序で交互に積層されてなるものであることを特徴とする。
【００１１】
本発明の熱処理装置においては、反射防止機能を有する膜におけるシリコン層は、リンがドープされたものであってもよい。
また、本発明の熱処理装置においては、表面に膜が形成された部分における、０．５〜５μｍの波長領域のすべての光線に対する反射率が８０％以下であることが好ましい。
【００１２】
【作用】
本発明の熱処理装置によれば、温度検出器における熱電対を、その受熱部が被処理体よりの放射光に対する反射率が小さくて熱放射率が高く、しかもそれ自体の熱容量を小さいものとすることができるので、当該熱電対の応答性を高くすることができ、その結果、被処理体の温度を高い忠実度で検出することができ、従って、加熱手段の制御を急速に行うことができる。
【００１３】
本発明の熱処理装置によれば、温度検出器における各々の熱電対によって、複数に区分された処理容器内の加熱領域の各々に対応した位置に載置された被処理体ついて、高い忠実度で温度検出を行うことができ、従って、処理容器内の各々の加熱領域に対する加熱手段の発熱量分布を正確に制御することができ、その結果、、各々の被処理体の平面内だけでなく、互いに異なる高さ位置に載置された被処理体間に対しても、実質的に均一に、しかも所期の温度状態において、熱処理を行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、図面を参照しながら、ＣＶＤ法により被処理体に対して成膜処理を行うための縦型熱処理装置を例に挙げて説明する。
図１は、本発明の縦型熱処理装置の一例における構成の概略を示す説明用断面図である。
この縦型熱処理装置においては、高さ方向（図１において、上下方向）に伸びるよう配置された、上端が開放されている直管状の内管１１Ａと、その周囲に所定の間隔を隔てて同心状に配置された、上端が閉塞されている外管１１Ｂとからなる二重管構造を有する処理容器（プロセスチューブ）１１を備えており、処理容器１１の下方空間は、後述する被処理体保持具としてのウエハボート１７に対して、被処理体である半導体ウエハの移載等が行われるローディングエリアＬとされている。
そして、内管１１Ａおよび外管１１Ｂは、いずれも耐熱性および耐食性に優れた材料、例えば高純度の石英ガラスにより形成されている。
【００１５】
この処理容器１１における外管１１Ｂの下端部には、上端にフランジ部分１２Ａを有する短円筒状のマニホールド１２が設けられており、当該フランジ部分１２Ａには、例えばＯリングなどのシール手段（図示せず）を介して外管１１Ｂの下端部に設けられた下端フランジ部分１１１がフランジ押え１３によって接合されて、処理容器１１の外管１１Ｂが固定された状態とされている。
処理容器１１における内管１１Ａは、外管１１Ｂの下端面より下方に延出して、マニホールド１２内に挿入された状態で、このマニホールド１２の内面に設けられた環状の内管支持部１４により支持されている。
【００１６】
この縦型熱処理装置の処理容器１１の縦断面において、マニホールド１２の一方の側壁には、処理容器１１内に処理ガスや不活性ガスを導入するためのガス供給配管１５が、当該マニホールド１２の側壁を気密に貫通して、内管１１Ａ内を上方に伸びるよう設けられており、このガス供給配管１５には、図示しないガス供給源が接続されている。
また、マニホールド１２の他方の側壁には、処理容器１１内を排気する排気部１６が設けられており、この排気部１６には、例えば真空ポンプおよび圧力制御機構を有する排気機構（図示せず）が接続され、これにより、処理容器１１内が所定の圧力に制御される。
【００１７】
処理容器１１の下方には、上下方向に駆動されて被処理体保持具であるウエハボート１７を処理容器１１内に搬入、搬出する昇降機構２１が設けられており、この昇降機構２１は、処理容器１１の下端開口１１Ｃを開閉する円板状の蓋体２０を備えている。
ウエハボート１７は、例えば高純度の石英ガラスよりなり、複数枚例えば１００〜１５０枚程度の半導体ウエハが上下に所定間隔（ピッチ）、例えば５．２〜２０．８ｍｍで多段に載置される。
【００１８】
昇降機構２１における蓋体２０には、処理容器１１と平行に上方に伸びる柱状の支持部材２２が蓋体２０を貫通する状態で設けられており、この支持部材２２には、その上部にウエハボート１７が載置される円板状のボートサポート２２Ａが一体に設けられていると共に、蓋体２０の下部に設けられた回転駆動手段２３に接続されている。
また、蓋体２０の上部には、例えば石英よりなる保温筒２４が、支持部材２２が挿通された状態で設けられている。
【００１９】
処理容器１１の外側には、処理容器１１内に収容された半導体ウエハを所定の処理温度に加熱するための加熱手段としての筒状ヒータ３０が処理容器１１の周囲を取り囲む状態で設置されている。
筒状ヒータ３０には、線状の抵抗発熱体が内面に螺旋状または蛇行状に配設された円筒状の断熱材（図示せず）が設けられており、この抵抗発熱体は、後述する温度検出器４０により検出された半導体ウエハの温度データに基づいて、当該半導体ウエハが予め設定された温度状態となるよう供給すべき電力の大きさを制御する制御部３１に接続されている。
【００２０】
この筒状ヒータ３０は、処理容器１１内を高さ方向に複数、図示の例では４つの加熱領域（ゾーン）Ｚ１〜Ｚ４に分けて、各々の加熱領域について独立して温度制御が可能な状態、すなわちゾーン制御が可能な状態とされている。
【００２１】
処理容器１１の上方には、処理容器１１内におけるウエハボート１７と対向する状態で筒状ヒータ３０の上端面と平行に配置された面状ヒータ３２が設けられており、これにより、処理容器１１の上方からの放熱が有効に防止され、半導体ウエハをその面内において高い均一性で加熱処理することができる。
面状ヒータ３２は、例えば線状の抵抗発熱体が板状の基材上に配線されてなり、この抵抗発熱体は、制御部３１に接続されている。
【００２２】
この縦型熱処理装置の処理容器１１内においては、温度検出器４０が配置されており、この温度検出器４０により検出された温度データに基づいて筒状ヒータ３０および面状ヒータ３２の発熱量の大きさが制御される。
