JP4783029B2 - Heat treatment apparatus and substrate manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明は、半導体ウエハやガラス基板等を熱処理するための熱処理装置および半導体ウエハやガラス等の基板を製造するための基板の製造方法に関する。   The present invention relates to a heat treatment apparatus for heat treating a semiconductor wafer, a glass substrate or the like, and a substrate manufacturing method for producing a substrate such as a semiconductor wafer or glass.

従来、半導体ウエハやガラス基板等の熱処理には、縦型熱処理装置が広く用いられている。この熱処理装置における処理室の温度制御は、アウターチューブとヒータとの間に設けられた熱電対により加熱温度が計測され、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ものが公知となっている(例えば特許文献1)。   Conventionally, vertical heat treatment apparatuses have been widely used for heat treatment of semiconductor wafers and glass substrates. As for the temperature control of the processing chamber in this heat treatment apparatus, it is known that the heating temperature is measured by a thermocouple provided between the outer tube and the heater, and the heater is feedback-controlled based on the measurement result ( For example, Patent Document 1).

特開2003−249456号公報JP 2003-249456 A

しかしながら、処理室内を急冷する際は温度制御が正確に行われないといった問題があった。
この原因は、この急冷時において、ブロアを用いてプロセスチューブ外側に空気の流れを作ることにより処理室を冷却していたため、熱電対の温度検知部が空気の流れを受けて処理室内よりも早く冷却されてしまい、実際の処理室温度と熱電対の測定温度とに差異が生じていたためと考えられる。
However, there is a problem that temperature control is not performed accurately when the processing chamber is rapidly cooled.
This is because during the rapid cooling, the processing chamber was cooled by creating an air flow outside the process tube using a blower, so that the thermocouple temperature detector received the air flow earlier than the processing chamber. This is considered to be because of the difference between the actual processing chamber temperature and the measured temperature of the thermocouple.

本発明の目的は、上記従来の問題点を解消し、反応管内の温度制御を正確に行うことのできる熱処理装置及び基板の製造方法を提供する。   An object of the present invention is to provide a heat treatment apparatus and a substrate manufacturing method capable of solving the above-described conventional problems and accurately controlling the temperature in a reaction tube.

本発明の第1の特徴とするところは、反応管と、基板を加熱するヒータと、反応管外部に設けられた第1の温度測定手段と、反応管外部に設けられた第2の温度測定手段と、反応管内で基板を処理する際は少なくとも第1の温度測定手段により検出された温度に基づいて反応管内の温度制御を行い、反応管を急激に強制冷却する際は少なくとも第2の温度測定手段により検出された温度に基づいて反応管内の温度制御を行うように制御する制御手段とを有する熱処理装置にある。   The first feature of the present invention is that the reaction tube, the heater for heating the substrate, the first temperature measuring means provided outside the reaction tube, and the second temperature measurement provided outside the reaction tube. When the substrate is processed in the reaction tube, the temperature in the reaction tube is controlled based on at least the temperature detected by the first temperature measuring device, and when the reaction tube is rapidly forcedly cooled, at least the second temperature The heat treatment apparatus has control means for controlling to control the temperature in the reaction tube based on the temperature detected by the measurement means.

本発明の第2の特徴とするところは、反応管内に基板を搬入する工程と、反応管内の温度を処理温度まで昇温させる工程と、反応管内で処理温度において基板を処理する工程と、反応管を急激に強制冷却する工程を含み、反応管内の温度を処理温度から処理温度よりも低い温度まで降温させる工程と、処理後の基板を処理室より搬出する工程とを有し、前記基板処理工程においては少なくとも第1の温度測定手段により検出された温度に基づいて反応管内の温度制御を行い、前記降温工程における強制冷却工程では少なくとも第2の温度測定手段により検出された温度に基づいて反応管内の温度制御を行う基板の製造方法にある。   The second feature of the present invention is that the step of carrying the substrate into the reaction tube, the step of raising the temperature in the reaction tube to the processing temperature, the step of processing the substrate at the processing temperature in the reaction tube, and the reaction Including a step of rapidly forcibly cooling the tube, the step of lowering the temperature in the reaction tube from the processing temperature to a temperature lower than the processing temperature, and a step of unloading the processed substrate from the processing chamber, In the process, the temperature in the reaction tube is controlled based on at least the temperature detected by the first temperature measuring means, and in the forced cooling process in the temperature lowering process, the reaction is performed based on the temperature detected by at least the second temperature measuring means. It is in the manufacturing method of the board | substrate which performs temperature control in a pipe | tube.

好適には、前記第1の温度測定手段は熱電対であり、前記第2の温度測定手段は放射温度計である。   Preferably, the first temperature measuring means is a thermocouple, and the second temperature measuring means is a radiation thermometer.

また、好適には、前記反応管に対して冷却用の気体(空気、窒素等)を供給する手段と、その気体を前記反応管全体に流通させる流路と、その流通させた気体を排出する手段とを有し、前記第1の温度測定手段、前記第2の温度測定手段は気体の流路に配置される。   Further, preferably, a means for supplying a cooling gas (air, nitrogen, etc.) to the reaction tube, a flow path for flowing the gas through the entire reaction tube, and the flowing gas are discharged. And the first temperature measuring means and the second temperature measuring means are arranged in a gas flow path.

また、好適には、前記反応管は、SiC製の一重管からなる。   Preferably, the reaction tube is a single tube made of SiC.

反応管を急激に強制冷却する際は、少なくとも第2の温度測定手段により検出された温度に基づいて反応管内の温度制御を行うことにより、冷却用の気体の影響を受けずに反応管内の温度制御を正確に行うことができる。   When the reaction tube is suddenly forcibly cooled, the temperature in the reaction tube is not affected by the cooling gas by controlling the temperature in the reaction tube based on at least the temperature detected by the second temperature measuring means. Control can be performed accurately.

次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1に本発明の実施形態に係る熱処理装置10の一例を示す。この熱処理装置10は、バッチ式縦型熱処理装置であり、主要部が配置される筐体12を有する。この筐体12の正面側には、ポッドステージ14が接続されており、このポッドステージ14にポッド16が搬送される。ポッド16には、例えば25枚の基板が収納され、図示しない蓋が閉じられた状態でポッドステージ14にセットされる。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an example of a heat treatment apparatus 10 according to an embodiment of the present invention. This heat treatment apparatus 10 is a batch type vertical heat treatment apparatus, and has a housing 12 in which a main part is arranged. A pod stage 14 is connected to the front side of the housing 12, and the pod 16 is conveyed to the pod stage 14. The pod 16 stores, for example, 25 substrates, and is set on the pod stage 14 with a lid (not shown) closed.

