JPH10206126A - 炉芯管の寸法測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 縦型もしくは横型熱処理炉を構成する炉芯管
の外径および内径寸法等を、非接触で測定することを可
能とすること。 【解決手段】 炉芯管１の軸線ｃが垂直方向となるよう
にして炉芯管１を載置するターンテーブル２と、このタ
ーンテーブル２上に載置された炉芯管１の長手方向にお
ける外側壁１ｃ、および内側壁１ｄにそれぞれ沿って移
動する一対の移動部材３ａ，３ｂと、この一対の移動部
材３ａ，３ｂにそれぞれ取り付けられた一対の光学セン
サ３ｄ，３ｅとが具備される。前記一対の光学センサ３
ｄ，３ｅにより得られるセンサ出力は、演算回路に供給
されて炉芯管の外径寸法および内径寸法、並びに肉厚が
演算される。前記ターンテーブル２および移動部材３
ａ，３ｂを移動させるアクチェータを駆動することで、
非接触で炉芯管の各部の寸法を測定することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体ウェ
ーハを熱処理するための縦型もしくは横型熱処理炉を構
成する炉芯管の寸法測定装置に関するものであり、特に
炉芯管の外径および内径寸法等を、非接触で測定するこ
とを可能とした寸法測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体ウェーハを製造するに
は、酸化、拡散、析出などの処理のために多くの熱処理
工程を必要とする。そして近来においては、炉機能の向
上に伴い、コストダウンを考慮し、大型化された長尺状
の熱処理炉が多用される状況となっている。また、半導
体ウェ−ハの大口径化に伴い、縦型熱処理炉が多用化さ
れてきている。縦型熱処理炉は、図５に例示したとお
り、保温筒３１の上部に縦長状のウェーハボート３２が
載置され、ウェーハボート３２と保温筒３１とを炉芯管
３３によって覆うように構成されている。そして、炉芯
管３３を取り囲むように均熱管３４が配置され、この均
熱管３４のさらに外周に加熱部材３５が配置された構成
とされている。

【０００３】ここで、前記炉芯管３３は、一般にＳｉＣ
材料により形成されており、長尺円筒状にして長手方向
の一端部が解放され、他端部が閉塞された構成にされて
いる。このような炉芯管を用いて縦型熱処理炉を構成す
る場合、特に前記炉芯管が規定の寸法に形成されている
か否かについて検証する必要がある。そこで、従来にお
いては周知のノギスやキャリパーを用いて炉芯管の外径
および内径、並びに肉厚を測定するようにしていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記したよ
うな円筒状にして長手方向の一端部が閉塞された炉芯管
について、ノギスやキャリパーを用いて各寸法を測定し
ようとした場合、炉芯管の外径寸法については炉芯管の
長手方向全域にわたって測定することは可能である。し
かしながら、長尺状の炉芯管の内径寸法および肉厚につ
いては、前記した測定治具の機能上、炉芯管の開口部付
近での測定に限られるという技術的課題を有していた。
また、炉芯管の開口部付近について前記した測定治具を
用いて計測した場合には、炉芯管の開口部内壁に対して
前記測定治具による汚染を残し、この状態で縦型熱処理
炉を構成した場合には、熱処理工程において半導体ウェ
ーハに対してＦｅ，Ｃｕなどの金属汚染を招くという技
術的課題を有していた。

【０００５】本発明は、前記した従来の技術的課題を解
消させるために成されたものであり、炉芯管の外径寸法
および内径寸法、さらには肉厚について、長尺炉芯管の
長手方向の全域について測定することを可能とし、また
測定にあたって前記したような汚染の発生を招くことの
ない炉芯管の寸法測定装置を提供することを目的とする
ものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を達成するため
に成された本発明に係る炉芯管の寸法測定装置は、円筒
状にして長手方向の一端部が解放され、他端部が閉塞さ
れた炉芯管の内径寸法および外径寸法を測定する寸法測
定装置であって、前記炉芯管の解放された一端部側を下
にして炉芯管の軸線が垂直方向となるようにして炉芯管
を載置するターンテーブルと、前記ターンテーブル上に
載置された炉芯管の長手方向における円筒外側壁、およ
び炉芯管の前記一端部側から挿入されて炉芯管の円筒内
側壁にそれぞれ沿って移動する一対の移動部材と、前記
一対の移動部材にそれぞれ取り付けられ、それぞれに発
光素子および該発光素子の反射光を受光する受光素子を
備えた一対の光学センサと、前記一対の光学センサによ
り得られるセンサ出力を受けて炉芯管の外径寸法および
内径寸法を演算する演算手段とにより構成される。

