KR101504937B1 - 온도 검출 장치, 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

온도 검출 장치, 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 Download PDF

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가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
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Abstract

경시 변화에 의해 열전대 소선이 단선하거나, 열전대 접합부의 위치 어긋남을 억제할 수 있는 온도 검출 장치를 제공한다.
연직(鉛直) 방향으로 연장[延在]하여 설치되고, 연직 방향의 관통공을 포함하는 절연관; 상단에 열전대 접합부를 포함하는 열전대 소선으로서, 상기 절연관의 상기 관통공에 삽입 및 통과[揷通]되고, 상기 절연관의 하단(下端)으로부터 나온 연직 방향의 부분이 수평 방향으로 방향을 바꾸는 열전대 소선(素線); 및 상기 절연관의 하방에 설치된 공간으로서, 상기 절연관의 하단으로부터 나온 상기 열전대 소선의 열팽창이 구속되는 것을 억제하는 버퍼 영역;을 포함하고, 상기 절연관의 상단면과 상기 열전대 접합부 사이의 상기 열전대 소선에 상기 절연관의 상단면에 지지되는 피(被)지지부를 설치한 온도 처리 장치로서, 상기 절연관의 하단을 지지하는 절연관 스토퍼;를 더 포함하고, 상기 절연관 스토퍼에 설치된 연직 방향의 관통공에 상기 열전대 소선을 통과시키도록 온도 검출 장치를 구성한다.

Description

온도 검출 장치, 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법{TEMPERATURE DETECTING APPARATUS, SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은, 피처리 기판을 처리실에 수용하고 히터에 의해 가열한 상태에서 처리를 수행하는 열처리 기술에 관한 것으로, 예컨대, 반도체 집적 회로 장치(소위 반도체 디바이스, 이하, IC라고 한다.)가 그 위에 제작되는 반도체 기판(예컨대, 반도체 웨이퍼)에, 산화 처리나 확산 처리, 또는 이온을 주입한 후의 캐리어의 활성화나 평탄화를 위한 리플로우 처리나 어닐링 처리, 또는 열 CVD(Chemical Vapor Deposition) 반응에 의한 성막 처리 등의 열처리를 수행하기 위해서 사용되는 온도 검출 장치, 기판 처리 장치, 기판 처리 방법 또는 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
IC의 제조에서 기판을 열처리하기 위해서, 뱃치(batch)식 종형(縱形) 열처리 장치가 널리 사용된다. 종래의 상기 열처리 장치의 처리로(處理爐)에서는, 상단이 폐색(閉塞)되고 하단이 개방된 대략 원통형의 종형 반응관의 내부에 복수 매의 웨이퍼를 탑재한 보트가 하방으로부터 삽입되고, 보트 상의 웨이퍼가 반응관의 외측을 둘러싸도록 설치된 히터에 의해 열처리된다. 복수 매의 웨이퍼는, 보트 상에서 수평 자세이고 또한 서로 각 웨이퍼의 중심을 갖춘 상태에서 다단으로 적층 및 보지(保持)된다. 상단이 폐색되고 하단이 개방된 대략 원통형의 균열관(均熱管)이 반응관과 히터의 사이에 설치된다. 균열관은, 히터로부터 웨이퍼에 복사(輻射)되는 열을 장소에 의해 불균일하지 않도록 균등하게 한다.
온도를 검출하기 위한 온도 검출관이 반응관과 균열관의 사이에 설치되고, 상기 온도 검출관에 의해서 검출한 온도에 기초하여 히터 출력, 즉 웨이퍼 온도가 소정의 온도로 제어된다. 온도 검출 소자인 열전대(熱電對)가 온도 검출관의 내부에 삽입되고, 열전대는 신호선에 의해 온도 제어부와 접속된다. 하기(下記)의 특허문헌 1에는, 반응관과 히터를 포함하는 종형 열 처리로에서, 처리로의 온도를 검출하기 위한 열전대를 설치하는 기술이 개시된다.
종래의 장치에서의 열전대의 설치 방법을, 도 12 내지 도 15를 참조하여 설명한다. 도 12는 종래의 열전대의 구조를 도시하는 도면으로, 반응관과 균열관 사이에 있는 열전대를 처리로의 중심으로부터 본 도면이다. 도 13은 도 12의 A-A 단면도이며, 열전대의 수평 단면도이다. 도 14는, 도 12의 열전대를 측면으로부터 본 수직 단면도이다. 도 15는 종래의 열전대의 지지 상태를 도시하는 도면이다. 도 12의 예에서, 열전대 접합부(423a)를 포함하는 제1 열전대, 열전대 접합부(423b)를 포함하는 제2 열전대, 열전대 접합부(423c)를 포함하는 제3 열전대, 열전대 접합부(423d)를 포함하는 제4 열전대, 및 열전대 접합부(423e)를 포함하는 제5 열전대의 5개의 열전대가 존재한다. 제1 열전대와 제4 열전대는 보호관(431a) 내에 삽입되고, 제2 열전대와 제5 열전대는 보호관(43lb) 내에 삽입되고, 제3 열전대는 보호관(431c) 내에 삽입된다.
제1 열전대는 처리로의 최상부의 히터(U존 히터)의 온도 검출용이며, 제2 열전대는 U존 히터의 바로 아래의 히터(CU존 히터)의 온도 검출용이며, 제3 열전대는 CU존 히터의 바로 아래의 히터(C존 히터)의 온도 검출용이며, 제4 열전대는 C존 히터의 바로 아래의 히터(CL존 히터)의 온도 검출용이며, 제5 열전대는 처리로의 최하부의 히터(L존 히터)의 온도 검출용이다.
도 12의 A-A 단면도인 도 13에 도시하는 바와 같이, 제4 열전대는 보호관(431a) 내에서 전방(前方, 처리로의 중심측)에 있고, 제1 열전대는 후방에 있다. 또한, 제5 열전대는 보호관(43lb) 내에서 전방에 있고, 제2 열전대는 후방에 있다. 제1 열전대의 절연관(432a)의 단면은 타원형이고, 그 단면은 2개의 구멍이 관통하고 , 그 2개의 구멍에 플러스측의 열전대 소선(素線)(421a)과 마이너스측의 열전대 소선(422a)이 각각 삽입되어 수용된다. 제2 열전대 내지 제5 열전대의 절연관(432b 내지 432e)도 마찬가지다. 열전대 소선은, 온도를 열 기전력으로 변환하는 열전대의 소선 부분이다.
제1 열전대는, 플러스측의 열전대 소선(421a)과 마이너스측의 열전대 소선(422a), 열전대 소선(421a)과 열전대 소선(422a)이 그들의 선단부에서 접합된 열전대 접합부(423a), 열전대 소선(421a)과 열전대 소선(422a)을 서로 절연하기 위한 절연관(432a), 및 절연관(432a)의 상단을 폐색하는 캡(434a) 등으로 구성된다.
도 14는, 제1 열전대의 측면도이다. 도 14에 도시하는 바와 같이, 열전대 소선(421a)과 열전대 소선(422a)[열전대 소선(422a)은 도시되지 않음]은 균열관(221)의 내부를 연직 방향으로 연재(延在)하며, 열전대 접합부(423a)가 그들의 상단에 설치된다. 서로 단락(短絡)하는 일이 없도록, 열전대 소선(421a)과 열전대 소선(422a)은 절연관(432a) 상기 두 개의 구멍의 내에 각각 수용된다. 캡(434a)은 절연관(432a)의 상단에 열전대 접합부(423a)를 봉지(封止)하도록 설치된다. 절연관(432a)은 보호관(431a) 내에 삽입되고, 보호관(431a)의 하부는 보호관 홀더(436)에 의해 고정된다. 또한 연직 방향으로 연재하는 절연관(432a)의 하부는, 수평 방향으로 연재하는 절연관(433a)과 당접하고, 절연관(433a)은 보호관 홀더(436)에 의해 고정된다. 절연관(432a) 내를 연직 방향으로 통과하는 열전대 소선(421a)과 열전대 소선(422a)은, 절연관(432a)의 하단에서 90ㅀ 방향을 바꾸고, 절연관(433a) 내를 수평 방향으로 통과하여, 온도 제어부(도시되지 않음)에 접속된다.