筐体12内の正面側であって、ポッドステージ14に対向する位置には、ポッド搬送装置18が配置されている。また、このポッド搬送装置18の近傍には、ポッド棚20、ポッドオープナ22及び基板枚数検知器24が配置されている。ポッド棚20はポッドオープナ22の上方に配置され、基板枚数検知器24はポッドオープナ22に隣接して配置される。ポッド搬送装置18は、ポッドステージ14とポッド棚20とポッドオープナ22との間でポッド16を搬送する。ポッドオープナ22は、ポッド16の蓋を開けるものであり、この蓋が開けられたポッド16内の基板枚数が基板枚数検知器24により検知される。   A pod transfer device 18 is arranged on the front side in the housing 12 at a position facing the pod stage 14. Further, a pod shelf 20, a pod opener 22, and a substrate number detector 24 are arranged in the vicinity of the pod transfer device 18. The pod shelf 20 is disposed above the pod opener 22, and the substrate number detector 24 is disposed adjacent to the pod opener 22. The pod carrying device 18 carries the pod 16 among the pod stage 14, the pod shelf 20, and the pod opener 22. The pod opener 22 opens the lid of the pod 16, and the number of substrates in the pod 16 with the lid opened is detected by the substrate number detector 24.

さらに、筐体12内には、基板移載機26、ノッチアライナ28及び基板支持具(ボート)30が配置されている。基板移載機26は例えば5枚の基板を取り出すことができるアーム(ツイーザ)32を有し、このアーム32を動かすことにより、ポッドオープナ22の位置に置かれたポッド、ノッチアライナ28及び基板支持具30間で基板を搬送する。ノッチアライナ28は、基板に形成されたノッチまたはオリフラを検出して基板のノッチまたはオリフラを一定の位置に揃えるものである。   Further, a substrate transfer device 26, a notch aligner 28, and a substrate support (boat) 30 are disposed in the housing 12. The substrate transfer machine 26 has, for example, an arm (tweezer) 32 that can take out five substrates. By moving this arm 32, a pod placed at the position of the pod opener 22, a notch aligner 28, and a substrate support. The substrate is transferred between the tools 30. The notch aligner 28 detects notches or orientation flats formed on the substrate and aligns the notches or orientation flats of the substrate at a certain position.

さらに、筐体12内の背面側上部には反応炉40が配置されている。この反応炉40内に、複数枚の基板を装填した基板支持具30が搬入され熱処理が行われる。   Further, a reaction furnace 40 is disposed at the upper part on the back side in the housing 12. The substrate support 30 loaded with a plurality of substrates is carried into the reaction furnace 40 and subjected to heat treatment.

図2に反応炉40の一例を示す。この反応炉40は、炭化珪素(SiC)製の一重管からなる反応管42を有する。この反応管42は、上端部が閉塞され下端部が開放された円筒形状をしており、開放された下端部はフランジ状に形成されている。この反応管42の下方には反応管42を支持するよう石英製のアダプタ44が配置される。このアダプタ44は上端部と下端部が開放された円筒形状をしており、開放された上端部と下端部はフランジ状に形成されている。アダプタ44の上端部フランジの上面に反応管42の下端部フランジの下面が当接している。また、アダプタ44を除いた反応管42の周囲には、ヒータ46が配置されている。   An example of the reaction furnace 40 is shown in FIG. The reaction furnace 40 has a reaction tube 42 formed of a single tube made of silicon carbide (SiC). The reaction tube 42 has a cylindrical shape in which the upper end is closed and the lower end is opened, and the opened lower end is formed in a flange shape. A quartz adapter 44 is disposed below the reaction tube 42 so as to support the reaction tube 42. The adapter 44 has a cylindrical shape with an open upper end and a lower end, and the open upper end and the lower end are formed in a flange shape. The lower surface of the lower end flange of the reaction tube 42 is in contact with the upper surface of the upper end flange of the adapter 44. A heater 46 is disposed around the reaction tube 42 excluding the adapter 44.

反応炉40の下部は、基板支持具30を挿入するために開放され、この開放部分(炉口部)は炉口シールキャップ48がOリングを挟んでアダプタ44の下端部フランジの下面に当接することにより密閉されるようにしてある。炉口シールキャップ48は基板支持具30を支持し、基板支持具30と共に昇降可能に設けられている。炉口シールキャップ48の基板支持具30との間には、石英製の第1のキャップ52と、この第1のキャップ52の上部に配置された炭化珪素(SiC)製の第2のキャップ50とが設けられている。基板支持具30は、多数枚の基板54を略水平状態で隙間をもって多数段に支持し、反応管42内に装填される。   The lower part of the reaction furnace 40 is opened to insert the substrate support 30, and this open part (furnace port part) abuts the lower surface of the lower end flange of the adapter 44 with the furnace port seal cap 48 sandwiching the O-ring. So that it is sealed. The furnace port seal cap 48 supports the substrate support 30 and is provided so as to move up and down together with the substrate support 30. A quartz-made first cap 52 and a silicon carbide (SiC) second cap 50 disposed on the upper portion of the first cap 52 are provided between the furnace port seal cap 48 and the substrate support 30. And are provided. The substrate support 30 supports a large number of substrates 54 in a substantially horizontal state with a plurality of steps with gaps, and is loaded into the reaction tube 42.

1200℃以上の高温での処理を可能とするため、反応管42は炭化珪素(SiC)製としてある。このSiC製の反応管42を炉口部まで延ばし、この炉口部をOリングを介して炉口シールキャップ48でシールする構造とすると、SiC製の反応管42を介して伝達された熱によりシール部まで高温となり、シール材料であるOリングを溶かしてしまうおそれがある。Oリングを溶かさないようSiC製の反応管42のシール部を冷却すると、SiC製の反応管42が温度差による熱膨張差により破損してしまう。そこで、ヒータ46による加熱領域をSiC製の反応管42で構成し、ヒータ46による加熱領域から外れた部分を石英製のアダプタ44で構成することで、SiC製の反応管42からの熱の伝達を和らげ、Oリングを溶かすことなく、また反応管42を破損することなく炉口部をシールすることが可能となる。また、SiC製の反応管42と石英製のアダプタ44とのシールは、双方の面精度を良くすれば、SiC製の反応管42はヒータ46の加熱領域に配置されているため温度差が発生せず、等方的に熱膨張する。よって、SiC製の反応管42下端部のフランジ部分は平面を保つことができ、アダプタ44との間に隙間ができないので、SiC製の反応管42を石英製のアダプタ44に載せるだけでシール性を確保することができる。   In order to enable processing at a high temperature of 1200 ° C. or higher, the reaction tube 42 is made of silicon carbide (SiC). When the SiC reaction tube 42 is extended to the furnace port portion and the furnace port portion is sealed by the furnace port seal cap 48 via the O-ring, the heat transferred through the SiC reaction tube 42 is used. There is a possibility that the temperature of the seal portion becomes high and the O-ring that is a seal material is melted. If the seal part of the reaction tube 42 made of SiC is cooled so as not to melt the O-ring, the reaction tube 42 made of SiC is damaged due to a difference in thermal expansion due to a temperature difference. Therefore, the heating region by the heater 46 is configured by the reaction tube 42 made of SiC, and the portion outside the heating region by the heater 46 is configured by the adapter 44 made of quartz, so that heat is transmitted from the reaction tube 42 made by SiC. It is possible to seal the furnace port without melting the O-ring and damaging the reaction tube 42. Further, if the seal between the SiC reaction tube 42 and the quartz adapter 44 is improved in both surface accuracy, a temperature difference occurs because the SiC reaction tube 42 is disposed in the heating region of the heater 46. Without thermal expansion. Therefore, the flange portion at the lower end of the reaction tube 42 made of SiC can be kept flat, and no gap is formed between the adapter 44 and the sealing property can be obtained simply by placing the reaction tube 42 made of SiC on the adapter 44 made of quartz. Can be secured.