【０００７】この場合、前記演算手段には一対の光学セ
ンサにより得られるセンサ出力を受けて炉芯管の肉厚を
演算する演算機能をさらに具備させることが望ましい。
また、前記光学センサにおける発光素子としては、レー
ザ発光素子が用いられるのが、望ましい。更に、前記炉
芯管は、シリコン含浸炭化珪素材、内表面もしくは外表
面がＣＶＤ−ＳｉＣ被覆されたシリコン含浸炭化珪素
材、または内外表面がＣＶＤ−ＳｉＣ被覆された材料の
いずれかから成るのが、望ましい。

【０００８】以上のように構成される本発明に係る炉芯
管の寸法測定装置においては、ターンテーブルに載置さ
れ、炉芯管の軸を中心にして回転可能とされた炉芯管に
対して、その長手方向における外側壁および内側壁にそ
れぞれ沿って移動できる一対の光学センサが配置され、
この光学センサにより得られるセンサ出力を受けて炉芯
管の外径寸法および内径寸法等が演算される。特に、炉
芯管が、シリコン含浸炭化珪素材、内表面もしくは外表
面がＣＶＤ−ＳｉＣ被覆されたシリコン含浸炭化珪素
材、または内外表面がＣＶＤ−ＳｉＣ被覆された材料の
いずれかから形成されている場合には、平面の平滑性が
確保されており、レ−ザ光の散乱が生ずることなく、よ
り高精度の測定を行うことができる。以上のように、本
発明に係る炉芯管の寸法測定装置においては、炉芯管に
非接触の状態で、炉芯管の外径寸法および内径寸法等を
得ることが可能である。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。なお以下に説明する各図におい
て、それぞれ同一部分は同一符号で示す。まず図１は、
炉芯管の寸法測定装置の全体構成を、その一部を断面状
態にして示したものである。図１に示すように炉芯管１
は、例えばＳｉ含浸ＳｉＣ材料により形成され、円筒状
にして長手方向の一端部が解放されて解放部１ａと成さ
れ、他端部が閉塞されて閉塞部１ｂに成されている。そ
して、この炉芯管１は前記解放部１ａ側を下にして炉芯
管１の軸線ｃが垂直方向となるようにしてターンテーブ
ル２に対して載置されている。このターンテーブル２
は、環状のベース部２ａと、このベース部２ａ上に環状
に配置され、多数のボールより構成されたベアリング２
ｂと、このベアリング２ｂを介して前記ベース部２ａに
対して周方向に回動可能に載置された環状の可動部２ｃ
より構成されている。そして、前記環状の可動部２ｃの
上面が、炉芯管１の載置面に成されている。

【００１０】また、環状の可動部２ｃの周側面には、図
には示されていないが、その全周にわたってラックが形
成されており、可動部２ｃの前記ラックに噛み合うピニ
オン２ｄが、例えばステッピングモータ（図示せず）に
よって回転駆動されるように構成されている。したがっ
て、前記ステッピングモータの駆動により、可動部２ｃ
は周方向に所望の角度をもって回動され、この可動部２
ｃに載置された炉芯管１も同様に、その軸心ｃを中心に
して回動されるように成される。一方、符号３は測定ユ
ニットを示し、この測定ユニット３は、ターンテーブル
２上に載置された炉芯管１の円筒外側壁１ｃおよび円筒
内側壁１ｄにそれぞれ沿って、炉芯管１の軸方向に移動
する一対の移動部材としてのアーム３ａ，３ｂと、この
アーム３ａ，３ｂを一体に取り付けた支持体３ｃにより
構成されている。そして前記支持体３ｃはアクチェータ
（図示せず）によって図中矢印イ方向に移動されるよう
に構成されている。尚、前記ア−ム３ａ及び３ｂは、各
々伸縮機能を有する構造とし、上記移動を行う機能とし
ても良い。

【００１１】また、前記一対のアーム３ａ，３ｂの先端
部には、それぞれ光学センサ３ｄ，３ｅが配置されてお
り、各光学センサ３ｄ，３ｅは炉芯管１の外側壁１ｃお
よび内側壁１ｄに対して光学的に対向するように各アー
ム３ａ，３ｂに対して取り付けられている。図２は光学
センサの一例を断面図によって示したものである。この
光学センサは、筐体３ｆ内に収納された発光素子、例え
ばレーザダイオード３ｇと、受光素子としてのフォトダ
イオード３ｈと、ハーフミラー３ｉおよび対物レンズ３
ｊより構成されている。