제1 열전대와 마찬가지로, 제2 열전대는, 플러스측의 열전대 소선(42lb)과 마이너스측의 열전대 소선(422b), 열전대 소선(42lb)과 열전대 소선(422b)이 그들의 선단부에서 접합된 열전대 접합부(423b), 열전대 소선(42lb)과 열전대 소선(422b)을 서로 절연하기 위한 절연관(432b), 및 절연관(432b)의 상단을 폐색하는 캡(434b) 등으로 구성된다. 제3 열전대는, 플러스측의 열전대 소선(421c)과 마이너스측의 열전대 소선(422c), 열전대 소선(421c)과 열전대 소선(422c)이 그들의 선단부에서 접합된 열전대 접합부(423c), 열전대 소선(421c)과 열전대 소선(422c)을 서로 절연하기 위한 절연관(432c), 및 절연관(432c)의 상단을 폐색하는 캡(434c) 등으로 구성된다. 제4 열전대는, 플러스측의 열전대 소선(421d)과 마이너스측의 열전대 소선(422d), 열전대 소선(421d)과 열전대 소선(422d)이 그들의 선단부에서 접합된 열전대 접합부(423d), 열전대 소선(421d)과 열전대 소선(422d)을 서로 절연하기 위한 절연관(432d), 및 절연관(432d)의 상단을 폐색하는 캡(434d) 등으로 구성된다. 제5 열전대는, 플러스측의 열전대 소선(421e)과 마이너스측의 열전대 소선(422e), 열전대 소선(421e)과 열전대 소선(422e)이 그들의 선단부에서 접합된 열전대 접합부(423e), 열전대 소선(421e)과 열전대 소선(422e)을 서로 절연하기 위한 절연관(432e), 및 절연관(432e)의 상단을 폐색하는 캡(434e) 등으로 구성된다.
그리고, 도 15에 도시하는 바와 같이, 종래는, 플러스측의 열전대 소선(421)과 마이너스측의 열전대 소선(422)이 그 하부의 열전대 소선 지지부(424)에 의해서 고정 상태로 된다. 구체적으로는, 열전대 소선(421)과 열전대 소선(422)은, 절연관(432)과 절연관(433)으로 구성되는 L자 부(部)에서 L자 형상으로 굴곡한다. 따라서, 열전대 소선(421)과 열전대 소선(422)의 하부는, 연직 방향에 대하여 실질적으로 고정 상태로 된다. 또한, 열전대 소선(421a 내지 421e)을 열전대 소선(421), 열전대 소선(422a 내지 422e)을 열전대 소선(422), 열전대 접합부(423a) 내지 423e)를 열전대 접합부(423), 절연관(432a 내지 432e)을 절연관(432), 절연관(433a 내지 433e)을 절연관(433), 캡(434a 내지 434e)을 캡(434)이라고 각각 총칭한다.
도 16은 종래의 열전대의 팽창 수축 상태를 도시하는 도면으로, 도 16의 (a)는 열처리 전의 대기(待機) 상태(500℃), 도 16의 (b)는 열처리 중의 프로세스 상태(1200℃), 도 16의 (c)는 열처리 후의 대기 상태(500℃)를 나타낸다. 도 16의 (a)의 대기 상태로부터 도 16의 (b)의 열처리 상태로 되면, 열전대 소선(421, 422)과 절연관(432)이 열팽창하고, 절연관(432) 상단으로부터 열전대 소선이 돌출하여, 열전대 소선(421, 422)이 ΔL만큼 길어진다. 돌출량 ΔL은 열전대 소선(421, 422)과 절연관(432)의 팽창 차이로 결정되므로, 팽창 차이가 적은 절연관 재료가 선택된다. 도 16의 (b)의 열처리 상태로부터 도16의 (c)의 대기 상태로 되면, 열전대 소선(421)과 열전대 소선(422)이 열수축하여, 열전대 소선(421, 422)은 ΔL만 짧아져서 원래 길이로 돌아온다.
열팽창과 열수축을 반복하면, 열전대 소선(421이나 422)의 자중(自重)이나 절연관(432)과의 마찰력 등의 경시(經時) 변화에 의해서, 열전대 소선(421이나 422)의 입계(粒界) 어긋남이나 인괘(引掛)가 발생한다. 입계 어긋남이란, 열처리에 의해 열전대 소선(421이나 422)의 결정립(結晶粒)이 비대화(肥大化)하여, 인접하는 결정립 간의 결정립계가 열팽창이나 열수축에 수반되는 응력에 의해 어긋나는 것이다. 도 17은 종래의 열전대가 단선하는 모습을 도시하는 도면으로, 도 17의 (a)는 대기 상태, 도 17의 (b)는 열처리 상태를 각각 도시한다. 도 17의 (a)의 대기 상태와, 도17의 (b)의 열처리 상태가 반복되면, 예컨대 열전대 소선(422)이 늘어나서 소선 변형부(411)가 발생하여, 절연관(432)과의 마찰력이 커진다. 또한, 절연관(432)이 절연관(433)으로부터 상방으로 이간한다. 또한 경시 변화가 진행되면, 도 17의 (c)에 도시하듯이, 열수축 시에, 열전대 소선(422)이 절연관(432)에 구속되는 구속력이 강해져서, 열전대 소선(421)으로의 인장(引張) 응력이 커진다. 최종적으로, 열전대 소선(422)의 인장 강도를 초과하여, 열전대 소선(421)은 단선부(412)에서 단선된다.
또한, 종래의 열전대 설치 방법에서는 전술한 바와 같이, 열전대 소선(421이나 422)의 하부가 고정되므로, 열전대 접합부(423)의 위치, 즉 온도 측정 위치가 열전대 소선(421이나 422)의 열팽창에 의해 적지 않게 변화한다. 예컨대, 열전대 소선 길이가 1,500mm이고 주위 온도가 1,200℃인 경우, 온도 측정 위치가 대략 19mm 시프트한다. 이 때문에, 정확한 온도 측정이 어렵고, 적절한 온도 제어를 수행하는 것이 어렵다.
1. 일본 특개 2004-311712호 공보
본 발명의 목적은, 경시 변화에 의해 열전대 소선이 단선하거나 열전대 접합부의 위치가 어긋나는 것을 억제할 수 있는 온도 검출 장치나 기판 처리 장치를 제공하는데 있다.
상기의 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 온도 검출 장치의 대표적인 구성은, 다음과 같다.
보호 부재에 수납되고, 연직 방향으로 관통공을 가지는 세로로 긴 절연관; 및 상기 관통공에 삽입 및 통과[揷通]되는 열전대 소선;으로 구성되는 온도 검출부로서, 상기 열전대 소선은, 상기 절연관의 상단으로부터 나온 부분에 형성된 열전대 접합부; 상기 절연관의 하단으로부터 나온 부분에 형성된 곡선을 가지는 굴곡부; 및 상기 굴곡부의 후단으로서 수평 방향으로 연장하는 수평부;를 포함하고, 상기 수평부의 높이는 상기 굴곡부의 최하단의 높이보다도 높은 위치인 온도 검출부.
연직(鉛直) 방향으로 연장[延在]하여 설치되고, 연직 방향의 관통공을 포함하는 절연관; 상단에 열전대 접합부를 포함하는 열전대 소선으로서, 상기 절연관의 상기 관통공에 삽입 및 통과[揷通]되고, 상기 절연관의 하단(下端)으로부터 나온 연직 방향의 부분이 수평 방향으로 방향을 바꾸는 열전대 소선(素線); 및 상기 절연관의 하방에 설치된 공간으로서, 상기 절연관의 하단으로부터 나온 상기 열전대 소선의 열팽창이 구속되는 것을 억제하는 버퍼 영역;을 포함하고, 상기 절연관의 상단면과 상기 열전대 접합부 사이의 상기 열전대 소선에 상기 절연관의 상단면에 지지되는 피(被)지지부를 설치한 온도 처리 장치로서, 상기 절연관의 하단을 지지하는 절연관 스토퍼;를 더 포함하고, 상기 절연관 스토퍼에 설치된 연직 방향의 관통공에 상기 열전대 소선을 통과시키도록 한 온도 검출 장치.
상기의 구성에 의해, 경시 변화에 의해 열전대 소선이 단선하거나 열전대 접합부의 위치가 어긋나는 것을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에서 기판 처리 장치의 사투시도(斜透視圖).
도 2는 본 발명의 실시 형태에서 처리로의 수직 단면도.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에서 열전대의 지지 상태를 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에서 열전대의 구조를 도시하는 도면.
도 5는 도 4의 열전대의 수평 단면도.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에서 열전대의 지지 상태를 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태에서 열전대의 구조를 도시하는 도면.
도 8은 본 발명의 제2 실시 형태에서 열전대의 팽창 수축 상태를 도시하는 도면.
도 9는 본 발명의 제3 실시 형태에서 열전대의 지지 상태를 도시하는 도면.
도 10은 본 발명의 제3 실시 형태에서 열전대의 구조를 도시하는 도면.
도 11은 도 10의 열전대의 수평 단면도.
도 12는 종래의 열전대의 구조를 도시하는 도면.
도 13은 도 12의 열전대의 수평 단면도.
도 14는 도 12의 열전대를 측면으로부터 본 수직 단면도.
도 15는 종래의 열전대의 지지 상태를 도시하는 도면.
도 16은 종래의 열전대의 팽창 수축 상태를 도시하는 도면.
도 17은 종래의 열전대가 단선(斷線)하는 모습을 도시하는 도면.
도 18은 본 발명의 제4 실시 형태에서 열전대의 지지 상태를 도시하는 도면.