アダプタ44には、アダプタ44と一体にガス供給口56とガス排気口58とが設けられている。ガス供給口56にはガス導入管60が、ガス排気口58には排気管62がそれぞれ接続されている。アダプタ44の側壁部(肉厚部)には、ガス供給口56と連通し、垂直方向に向かうガス導入経路64が設けられ、その上部にはノズル取付孔が上方に開口するように設けられている。このノズル取付孔にはノズル66が挿入され固定されている。すなわち、アダプタ44の上面にノズル66が接続されることとなる。この構成により、ノズル接続部は熱で変形しにくく、また破損しにくい。また、ノズル66とアダプタ44の組立て、解体が容易になるというメリットもある。ガス導入管60からガス供給口56に導入された処理ガスは、アダプタ44の側壁部に設けられたガス導入経路64、ノズル66を介して反応管42内に供給される。なお、ノズル66は、反応管42の内壁に沿って基板配列領域の上方(基板支持具30の上方)まで延びるように構成される。   The adapter 44 is provided with a gas supply port 56 and a gas exhaust port 58 integrally with the adapter 44. A gas introduction pipe 60 is connected to the gas supply port 56, and an exhaust pipe 62 is connected to the gas exhaust port 58. A gas introduction path 64 that communicates with the gas supply port 56 and extends in the vertical direction is provided on the side wall portion (thick portion) of the adapter 44, and a nozzle mounting hole is provided at an upper portion thereof so as to open upward. Yes. A nozzle 66 is inserted and fixed in the nozzle mounting hole. That is, the nozzle 66 is connected to the upper surface of the adapter 44. With this configuration, the nozzle connection portion is not easily deformed by heat and is not easily damaged. Further, there is an advantage that the assembly and disassembly of the nozzle 66 and the adapter 44 are facilitated. The processing gas introduced from the gas introduction pipe 60 to the gas supply port 56 is supplied into the reaction pipe 42 through the gas introduction path 64 and the nozzle 66 provided in the side wall portion of the adapter 44. The nozzle 66 is configured to extend along the inner wall of the reaction tube 42 to above the substrate arrangement region (above the substrate support 30).

また、図2に示すように、反応炉40の上部および側部には断熱カバー68が設けられ、この上部断熱カバー68及び側部断熱カバー68の内側に設けられたヒータ46と反応管42との間には冷却用の気体(空気、窒素等)である冷却エア70を流通させるための冷却エア通路72が、反応管42を全体的に包囲するように形成されている。ヒータ46の下端部付近には冷却エア70を冷却エア通路72に供給する給気管74が配置されており、給気管74に供給された冷却エア70は冷却エア通路72の全周に拡散するようになっている。また、上部断熱カバー68の中央部には冷却エア70を冷却エア通路72から排出する排気口76が形成されており、排気口76には排気路78が接続され、排気路78にはブロア80が設けられている。給気管74から供給された冷却エア70は、冷却エア通路72、排気口76、排気路78を介してブロア80により排気される。   In addition, as shown in FIG. 2, a heat insulating cover 68 is provided on the upper and side portions of the reaction furnace 40, and the heater 46 and the reaction tube 42 provided inside the upper heat insulating cover 68 and the side heat insulating cover 68 are provided. Between them, a cooling air passage 72 for circulating a cooling air 70 which is a cooling gas (air, nitrogen, etc.) is formed so as to entirely surround the reaction tube 42. An air supply pipe 74 that supplies the cooling air 70 to the cooling air passage 72 is disposed near the lower end of the heater 46, and the cooling air 70 supplied to the air supply pipe 74 is diffused over the entire circumference of the cooling air passage 72. It has become. Further, an exhaust port 76 for discharging the cooling air 70 from the cooling air passage 72 is formed at the center of the upper heat insulating cover 68, and an exhaust passage 78 is connected to the exhaust port 76, and a blower 80 is connected to the exhaust passage 78. Is provided. The cooling air 70 supplied from the air supply pipe 74 is exhausted by the blower 80 through the cooling air passage 72, the exhaust port 76, and the exhaust passage 78.

上述したヒータ46は、例えば5つのヒータ部(反応炉40の上部から順に、第1ヒータ部46a、第2ヒータ部46b、第3ヒータ部46c、第4ヒータ部46d及び第5ヒータ部46e)を有し、各々に対する温度の設定および調節が可能となっている。各ヒータ部46a〜46eは、例えば、1つの連続したヒータ46の巻線から、複数のタップを引き出すことにより、あるいは、それぞれ独立した巻線を有する5つのヒータを設けることにより実現される。これらの各ヒータ部46a〜46eは、後述する制御装置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。なお、上述した側部断熱カバー68は、各ヒータ部46a〜46eに対応するように5つ(反応炉40の上部から順に第1断熱カバー部68a、第2断熱カバー部68b、第3断熱カバー部68c、第4断熱カバー部68d、第5断熱カバー部68e)に分割されている。   The heater 46 described above has, for example, five heater parts (a first heater part 46a, a second heater part 46b, a third heater part 46c, a fourth heater part 46d, and a fifth heater part 46e in order from the top of the reaction furnace 40). The temperature can be set and adjusted for each. Each heater part 46a-46e is implement | achieved by pulling out several taps from the coil | winding of the one continuous heater 46, or providing five heaters which respectively have an independent coil | winding. Each of these heater parts 46a-46e is comprised so that sequence control may mutually be carried out in cooperation and independently by the control apparatus mentioned later. In addition, the side part heat insulation cover 68 mentioned above is five (the 1st heat insulation cover part 68a, the 2nd heat insulation cover part 68b, the 3rd heat insulation cover in order from the upper part of the reaction furnace 40 so as to correspond to each heater part 46a-46e. Part 68c, fourth heat insulating cover part 68d, and fifth heat insulating cover part 68e).