具体的には、温度検出器４０は、マニホールド１２の他方の壁面を気密に貫通する状態で、処理容器１１内における所定の位置に収容されたウエハボート１７と内管１１Ｂとの間に形成される略環状の空間内を、内管１１Ｂと平行に高さ方向に伸びるよう配置されており、内管１１Ｂの上端面から延出する先端部分が、処理容器１１の中心位置に向かってウエハボート１７に保持された半導体ウエハと平行に伸びる状態とされている。
【００２３】
この温度検出器４０は、図２にも示すように、例えば透明石英ガラスよりなる保護管４１と、この保護管４１内において、面状ヒータ３２による加熱領域に対応する位置（例えば面状ヒータ３２の中心位置に相当する位置）および筒状ヒータ３１による各々の加熱領域Ｚ１〜Ｚ４に対応する位置に配設された複数（この実施例においては合計５つ）の熱電対４２とにより構成されている。
【００２４】
保護管４１は、全体が略Ｌ字状であって、上方に伸びる直管状の第１の温度検知部４１Ａと、この第１の温度検知部４１Ａの上端に連続して当該第１の温度検知部４１Ａの管軸に直交する水平方向（図２において右方向）に伸びる第２の温度検知部４１Ｂとからなり、第１の温度検知部４１Ａの下端に連続して水平方向に伸びる基端側部分４１Ｃは、処理容器１１内に配置されるときに、マニホールド１２の他方の側壁を気密に貫通して処理容器１１の外部に突出するよう、第２の温度検知部４１Ｂが伸びる方向とは逆方向（図２において左方）に伸びる状態とされている。
【００２５】
保護管４１は、その先端部分、すなわち第２の温度検知部４１Ｂの先端部分が閉じた状態とされていると共に、その基端側部分４１Ｃが例えば接着剤などの封止材４５により封止されており、この封止部を介して、熱電対４２の金属素線４３が外部に引き出されている。そして、熱電対４２の金属素線４３は、補償導線を介して制御部３１の入力端子に接続されている。
保護管４１の基端側部分４１Ｃは、気密に封止されていてもよく、また、保護管４１内には、熱電対４２の酸化を防止するために、例えば窒素ガス（Ｎ2 ガス）などの不活性ガスが充填された構成とすることができる。
【００２６】
熱電対４２の金属素線４３は、その素線径が例えば０．３ｍｍである、例えば白金（Ｐｔ）素線４３Ａと白金ロジウム合金（Ｐｔ／Ｒｈ）素線４３Ｂとよりなり、図３および図４に示すように、各々の金属素線４３Ａ、４３Ｂおよびこれらの金属素線４３Ａ、４３Ｂの結合部４４の表面には、膜５０が形成されている。具体的には、この膜５０は、それが形成された部分における、０．５〜５μｍの波長領域のすべての光線に対する反射率が、各々の金属素線４３Ａ、４３Ｂ自体および結合部４４自体の表面における反射率より小さくなるものであり、特定の波長領域のすべての光線に対して反射防止機能を有する。
【００２７】
この膜５０は、例えば無機物質からなる層の複数が、形成されるべき膜の厚み方向に積層されてなる多層膜により構成することができる。
この膜５０において、その厚み方向に対して最上部に位置する構成層５０Ａは、絶縁性を有するものであることが好ましく、金属素線４３Ａ、４３Ｂおよび結合部４４と接触する最下部に位置される構成層５０Ｃは、金属素線４３Ａ、４３Ｂに対して不活性な材質により形成されていることが好ましい。
【００２８】
膜５０を構成する個々の構成層５０Ａ〜５０Ｃの材質、積層数、厚み、その他の条件を考慮して、互いに異なる屈折率を有する物質を選択して積層させることにより所期の機能を有する膜を確実に得ることができる。
例えば、形成されるべき膜の厚み方向に対して、例えばシリコンナイトライド層とシリコン層とがこの順序で交互に積層されてなる多層膜とすることができる。図４の例においては、この膜５０は、シリコンナイトライド層５０Ａと、シリコン層５０Ｂと、シリコンナイトライド層５０Ｃとの三層積層体によって構成されている。この場合において、シリコンナイトライド層５０Ａ、５０Ｃの厚みは０．１〜０．３μｍであることが好ましく、シリコン層５０Ｂの厚みは１〜３μｍであることが好ましく、膜５０全体の厚みが１．２〜３．６μｍであることが好ましい。
【００２９】
また、シリコン層５０Ｂは、例えばリン（Ｐ）がドープされたものとすることもできる。この場合には、リン（Ｐ）がドープされていないシリコン層を有する膜５０に比して、０．５〜５μｍの波長領域のすべての光線に対する反射率を２０％程度低下させることができ、優れた反射防止効果が発揮される。
【００３０】
以上において、本発明に係る温度検出器４０の熱電対４２においては、表面に膜５０が形成された部分における、０．５〜５μｍの波長領域のすべての光線に対する反射率が８０％以下とされており、より好ましくは５０％以下とされる。これにより、確実に所期の熱電対の応答性が得られる。
【００３１】
次に、以上の構成からなる縦型熱処理装置において実施される被処理体（半導体ウエハ）に対する熱処理について説明する。
先ず、ローディングエリアＬにおいて、半導体ウエハの移載が行われて半導体ウエハが保持された状態のウエハボート１７が、蓋体２０が最下位置にあるときのボートサポート２２Ａ上に載置された後、昇降機構２１により蓋体２０が上方向に駆動されてウエハボート１７が下端開口１１Ｃから処理容器１１内に搬入されると共に、蓋体２０により処理容器１１の下端開口１１Ｃが気密に閉塞される。ここに、例えばウエハボート１７における最上部および最下部の載置部には、模擬的な半導体ウエハ（ダミーウエハ）が載置された状態とされている。
【００３２】
そして、排気手段が作動されて処理容器１１内が所定の圧力、例えば６×１０-4Ｐａ程度に減圧されると共に、筒状ヒータ３０および面状ヒータ３２により処理容器１１内の温度が所定の温度となるよう制御された状態において、回転駆動手段２３によりウエハボート１７が回転された状態で、ガス供給配管１５より処理容器１１内に適宜の処理ガスが導入されて、半導体ウエハに対して成膜処理が行われる。
【００３３】
而して、上記の縦型熱処理装置によれば、温度検出器４０により、半導体ウエハの温度を高い忠実度で検出することができ、その結果、検出された温度データに基づいて筒状ヒータ３０および面状ヒータ３２の発熱量を制御することにより、所期の熱処理を急速的に行うことができる。
【００３４】