도 19는 본 발명의 제4 실시 형태에서 열전대 구조의 일 예를 도시하는 도면.
도 20은 도 19의 열전대의 수평 단면도.
도 21은 본 발명의 제4 실시 형태에서 열전대 구조의 다른 예를 도시하는 도면.
(제1 실시 형태)
본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해서, 반도체 장치(IC 등)의 제조 공정의 일 공정으로서의 열처리에 의한 기판 처리 공정을 실시하는 기판 처리 장치의 구성예가, 도 1을 참조하여 설명된다. 도 1은, 본 발명의 제1 내지 제4의 각 실시 형태에서 기판 처리 장치의 사투시도이다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 각 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(10)는, 광체(101, 筐體)를 구비한다. 또한 웨이퍼 캐리어(기판 수용기)로서 카세트(110)가, 실리콘 등으로 이루어지는 기판인 웨이퍼(200)를 광체(101) 내외로 반송하기 위해서, 사용된다.
카세트 스테이지(105)는 광체(101)의 정면 전방측에 설치된다. 광체(101) 외의 공정 내 반송 장치(도시되지 않음)에 의해, 카세트(110)는, 카세트 스테이지(105) 상에 반입 및 재치(載置)되고, 카세트 스테이지(105) 상으로부터 광체(101) 외로 반출된다. 카세트 선반(114)은 광체(101) 내의 전후 방향에서의 대략 중앙부에 설치된다. 카세트 선반(114)은 복수 개의 카세트(110)를 보관한다. 카세트 선반(114)의 일부인 이재(移載) 선반(123)이 설치되고, 후술하는 웨이퍼 이재 기구(112)의 반송 대상이 되는 카세트(110)가 이재 선반(123)에 수납된다. 카세트 반송 장치(115)는 카세트 스테이지(105)와 카세트 선반(114) 사이에 설치된다. 카세트 반송 장치(115)는, 카세트 스테이지(105), 카세트 선반(114) 및 이재 선반(123) 사이에서, 카세트(110)를 반송한다.
웨이퍼 이재 기구(112)는 카세트 선반(114)의 후방에 설치된다. 웨이퍼 이재 기구(112)는, 웨이퍼(200)를 이재 선반(123) 상의 카세트(110) 내로부터 픽업하여 후술의 보트(217, 기판 보지구)에 장전(charging)하거나, 웨이퍼(200)를 보트(217)로부터 탈장(discharging)하여 이재 선반(123) 상의 카세트(110) 내에 수납한다.
처리로(202)는 광체(101)의 후측 상방에 설치된다. 처리로(202)의 하단부는 노구(爐口) 셔터(116)에 의해 개폐 가능하도록 구성된다. 처리로(202)의 구성에 대해서는 후술한다. 보트(217)를 승강시켜서 처리로(202) 내외로 반송하는 기구로서의 보트 엘리베이터(121)가 처리로(202)의 하방에 설치된다. 승강대로서의 암(122)이 보트 엘리베이터(121)에 설치된다. 씰 캡(219)은 암(122) 상에 수평자세로 설치된다. 씰 캡(219)은, 보트(217)를 연직으로 지지하고, 보트 엘리베이터(121)에 의해 보트(217)가 상승하였을 시에 처리로(202)의 하단부를 기밀하게 폐색하는 개체(蓋體)로서 기능한다. 보트(217)의 구성에 대해서는 후술한다.
(처리로의 구성)
다음으로, 제1 내지 제4의 각 실시 형태에서 처리로(202)의 구성에 대하여, 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는 기판 처리 장치의 처리로의 수직 단면도이다. 이 실시 형태에서는, 처리로(202)는 뱃치식 종형 핫 월형의 열처리로로서 구성된다.
(반응관과 균열관)
처리로(202)는 그 내측에 종형의 반응관(222)을 구비한다. 반응관(222)은, 상단이 폐색되고 하단이 개구된 대략 원통 형상이며, 개구된 하단이 하방을 향하도록 그리고 통(筒) 방향의 중심선이 연직으로 되도록 종방향으로 배치된다. 기판 보지구로서의 보트(217)에 의해 수평자세에서 다단으로 적층된 복수 매의 웨이퍼(200)를 수용하여 처리하는 처리실(204)이 반응관(222) 내에 형성된다. 반응관(222)의 내경은 웨이퍼(200)군을 보지하는 보트(217)의 최대 외경보다도 크도록 설정된다. 본 예에서는, 반응관(222)은 석영(SiO2)이나 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성이 높은 재료에 의해 대략 원통 형상으로 일체로 성형된다.
후술하는 히터 유닛(208)으로부터 반응관(222)에 복사되는 열의 균일화를 도모하는 균열관(221)이 반응관(222)의 외측에 설치된다. 균열관(221)은, 반응관(222)과 마찬가지로, 상단이 폐색되고 하단이 개구된 대략 원통 형상이며, 개구된 하단이 하방을 향하도록 그리고 통 방향의 중심선이 연직으로 되도록 종방향으로 배치된다. 균열관(221)은, 반응관(222)보다 크면서 반응관(222)과 대략 유사한 형상이며, 반응관(222)의 외측을 둘러싸도록 동심원 형상으로 덮는다. 균열관(221)의 하단부는 광체(101)의 일부인 금속제의 베이스(209)에 의해 지지된다. 본 예에서는, 균열관(221)은 석영(SiO2)이나 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성이 높은 재료에 의해 대략 원통 형상으로 일체로 성형된다.
반응관(222)의 하단부는, 그 수평 단면이 대략 원형 링 형상인 매니폴드(206)에 의해 기밀하게 봉지된다. 그 보수 점검 작업이나 청소 작업을 위하여, 반응관(222)은 매니폴드(206)에 탈착 가능하게 설치된다. 매니폴드(206)가 광체(101)에 지지되는 것에 의해, 반응관(222)은 광체(101)에 연직으로 설치된다. 매니폴드(206)의 하단 개구는 웨이퍼(200)군을 보지한 보트(217)를 출입하기 위한 노구(205)를 구성한다.
(기판 보지구)
매니폴드(206)에는, 매니폴드(206)의 하단 개구를 폐색하는 씰 캡(29)이 연직 방향 하측으로부터 당접된다. 씰 캡(219)은 반응관(222)의 외경과 동등 이상의 외경을 가지는 원반 형상으로 형성되며, 반응관(222)의 외부에 연직으로 설비된 보트 엘리베이터(121)에 의해, 상기 원반 형상을 수평 자세로 유지한 상태로 연직 방향으로 승강되도록 구성된다. 웨이퍼(200)를 보지하는 기판 보지구로서의 보트(217)가 씰 캡(219) 상에 연직으로 지지된다. 보트(217)는, 상하로 한 쌍의 단판(端板)과, 양 단판 사이에 걸쳐 연직으로 설치된 복수 개, 본 예에서는 3개의 웨이퍼 보지 부재(보트 지주)를 구비한다. 단판 및 웨이퍼 보지 부재는, 예컨대 석영(SiO2)이나 탄화규소(SiC) 등의 내열성이 높은 재료로 구성된다.
수평 방향으로 새겨진 다수 개[條]의 보지 홈[溝]이 각 웨이퍼 보지 부재에 길이[長手] 방향에 걸쳐 등간격으로 설치된다. 각 웨이퍼 보지 부재는, 보지 홈이 서로 대향하여 각 웨이퍼 보지 부재의 보지 홈의 연직 위치(연직 방향의 위치)가 일치하도록 설치된다. 복수 개의 웨이퍼 보지 부재에서의 동일한 단(段)의 보지 홈 내에 웨이퍼(200)의 주연(周緣)이 각각 삽입되는 것에 의해, 복수 매(예컨대, 50 내지 150장 정도)의 웨이퍼(200)는 수평자세이면서 서로 웨이퍼의 중심을 맞춘 상태로 연직 방향으로 다단으로 적층 및 보지된다.
또한 보온통(210)이 보트(217)와 씰 캡(219) 사이에 설치된다. 보온통(210)은, 예컨대 석영(SiO2)이나 탄화규소(SiC) 등의 내열성 재료로 구성된다. 보온통(210)에 의해, 후술하는 히터 유닛(208)으로부터의 열이 매니폴드(206) 측에 전해지는 것이 억제된다.
보트(217)를 회전시키는 보트 회전 기구(237)가 씰 캡(219)의 하측[처리실(204)과 반대측]에 설치된다. 보트 회전 기구(237)의 보트 회전축은, 씰 캡(219)을 관통하여 보트(217)를 하방으로부터 지지한다. 보트 회전축을 회전시키는 것에 의해, 처리실(204) 내에서 웨이퍼(200)가 회전될 수 있다. 씰 캡(219)은 전술한 보트 엘리베이터(121)에 의해 연직 방향으로 승강되도록 구성되며, 이에 의해, 보트(217)를 처리실(204) 내외로 반송하는 것이 가능하다. 보트 회전 기구(237) 및 보트 엘리베이터(121)는 제어부(280)에 전기적(電氣的)으로 접속된다. 제어부(280)는 원하는 타이밍에 원하는 동작을 하도록 보트 회전 기구(237) 및 보트 엘리베이터(121)를 제어한다.