また、反応炉40の冷却エア通路72には、この反応管42の外壁近傍の雰囲気温度を測定する第1の温度測定手段としての熱電対82が設けられている。この熱電対82は、各ヒータ部46a〜46eの垂直方向の位置に対応するように例えば5つ(反応炉40の上部から順に、第1熱電対82a、第2熱電対82b、第3熱電対82c、第4熱電対82d及び第5熱電対82e)配置される。各熱電対82a〜82eは、ヒータ46および側部断熱カバー68の外部からこれらを貫通するように反応炉40内部に向かって差し込まれ、その各先端部(温度検知部である各熱接点)は反応管42の外壁近傍に配置されている。   The cooling air passage 72 of the reaction furnace 40 is provided with a thermocouple 82 as first temperature measuring means for measuring the ambient temperature in the vicinity of the outer wall of the reaction tube 42. For example, five thermocouples 82 correspond to the vertical positions of the heater portions 46a to 46e (in order from the top of the reactor 40, the first thermocouple 82a, the second thermocouple 82b, the third thermocouple). 82c, fourth thermocouple 82d and fifth thermocouple 82e). The thermocouples 82a to 82e are inserted from the outside of the heater 46 and the side heat insulating cover 68 toward the inside of the reaction furnace 40 so as to penetrate the heater 46 and the side heat insulating cover 68. It is arranged near the outer wall of the reaction tube 42.

また更に、反応炉40の冷却エア通路72には、反応管42の外壁の温度を測定する第2の温度測定手段としての放射温度計84が設けられている。この放射温度計84は、各ヒータ部46a〜46eの垂直方向の位置に対応するように例えば5つ(反応炉40の上部から順に、第1放射温度計84a、第2放射温度計84b、第3放射温度計84c、第4放射温度計84d、第5放射温度計84e)配置される。各放射温度計84a〜84eは、ヒータ46および側部断熱カバー68の外部からこれらを貫通するように反応炉40内部に向かって差し込まれ、その各先端部(各温度検知部)は反応管42の外壁近傍に配置されている。   Furthermore, a radiation thermometer 84 is provided in the cooling air passage 72 of the reaction furnace 40 as a second temperature measuring means for measuring the temperature of the outer wall of the reaction tube 42. This radiation thermometer 84 has, for example, five (in order from the top of the reaction furnace 40, the first radiation thermometer 84a, the second radiation thermometer 84b, the first radiation thermometer 84) so as to correspond to the vertical positions of the heater portions 46a to 46e. 3 radiation thermometer 84c, 4th radiation thermometer 84d, 5th radiation thermometer 84e). The radiation thermometers 84a to 84e are inserted from the outside of the heater 46 and the side heat insulating cover 68 toward the inside of the reaction furnace 40 so as to penetrate the heater 46 and the side heat insulating cover 68. It is arrange | positioned in the outer wall vicinity.

制御装置86には、上述した各ヒータ部46a〜46e,各熱電対82a〜82e及び各放射温度計84a〜84eがそれぞれ接続されており、各熱電対82a〜82e及び各放射温度計84a〜84eは測定結果を制御装置86にそれぞれ送信するようになっている。制御装置86は、各熱電対82a〜82e及び各放射温度計84a〜84eの少なくとも一方により検出された温度によって各ヒータ部46a〜46eをフィードバック制御するようになっている。すなわち、制御装置86は、各ヒータ部46a〜46eの目標温度と各熱電対82a〜82e及び各放射温度計84a〜84eの少なくとも一方により検出された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。   The heater 86a to 46e, the thermocouples 82a to 82e, and the radiation thermometers 84a to 84e described above are connected to the control device 86. The thermocouples 82a to 82e and the radiation thermometers 84a to 84e are connected to the controller 86, respectively. Transmits the measurement results to the control device 86, respectively. The control device 86 feedback-controls each heater part 46a-46e by the temperature detected by at least one of each thermocouple 82a-82e and each radiation thermometer 84a-84e. That is, the control device 86 obtains an error between the target temperature of each heater unit 46a to 46e and the temperature detected by at least one of each thermocouple 82a to 82e and each radiation thermometer 84a to 84e, and there is an error. The feedback control that eliminates the error is executed.

次に、上述したように構成された熱処理装置10の作用について説明する。
まず、ポッドステージ14に複数枚の基板を収容したポッド16がセットされると、ポッド搬送装置18によりポッド16をポッドステージ14からポッド棚20へ搬送し、このポッド棚20にストックする。次に、ポッド搬送装置18により、このポッド棚20にストックされたポッド16をポッドオープナ22に搬送してセットし、このポッドオープナ22によりポッド16の蓋を開き、基板枚数検知器24によりポッド16に収容されている基板の枚数を検知する。
Next, the operation of the heat treatment apparatus 10 configured as described above will be described.
First, when a pod 16 containing a plurality of substrates is set on the pod stage 14, the pod 16 is transferred from the pod stage 14 to the pod shelf 20 by the pod transfer device 18 and stocked on the pod shelf 20. Next, the pod 16 stocked on the pod shelf 20 is transported and set to the pod opener 22 by the pod transport device 18, the lid of the pod 16 is opened by the pod opener 22, and the pod 16 is detected by the substrate number detector 24. The number of substrates accommodated in the sensor is detected.

次に、基板移載機26により、ポッドオープナ22の位置にあるポッド16から基板を取り出し、ノッチアライナ28に移載する。このノッチアライナ28においては、基板を回転させながら、ノッチを検出し、検出した情報に基づいて複数枚の基板のノッチを同じ位置に整列させる。次に、基板移載機26により、ノッチアライナ28から基板を取り出し、支持具30に移載する。   Next, the substrate is transferred from the pod 16 at the position of the pod opener 22 by the substrate transfer machine 26 and transferred to the notch aligner 28. The notch aligner 28 detects notches while rotating the substrates, and aligns the notches of the plurality of substrates at the same position based on the detected information. Next, the substrate is transferred from the notch aligner 28 by the substrate transfer machine 26 and transferred to the support 30.

このようにして、1バッチ分の基板を基板支持具30に移載すると、例えば600℃程度の温度に設定された反応炉40内に複数枚の基板を充填した基板支持具30を装入し(基板搬入工程)、炉口シールキャップ48により反応炉40内を密閉する。次に、炉内温度を熱処理温度まで昇温させて(昇温工程)、ガス導入管60からガス導入口56、アダプタ44側壁部に設けられたガス導入経路64、及びノズル66を介して反応管42内に処理ガスを導入する。処理ガスには、窒素、アルゴン、水素、酸素、塩化水素(HCl)、ジクロロエチレン(C2H2Cl2、略称DCE)等が含まれる。基板を熱処理する際、基板は例えば1350℃程度以上の温度に加熱される(基板処理工程)。なお、この間、各熱電対82a〜82e及び各放射温度計84a〜84eの少なくとも一方により検出された温度に基づいて反応管42内の温度をモニタしながら、予め設定された昇温シーケンス、熱処理シーケンスに従って各ヒータ部46a〜46eの制御を行い熱処理する。   Thus, when one batch of substrates is transferred to the substrate support 30, the substrate support 30 filled with a plurality of substrates is loaded into the reaction furnace 40 set at a temperature of about 600 ° C., for example. (Substrate carrying-in step) The inside of the reaction furnace 40 is sealed with the furnace port seal cap 48. Next, the furnace temperature is raised to the heat treatment temperature (temperature raising step), and the reaction is performed from the gas introduction pipe 60 through the gas introduction port 56, the gas introduction path 64 provided in the side wall of the adapter 44, and the nozzle 66. Process gas is introduced into the tube 42. The processing gas includes nitrogen, argon, hydrogen, oxygen, hydrogen chloride (HCl), dichloroethylene (C2H2Cl2, abbreviated as DCE), and the like. When heat-treating the substrate, the substrate is heated to a temperature of, for example, about 1350 ° C. or more (substrate processing step). During this time, while the temperature in the reaction tube 42 is monitored based on the temperature detected by at least one of the thermocouples 82a to 82e and the radiation thermometers 84a to 84e, a preset temperature rising sequence and heat treatment sequence are set. Then, the heaters 46a to 46e are controlled to perform heat treatment.