具体的には、温度検出器４０における熱電対４２は、各々の金属素線４３Ａ、４３Ｂおよびこれらの結合部４４の表面に特定の膜５０が形成されていることにより、その受熱部（結合部４４）が半導体ウエハよりの放射光に対する反射率が小さいもの（熱放射率が高いもの）となると共に、しかも各々の金属素線４３Ａ、４３Ｂが互いに接触することが禁止された状態とされおり、従って、従来の熱電対であれば各々の金属素線を絶縁するために必要とされる絶縁部材が不要となるので、熱電対４２全体の熱容量が小さいものとなる。
【００３５】
その結果、半導体ウエハよりの放射光に対する応答性が速くなって、昇温時において急峻な温度の立ち上がり特性を示すようになり、熱電対４２の温度特性を半導体ウエハの温度特性に対して高い追従性で、換言すれば熱電対４２の温度特性を半導体ウエハの温度特性に対して高い忠実度で一致させることができその結果、半導体ウエハの温度を高い忠実度で検出することができる。
従って、検出された温度データに基づいて筒状ヒータ３０および面状ヒータ３２の発熱量が制御されることにより、半導体ウエハに対して所定の熱処理を急速的に行うことができる。
【００３６】
また、すべての熱電対４２において、半導体ウエハの温度が高い忠実度で検出されるので、各々の熱電対４２に対応した筒状ヒータ３０の各加熱領域に対する発熱量を独立して調整して、制御された発熱量分布で処理容器１１の高さ方向に対してゾーン制御が行うことができ、従って、処理容器１１内において、各半導体ウエハの面内だけでなく、互いに異なる高さ位置に載置された半導体ウエハ間に対しても、実質的に均一に、しかも所期の温度状態に制御された状態において熱処理を行うことができる。
【００３７】
熱電対４２における特定の膜５０が多層膜よりなり、その厚み方向に対して最上部に位置される構成層が絶縁性を有するものであることにより、各々の金属素線４３Ａ、４３Ｂが互いに電気的に絶縁されるので、従来のものであれば互いの金属素線を絶縁するために必要とされる絶縁部材が不要となり、熱電対４２自体の熱容量を小さくすることができ、従って、半導体ウエハよりの放射光に対する応答性を速くすることができる。
また、金属素線４３Ａ、４３Ｂと接触する構成層が、当該金属素線４３Ａ、４３Ｂに対して不活性な材質のものであることにより、金属素線４３Ａ、４３Ｂと構成層の物質との間に合金が形成されて膜５０が切れるなどの弊害を生じることが確実に防止され、膜５０の所期の機能を安定的に発揮させることができる。
【００３８】
＜実験例＞
以下、図１に示す構成の熱処理装置による実験例について説明する。
（熱電対Ａ）
それぞれ素線径が０．３ｍｍの白金素線（４３Ａ）と白金ロジウム合金素線（４３Ｂ）とにより構成され、金属素線の各々（４３Ａ、４３Ｂ）およびこれらの金属素線の結合部（４４）の表面に、下記表１に示す構成の膜（５０）が形成されてなる熱電対（これを「熱電対Ａ」とする。）を作製した。
そして、この熱電対（４２）において、膜（５０）が形成されている部分における、０．５〜５μｍの波長領域のすべての光線に対する反射率は８０％以下であった。
【００３９】
【表１】
【００４０】
（熱電対Ｂ）
各々の金属素線に、アルミナセラミックスよりなる筒状の絶縁部材を金属素線が挿通された状態で設けたことの他は熱電対Ａと同様の構成を有する熱電対（これを「熱電対Ｂ」とする。）を作製した。
【００４１】
（熱電対Ｃ）
金属素線の各々およびこれらの結合部の表面に膜を形成しなかったことの他は熱電対Ａと同様の構成を有する比較用の熱電対（これを「熱電対Ｃ」とする。）を作製した。
【００４２】
（熱電対Ｄ）
金属素線の各々およびこれらの結合部の表面に膜を形成しなかったことの他は熱電対Ｂと同様の構成を有する比較用の熱電対（これを「熱電対Ｄ」とする。）を作製した。
【００４３】
上記の４つの熱電対Ａ〜Ｄが高さ方向における中央位置にそれぞれ設置された、被処理体が載置されていない空の状態のウエハボート（１７）を処理容器（１１）内に導入して、筒状ヒータ（３０）および面状ヒータ（３２）を出力が最大となる状態で４．５分間作動させ、各々の熱電対について、昇温時における温度の立ち上がり特性について調べたところ、図５に示す結果が得られた。
【００４４】
以上の結果から明らかなように、本発明に係る熱電対Ａおよび熱電対Ｂの温度の立ち上がり特性は、比較用の熱電対Ｃおよび熱電対Ｄの温度の立ち上がり特性より急峻なものとなっており、金属素線の各々およびこれらの結合部の表面に所定の膜を形成することにより、熱電対の応答性が高くなることが確認された。
【００４５】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、熱電対の表面に形成される膜を構成する物質としては、上記のものの他に、熱伝導性に優れたもの、例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などを用いることができ、反射率を低減させる効果が確実に得られることから、黒色系のものを用いることが特に好ましい。
また、多層膜よりなる場合には、構成層の積層数、個々の構成層の厚みおよびその他の条件は、特に制限されるものではない。
【００４６】
温度検出器は、その保護管内を減圧状態として、基端側部分において、気密に封止された構成のものを用いることができる。この場合には、処理容器１１内が減圧状態とされた際に、何らかの原因によって保護管が破裂してその破片が処理容器内に飛散することを確実に防止することができる。
また、保護管の基端側部分に、その全周にわたって環状の溝が形成されていてもよく、当該温度検出器を処理容器内に配置するに際しては、この環状溝にマニホールドの側壁を嵌合させた状態で配置されてストッパとして機能することにより、処理容器内が減圧状態とされた際に、温度検出器が処理容器内に引き込まれることを防止することができる。
【００４７】
上記においては、本発明をＣＶＤ法による成膜処理を行う縦型熱処理装置に適用した場合について説明したが、成膜処理に限らず、例えば酸化処理、拡散処理、アニール処理等を行う熱処理装置に適用することもできる。
また、被処理体が高さ方向に多段に保持された状態で処理容器内に収容されて所定の処理が行われる、いわゆる縦型熱処理装置に限定されるものではない。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の熱処理装置によれば、温度検出器における熱電対を、その受熱部が被処理体より放射される放射光に対する反射率が小さく、しかもそれ自体の熱容量を小さいものとすることができるので、当該熱電対の応答性が高くなり、その温度特性が被処理体の温度特性に実質的に一致するよう調整された状態において、被処理体の温度を高い忠実度で検出することができ、従って、所望の熱処理を急速的に行うことができる。