(히터 유닛)
반응관(222) 내를 전체에 걸쳐서 균일 또는 소정의 온도 분포에 가열하는 가열 기구로서의 히터 유닛(208)이 균열관(221)의 외부에 균열관(221)을 포위하도록 설치된다. 히터 유닛(208)은 기판 처리 장치(10)의 광체(101)에 지지되는 것에 의해 연직으로 설치되며, 예컨대 카본 히터 등의 저항 가열 히터에 의해 구성된다.
(온도 검출 장치)
온도 측정 소자인 열전대를 내장하여 보호하는 보호관(31)이, 균열관(221)과 반응관(222) 사이에 연직 방향으로 연재하도록 설치된다. 보호관(31)의 하단은, 보호관 홀더(36)에 의해 지지 및 고정된다. 보호관(31)은, 탄화 실리콘(SiC) 등의 내열성이 높은 재료에 의해, 원통 형상으로 형성되고, 그 길이는 대략 1,500mm이고 그 외경은 대략 8mm이며, 그 상단은 닫을 수 있고, 그 하단은 개구부를 포함한다. 그 개구부를 통하여, 열전대 소선을 수용한 절연관이 삽입된다. 이와 같이 하여, 열전대 소선이 부식성 가스에 노출되지 않도록 하면서, 절연관이나 열전대로부터 발생하는 오염 물질이 확산되지 않도록 구성된다. 절연관이나 열전대 소선에 대해서는 후술한다. 보호관 홀더(36)는 알루미나나 스텐레스 등에 의하여 형성되고, 보호관(31)을 지지하는 연직 부분과, 열전대 소선을 삽통하여 처리실(204) 외로 인도하는 수평 부분을 구비한다.
균열관(221)과 반응관(222) 사이의 공간은 대기가 유통하는 대기 분위기이며 처리실(204) 내와 기밀하게 격리되어, 처리 가스가 침입하지 않고, 균열관(221)과 반응관(222) 사이의 공간의 대기가 처리실(204) 내에 침입하지 않는 구조로 구성된다. 히터 유닛(208)과 열전대는, 제어부(280)에 전기적으로 접속된다. 처리실(204) 내의 온도가 원하는 타이밍에 원하는 온도 분포가 되도록, 상기 열전대에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여, 제어부(280)는 히터 유닛(208)으로의 통전량을 제어한다.
제1 실시 형태에서는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 열전대 소선(21)과 열전대 소선(22)의 상단이 열전대 소선 지지부(24)에서 지지된다. 도 3은, 본 발명의 제1 실시 형태에서 열전대의 지지 상태를 도시하는 도면이다. 열전대 소선 지지부(24)는, 열전대 소선(21, 22)을 통과시키기 위해서 후술하는 절연관(32)에 설치된 2개의 관통공 사이의 벽부(壁部)의 상단(32k)이다. 또한, 열팽창 시에도 열전대 소선의 하부가 구속되지 않은 자유 상태를 유지한다. 이들의 구성에 의해, 열팽창 시에, 열전대 소선(21)과 열전대 소선(22)이 자중에 의해 직선 형상을 유지할 수 있어서, 부분적으로 굴곡하는 것이나 구속력을 받는 것을 억제할 수 있다. 그 결과 열전대 소선(21, 22)과 절연관(32) 사이에 큰 마찰력이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 이들의 구성에 대해서는 이하에 자세히 설명한다.
도 4는, 본 발명의 제1 실시 형태에서 온도 검출 장치의 구조를 도시하는 도면이다. 도 4의 (a)는 반응관과 균열관 사이에 있는 열전대를 처리로의 중심으로부터 본 도면이다. 도 4의 (b)는 도 4의 (a)의 온도 검출 장치를 측면에서 본 수직 단면도이다. 도 5는, 도 4의 A-A부에서의 수평 단면도이다. 제1 실시 형태에서는, 도 4의 (a)에 도시하는 바와 같이, 보호관(31a), 보호관(3lb), 보호관(31c)의 3개의 열전대의 보호관이 존재한다. 각 보호관의 하단은 보호관 홀더(36)에 의해 지지된다. 상세하게는, 보호관 홀더(36)는, 기판 처리 장치(10)의 광체(101)에 부품을 개재하여 고정되고, 보호관(31)을 삽입 고정하여 보호관(31)이 연직 방향으로 직립(直立)하도록 보지한다.
또한 플러스측의 열전대 소선(21)과 마이너스측의 열전대 소선(22)을 수용하고 상기 열전대 소선(21, 22)을 서로 절연하기 위한 절연관(32)이, 각 보호관(31) 내에 1개씩 삽입된다. 도 4의 (a), (b)에 도시하는 바와 같이, 절연관(32)의 하단은 절연관 스토퍼(33)에 삽입되어 지지된다. 절연관 스토퍼(33)의 하단은 보호관 홀더(36)의 저부(底部)에 의해 지지된다. 절연관(32)과 절연관 스토퍼(33)의 재질은 예컨대 알루미나이며, 플러스측의 열전대 소선(21)과 마이너스측의 열전대 소선(22)의 재질은 예컨대 각각 백금 로듐 합금과 백금이다.
또한, 보호관(31a 내지 31c)을 보호관(31)이라고 총칭한다. 또한, 후술하는 열전대 소선(21a 내지 21e)을 열전대 소선(21), 열전대 소선(22a 내지 22e)을 열전대 소선(22), 열전대 접합부(23a 내지 23e)를 열전대 접합부(23), 절연관(32a 내지 32c)을 절연관(32), 절연관 스토퍼(33a 내지 33c)를 절연관 스토퍼(33), 캡(34a 내지 34c)을 캡(34)이라고 각각 총칭한다.
제1 실시 형태에서는, 처리로의 5개의 히터 존에 대하여, 각각 열전대를 배치한다. 제1 열전대는 처리로의 최상부의 히터(U존 히터)의 온도 검출용이며, 제2 열전대는 U존 히터의 바로 아래의 히터(CU존 히터)의 온도 검출용이며, 제3 열전대는 CU존 히터의 바로 아래의 히터(C존 히터)의 온도 검출용이며, 제4 열전대는 C존 히터의 바로 아래의 히터(CL존 히터)의 온도 검출용이며, 제5 열전대는 처리로의 최하부의 히터(L존 히터)의 온도 검출용이다.
제1 열전대를 구성하는 제1 온도 검출 장치는, 플러스측의 열전대 소선(21a)과 마이너스측의 열전대 소선(22a), 열전대 소선(21a, 22a)이 그들의 선단부에서 접합된 열전대 접합부(23a), 열전대 소선(21a, 22a)을 서로 절연하기 위한 절연관(32a), 절연관(32a)의 상단을 폐색하는 캡(34a), 절연관 스토퍼(33a), 보호관(31a), 및 보호관 홀더(36) 등으로 구성된다. 제2 열전대를 구성하는 제2 온도 검출 장치는, 플러스측의 열전대 소선(2lb)과 마이너스측의 열전대 소선(22b), 열전대 소선(2lb, 22b)이 그들의 선단부에서 접합된 열전대 접합부(23b), 열전대 소선(2lb, 22b)을 서로 절연하기 위한 절연관(32b), 절연관(32b)의 상단을 폐색하는 캡(34b), 절연관 스토퍼(33b), 보호관(3lb), 및 보호관 홀더(36) 등으로 구성된다. 제3 열전대를 구성하는 제3 온도 검출 장치는, 플러스측의 열전대 소선(21d)과 마이너스측의 열전대 소선(22d), 열전대 소선(21d, 22d)이 그들의 선단부에서 접합된 열전대 접합부(23d), 열전대 소선(21d, 22d)을 서로 절연하기 위한 절연관(32a), 절연관(32a)의 상단을 폐색하는 캡(34a), 절연관 스토퍼(33a), 보호관(31a), 및 보호관 홀더(36) 등으로 구성된다. 제4 열전대를 구성하는 제4 온도 검출 장치는, 플러스측의 열전대 소선(21e)과 마이너스측의 열전대 소선(22e), 열전대 소선(21e, 22e)이 그들의 선단부에서 접합된 열전대 접합부(23e), 열전대 소선(21e, 22e)을 서로 절연하기 위한 절연관(32b), 절연관(32b)의 상단을 폐색하는 캡(34b), 절연관 스토퍼(33b), 보호관(3lb), 및 보호관 홀더(36) 등으로 구성된다. 제5 열전대를 구성하는 제5 온도 검출 장치는, 플러스측의 열전대 소선(21c)과 마이너스측의 열전대 소선(22c), 열전대 소선(21c, 22c)이 그들의 선단부에서 접합된 열전대 접합부(23c), 열전대 소선(21c, 22c)을 서로 절연하기 위한 절연관(32c), 절연관(32c)의 상단을 폐색하는 캡(34c), 절연관 스토퍼(33c), 및 보호관(31c), 보호관 홀더(36) 등으로 구성된다.