基板の熱処理が終了すると、例えば炉内温度を600℃程度の温度に降温する(降温工程)。この降温工程において、炉内温度を急激に冷却する際は、給気管74より冷却エア70を冷却エア通路72に供給し、排気口76から排気路78を介しブロア80により排気する。即ち、反応管42の外壁付近に冷却エア70の流れを作り、反応管42を急速に冷却する(強制冷却工程)。その後、熱処理後の基板を支持した基板支持具30を反応炉40から搬出する(搬出工程)。基板支持具30に支持された全ての基板が冷えるまで、基板支持具30を所定位置で待機させる。この降温工程の際も、各熱電対82a〜82e及び各放射温度計84a〜84eの少なくとも一方により検出された温度に基づいて反応管42内の温度をモニタしながら、予め設定された降温シーケンスに従って各ヒータ部46a〜46eの制御を行い降温する。なお、昇温シーケンス、熱処理シーケンス及び降温シーケンスの制御は制御装置86により行う。   When the heat treatment of the substrate is finished, for example, the temperature in the furnace is lowered to a temperature of about 600 ° C. (temperature lowering step). In this temperature lowering process, when the furnace temperature is rapidly cooled, the cooling air 70 is supplied from the air supply pipe 74 to the cooling air passage 72 and is exhausted from the exhaust port 76 through the exhaust passage 78 by the blower 80. That is, the flow of the cooling air 70 is created near the outer wall of the reaction tube 42, and the reaction tube 42 is rapidly cooled (forced cooling step). Thereafter, the substrate support 30 that supports the substrate after the heat treatment is unloaded from the reaction furnace 40 (unloading step). The substrate support 30 is put on standby at a predetermined position until all the substrates supported by the substrate support 30 are cooled. Also during the temperature lowering step, the temperature in the reaction tube 42 is monitored based on the temperature detected by at least one of the thermocouples 82a to 82e and the radiation thermometers 84a to 84e, and a preset temperature decreasing sequence is followed. The heaters 46a to 46e are controlled to lower the temperature. The temperature rise sequence, the heat treatment sequence, and the temperature fall sequence are controlled by the controller 86.

次に、待機させた基板支持具30の基板が所定温度まで冷却されると、基板移載機26により、基板支持具30から基板を取り出し、ポッドオープナ22にセットされている空のポッド16に搬送して収容する。次に、ポッド搬送装置18により、基板が収容されたポッド16をポッド棚20、またはポッドステージ14に搬送して完了する。   Next, when the substrate of the substrate support 30 that has been put on standby is cooled to a predetermined temperature, the substrate transfer device 26 takes out the substrate from the substrate support 30 and puts it into the empty pod 16 set on the pod opener 22. Transport and store. Next, the pod 16 is transferred by the pod transfer device 18 to the pod shelf 20 or the pod stage 14 to complete.

次に、上述した温度制御のパターンについて図3に基づいて詳細に説明する。   Next, the temperature control pattern described above will be described in detail with reference to FIG.

図3(a)は、温度シーケンスの一例を示し、図3(b)は図3(a)の各シーケンスに用いる温度測定手段の一例、図3(c)は図3(a)の各シーケンスに対応する各工程を示す。   3A shows an example of a temperature sequence, FIG. 3B shows an example of temperature measuring means used in each sequence of FIG. 3A, and FIG. 3C shows each sequence of FIG. 3A. Each process corresponding to is shown.

まず、基板支持具30に複数枚の基板を略水平状態で隙間をもって複数段に装填する(ウエハチャージ工程)。次に、熱電対82により検出された温度に基づいてヒータ46を制御しつつ600℃の温度に設定された反応管42内に、基板支持具30を装入(ボートロード工程)し、その後、熱電対82により検出された温度に基づいてヒータ46を制御しつつ炉内温度を1000℃程度の温度まで昇温させる(第1昇温工程)。炉内温度が1000℃程度の温度に到達したところで、昇温レートを変えて熱電対82により検出された温度に基づいてヒータ46を制御しつつ炉内温度を1350℃程度の温度まで昇温させる(第2昇温工程)。このとき、第2昇温工程より第1昇温工程の昇温レートを大きくしている。炉内温度が1350℃程度の温度に達したら熱電対82により検出された温度に基づいてヒータ46を制御しつつ炉内温度を1350℃程度の温度に維持した状態で反応炉内に処理ガスを導入して基板を熱処理する(アニール工程)。熱処理終了後、熱電対82により検出された温度に基づいてヒータ46を制御しつつ炉内温度を1000℃程度の温度まで降温させる(第1降温工程)。   First, a plurality of substrates are loaded on the substrate support 30 in a plurality of stages with a gap in a substantially horizontal state (wafer charging step). Next, the substrate support 30 is loaded into the reaction tube 42 set at a temperature of 600 ° C. while controlling the heater 46 based on the temperature detected by the thermocouple 82 (boat loading step), and then The furnace temperature is raised to a temperature of about 1000 ° C. while controlling the heater 46 based on the temperature detected by the thermocouple 82 (first temperature raising step). When the furnace temperature reaches a temperature of about 1000 ° C., the temperature in the furnace is raised to a temperature of about 1350 ° C. while changing the temperature increase rate and controlling the heater 46 based on the temperature detected by the thermocouple 82. (Second temperature raising step). At this time, the rate of temperature increase in the first temperature raising step is made larger than that in the second temperature raising step. When the furnace temperature reaches a temperature of about 1350 ° C., the process gas is introduced into the reaction furnace while maintaining the furnace temperature at a temperature of about 1350 ° C. while controlling the heater 46 based on the temperature detected by the thermocouple 82. Then, the substrate is heat-treated (annealing step). After the heat treatment is completed, the temperature in the furnace is lowered to a temperature of about 1000 ° C. while controlling the heater 46 based on the temperature detected by the thermocouple 82 (first temperature lowering step).