【００１２】そして、レーザダイオード３ｇと、フォト
ダイオード３ｈとは互いの光学軸が直角方向となるよう
に配置されており、それらの光学軸の交点に互いに４５
度の状態でハーフミラー３ｉが配置されている。また、
前記フォトダイオード３ｈの光学軸上に対物レンズ３ｊ
が配置された構成とされている。このような構成によ
り、レーザダイオード３ｇから出射されたレーザ光は、
ハーフミラー３ｉによって９０度折り曲げられ、対物レ
ンズ３ｊを介して炉芯管１の外側壁１ｃまたは内側壁１
ｄに対して投射される。炉芯管１の管壁による反射光
は、再び対物レンズ３ｊを介してハーフミラー３ｉに到
達し、ハーフミラー３ｉを透過してフォトダイオード３
ｈにより電気信号としてのセンサ出力を得ることができ
る。

【００１３】このようにして一対の光学センサ３ｄ，３
ｅにより得られるそれぞれのセンサ出力ａ，ｂは、図３
に示す演算手段としての演算回路４に供給される。この
演算回路４には、中央演算装置（ＣＰＵ）４ａと、この
ＣＰＵ４ａにより演算を実行するためのプログラムが格
納された読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）４ｂ等が具備さ
れている。また、演算回路４には表示手段としての表示
装置５が接続されており、この表示装置５には、炉芯管
の外径寸法、内径寸法、並びに肉厚を表示する表示窓５
ａ，５ｂ，５ｃが備えられている。前記演算回路４にお
いては、一対の光学センサ３ｄ，３ｅにより得られるそ
れぞれのセンサ出力ａ，ｂと、前記レーザダイオード３
ｇから出射されるレーザ光の出射タイミングとの時間的
なズレより、炉芯管１の外径寸法および内径寸法を演算
する。

【００１４】図４はこの演算作用の基本原理を示したタ
イミングチャートであり、図４（Ａ）は炉芯管１の外側
壁１ｃ側の光学センサ３ｄにより得られるセンサ出力ａ
により炉芯管１の外径寸法を演算する演算作用を示して
いる。また図４（Ｂ）は炉芯管１の内側壁１ｄ側の光学
センサ３ｅにより得られるセンサ出力ｂにより炉芯管１
の内径寸法を演算する演算作用を示している。まず、図
４（Ａ）に示すように、光学センサ３ｄにおけるレーザ
ダイオード３ｇから出射されるレーザ光（パルス）の出
射タイミングの立上がりがｔ１であり、フォトダイオー
ド３ｈによるセンサ出力ａの立上がりがｔ２であるとす
れば、ｔ１からｔ２の経過時間のデータにより光学セン
サ３ｄと炉芯管１の外側壁１ｃとの距離を演算すること
ができる。

【００１５】同様に図４（Ｂ）に示すように、光学セン
サ３ｅにおけるレーザダイオード３ｇから出射されるレ
ーザ光（パルス）の出射タイミングの立上がりをｔ１で
あり、フォトダイオード３ｈによるセンサ出力ｂの立上
がりがｔ３であるとすれば、ｔ１からｔ３の経過時間の
データにより光学センサ３ｅと炉芯管１の内側壁１ｄと
の距離を演算することができる。そして、前記光学セン
サ３ｄと炉芯管１の外側壁１ｃとの距離および光学セン
サ３ｅと炉芯管１の内側壁１ｄとの距離から炉芯管１の
外径寸法および内径寸法が演算される。

【００１６】この場合、前記演算によって得られた外径
寸法と内径寸法の差をさらに演算することにより、炉芯
管１の肉厚を求めることができる。このようにして得ら
れた炉芯管の外径寸法および内径寸法並びに肉厚に関す
るデータは、前記表示装置５に供給され、この表示装置
５における表示窓５ａ，５ｂ，５ｃにおいて炉芯管の外
径寸法、内径寸法、並びに肉厚が表示される。そして、
前記ターンテーブル２を適宜回転駆動させると共に、測
定ユニット３を図１におけるイ方向に適宜移動させるこ
とにより、炉芯管１全体における外径寸法および内径寸
法、並びに肉厚を求めることができ、表示装置５によっ
てこれらを個々に表示することができる。

【００１７】尚、以上のように構成された測定装置にお
いては、前記ターンテーブル２の駆動角度、前記測定ユ
ニット３を矢印イ方向に移動させるアクチェータの駆動
距離をあらかじめプログラムしておくことで、炉芯管の
全体にわたり必要なポイントの各寸法を自動的に測定す
ることが可能となる。一例として、自動測定するポイン
トとして炉芯管の径方向に１２箇所、軸方向に各５箇所
程度設定することで、実用上十分なデータを得ることが
できる。この場合には、前記表示装置に代えてシリアル
プリンタ等を用い、各ポイントのデータを自動記録する
ように構成することが望ましい。

