JPH04171920A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的コ （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ェハを
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こ熱処理炉の孔部と
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か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ていることを特徴とし
ている。

（作　用） 本発明の熱処理装置においては、温度検出器は炉壁から
突設されかつその内部に断熱材か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かなく、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
ェハボート３に収納された多数の半導体ウェハ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０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９８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ゾ一ン温度制御方式を採用
している。

そして、上記５ゾ一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〜り６の近傍には、各領域Ａ、
ＢＳＣ，Ｄ、Ｅ毎に外部用温度検出器例えば熱電対９か
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、Ｃ１Ｄ、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
故障が生じゃすい熱電対に起因する半導体ウェハ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１
３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９　
ａ　ｓ　９　ｂ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９８％　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字形状の取り付は部１７
ａ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、熱電対９８％　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
り付は部１７ａによってホルダガイド１３を挾み込み、
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
の取り付は位置を変更することによって、熱電対９８％
　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ェハ４の口径差や炉口
体の寸法差による熱電対９　ａ　ｓ９ｂ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、取付は孔２０ａ、
２０ｂに挿入された熱電対９　ａ　ｓ　９　ｂをセラト
スクリニラ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９ａ１９ｂを上記取付は孔２
０ａ、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１
９の厚さを設定しておくことによって、熱電対９ａ、９
ｂ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９　ａ　１９　ｂ　ｓ　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２３　ａ　ｓ　２３　ｂ
　ｓ　２３　ｃ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９　ａ　１９　ｂ　ｓ　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２５　ａ　ｓ　２５　ｂ　ｓ　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Ｃ６１と、零電圧Ｃ８２とがそれぞれ入
力されている。これら基準信号Ｃｏｔ、ＣＯ２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９　ａ　ｓ９ｂ、１０から
の検出信号ＣＩ　””　Ｃ１０等は、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
、２５ｂ、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３４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Ｃ８１、ＣＯ２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ＲＯＭＢ５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
予備熱電対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ＣＰ
Ｕ３７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ＳＣＲ３ｇ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Ｃ８１、ＣＯ２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Ｃ８１％　　ＣＯ２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した
誤差を補正することかでき、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か
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
・・・・・・ウェハボート、４・・・・・・半導体ウェ
ハ４．５・・・・・・均熱管、６・・・・・・加熱用ヒ
ータ、８・・・・・・炉壁、９．１ｏ・・・・・・熱電
対、１１・・・・・・熱電対ホルダ、１３・・・・・・
ボルダガイド、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。 出願人　　　東京エレクトロン相模株式会社代理人　弁
理士　　須　山　佐　− （ほか１名） 第３心 褐４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　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
   して挿入固定されていることを特徴とする熱処理装置。