次に、炉内温度が1000℃程度の温度に到達したところで、降温レートを変えて放射温度計84により検出された温度に基づいてヒータ46を制御しつつ炉内温度を600℃程度の温度まで降温させる(第2降温工程)。このとき、第1降温工程より第2降温工程(強制冷却工程)の降温レートを大きくしている。即ち、この第2降温工程(強制冷却工程)においては、短時間で炉内温度を降温させるため、反応管42外部に冷却エアの流れを作り、反応管を強制的に急速に冷却している。その後、炉内温度が600℃程度の温度に達したら、熱電対82により検出された温度に基づいてヒータ46を制御しつつ炉内温度を600℃程度の温度に維持した状態で、基板支持具30を反応炉40から搬出(ボートアンロード)し、基板支持具30から基板を取り出す(ウエハディスチャージ)。   Next, when the furnace temperature reaches a temperature of about 1000 ° C., the temperature in the furnace is increased to a temperature of about 600 ° C. while controlling the heater 46 based on the temperature detected by the radiation thermometer 84 by changing the temperature drop rate. The temperature is lowered (second temperature lowering step). At this time, the temperature lowering rate of the second temperature lowering process (forced cooling process) is made larger than that of the first temperature lowering process. That is, in this second temperature lowering step (forced cooling step), in order to lower the furnace temperature in a short time, a flow of cooling air is created outside the reaction tube 42 to forcibly and rapidly cool the reaction tube. . Thereafter, when the temperature in the furnace reaches about 600 ° C., the substrate support tool is maintained in a state where the temperature in the furnace is maintained at about 600 ° C. while controlling the heater 46 based on the temperature detected by the thermocouple 82. 30 is unloaded from the reaction furnace 40 (boat unloading), and the substrate is taken out of the substrate support 30 (wafer discharge).

図3(b)に示すように、上述したウエハチャージ工程、ボートロード工程、炉内昇温工程(第1昇温工程、第2昇温工程)、アニール工程、第1降温工程、ボートアンロード工程、ウエハディスチャージ工程における炉内温度の制御は、例えば熱電対により検出された温度に基づいて行っており、一方、第2降温工程(強制冷却工程)における炉内温度の制御は、放射温度計により検出された温度に基づいて行っている。   As shown in FIG. 3B, the wafer charge process, boat loading process, furnace temperature raising process (first temperature raising process, second temperature raising process), annealing process, first temperature lowering process, boat unloading described above. The furnace temperature in the process and wafer discharge process is controlled based on the temperature detected by, for example, a thermocouple, while the furnace temperature in the second temperature lowering process (forced cooling process) is controlled by a radiation thermometer. This is performed based on the temperature detected by.

このように、第2降温工程(強制冷却工程)における炉内温度の測定に放射温度計を用いることにより、冷却ガスの影響を受けることなく炉内温度を測定することができる。即ち、第2降温工程(強制冷却工程)における炉内温度の測定に熱電対を用いた場合、炉内を流れる冷却エアにより熱電対が早く冷却され、実際の炉内温度と熱電対の測定温度とに差異が生じる。そこで、放射温度計を用いて、反応管からの熱放射をとらえて反応管の温度を検出することにより、この冷却エアの影響を受けることなく反応管内の温度をより正確に測定することができる。   Thus, by using the radiation thermometer for measuring the furnace temperature in the second temperature lowering process (forced cooling process), the furnace temperature can be measured without being affected by the cooling gas. That is, when a thermocouple is used for measuring the temperature in the furnace in the second temperature lowering process (forced cooling process), the thermocouple is quickly cooled by the cooling air flowing in the furnace, and the actual temperature in the furnace and the measured temperature of the thermocouple are measured. And there is a difference. Therefore, the temperature in the reaction tube can be measured more accurately without being affected by the cooling air by detecting the temperature of the reaction tube by detecting the heat radiation from the reaction tube using a radiation thermometer. .

従って、降温工程における強制冷却工程では放射温度計により検出された温度に基づいて反応管内の温度制御を行うことにより、反応管の温度を適正に測定し、より正確な温度制御を実現することができる。
なお、第2降温工程(強制冷却工程)以外の工程においても、放射温度計により検出された温度に基づいて温度制御を行ってもよい。
Therefore, in the forced cooling process in the temperature lowering process, by controlling the temperature in the reaction tube based on the temperature detected by the radiation thermometer, it is possible to appropriately measure the temperature of the reaction tube and realize more accurate temperature control. it can.
Note that temperature control may also be performed based on the temperature detected by the radiation thermometer in processes other than the second temperature lowering process (forced cooling process).

ところで、本実施例においては、反応管内の温度制御に2種類の温度測定手段(熱電対、放射温度計)を用いているが、この熱電対と放射温度計の特性の相違点ついて説明する。   In the present embodiment, two types of temperature measuring means (thermocouple and radiation thermometer) are used for temperature control in the reaction tube. Differences in the characteristics of the thermocouple and radiation thermometer will be described.

まず、熱電対及び放射温度計の追従性(応答性)について図4に基づいて説明する。   First, the followability (responsiveness) of a thermocouple and a radiation thermometer will be described with reference to FIG.

図4は、昇温時における炉内の測定温度を示し、図4(a)は熱電対及び放射温度計の応答性を表すグラフであり、図4(b)は図4(a)の一部を拡大したグラフである。   FIG. 4 shows the measured temperature in the furnace when the temperature is raised, FIG. 4 (a) is a graph showing the responsiveness of the thermocouple and the radiation thermometer, and FIG. 4 (b) is a graph of FIG. 4 (a). It is the graph which expanded the part.

制御熱電対によりヒータの温度制御を行い、600℃から1000℃まで昇温レート30℃/minの条件で昇温試験を行った。放射温度計は、炉内の測定対象物近傍に配置し、この測定対象物の熱放射より温度を測定し、接触熱電対は、この測定対象物に温度検知部を直接接触させて温度を測定した。また、この測定対象物近傍の雰囲気温度をB型熱電対及びR型熱電対で測定した。なお、接触熱電対は炉内を直接熱電対で測定したものである。   The temperature of the heater was controlled by a controlled thermocouple, and a temperature increase test was performed from 600 ° C. to 1000 ° C. under a temperature increase rate of 30 ° C./min. The radiation thermometer is placed near the measurement object in the furnace and measures the temperature from the thermal radiation of this measurement object. The contact thermocouple measures the temperature by contacting the temperature detection part directly to this measurement object. did. Further, the ambient temperature in the vicinity of the measurement object was measured with a B-type thermocouple and an R-type thermocouple. The contact thermocouple is a value measured directly in the furnace with a thermocouple.

図4(b)に示すように、放射温度計の測定結果は、温度検知部を測定対象物に直接接触させた接触熱電対の測定結果と同様の追従性(応答性)が確認できた。即ち、放射温度計は測定対象物に対し非接触での温度測定であるが、温度変化における追従性(応答性)が良いため、熱電対(R型熱電対、B型熱電対)では追従できないオーバーシュートを検出することができた。このことから、炉内の温度制御に放射温度計により検出された温度を用いることにより、熱電対と比較してより応答性の良い温度制御を実現することができる。なお、この図4(a)および図4(b)のグラフにおける温度誤差は、ソフト的に取り去ることができるので、昇温終了時の炉内のオーバーシュートと放射温度計により検出された温度曲線とが同じ挙動を示すことにより、放射温度計が応答性良く炉内温度を測定できることを示す。   As shown in FIG. 4B, the measurement result of the radiation thermometer confirmed the same followability (responsiveness) as the measurement result of the contact thermocouple in which the temperature detection unit was directly brought into contact with the measurement object. That is, the radiation thermometer is a non-contact temperature measurement with respect to an object to be measured, but it cannot follow with a thermocouple (R-type thermocouple, B-type thermocouple) because it has good followability (responsiveness) in temperature change. Overshoot could be detected. From this, by using the temperature detected by the radiation thermometer for temperature control in the furnace, it is possible to realize temperature control with better responsiveness compared to a thermocouple. The temperature error in the graphs of FIGS. 4 (a) and 4 (b) can be removed by software, so the overshoot in the furnace at the end of the temperature rise and the temperature curve detected by the radiation thermometer Indicate that the radiation thermometer can measure the temperature in the furnace with good responsiveness.