도 4의 (a)를 참조하면, 제1 열전대용의 열전대 접합부(23a)는 절연관(32a)의 선단의 캡(34a)의 위치에 배치되고, 제2 열전대용의 열전대 접합부(23b)는 절연관(32b)의 선단의 캡(34b)의 위치에 배치되고, 제3 열전대용의 열전대 접합부(23d)는 절연관(32a)의 중간의 32am의 위치에 배치되고, 제4 열전대용의 열전대 접합부(23e)는 절연관(32b)의 중간의 32bm의 위치에 배치되고, 제5 열전대용의 열전대 접합부(23c)는 절연관(32c)의 선단의 캡(34c)의 위치에 배치된다.
도 4나 도 5에 도시하는 바와 같이, 절연관(32a)이 보호관(31a) 내에 삽입된다. 절연관(32b)이 보호관(3lb) 내에 삽입된다. 절연관(32c)이 보호관(31c) 내에 삽입된다. 보호관 홀더(36) 내에서, 절연관(32a)의 하단은 절연관 스토퍼(33a)에 의해 지지되고, 절연관(32b)의 하단은 절연관 스토퍼(33b)에 의해 지지되고, 절연관(32c)의 하단은 절연관 스토퍼(33c)에 의해 지지된다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 절연관(32a)은 단면이 원형이고, 그 단면에 4개의 구멍이 관통하며, 제1 열전대용의 열전대 소선(21a, 22a)과 제3 열전대용의 열전대 소선(21d, 22d)이 상기 4개의 구멍에 삽통하여 수용된다. 또한, 절연관(32b)은 단면이 원형이고, 그 단면에 4개의 구멍이 관통하며, 제2 열전대용의 열전대 소선(2lb, 22b)과 제4 열전대용의 열전대 소선(21e, 22e)이 상기 4개의 구멍에 삽통하여 수용된다. 또한, 절연관(32c)은 단면이 원형이고, 그 단면에 4개의 구멍이 관통하고 있으며, 제5 열전대용의 열전대 소선(21c, 22c)이 상기 4개의 구멍 중에 2개의 구멍에 삽통하여 수용되도록 된다.
도 4의 (a)의 A-A 단면도인 도 5에 도시하는 바와 같이, 제3 열전대는 절연관(32a) 내에서 전방[처리실(204)의 중심측]에 있고, 제1 열전대는 후방에 있다. 또한, 제4 열전대는 절연관(32b) 내에서 전방에 있고, 제2 열전대는 후방에 있다.
도 4의 (b)는, 보호관(31a)이나 보호관 홀더(36)의 측면도이며, 또한 제1 열전대 및 제3 열전대의 측면도이다. 도 4의 (c)는, 절연관(32a)의 상단에 있는 제1 열전대의 열전대 접합부(23a) 부근의 수직 단면 확대도이다. 도 4의 (d)는, 절연관(32a)의 상단과 하단의 중간에 있는 제3 열전대의 열전대 접합부(23d) 부근의 수직 단면 확대도이다. 도 4의 (c)에 도시하는 바와 같이, 열전대 소선(21a)과 열전대 소선(22a)[열전대 소선(22a)은 도시되지 않음]은, 절연관(32a)의 내부를 연직 방향으로 연재하고, 열전대 접합부((23a))가 그들의 상단에 설치된다. 열전대 접합부(23a)가 설치되어 있는 부분의 절연관(32a)은, 절연관(32a)의 외주부만이 남는 원통 형상이며, 열전대 접합부(23a)는, 열전대 소선(21a)용의 구멍과 열전대 소선(22a)용의 구멍의 경계에서의 절연관(32a)의 벽부의 상단(도 3의 32k에 상당)에 의해 지지된다.
또한, 도 4의 (d)에 도시하는 바와 같이, 열전대 소선(21d)과 열전대 소선(22d)[열전대 소선(22d)은 도시되지 않음]은, 절연관(32a)의 내부를 연직 방향으로 연재하고, 그들의 상단이며 절연관(32a)의 도중 부분에 열전대 접합부(23d)가 설치된다. 열전대 접합부(23d)가 설치되어 있는 부분의 절연관(32a)은, 절연관(32a)의 외주부의 일부 및 열전대 소선(21d)용의 구멍과 열전대 소선(22d)용의 구멍과의 경계부가 삭제된 형상이며, 열전대 접합부(23d)는, 열전대 소선(21d)용의 구멍과 열전대 소선(22d)용의 구멍과의 경계에서의 절연관(32a)의 벽부의 상단(도 3의 32k에 상당)에 의해 지지된다. 전술한 절연관(32a)의 외주부의 일부는, 처리실(204)의 중심측을 향한 부분이다.
도 4의 (b)에 도시하는 바와 같이, 열전대 소선(21a)과 열전대 소선(22a)의 타단(他端), 및 열전대 소선(21d)과 열전대 소선(22d)의 타단은, 중공(中空) 구조의 보호관 홀더(36) 내에서, 절연관(32a)의 하단으로부터 연직 방향으로 나와서 소선 보지부(35) 내를 수평 방향으로 삽통하여, 처리실(204) 외의 온도 제어부(도시되지 않음)에 접속된다. 각 열전대 소선은 보호관 홀더(36) 내에서 800℃정도까지의 내열 절연 튜브(예컨대, 세라믹 섬유나 유리 섬유 등으로 형성한 튜브)로 덮어져 있어, 서로 절연된다. 또한, 도 4의 (b)에서는, 열전대 소선(21d)만을 도시하고 있으나, 열전대 소선(22d, 21a, 22a)이나, 절연관(32b) 내의 열전대 소선(2lb, 22b, 21e, 22e)이나, 절연관(32c) 내의 열전대 소선(21c, 22c)에 대해서도, 열전대 소선(21d)과 마찬가지이므로, 이하, 열전대 소선(21d)에 대해서 설명한다.
열전대 소선(21d)은, 절연관(32a)의 하단으로부터 연직 하방으로 나온 후, 수평 방향으로 방향을 바꾸고, 소선 보지부(35)의 일단(一端)(35a)[처리실(204)의 중심측]으로부터 소선 보지부(35) 내로 들어가 있다. 상기 일단(35a)으로부터 보호관 홀더(36)의 저부까지의 치수는 예컨대 대략 10 내지 15mm이다. 열팽창 시에 열전대 소선(21d)이 보호관 홀더(36)에 구속되지 않기 위한 버퍼 영역(38)이, 보호관 홀더(36) 내에 형성된다. 열전대 소선(21d)이 보호관 홀더(36)에 구속되지 않는 상태란, 예컨대, 열팽창 시에 열전대 소선(21d)이 보호관 홀더(36)의 저부(底部)에 접촉하지 않거나 접촉하였다 하더라도 열전대 소선(21d)에 단선에 이를 것 같은 힘이 가해지지 않을 것 같은 상태다. 절연관 스토퍼(33)는, 절연관(32)의 저부를 버퍼 영역(38)보다 높은 위치, 즉, 소선 보지부(35)의 일단(35a)보다 높은 위치에서 지지한다. 이에 의해, 버퍼 영역을 넓게 하는 것이 보다 용이해진다. 절연관 스토퍼(33a)는, 내부가 연직 방향으로 관통되고, 그 관통공에 의해 절연관(32a) 하단으로부터의 열전대 소선(21d)을 버퍼 영역(38)으로 인도한다. 이에 의해, 열전대 소선이 연직 방향으로 직선 형상을 유지하는 것이 용이해지고, 절연관 스토퍼로부터 받는 구속력을 억제할 수 있다.
이와 같이, 열전대 소선(21d)이 들어가는 소선 보지부(35)의 위치(35a)와 열전대 소선(21d)이 나오는 절연관(32)의 하단의 위치를 보호관 홀더(36)의 저부로부터 약 10mm이상으로 하는 것, 즉 버퍼 영역(38)보다 높은 위치에서 지지하는 것에 의해, 열팽창 시에 열전대 소선(21d)이 보호관 홀더(36)의 저부에 접촉하여 단선에 이를 것 같은 힘으로 구속되는 것을 억제할 수 있다. 도 4의 (b)에서는, 버퍼 영역(38) 내에서, 열처리 전후의 대기 상태(500℃)에서의 열전대 소선(21d)을 실선으로, 열처리 중의 프로세스 상태(1,200℃)에서의 열전대 소선(21d)을 파선으로 도시한다.
또한, 열전대 소선(21d)은, 소선 보지부(35) 내에서 세라믹계 접착제 등에 의해 고정된다. 이는, 버퍼 영역(38) 내의 열전대 소선(21d)이, 처리실(204) 외로부터 인장(引張)되지 않도록 하기 위해서다.