【００４９】
本発明の熱処理装置によれば、温度検出器を構成する各々の熱電対によって、複数に区分された処理容器内の加熱領域の各々について、正確な温度検出を行うことができ、検出された温度データに基づいて、加熱手段が制御された発熱量で作動されることにより、各々の被処理体の平面内だけでなく、互いに異なる高さ位置に載置された被処理体間に対しても、実質的に均一に、しかも所期の温度状態において、熱処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の縦型熱処理装置の一例における構成の概略を示す説明用断面図である。
【図２】温度検出器の構成の一例を示す説明用断面図である。
【図３】温度検出器における熱電対の構成の一例を示す説明用断面図である。
【図４】熱電対における金属素線およびその結合部の表面に多層膜が形成された状態を示す説明用断面図である。
【図５】昇温時における熱電対の立ち上がり特性を示す図である。
【図６】従来における熱電対の一例における構成の概略を示す説明用断面図である。
【符号の説明】
１１ 処理容器（プロセスチューブ）
１１Ａ 内管
１１Ｂ 外管
１１Ｃ 下端開口
１１１ 下端フランジ部分
１２ マニホールド
１２Ａ フランジ部分
１３ フランジ押え
１４ 内管支持部
１５ ガス供給配管
１６ 排気部
１７ ウエハボート
２０ 蓋体
２１ 昇降機構
２２ 支持部材
２２Ａ ボートサポート
２３ 回転駆動手段
２４ 保温筒
３０ 筒状ヒータ
３１ 制御部
３２ 面状ヒータ
４０ 温度検出器
４１ 保護管
４１Ａ 保護管本体部
４１Ｂ 分岐管部
４１Ｃ 基端側部分
４２ 熱電対
４３ 金属素線
４３Ａ 白金（Ｐｔ）素線
４３Ｂ 白金ロジウム合金（Ｐｔ／Ｒｈ）素線
４４ 結合部
４５ 封止材
５０ 膜
５０Ａ 構成層（シリコンナイトライド層）
５０Ｂ 構成層（シリコン層）
５０Ｃ 構成層（シリコンナイトライド層）
６０ 熱電対
６１Ａ 白金（Ｐｔ）素線
６１Ｂ 白金ロジウム合金（Ｐｔ／Ｒｈ）素線
６２Ａ、６２Ｂ 絶縁部材
６５ 保護管
Ｌ ローディングエリア
Ｚ１〜Ｚ４ 加熱領域
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、半導体デバイスの製造プロセスにおいては、被処理体としての半導体ウエハに対して、酸化、拡散、成膜などの処理を行うために、各種の熱処理装置が用いられており、例えば複数の被処理体の熱処理を一度に行うことができるバッチ式の縦型熱処理装置が知られている。
【０００３】
このような縦型熱処理装置においては、複数の被処理体が上下方向に所定間隔で多段に載置された被処理体保持具を処理容器内に収容し、この処理容器の周囲に設けられた筒状ヒータによって、処理容器内に設けられた温度検出器により検出された温度データに基づいて制御された発熱量で加熱することにより、被処理体について所定の熱処理が行われる。
【０００４】
半導体ウエハに対して熱処理を行うに際しては、均一な膜質及び特性の良好な成膜等を達成するために、各半導体ウエハの面内の温度の均一性が高いことに加え、互いに異なる高さ位置に載置されている半導体ウエハ間での温度の均一性が高いことが要求されており、このような要求に対して、処理容器内を上下方向に複数の加熱領域（ゾーン）に区分し、各々の加熱領域に応じた発熱量で加熱することにより、被処理体の熱処理がなされている。
【０００５】
上記のような熱処理装置においては、温度検出器は、例えば石英ガラスよりなり、処理容器内を上方に伸びる直管状の保護管と、この保護管内において処理容器の各々の加熱領域に対応する位置に配設された熱電対とにより構成されており、これにより、処理容器内の各々の加熱領域に対応した位置の温度が検出され、検出された温度データに基づいて加熱手段の発熱量が調整される。
図６に示すように、熱電対６０は、例えば、白金よりなる金属素線６１Ａと、白金ロジウム合金よりなる金属素線６１Ｂとが組み合わされてなり、各々の金属素線６１Ａ、６１Ｂには、例えばアルミナセラミックスよりなるスリーブ状の絶縁部材６２Ａ、６２Ｂが、金属素線６１Ａ、６１Ｂが挿通された状態で設けられている。
そして、金属素線６１Ａ、６１Ｂは、リード線として保護管６５内を伸びて外部に導かれ、制御装置に接続されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
而して、上記の縦型熱処理装置においては、被処理体である半導体ウエハと温度検出器における熱電対６０との昇温特性とが互いに異なり、熱電対６０の温度の立ち上がり特性が半導体ウエハより緩慢であるため、実際に温度検出器により検出される温度と半導体ウエハの温度との間には不可避的に誤差が生じ、その結果、加熱手段の温度制御を高い精度で行うことが困難であり、結局、被処理体について所望の熱処理を急速に行うことができない、という問題がある。
【０００７】
以上の原因を究明したところ、熱電対６０における白金素線６１Ａおよび白金ロジウム合金素線６１Ｂはその表面が金属光沢を有しており、被処理体から放射される放射光に対する反射率が高くて熱放射率が小さく、しかも各々の金属素線６１Ａ、６１Ｂに設けられた絶縁部材６２Ａ、６２Ｂにより熱電対６０自体の熱容量が大きくなるため、温度の立ち上がり特性が被処理体のものに比して緩慢になり、応答性が遅くなることが判明した。
【０００８】
そこで、熱電対自体の反射率（熱放射率）を改善することにより、被処理体よりの放射光に対する応答性が改善されることを見出し、本発明の完成に至ったものであり、その目的は、被処理体の温度を高い忠実度で検出することができ、従って、被処理体について、所望の熱処理を急速的に行うことができる熱処理装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の熱処理装置は、処理容器内に配置された被処理体を加熱手段によって加熱することにより所定の熱処理を行う熱処理装置において、