次に、放射温度計及び熱電対の温度測定誤差について説明する。   Next, temperature measurement errors of the radiation thermometer and the thermocouple will be described.

本実施例における熱処理装置では、高温処理、特に1200℃以上になると反応管に石英を使用することができずSiCを使用するため、放射温度計の測定対象物はSiCとなる。SiCの放射率は約0.80〜0.85とされており、放射温度計ではこの放射率の変化が温度測定誤差となる。   In the heat treatment apparatus in the present embodiment, quartz cannot be used for the reaction tube at high temperature treatment, particularly at 1200 ° C. or higher, and SiC is used, so the measurement object of the radiation thermometer is SiC. The emissivity of SiC is about 0.80 to 0.85, and this change in emissivity becomes a temperature measurement error in the radiation thermometer.

放射温度計の温度測定誤差に関する一般式は、次式1で示される。
(測定波長[μm]×測定温度の2乗[K]/係数)×放射率変動率[%] ・・・(1)
例えば1300℃の温度測定時において、放射温度計による温度測定誤差を算出する。
本実施例での各条件は、
測定波長 :0.995[μm]
測定温度 :1573.15[K] (1300+273.15)
係数 :14388
放射率変動率:3[%] (放射率0.825に対し0.25の変化)
とする。
この各条件を1式に代入すると、
(0.995×1573.15/14338)×0.03
となり、放射温度計の温度測定誤差は約5.1℃となる。
A general expression relating to a temperature measurement error of the radiation thermometer is expressed by the following expression 1.
(Measurement wavelength [μm] x square of measurement temperature [K] / coefficient) x emissivity fluctuation rate [%] (1)
For example, when measuring a temperature of 1300 ° C., a temperature measurement error by a radiation thermometer is calculated.
Each condition in this example is:
Measurement wavelength: 0.995 [μm]
Measurement temperature: 1573.15 [K] (1300 + 273.15)
Coefficient: 14388
Emissivity fluctuation rate: 3 [%] (change of 0.25 against emissivity 0.825)
And
Substituting these conditions into one set,
(0.995 × 1573.15 2 /14338)×0.03
Thus, the temperature measurement error of the radiation thermometer is about 5.1 ° C.

一方、熱電対(R型)での温度誤差は一般に、±1.5℃または、±0.25%である。上述と同様に、例えば1300℃の温度測定時において、熱電対による温度測定誤差を算出すると、温度測定誤差は約3.3℃となる。   On the other hand, the temperature error in the thermocouple (R type) is generally ± 1.5 ° C. or ± 0.25%. Similarly to the above, when a temperature measurement error due to a thermocouple is calculated at a temperature measurement of 1300 ° C., for example, the temperature measurement error is about 3.3 ° C.

これにより、高温時(特に1200℃以上)における温度測定において、熱電対は放射温度計よりも温度測定誤差が小さく、より正確に測定できることになる。従って、高温処理時である熱処理工程(基板処理工程)においては、熱電対により検出された温度に基づいて反応管内の温度制御を行うことで、より正確な温度制御を行うことができる。   Thereby, in the temperature measurement at a high temperature (particularly 1200 ° C. or more), the thermocouple has a smaller temperature measurement error than the radiation thermometer, and can be measured more accurately. Therefore, in the heat treatment step (substrate treatment step) that is during high-temperature treatment, more accurate temperature control can be performed by controlling the temperature in the reaction tube based on the temperature detected by the thermocouple.

また、熱電対と放射温度計との特性における他の相違点としては、寿命の違いが挙げられる。熱電対は、高温状態で長時間使用すると温度ドリフトが生じるため、一定期間で交換しなければならない。一方、放射温度計においては、温度ドリフト等の問題が無く長寿命である。また、放射温度計の温度補正方法においては、測定対象物(反応管等)の反射率等の数値を温度調節器に入力するのみでよいので容易に設定することができる。   Another difference in the characteristics between the thermocouple and the radiation thermometer is the difference in life. Thermocouples must be replaced in a certain period because temperature drift occurs when they are used for a long time in a high temperature state. On the other hand, the radiation thermometer has no problem such as temperature drift and has a long life. Moreover, in the temperature correction method of a radiation thermometer, it is only necessary to input a numerical value such as a reflectance of a measurement object (such as a reaction tube) to the temperature controller, so that it can be easily set.

以上のことから、少なくとも高温処理時である熱処理工程(基板処理工程)においては、第1の温度測定手段としての熱電対により検出された温度に基づいて反応管内の温度制御を行い、降温工程における強制冷却工程では、第2の温度測定手段としての放射温度計により検出された温度に基づいて反応管内の温度制御を行うことにより、応答性が良く且つ正確な温度制御が可能となる。   From the above, at least in the heat treatment step (substrate treatment step) during high temperature treatment, the temperature in the reaction tube is controlled based on the temperature detected by the thermocouple as the first temperature measuring means, In the forced cooling step, the temperature in the reaction tube is controlled based on the temperature detected by the radiation thermometer as the second temperature measuring means, so that the temperature can be controlled with good responsiveness and accuracy.

なお、上記実施形態の説明にあっては、熱処理装置として、複数の基板を熱処理するバッチ式のものを用いたが、これに限定するものではなく、枚葉式のものであってもよい。   In the description of the above embodiment, a batch-type apparatus that heat-treats a plurality of substrates is used as the heat treatment apparatus, but the present invention is not limited to this, and a single-wafer type may be used.

本発明は、SOI(Silicon On Insulator)ウエハの一種であるSIMOX(Separation by Implanted Oxygen)ウエハの製造工程の一工程に適用することができる。   The present invention can be applied to one process of manufacturing a SIMOX (Separation by Implanted Oxygen) wafer which is a kind of SOI (Silicon On Insulator) wafer.

即ち、SIMOXにおいては、まずイオン注入装置等により単結晶シリコンウエハ内へ酸素イオンをイオン注入する。その後、酸素イオンが注入されたウエハを上記実施形態の熱処理装置を用いて、例えばAr、O2雰囲気のもと、1300℃〜1400℃、例えば1350℃以上の高温でアニールする。これらの処理により、ウエハ内部にSiO2層が形成された(SiO2層が埋め込まれた)SIMOXウエハが作成される。   That is, in SIMOX, oxygen ions are first implanted into a single crystal silicon wafer by an ion implantation apparatus or the like. Thereafter, the wafer into which oxygen ions are implanted is annealed at a high temperature of 1300 ° C. to 1400 ° C., for example, 1350 ° C. or higher, for example, in an Ar, O 2 atmosphere using the heat treatment apparatus of the above embodiment. By these processes, a SIMOX wafer in which the SiO 2 layer is formed inside the wafer (the SiO 2 layer is embedded) is produced.