이상 설명한 바와 같이, 열전대 접합부(23)는 절연관(32)의 상단 또는 도중 부분에서 지지되고, 절연관(32)은 절연관 스토퍼(33)에 의해 지지되고, 절연관 스토퍼(33)는 보호관 홀더(36)에 의해 지지된다. 즉, 열전대 소선(21, 22)의 상단은 절연관(32) 등에 의해 지지된다. 또한, 열전대 소선(21, 22)의 절연관(32)의 하단으로부터 나온 부분이, 버퍼 영역(38) 내에서 보호관 홀더(36)의 저부 등에 구속되지 않는 상태이다. 따라서, 열팽창 시에서, 열전대 소선(21, 22)이 자중에 의해 직선 형상을 유지할 수 있어서, 부분적으로 굴곡하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 열전대 소선(21, 22)과 절연관(32) 사이에 큰 마찰력이 발생하는 것을 억제할 수 있고, 열전대 소선(21, 22)의 단선을 억제할 수 있다. 또한, 절연관(32)의 선팽창 계수는 열전대 소선(21, 22)의 그것보다도 작은 것을 채용하고 있으며, 열팽창에 수반한 열전대 접합부(23)의 위치의 변화, 즉 온도 측정 위치의 변화를 종래보다 작게 할 수 있다. 예컨대, 절연관(32)의 선팽창 계수는 8.1×10-4/℃이며, 열전대 소선(21)의 선팽창 계수는 10.2×10-4/℃이며, 열전대 소선(22)의 선팽창 계수는 10.6×10-4/℃이다.
(가스 공급계)
가스 공급계에 대하여, 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 처리실(204) 내에 처리 가스를 공급하는 가스 노즐(224)이 반응관(222)의 측벽을 따라 설치되고, 노즐 개구부(224a)가 반응관(222)의 상부에 설치된다. 처리 가스 공급관(225)이 가스 노즐(224)에 접속된다. 처리 가스 공급 기구(226)가 처리 가스 공급관(225)에 접속된다. 처리 가스 공급 기구(226)는, 상류부터 순서대로, 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급원, 유량 제어 장치로서의 MFC(매스 플로우 콘트롤러), 및 개폐 밸브를 포함한다. 처리 가스 공급부는 주로 가스 노즐(224), 처리 가스 공급관(225), 처리 가스 공급 기구(226)로 구성된다. 처리 가스 공급 기구(226)의 MFC나 개폐 밸브는, 제어부(280)에 전기적으로 접속된다. 처리실(204) 내에 공급하는 가스의 종류가 원하는 타이밍에 원하는 가스종이 되도록, 또한 공급하는 가스의 유량이 원하는 타이밍에 원하는 유량이 되도록, 제어부(280)는 MFC 및 개폐 밸브를 제어한다.
(가스 배기계)
처리실(204) 내의 분위기를 배기하는 배기관(231)이 매니폴드(206)의 측벽의 일부에 접속된다. 상류부터 순서대로, 압력 검출기로서의 압력 센서(236), 압력 조정기로서의 APC(Auto Pressure Controller) 밸브(232)가 배기관(231)에 설치된다. 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(234)가 APC 밸브(232)의 하류에 배기관(233)을 개재하여, 접속된다. 반응관(222) 내로부터 가스를 배기하는 배기부는 주로 배기관(231), APC 밸브(232), 진공 펌프(234)로 구성된다. APC 밸브(232) 및 압력 센서(236)는, 제어부(280)에 전기적으로 접속된다. 처리실(204) 내의 압력이 원하는 타이밍에 원하는 압력이 되도록, 제어부(280)는 압력 센서(236)에 의해 검출된 압력값에 기초하여 APC 밸브(232)의 개도(開度)를 제어한다.
(컨트롤러)
제어부(280)는, 도시되지 않은 조작부나 입출력부를 구비하고, 기판 처리 장치(10)의 각 구성부와 전기적으로 접속되며, 기판 처리 장치(10)의 각 구성부를 제어한다. 제어부(280)는, 성막 등의 프로세스의 제어 시퀀스를 시간축으로 나타낸 레시피에 기초하는 온도 제어나 압력 제어, 유량 제어 및 기계 구동 제어를 지령한다.
(본 실시 형태에 따른 기판 처리 동작)
다음으로, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 동작을, IC의 제조 방법에서의 성막 공정을 예로 하여 설명한다. 기판 처리 동작은, 컨트롤러(280)에 의해 제어된다. 우선, 웨이퍼 차징 스텝에서, 웨이퍼(200)는 보트(217)에 장전(裝塡)된다. 복수 매의 웨이퍼(200)는, 보트(217)에 차징된 상태에서, 그 중심을 맞추어서 서로 평행 그리고 수평 및 다단으로 적재(積載) 및 정렬된다. 다음으로, 보트 로딩 스텝에서, 복수 매의 웨이퍼(200)를 적재 및 보지한 보트(217)는, 처리실(204)에 반입(보트 로딩)된다. 다음으로, 감압 스텝에서, 배기관(231)을 개재하여 진공 펌프(234)에 의해, 반응관(222)의 내부가 소정의 진공도로 감압되고, 승온 스텝에서, 온도 검출 장치에 의해 측정한 온도에 기초하여, 히터 유닛(208)에 의해 반응관(222)의 내부가 소정의 온도로 승온된다.
다음으로, 성막 스텝에서, 보트(217)가 회전되면서, 소정의 원료 가스가, 가스 노즐(224)에 공급되어 처리실(204)에 도입된다. 처리실(204)에 도입된 원료 가스는, 반응관(222) 내에 유출하고, 매니폴드(206)에 개설된 배기관(231)을 통하여 배기된다. 이와 같이 하여, 웨이퍼(200)의 표면에 접촉하면서 상하로 이웃이 되는 웨이퍼(200) 사이의 공간을 평행으로 흘러 가는 원료 가스에 의해, 웨이퍼(200)의 표면이 성막된다.
상기의 원하는 성막 처리가 이루진 후, 원료 가스의 공급이 정지되고, 처리실(204) 내가 불활성 가스에 의해 대기압에 복귀된 후에, 보트 언로딩 스텝에서, 씰 캡(219)이 하강되어 처리실(204)의 하단이 개구되고, 보트(217)에 보지된 상태로 처리 완료된 웨이퍼(200)군이 처리실(204)로부터 외부에 반출(보트 언로딩)된다.
제1 실시 형태에 의하면, 적어도 다음 (1) 내지 (7)의 효과를 얻을 수 있다. (1) 열전대 소선이 그 상부에서 지지되고, 열전대 소선의 하방에 버퍼 영역이 설치되고, 열전대 소선의 하부가 다른 부재, 예컨대 보호관 홀더의 저부 등에서 구속되지 않는 상태이므로, 열전대 소선이 자중에 의해 직선 형상을 유지할 수 있어서, 부분적으로 굴곡하는 것이 억제될 수 있고, 열전대 소선의 단선이 억제될 수 있다. (2) 열전대 소선을 수용하는 절연관의 하단의 높이와 열전대 소선의 일부를 고정하는 소선 보지부의 높이를, 보호관 홀더의 저부로부터 10mm이상의 높이로 하였으므로, 열전대 소선의 하방에 충분한 버퍼 영역이 용이하게 설치될 수 있다. (3) 열전대 소선을 수용하는 절연관의 하단을, 열전대 소선의 일부를 고정하는 소선 보지부보다 높은 위치에서 지지하도록 하였으므로, 버퍼 영역을 넓게 하는 것이 보다 용이해진다. (4) 절연관 스토퍼에 연직 방향의 관통공을 설치하고, 상기 관통공에 열전대 소선을 통과하도록 하였으므로, 열전대 소선이 연직 방향으로 직선 형상을 유지하는 것이 용이해지고, 절연관 스토퍼로부터 받는 구속력이 억제될 수 있다. (5) 열전대 소선을 소선 보지부 내에서 고정하고 있으므로, 버퍼 영역 내의 열전대 소선이 처리실 외로부터 인장력을 받는 것이 방지될 수 있다. (6) 열전대 소선을 수용하는 절연관의 하단을 절연관 스토퍼에 의해 지지하고, 절연관 스토퍼의 하단을 보호관 홀더의 저부에서 지지하도록 하였으므로, 열전대 소선을 절연관에 접착제로 접착하지 않아도 되며, 열전대 소선의 상부가 용이하게 지지될 수 있다. (7) 절연관을 단면이 원형이고, 4개의 구멍이 연직 방향으로 관통하도록 구성하고, 그 4개의 구멍에, 복수의 열전대용의 열전대 소선을 수용하고 있으므로, 보호관의 지름을 작게 할 수 있다.