前記加熱手段を制御するための温度データを検出する温度検出器を処理容器内に備えてなり、
温度検出器は、保護管と、この保護管内に配設された熱電対とにより構成されており、少なくとも当該熱電対を構成する金属素線の結合部の表面に、反射防止機能を有する膜が形成されている熱処理装置であって、
熱電対の金属素線は、白金と白金ロジウム合金とよりなり、
反射防止機能を有する膜は、多層膜よりなり、その厚み方向に対してシリコンナイトライド層とシリコン層とがこの順序で交互に積層されてなるものであることを特徴とする。
【００１０】
本発明の熱処理装置は、複数の被処理体が高さ方向に所定間隔で載置された被処理体保持具を処理容器内に収容し、この処理容器において上下方向に区分された複数の加熱領域の各々について温度制御が可能とされた加熱手段によって被処理体を加熱することにより、所定の熱処理を行う熱処理装置において、
前記加熱手段を制御するための温度データを検出する温度検出器を処理容器内に備えてなり、
温度検出器は、処理容器内において上方に伸びるよう配置された保護管と、この保護管内において、前記加熱領域の各々に対応する位置に配設された複数の熱電対とにより構成され、少なくとも当該熱電対を構成する金属素線の結合部の表面に、反射防止機能を有する膜が形成されている熱処理装置であって、
熱電対の金属素線は、白金と白金ロジウム合金とよりなり、
反射防止機能を有する膜は、多層膜よりなり、その厚み方向に対してシリコンナイトライド層とシリコン層とがこの順序で交互に積層されてなるものであることを特徴とする。
【００１１】
本発明の熱処理装置においては、反射防止機能を有する膜におけるシリコン層は、リンがドープされたものであってもよい。
また、本発明の熱処理装置においては、表面に膜が形成された部分における、０．５〜５μｍの波長領域のすべての光線に対する反射率が８０％以下であることが好ましい。
【００１２】
【作用】
本発明の熱処理装置によれば、温度検出器における熱電対を、その受熱部が被処理体よりの放射光に対する反射率が小さくて熱放射率が高く、しかもそれ自体の熱容量を小さいものとすることができるので、当該熱電対の応答性を高くすることができ、その結果、被処理体の温度を高い忠実度で検出することができ、従って、加熱手段の制御を急速に行うことができる。
【００１３】
本発明の熱処理装置によれば、温度検出器における各々の熱電対によって、複数に区分された処理容器内の加熱領域の各々に対応した位置に載置された被処理体ついて、高い忠実度で温度検出を行うことができ、従って、処理容器内の各々の加熱領域に対する加熱手段の発熱量分布を正確に制御することができ、その結果、、各々の被処理体の平面内だけでなく、互いに異なる高さ位置に載置された被処理体間に対しても、実質的に均一に、しかも所期の温度状態において、熱処理を行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、図面を参照しながら、ＣＶＤ法により被処理体に対して成膜処理を行うための縦型熱処理装置を例に挙げて説明する。
図１は、本発明の縦型熱処理装置の一例における構成の概略を示す説明用断面図である。
この縦型熱処理装置においては、高さ方向（図１において、上下方向）に伸びるよう配置された、上端が開放されている直管状の内管１１Ａと、その周囲に所定の間隔を隔てて同心状に配置された、上端が閉塞されている外管１１Ｂとからなる二重管構造を有する処理容器（プロセスチューブ）１１を備えており、処理容器１１の下方空間は、後述する被処理体保持具としてのウエハボート１７に対して、被処理体である半導体ウエハの移載等が行われるローディングエリアＬとされている。
そして、内管１１Ａおよび外管１１Ｂは、いずれも耐熱性および耐食性に優れた材料、例えば高純度の石英ガラスにより形成されている。
【００１５】
この処理容器１１における外管１１Ｂの下端部には、上端にフランジ部分１２Ａを有する短円筒状のマニホールド１２が設けられており、当該フランジ部分１２Ａには、例えばＯリングなどのシール手段（図示せず）を介して外管１１Ｂの下端部に設けられた下端フランジ部分１１１がフランジ押え１３によって接合されて、処理容器１１の外管１１Ｂが固定された状態とされている。
処理容器１１における内管１１Ａは、外管１１Ｂの下端面より下方に延出して、マニホールド１２内に挿入された状態で、このマニホールド１２の内面に設けられた環状の内管支持部１４により支持されている。
【００１６】
この縦型熱処理装置の処理容器１１の縦断面において、マニホールド１２の一方の側壁には、処理容器１１内に処理ガスや不活性ガスを導入するためのガス供給配管１５が、当該マニホールド１２の側壁を気密に貫通して、内管１１Ａ内を上方に伸びるよう設けられており、このガス供給配管１５には、図示しないガス供給源が接続されている。
また、マニホールド１２の他方の側壁には、処理容器１１内を排気する排気部１６が設けられており、この排気部１６には、例えば真空ポンプおよび圧力制御機構を有する排気機構（図示せず）が接続され、これにより、処理容器１１内が所定の圧力に制御される。
【００１７】
処理容器１１の下方には、上下方向に駆動されて被処理体保持具であるウエハボート１７を処理容器１１内に搬入、搬出する昇降機構２１が設けられており、この昇降機構２１は、処理容器１１の下端開口１１Ｃを開閉する円板状の蓋体２０を備えている。
ウエハボート１７は、例えば高純度の石英ガラスよりなり、複数枚例えば１００〜１５０枚程度の半導体ウエハが上下に所定間隔（ピッチ）、例えば５．２〜２０．８ｍｍで多段に載置される。
【００１８】
昇降機構２１における蓋体２０には、処理容器１１と平行に上方に伸びる柱状の支持部材２２が蓋体２０を貫通する状態で設けられており、この支持部材２２には、その上部にウエハボート１７が載置される円板状のボートサポート２２Ａが一体に設けられていると共に、蓋体２０の下部に設けられた回転駆動手段２３に接続されている。
また、蓋体２０の上部には、例えば石英よりなる保温筒２４が、支持部材２２が挿通された状態で設けられている。
【００１９】
処理容器１１の外側には、処理容器１１内に収容された半導体ウエハを所定の処理温度に加熱するための加熱手段としての筒状ヒータ３０が処理容器１１の周囲を取り囲む状態で設置されている。