また、SIMOXウエハの他、水素アニールウエハの製造工程の一工程に本発明を適用することも可能である。   In addition to the SIMOX wafer, the present invention can be applied to one step of the manufacturing process of the hydrogen anneal wafer.

以上のような基板の製造工程の一工程として行う高温アニール処理を行う場合であっても、本発明を用いることにより、応答性が良く且つ正確な温度制御が可能となる。   Even in the case of performing a high-temperature annealing treatment as one step of the substrate manufacturing process as described above, by using the present invention, it is possible to perform temperature control with good responsiveness and accuracy.

また本発明は、半導体装置の製造工程に適用することも可能である。
特に、比較的高い温度で行う熱処理工程、例えば、ウエット酸化、ドライ酸化、水素燃焼酸化(パイロジェニック酸化)、HCl酸化等の酸化工程や、硼素(B)、リン(P)、砒素(As)、アンチモン(Sb)等の不純物(ドーパント)を半導体薄膜に拡散する熱拡散工程等に適用するのが好ましい。
このような半導体デバイスの製造工程の一工程としての熱処理工程を行う場合においても、本発明を用いることにより、応答性が良く且つ正確な温度制御が可能となる。
The present invention can also be applied to a semiconductor device manufacturing process.
In particular, a heat treatment process performed at a relatively high temperature, for example, an oxidation process such as wet oxidation, dry oxidation, hydrogen combustion oxidation (pyrogenic oxidation), HCl oxidation, boron (B), phosphorus (P), arsenic (As) It is preferably applied to a thermal diffusion process or the like in which impurities (dopants) such as antimony (Sb) are diffused into the semiconductor thin film.
Even in the case of performing the heat treatment step as one step of the manufacturing process of such a semiconductor device, by using the present invention, it is possible to perform temperature control with good responsiveness and accuracy.

本発明の実施形態に係る熱処理装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the heat processing apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る反応炉を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the reaction furnace which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る温度制御パターンを示し、図3(a)は温度シーケンスの一例、図3(b)は図3(a)の各シーケンスに用いた温度測定手段の一例、図3(c)は図3(a)の各シーケンスに対応する各工程を示す。FIG. 3A shows an example of a temperature control pattern according to an embodiment of the present invention, FIG. 3A shows an example of a temperature sequence, FIG. 3B shows an example of temperature measuring means used in each sequence of FIG. c) shows each process corresponding to each sequence of Fig.3 (a). 昇温時における炉内の測定温度を示し、図4(a)は熱電対及び放射温度計の応答性を表すグラフであり、図4(b)は図4(a)の一部を拡大したグラフである。FIG. 4 (a) is a graph showing the responsiveness of a thermocouple and a radiation thermometer, and FIG. 4 (b) is an enlarged view of part of FIG. 4 (a). It is a graph.

符号の説明Explanation of symbols

10 熱処理装置
40 反応炉
42 反応管
46 ヒータ
70 冷却エア
72 冷却エア通路
74 給気管
76 排気口
78 排気路
80 ブロア
82 熱電対
84 放射温度計
86 制御装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Heat processing apparatus 40 Reaction furnace 42 Reaction tube 46 Heater 70 Cooling air 72 Cooling air channel | path 74 Supply pipe 76 Exhaust port 78 Exhaust path 80 Blower 82 Thermocouple 84 Radiation thermometer 86 Control apparatus

Claims (2)

反応管と、
前記反応管の周囲に設けられ、基板を加熱するヒータと、
前記反応管と前記ヒータとの間に形成された冷却エア通路と、
前記冷却エア通路に冷却用の気体を供給する給気管と、
前記冷却エア通路から前記冷却用の気体を排出する排気口と、
前記冷却エア通路に設けられた接触温度測定手段と、
前記冷却エア通路に設けられた非接触温度測定手段と、
前記反応管内で基板を処理する際は少なくとも前記接触温度測定手段により検出された温度に基づいて前記反応管内の温度制御を行い、前記反応管を急激に強制冷却する際は少なくとも前記非接触温度測定手段により検出された温度に基づいて前記反応管内の温度制御を行うように制御する制御手段と、
を有することを特徴とする熱処理装置。
A reaction tube;
A heater provided around the reaction tube for heating the substrate;
A cooling air passage formed between the reaction tube and the heater;
An air supply pipe for supplying a cooling gas to the cooling air passage;
An exhaust port for discharging the cooling gas from the cooling air passage;
Contact temperature measuring means provided in the cooling air passage ;
Non-contact temperature measuring means provided in the cooling air passage ;
When processing the substrate in the reaction tube, temperature control in the reaction tube is performed based on at least the temperature detected by the contact temperature measurement means, and when the reaction tube is rapidly forcedly cooled, at least the non-contact temperature measurement Control means for controlling the temperature in the reaction tube based on the temperature detected by the means;
The heat processing apparatus characterized by having.
反応管内に基板を搬入する工程と、
前記反応管内の温度を処理温度まで昇温させる工程と、
前記反応管内で処理温度において基板を処理する工程と、
前記反応管の外側に形成され冷却用の気体を供給する給気管と当該気体を排気する排気口を有する冷却エア通路が、前記反応管を急激に強制冷却する工程を含み、前記反応管内の温度を処理温度から処理温度よりも低い温度まで降温させる工程と、
処理後の基板を処理室より搬出する工程とを有し、
前記基板処理工程においては少なくとも前記反応管外部で、かつ、前記冷却エア通路に設けられた接触温度測定手段により検出された温度に基づいて前記反応管内の温度制御を行い、前記降温工程における強制冷却工程では少なくとも前記反応管外部で、かつ、前記冷却エア通路に設けられた非接触温度測定手段により検出された温度に基づいて前記反応管内の温度制御を行うことを特徴とする基板の製造方法。
Carrying the substrate into the reaction tube;
Raising the temperature in the reaction tube to a processing temperature;
Processing the substrate at a processing temperature in the reaction tube;
A cooling air passage formed outside the reaction tube and configured to supply a cooling gas and having an exhaust port for exhausting the gas includes a step of rapidly forcibly cooling the reaction tube, and the temperature in the reaction tube Lowering the temperature from the processing temperature to a temperature lower than the processing temperature,
And a step of unloading the processed substrate from the processing chamber,
In the substrate processing step, temperature control inside the reaction tube is performed based on a temperature detected at least outside the reaction tube and by a contact temperature measuring means provided in the cooling air passage, and forced cooling in the temperature lowering step is performed. In the process, the temperature in the reaction tube is controlled based on the temperature detected at least outside the reaction tube and by a non-contact temperature measuring means provided in the cooling air passage .
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