(제2 실시 형태)
제2 실시 형태의 온도 검출 장치의 구성에 대하여, 도 6 내지 도 8을 참조하여 설명한다. 또한, 온도 검출 장치 이외의 구성이나 기판 처리 동작은, 제1 실시 형태와 같으므로 설명을 생략한다. 본 실시 형태에서는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 연직 방향(상하 방향)으로 연재하는 열전대의 열전대 소선 지지부(25), 즉 열전대 소선의 지지 위치(25)는 연직 방향에서의 열전대 소선(21, 22)의 대략 중간 위치에 설치된다. 도 6은, 제2 실시 형태에서의 열전대의 지지 상태를 도시하는 도면이다. 이 구성에 의해 열팽창 시에, 지지 위치(25)보다 하부에서는 열전대 소선(21, 22)의 자중에 의해, 그 자체의 직선성을 높이는 효과를 얻을 수 있고, 절연관과의 마찰력 증가가 억제될 수 있고, 경시 변화에 수반되는 소선 변형에 의한 인괘의 발생이 억제될 수 있다. 또한, 열전대 지지 위치(25)보다 상부에서는, 지지 위치(25)로부터 열전대 접합점(23)까지의 거리의 단축에 의해, 열전대 자체의 자중이 감소하고 절연관과의 마찰력이 감소하기 때문에, 마찬가지로 경시 변화에 수반되는 소선 변형에 의한 인괘의 발생을 억제하는 것이 가능해진다. 이들의 구성에 대해서는 이하에 자세히 설명한다.
도 7은, 제2 실시 형태에서 온도 검출 장치의 구조를 도시하는 도면이다. 도 7의 (a)는 반응관과 균열관 사이에 있는 열전대를 처리로의 중심으로부터 본 도면이다. 도 7의 (b)는 도 7의 (a)의 온도 검출 장치를 측면으로부터 본 수직 단면도이다. 제2 실시 형태에서는, 도 7의 (a)에 도시하는 바와 같이, 보호관(31a) 및 보호관(3lb)의 2개의 열전대의 보호관이 존재한다. 각 보호관의 하단은 보호관 홀더(36)에 의해 지지된다. 보호관 홀더(36)의 구조나 보호관 홀더(36)가 보호관을 지지하는 구조는, 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 설명을 생략한다.
플러스측의 열전대 소선(21)과 마이너스측의 열전대 소선(22)을 수용하고 상기 열전대 소선(21, 22)을 서로 절연하기 위한 절연관(32)이, 각 보호관(31) 내에 삽입된다. 절연관(32a)가 보호관(31a)에 삽입되고, 절연관(32b)과 절연관(32c)이 보호관(3lb)에 삽입된다. 도 7의 (a), (b)에 도시하는 바와 같이, 절연관(32a)의 하단은 절연관 스토퍼(33a)에 삽입 및 지지되며, 절연관(32b)과 절연관(32c)의 하단은 절연관 스토퍼(33b)에 삽입 및 지지된다. 절연관 스토퍼(33a, 33b)의 하단은 보호관 홀더(36)의 저부에 의해 지지된다. 절연관(32), 절연관 스토퍼(33) 및 열전대 소선(21, 22)의 재질은, 제1 실시 형태와 같다.
또한, 보호관(31a 내지 3lb)을 보호관(31)이라고 총칭한다. 또한, 후술하는 열전대 소선(21a 내지 21c)을 열전대 소선(21), 열전대 소선(22a 내지 22c)을 열전대 소선(22), 열전대 접합부(23a 내지 23c)를 열전대 접합부(23), 절연관(32a 내지 32c)을 절연관(32), 절연관 스토퍼(33a 내지 33b)를 절연관 스토퍼(33), 캡(34a 내지 34c)을 캡(34)이라고 총칭한다.
제2 실시 형태에서는, 처리로의 3개의 히터 존에 대하여, 각각 열전대가 배치된다. 제1 열전대는 처리로의 최상부의 히터(U존 히터)의 온도 검출용이며, 제2 열전대는 U존 히터의 바로 아래의 히터(C존 히터)의 온도 검출용이며, 제3 열전대는 C존 히터의 바로 아래의 히터(L존 히터)의 온도 검출용이다.
제1 열전대를 구성하는 제1 온도 검출 장치는, 플러스측의 열전대 소선(21a)과 마이너스측의 열전대 소선(22a), 열전대 소선(21a, 22a)이 그들의 선단부에서 접합된 열전대 접합부(23a), 열전대 소선(21a, 22a)을 서로 절연하기 위한 절연관(32a), 절연관(32a)의 상단을 폐색하는 캡(34a), 절연관 스토퍼(33a), 및 보호관(31a), 보호관 홀더(36) 등으로 구성된다. 제2 열전대를 구성하는 제2 온도 검출 장치는, 플러스측의 열전대 소선(2lb)과 마이너스측의 열전대 소선(22b), 열전대 소선(2lb, 22b)이 그들의 선단부에서 접합된 열전대 접합부(23b), 열전대 소선(2lb, 22b)을 서로 절연하기 위한 절연관(32b), 절연관(32b)의 상단을 폐색하는 캡(34b), 절연관 스토퍼(33b), 보호관(3lb), 및 보호관 홀더(36) 등으로 구성된다. 제3 열전대를 구성하는 제3 온도 검출 장치는, 플러스측의 열전대 소선(21c)과 마이너스측의 열전대 소선(22c), 열전대 소선(21c, 22c)이 그들의 선단부에서 접합된 열전대 접합부(23c), 열전대 소선(21c, 22c)을 서로 절연하기 위한 절연관(32c), 절연관(32c)의 상단을 폐색하는 캡(34c), 절연관 스토퍼(33b), 보호관(3lb), 및 보호관 홀더(36) 등으로 구성된다.
도 7의 (a)로 도시하면, 제1 열전대용의 열전대 접합부(23a)는 절연관(32a)의 선단의 캡(34a)의 위치에 배치되고, 제2 열전대용의 열전대 접합부(23b)는 절연관(32b)의 선단의 캡(34b)의 위치에 배치되고, 제3 열전대용의 열전대 접합부(23c)는 절연관(32c)의 선단의 캡(34c)의 위치에 배치된다.
도 13에 도시하는 종래예의 절연관과 마찬가지로, 절연관(32a)은 단면이 타원형이고, 그 단면에 2개의 구멍이 관통하며, 제1 열전대용의 열전대 소선(21a, 22a)이 그 2개의 구멍에 삽통하여 수용된다. 또한, 절연관(32b)도, 절연관(32a)과 같은 형상으로, 제2 열전대용의 열전대 소선(2lb, 22b)이 그 2개의 구멍에 삽통하여 수용된다. 또한, 절연관(32c)도, 절연관(32a)와 같은 형상으로, 제3 열전대용의 열전대 소선(21c, 22c)이 그 2개의 구멍에, 삽통하여 수용된다. 또한, 도 7의 (a)에 도시하는 바와 같이, 제3 열전대가 절연관(32b) 내에서 전방[처리실(204)의 중심측]에 있고, 제2 열전대가 후방에 있다.
도 7의 (b)는, 보호관(31a)이나 보호관 홀더(36)의 측면도이며, 또한 제1 열전대의 측면도이다. 도 7의 (c)는, 절연관(32a)의 상단과 하단의 중간 위치[도 7의 (b)의 열전대 소선 고정 위치(44)의 위치]의 수직 단면 확대도이다. 도 7의 (d)는, 절연관(32c)의 상단에 있는 제3 열전대의 열전대 접합부(23c) 부근의 수직 단면 확대도이다. 도 7의 (c)에 도시하는 바와 같이, 열전대 소선(21a, 22a)은, 절연관(32a)의 내부를 연직 방향으로 연재하며, 열전대 접합부(23a)가 그들의 상단에 설치된다. 절연관(32a)의 상단과 하단의 중간 위치에는, 열전대 소선(21a)을 절연관(32a)에 고정하여 지지하는 고정부(41)와, 열전대 소선(22a)을 절연관(32a)에 고정하여 지지하는 고정부(42)가 설치된다.
고정부(41)는, 도면을 향하여 우측면에서 절연관(32a)의 일부를 도려내어, 플러스선인 열전대 소선(21a)만을 폭로한 뒤, 시멘트 등의 고정제를 도려낸 부분에 주입하여 고정한 것이다. 빈틈없이 고정제를 주입하여 매립하는 것에 의해, 도려내는 것에 의해서 폭로된 열전대 소선(21a)이 절연관(32a)에 접착 고정되고, 또는 열전대 소선(21a)을 통하는 관통공이 좁아지는 것에 의한 마찰의 증가로, 열전대 소선(21a)은 고정부(41)로 의도적으로 고정되어서 이 부분에서 지지된다. 또한, 도 7의 (c)에 도시하는 바와 같이, 일단 폭로된 열전대 소선(21a)을 약간 구부리고 구부린 상태에서 고정함으로서, 열전대 소선(21a)의 고정을 더욱 강화시킬 수 있다.