筒状ヒータ３０には、線状の抵抗発熱体が内面に螺旋状または蛇行状に配設された円筒状の断熱材（図示せず）が設けられており、この抵抗発熱体は、後述する温度検出器４０により検出された半導体ウエハの温度データに基づいて、当該半導体ウエハが予め設定された温度状態となるよう供給すべき電力の大きさを制御する制御部３１に接続されている。
【００２０】
この筒状ヒータ３０は、処理容器１１内を高さ方向に複数、図示の例では４つの加熱領域（ゾーン）Ｚ１〜Ｚ４に分けて、各々の加熱領域について独立して温度制御が可能な状態、すなわちゾーン制御が可能な状態とされている。
【００２１】
処理容器１１の上方には、処理容器１１内におけるウエハボート１７と対向する状態で筒状ヒータ３０の上端面と平行に配置された面状ヒータ３２が設けられており、これにより、処理容器１１の上方からの放熱が有効に防止され、半導体ウエハをその面内において高い均一性で加熱処理することができる。
面状ヒータ３２は、例えば線状の抵抗発熱体が板状の基材上に配線されてなり、この抵抗発熱体は、制御部３１に接続されている。
【００２２】
この縦型熱処理装置の処理容器１１内においては、温度検出器４０が配置されており、この温度検出器４０により検出された温度データに基づいて筒状ヒータ３０および面状ヒータ３２の発熱量の大きさが制御される。
具体的には、温度検出器４０は、マニホールド１２の他方の壁面を気密に貫通する状態で、処理容器１１内における所定の位置に収容されたウエハボート１７と内管１１Ｂとの間に形成される略環状の空間内を、内管１１Ｂと平行に高さ方向に伸びるよう配置されており、内管１１Ｂの上端面から延出する先端部分が、処理容器１１の中心位置に向かってウエハボート１７に保持された半導体ウエハと平行に伸びる状態とされている。
【００２３】
この温度検出器４０は、図２にも示すように、例えば透明石英ガラスよりなる保護管４１と、この保護管４１内において、面状ヒータ３２による加熱領域に対応する位置（例えば面状ヒータ３２の中心位置に相当する位置）および筒状ヒータ３１による各々の加熱領域Ｚ１〜Ｚ４に対応する位置に配設された複数（この実施例においては合計５つ）の熱電対４２とにより構成されている。
【００２４】
保護管４１は、全体が略Ｌ字状であって、上方に伸びる直管状の第１の温度検知部４１Ａと、この第１の温度検知部４１Ａの上端に連続して当該第１の温度検知部４１Ａの管軸に直交する水平方向（図２において右方向）に伸びる第２の温度検知部４１Ｂとからなり、第１の温度検知部４１Ａの下端に連続して水平方向に伸びる基端側部分４１Ｃは、処理容器１１内に配置されるときに、マニホールド１２の他方の側壁を気密に貫通して処理容器１１の外部に突出するよう、第２の温度検知部４１Ｂが伸びる方向とは逆方向（図２において左方）に伸びる状態とされている。
【００２５】
保護管４１は、その先端部分、すなわち第２の温度検知部４１Ｂの先端部分が閉じた状態とされていると共に、その基端側部分４１Ｃが例えば接着剤などの封止材４５により封止されており、この封止部を介して、熱電対４２の金属素線４３が外部に引き出されている。そして、熱電対４２の金属素線４３は、補償導線を介して制御部３１の入力端子に接続されている。
保護管４１の基端側部分４１Ｃは、気密に封止されていてもよく、また、保護管４１内には、熱電対４２の酸化を防止するために、例えば窒素ガス（Ｎ2 ガス）などの不活性ガスが充填された構成とすることができる。
【００２６】
熱電対４２の金属素線４３は、その素線径が例えば０．３ｍｍである、例えば白金（Ｐｔ）素線４３Ａと白金ロジウム合金（Ｐｔ／Ｒｈ）素線４３Ｂとよりなり、図３および図４に示すように、各々の金属素線４３Ａ、４３Ｂおよびこれらの金属素線４３Ａ、４３Ｂの結合部４４の表面には、膜５０が形成されている。具体的には、この膜５０は、それが形成された部分における、０．５〜５μｍの波長領域のすべての光線に対する反射率が、各々の金属素線４３Ａ、４３Ｂ自体および結合部４４自体の表面における反射率より小さくなるものであり、特定の波長領域のすべての光線に対して反射防止機能を有する。
【００２７】
この膜５０は、例えば無機物質からなる層の複数が、形成されるべき膜の厚み方向に積層されてなる多層膜により構成することができる。
この膜５０において、その厚み方向に対して最上部に位置する構成層５０Ａは、絶縁性を有するものであることが好ましく、金属素線４３Ａ、４３Ｂおよび結合部４４と接触する最下部に位置される構成層５０Ｃは、金属素線４３Ａ、４３Ｂに対して不活性な材質により形成されていることが好ましい。
【００２８】
膜５０を構成する個々の構成層５０Ａ〜５０Ｃの材質、積層数、厚み、その他の条件を考慮して、互いに異なる屈折率を有する物質を選択して積層させることにより所期の機能を有する膜を確実に得ることができる。
例えば、形成されるべき膜の厚み方向に対して、例えばシリコンナイトライド層とシリコン層とがこの順序で交互に積層されてなる多層膜とすることができる。図４の例においては、この膜５０は、シリコンナイトライド層５０Ａと、シリコン層５０Ｂと、シリコンナイトライド層５０Ｃとの三層積層体によって構成されている。この場合において、シリコンナイトライド層５０Ａ、５０Ｃの厚みは０．１〜０．３μｍであることが好ましく、シリコン層５０Ｂの厚みは１〜３μｍであることが好ましく、膜５０全体の厚みが１．２〜３．６μｍであることが好ましい。
【００２９】
また、シリコン層５０Ｂは、例えばリン（Ｐ）がドープされたものとすることもできる。この場合には、リン（Ｐ）がドープされていないシリコン層を有する膜５０に比して、０．５〜５μｍの波長領域のすべての光線に対する反射率を２０％程度低下させることができ、優れた反射防止効果が発揮される。
【００３０】
以上において、本発明に係る温度検出器４０の熱電対４２においては、表面に膜５０が形成された部分における、０．５〜５μｍの波長領域のすべての光線に対する反射率が８０％以下とされており、より好ましくは５０％以下とされる。これにより、確実に所期の熱電対の応答性が得られる。
【００３１】
次に、以上の構成からなる縦型熱処理装置において実施される被処理体（半導体ウエハ）に対する熱処理について説明する。