【００１８】

【発明の効果】以上の説明で明らかなとおり、本発明に
係る炉芯管の寸法測定装置によれば、炉芯管の軸線が垂
直方向となるようにして炉芯管を載置するターンテーブ
ルと、このターンテーブル上に載置された炉芯管の長手
方向における外側壁、および内側壁にそれぞれ沿って移
動する一対の移動部材と、この一対の移動部材にそれぞ
れ取り付けられた一対の光学センサと、この一対の光学
センサにより得られるセンサ出力を受けて炉芯管の外径
寸法および内径寸法等を演算する演算手段とを具備した
ので、少なくとも長手方向の一端が解放された長尺の炉
芯管の外径および内径等を非接触の状態で測定すること
ができる。

【００１９】したがって、ノギスやキャリパー等の測定
治具を用いて寸法を測定していた従来の手段に比較し
て、炉芯管の内壁に対して前記測定治具による金属汚染
を残すという問題を解消することができ、熱処理工程に
おいて半導体ウェーハに対して汚染を招くという問題が
解決できる。

【００２０】また、炉芯管がシリコン含浸炭化珪素材、
内表面もしくは外表面がＣＶＤ−ＳｉＣ被覆されたシリ
コン含浸炭化珪素材、または内外表面がＣＶＤ−ＳｉＣ
被覆された材料のいずれかから形成されている場合に
は、平面の平滑性が確保されるため、レ−ザ光の散乱が
生ずることがなく、より高精度の測定を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る測定装置の全体を、その一部を断
面状態にして示した構成図である。

【図２】図１に示す装置に使用される光学センサの一例
を示した断面図である。

【図３】本発明に係る測定装置に使用される演算回路お
よび表示装置の基本構成を示したブロック図である。

【図４】図３に示す演算回路における演算作用を説明す
るタイミングチャートである。

【図５】従来の縦型熱処理炉の一例を示した断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 炉芯管 １ａ 解放部 １ｂ 閉塞部 ２ ターンテーブル ２ａ ベース部 ２ｂ ベアリング ２ｃ 可動部 ３ 測定ユニット ３ａ アーム（移動部材） ３ｂ アーム（移動部材） ３ｃ 支持体 ３ｄ 光学センサ ３ｅ 光学センサ ３ｇ レーザダイオード（発光素子） ３ｈ フォトダイオード（受光素子） ４ 演算回路（演算手段） ５ 表示装置（表示手段） ５ａ 外径寸法表示窓 ５ｂ 内径寸法表示窓 ５ｃ 肉厚表示窓

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 長尺円筒状にして、少なくとも長手方向
   の一端部が解放された炉芯管の内径寸法および外径寸法
   を測定する寸法測定装置であって、 前記炉芯管の解放された一端部側を下にして炉芯管の軸
   線が垂直方向となるようにして炉芯管を載置するターン
   テーブルと、 前記ターンテーブル上に載置された炉芯管の長手方向に
   おける円筒外側壁、および炉芯管の前記一端部側から挿
   入されて炉芯管の円筒内側壁にそれぞれ沿って移動する
   一対の移動部材と、 前記一対の移動部材にそれぞれ取り付けられ、それぞれ
   に発光素子および該発光素子の反射光を受光する受光素
   子を備えた一対の光学センサと、 前記一対の光学センサにより得られるセンサ出力を受け
   て炉芯管の外径寸法および内径寸法を演算する演算手段
   とを具備したことを特徴とする炉芯管の寸法測定装置。
2. 【請求項２】 前記演算手段には一対の光学センサによ
   り得られるセンサ出力を受けて炉芯管の肉厚を演算する
   演算機能をさらに具備させたことを特徴とする請求項１
   に記載の炉芯管の寸法測定装置。
3. 【請求項３】 前記光学センサにおける発光素子とし
   て、レーザ発光素子を用いたことを特徴とする請求項１
   乃至請求項２のいずれかに記載の炉芯管の寸法測定装
   置。
4. 【請求項４】 前記炉芯管がシリコン含浸炭化珪素材、
   内表面もしくは外表面がＣＶＤ−ＳｉＣ被覆されたシリ
   コン含浸炭化珪素材、または内外表面がＣＶＤ−ＳｉＣ
   被覆された材料のいずれかから成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炉芯管の寸法測
   定装置。