先ず、ローディングエリアＬにおいて、半導体ウエハの移載が行われて半導体ウエハが保持された状態のウエハボート１７が、蓋体２０が最下位置にあるときのボートサポート２２Ａ上に載置された後、昇降機構２１により蓋体２０が上方向に駆動されてウエハボート１７が下端開口１１Ｃから処理容器１１内に搬入されると共に、蓋体２０により処理容器１１の下端開口１１Ｃが気密に閉塞される。ここに、例えばウエハボート１７における最上部および最下部の載置部には、模擬的な半導体ウエハ（ダミーウエハ）が載置された状態とされている。
【００３２】
そして、排気手段が作動されて処理容器１１内が所定の圧力、例えば６×１０-4Ｐａ程度に減圧されると共に、筒状ヒータ３０および面状ヒータ３２により処理容器１１内の温度が所定の温度となるよう制御された状態において、回転駆動手段２３によりウエハボート１７が回転された状態で、ガス供給配管１５より処理容器１１内に適宜の処理ガスが導入されて、半導体ウエハに対して成膜処理が行われる。
【００３３】
而して、上記の縦型熱処理装置によれば、温度検出器４０により、半導体ウエハの温度を高い忠実度で検出することができ、その結果、検出された温度データに基づいて筒状ヒータ３０および面状ヒータ３２の発熱量を制御することにより、所期の熱処理を急速的に行うことができる。
【００３４】
具体的には、温度検出器４０における熱電対４２は、各々の金属素線４３Ａ、４３Ｂおよびこれらの結合部４４の表面に特定の膜５０が形成されていることにより、その受熱部（結合部４４）が半導体ウエハよりの放射光に対する反射率が小さいもの（熱放射率が高いもの）となると共に、しかも各々の金属素線４３Ａ、４３Ｂが互いに接触することが禁止された状態とされおり、従って、従来の熱電対であれば各々の金属素線を絶縁するために必要とされる絶縁部材が不要となるので、熱電対４２全体の熱容量が小さいものとなる。
【００３５】
その結果、半導体ウエハよりの放射光に対する応答性が速くなって、昇温時において急峻な温度の立ち上がり特性を示すようになり、熱電対４２の温度特性を半導体ウエハの温度特性に対して高い追従性で、換言すれば熱電対４２の温度特性を半導体ウエハの温度特性に対して高い忠実度で一致させることができその結果、半導体ウエハの温度を高い忠実度で検出することができる。
従って、検出された温度データに基づいて筒状ヒータ３０および面状ヒータ３２の発熱量が制御されることにより、半導体ウエハに対して所定の熱処理を急速的に行うことができる。
【００３６】
また、すべての熱電対４２において、半導体ウエハの温度が高い忠実度で検出されるので、各々の熱電対４２に対応した筒状ヒータ３０の各加熱領域に対する発熱量を独立して調整して、制御された発熱量分布で処理容器１１の高さ方向に対してゾーン制御が行うことができ、従って、処理容器１１内において、各半導体ウエハの面内だけでなく、互いに異なる高さ位置に載置された半導体ウエハ間に対しても、実質的に均一に、しかも所期の温度状態に制御された状態において熱処理を行うことができる。
【００３７】
熱電対４２における特定の膜５０が多層膜よりなり、その厚み方向に対して最上部に位置される構成層が絶縁性を有するものであることにより、各々の金属素線４３Ａ、４３Ｂが互いに電気的に絶縁されるので、従来のものであれば互いの金属素線を絶縁するために必要とされる絶縁部材が不要となり、熱電対４２自体の熱容量を小さくすることができ、従って、半導体ウエハよりの放射光に対する応答性を速くすることができる。
また、金属素線４３Ａ、４３Ｂと接触する構成層が、当該金属素線４３Ａ、４３Ｂに対して不活性な材質のものであることにより、金属素線４３Ａ、４３Ｂと構成層の物質との間に合金が形成されて膜５０が切れるなどの弊害を生じることが確実に防止され、膜５０の所期の機能を安定的に発揮させることができる。
【００３８】
＜実験例＞
以下、図１に示す構成の熱処理装置による実験例について説明する。
（熱電対Ａ）
それぞれ素線径が０．３ｍｍの白金素線（４３Ａ）と白金ロジウム合金素線（４３Ｂ）とにより構成され、金属素線の各々（４３Ａ、４３Ｂ）およびこれらの金属素線の結合部（４４）の表面に、下記表１に示す構成の膜（５０）が形成されてなる熱電対（これを「熱電対Ａ」とする。）を作製した。
そして、この熱電対（４２）において、膜（５０）が形成されている部分における、０．５〜５μｍの波長領域のすべての光線に対する反射率は８０％以下であった。
【００３９】
【表１】
（熱電対Ｂ）
各々の金属素線に、アルミナセラミックスよりなる筒状の絶縁部材を金属素線が挿通された状態で設けたことの他は熱電対Ａと同様の構成を有する熱電対（これを「熱電対Ｂ」とする。）を作製した。
【００４１】
（熱電対Ｃ）
金属素線の各々およびこれらの結合部の表面に膜を形成しなかったことの他は熱電対Ａと同様の構成を有する比較用の熱電対（これを「熱電対Ｃ」とする。）を作製した。
【００４２】
（熱電対Ｄ）
金属素線の各々およびこれらの結合部の表面に膜を形成しなかったことの他は熱電対Ｂと同様の構成を有する比較用の熱電対（これを「熱電対Ｄ」とする。）を作製した。
【００４３】
上記の４つの熱電対Ａ〜Ｄが高さ方向における中央位置にそれぞれ設置された、被処理体が載置されていない空の状態のウエハボート（１７）を処理容器（１１）内に導入して、筒状ヒータ（３０）および面状ヒータ（３２）を出力が最大となる状態で４．５分間作動させ、各々の熱電対について、昇温時における温度の立ち上がり特性について調べたところ、図５に示す結果が得られた。
【００４４】
以上の結果から明らかなように、本発明に係る熱電対Ａおよび熱電対Ｂの温度の立ち上がり特性は、比較用の熱電対Ｃおよび熱電対Ｄの温度の立ち上がり特性より急峻なものとなっており、金属素線の各々およびこれらの結合部の表面に所定の膜を形成することにより、熱電対の応答性が高くなることが確認された。
【００４５】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、熱電対の表面に形成される膜を構成する物質としては、上記のものの他に、熱伝導性に優れたもの、例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などを用いることができ、反射率を低減させる効果が確実に得られることから、黒色系のものを用いることが特に好ましい。
また、多層膜よりなる場合には、構成層の積層数、個々の構成層の厚みおよびその他の条件は、特に制限されるものではない。
【００４６】
温度検出器は、その保護管内を減圧状態として、基端側部分において、気密に封止された構成のものを用いることができる。この場合には、処理容器１１内が減圧状態とされた際に、何らかの原因によって保護管が破裂してその破片が処理容器内に飛散することを確実に防止することができる。
また、保護管の基端側部分に、その全周にわたって環状の溝が形成されていてもよく、当該温度検出器を処理容器内に配置するに際しては、この環状溝にマニホールドの側壁を嵌合させた状態で配置されてストッパとして機能することにより、処理容器内が減圧状態とされた際に、温度検出器が処理容器内に引き込まれることを防止することができる。
【００４７】
上記においては、本発明をＣＶＤ法による成膜処理を行う縦型熱処理装置に適用した場合について説明したが、成膜処理に限らず、例えば酸化処理、拡散処理、アニール処理等を行う熱処理装置に適用することもできる。
また、被処理体が高さ方向に多段に保持された状態で処理容器内に収容されて所定の処理が行われる、いわゆる縦型熱処理装置に限定されるものではない。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の熱処理装置によれば、温度検出器における熱電対を、その受熱部が被処理体より放射される放射光に対する反射率が小さく、しかもそれ自体の熱容量を小さいものとすることができるので、当該熱電対の応答性が高くなり、その温度特性が被処理体の温度特性に実質的に一致するよう調整された状態において、被処理体の温度を高い忠実度で検出することができ、従って、所望の熱処理を急速的に行うことができる。
【００４９】
本発明の熱処理装置によれば、温度検出器を構成する各々の熱電対によって、複数に区分された処理容器内の加熱領域の各々について、正確な温度検出を行うことができ、検出された温度データに基づいて、加熱手段が制御された発熱量で作動されることにより、各々の被処理体の平面内だけでなく、互いに異なる高さ位置に載置された被処理体間に対しても、実質的に均一に、しかも所期の温度状態において、熱処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の縦型熱処理装置の一例における構成の概略を示す説明用断面図である。
【図２】温度検出器の構成の一例を示す説明用断面図である。
【図３】温度検出器における熱電対の構成の一例を示す説明用断面図である。
【図４】熱電対における金属素線およびその結合部の表面に多層膜が形成された状態を示す説明用断面図である。
【図５】昇温時における熱電対の立ち上がり特性を示す図である。
【図６】従来における熱電対の一例における構成の概略を示す説明用断面図である。
【符号の説明】
１１ 処理容器（プロセスチューブ）
１１Ａ 内管
１１Ｂ 外管
１１Ｃ 下端開口
１１１ 下端フランジ部分
１２ マニホールド
１２Ａ フランジ部分
１３ フランジ押え
１４ 内管支持部
１５ ガス供給配管
１６ 排気部
１７ ウエハボート
２０ 蓋体
２１ 昇降機構
２２ 支持部材
２２Ａ ボートサポート
２３ 回転駆動手段
２４ 保温筒
３０ 筒状ヒータ
３１ 制御部
３２ 面状ヒータ
４０ 温度検出器
４１ 保護管
４１Ａ 保護管本体部
４１Ｂ 分岐管部
４１Ｃ 基端側部分
４２ 熱電対
４３ 金属素線
４３Ａ 白金（Ｐｔ）素線
４３Ｂ 白金ロジウム合金（Ｐｔ／Ｒｈ）素線
４４ 結合部
４５ 封止材
５０ 膜
５０Ａ 構成層（シリコンナイトライド層）
５０Ｂ 構成層（シリコン層）
５０Ｃ 構成層（シリコンナイトライド層）
６０ 熱電対
６１Ａ 白金（Ｐｔ）素線
６１Ｂ 白金ロジウム合金（Ｐｔ／Ｒｈ）素線
６２Ａ、６２Ｂ 絶縁部材
６５ 保護管
Ｌ ローディングエリア
Ｚ１〜Ｚ４ 加熱領域
Claims (4)
- 処理容器内に配置された被処理体を加熱手段によって加熱することにより所定の熱処理を行う熱処理装置において、
前記加熱手段を制御するための温度データを検出する温度検出器を処理容器内に備えてなり、
温度検出器は、保護管と、この保護管内に配設された熱電対とにより構成されており、少なくとも当該熱電対を構成する金属素線の結合部の表面に、反射防止機能を有する膜が形成されている熱処理装置であって、
熱電対の金属素線は、白金と白金ロジウム合金とよりなり、
反射防止機能を有する膜は、多層膜よりなり、その厚み方向に対してシリコンナイトライド層とシリコン層とがこの順序で交互に積層されてなるものであることを特徴とする熱処理装置。 - 複数の被処理体が高さ方向に所定間隔で載置された被処理体保持具を処理容器内に収容し、この処理容器において上下方向に区分された複数の加熱領域の各々について温度制御が可能とされた加熱手段によって被処理体を加熱することにより、所定の熱処理を行う熱処理装置において、
前記加熱手段を制御するための温度データを検出する温度検出器を処理容器内に備えてなり、
温度検出器は、処理容器内において上方に伸びるよう配置された保護管と、この保護管内において、前記加熱領域の各々に対応する位置に配置された複数の熱電対とにより構成され、少なくとも当該熱電対を構成する金属素線の結合部の表面に、反射防止機能を有する膜が形成されている熱処理装置であって、
熱電対の金属素線は、白金と白金ロジウム合金とよりなり、
反射防止機能を有する膜は、多層膜よりなり、その厚み方向に対してシリコンナイトライド層とシリコン層とがこの順序で交互に積層されてなるものであることを特徴とする熱処理装置。 - 反射防止機能を有する膜におけるシリコン層は、リンがドープされたものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱処理装置。
- 表面に膜が形成された部分における、０．５〜５μｍの波長領域のすべての光線に対する反射率が８０％以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の熱処理装置。
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