고정부(42)는, 마이너스선인 열전대 소선(22a)에 대하여 같은 처리를 수행한 부분이다. 고정부(41, 42)의 크기는, 그 상하 방향이 예컨대 20 내지 30mm이고 도려낸 깊이가 절연관(32a)의 대략 중심부까지로 하여서, 열전대 소선(21, 22)을 고정 지지한다는 목적을 충분히 달성하도록 한다. 고정부(41)와 고정부(42)는, 상하 방향으로, 예컨대 50mm 정도의 거리를 차지하고 있지만, 이것은 도려내는 가공을 할 때에 절연관(32a)이 접히지 않도록 배려한 것이다.
도 7의 (a)에서, 고정부(41)나 고정부(42)의 위치를, 절연관(32a)의 중간부으로부터 다소 선단부의 열전대 접합부(23a) 측으로 옮긴 위치로 하고 있는 것은, 지지 위치로부터 하방의 열전대 소선은 열팽창 방향과 자중 방향이 동(同)방향인 것에 대해서, 지지 위치로부터 상방의 그것은 역방향이므로 종래 구성과 같은 문제가 발생하는 리스크를 수반하고 있기 때문에, 그 리스크를 억제하기 위해서이다.
또한, 도 7의 (d)에 도시하는 바와 같이, 열전대 소선(21c, 22c)은, 절연관(32c)의 내부를 연직 방향으로 연재하며, 열전대 접합부(23c)가 그들의 상단에 설치된다. 열전대 소선(21c, 22c)을 절연관(32c)에 고정하여 지지하는 고정부(43)가 절연관(32c)의 상단에 설치된다.
고정부(43)는, 절연관(32c)의 선단에 대하여, 도면을 향해서 안쪽 방향으로 슬릿 형상의 도려낸 부분을 설치한 뒤, 시멘트 등의 고정제를 주입하여 고정한 것이다. 극간(隙間)없이 고정제를 주입하여 매립하는 것에 의해, 도려낸 부분에 의해서 일단 폭로된 열전대 소선(21c, 22c)이 절연관(32c)에 접착 고정되고, 또는 열전대 소선(21c, 22c)을 통과시키는 관통공이 좁아지는 것에 의한 마찰의 증가로, 열전대 소선(21c, 22c)은 고정부(43)에서 의도적으로 고정되어서 이 부분에서 지지된다. 도 7의 (d)에 도시하는 바와 같이, 일단 폭로된 열전대 소선(21c, 22c)을 약간 구부리고 구부린 상태로 고정함으로서 고정을 더욱 강화시킬 수 있다. 고정부(43)의 상하 방향의 크기 및 깊이는 모두 예컨대 20 내지 30mm로 하여, 열전대 소선(21c, 22c)을 고정 지지한다는 목적을 충분히 달성하도록 한다.
도 7의 (b)에 도시하는 바와 같이, 열전대 소선(21a, 22a)의 타단은, 중공 구조의 보호관 홀더(36) 내에서, 절연관(32a)의 하단으로부터 연직 방향으로 나와서 소선 보지부(35) 내를 수평 방향으로 삽통하여, 처리실(204) 외의 온도 제어부(도시되지 않음)에 접속된다. 또한, 도 7의 (b)에서는, 열전대 소선(21a)만을 도시하고 있지만, 열전대 소선(22a, 2lb, 22b, 21c, 22c)에 대해서도, 열전대 소선(21a)과 같다.
열전대 소선(21a)은, 절연관(32a)의 하단으로부터 연직 하방으로 나온 후, 수평 방향으로 방향을 바꾸고, 소선 보지부(35)의 일단(35a)으로부터 소선 보지부(35) 내에 들어가 있다. 상기 일단(35a)으로부터 보호관 홀더(36)의 저부까지의 치수는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 예컨대 대략 10 내지 15mm이며, 열팽창 시에 열전대 소선(21d)이 보호관 홀더(36)에 구속되지 않기 위한 버퍼 영역(38)이, 보호관 홀더(36) 내에 형성된다. 절연관 스토퍼(33)는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 절연관(32)의 저부를 버퍼 영역(38)보다 높은 위치에서 지지하는 것으로, 그 내부가 연직 방향으로 관통되고 있고, 관통공에 의해 절연관(32a) 하단으로부터의 열전대 소선(21a)을 버퍼 영역(38)에 인도한다.
이와 같이, 열전대 소선(21a)이 들어가는 소선 보지부(35)의 위치와 절연관(32)의 하단의 위치를 버퍼 영역(38)보다 높은 위치에서 지지하는 것에 의해, 열팽창 시에 열전대 소선(21d)이 보호관 홀더(36)의 저부에 접촉하여 단선에 이를 것 같은 힘에 의해 구속되는 것을 억제할 수 있다. 도 7의 (b)에서는, 버퍼 영역(38) 내에서, 열처리 전후의 대기 상태(500℃)에서의 열전대 소선(21a)을 실선으로, 열처리 중의 프로세스 상태(1,200℃)에서의 열전대 소선(21a)을 파선으로 도시한다. 또한, 열전대 소선(21a)은, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 소선 보지부(35) 내에서 고정된다.
도 8은, 제2 실시 형태에서 제1 열전대의 팽창 수축 상태를 도시하는 도면이며, 도 8의 (a)는 열처리 전후의 대기 상태(500℃), 도 8의 (b)는 열처리 중의 프로세스 상태(1,200℃)를 나타낸다. 도 8의 (a)의 대기 상태로부터 도 8의 (b)의 열처리 상태로 되면, 열전대 소선(21a, 22a)과 절연관(32a)이 열팽창하고, 절연관(32a) 상단으로부터 열전대 소선이 돌출하여, 열전대 소선(21a, 22a)이 ΔL만큼 길어진다. 도 8의 (b)의 열처리 상태로부터 도 8의 (a)의 대기 상태로 되면, 열전대 소선(21a, 22a)이 열수축하고, ΔL만큼 짧아져서 원래의 길이에 돌아간다.
제2 실시 형태에서는, 절연관(32a)의 중간 위치(25)에서 열전대 소선(21a, 22a)을 지지하기 위하여, 지지 위치(25)로부터 상방의 열전대 접합부(23a)까지에서는, 열팽창 시는 절연관(32a) 상단으로부터의 열전대 소선(21a, 22a)의 돌출량 ΔL이 발생하지만, 그 양은 종래 구성과 비교하여 작기 때문에 열팽창·열수축의 반복에 의한 인괘가 발생하는 확률은 작아진다. 또한, 지지 위치(25)로부터 하방의 버퍼 영역까지에서는 열전대 소선(21a, 22a)의 자중에 의해 그 자체의 직선성을 높이는 효과를 얻을 수 있고, 절연관(32a)과의 마찰력 증가를 억제하는 것이 가능해진다.
이상 설명한 바와 같이, 열전대 접합부(23a)는 절연관(32a)의 상단과 하단의 중간 위치에서 지지되고, 절연관(32a)은 절연관 스토퍼(33a)에 의해 지지되고, 절연관 스토퍼(33a)는 보호관 홀더(36)에 의해 지지된다. 즉, 열전대 소선(21a, 22a)은 그 중간 위치가 절연관(32a) 등에 의해 지지된다. 또한, 열전대 소선(21a, 22a)은, 절연관(32a)의 하단으로부터 나온 부분이, 버퍼 영역(38) 내에서 보호관 홀더(36)의 저부 등에 구속되지 않는 상태로 된다. 따라서, 열팽창 시에서, 열전대 소선(21a, 22a)의 지지부의 하부에서는, 열전대 소선(21a, 22a)이 자중에 의해 직선 형상을 유지하여서, 부분적으로 굴곡하는 것을 억제할 수 있다. 열전대 소선(21a, 22a)의 지지부의 상부에서는, 절연관(32a) 상단으로부터의 열전대 소선(21a, 22a)의 돌출량 ΔL이 종래보다도 작아진다. 그 결과, 열전대 소선(21a, 22a)과 절연관(32a) 사이에 큰 마찰력이 발생하는 것을 억제할 수 있고, 열전대 소선(21a, 22a)의 단선을 억제할 수 있다. 또한, 절연관(32a)의 선팽창 계수는, 열전대 소선(21a, 22a)의 선팽창계수보다도 작은 것을 채용하고 있어, 열팽창에 수반되는 열전대 접합부(23a)의 위치, 즉 온도 측정 위치의 변화를 종래보다도 작게 할 수 있다.
제2 실시 형태에 의하면, 제1 실시 형태의 (1) 내지 (7)의 효과에 더하여, 적어도 다음 (8) 내지 (11)의 효과를 얻을 수 있다. (8) 열전대 소선을 그 연직 방향에서의 중간 위치에서 고정하여 지지하고, 열전대 소선의 하방에 버퍼 영역을 설치하고, 열전대 소선의 하부를 다른 부재, 예컨대 보호관 홀더의 저부 등에서 구속되지 않는 상태로 하여서, 상기 중간 위치의 하부의 열전대 소선이 자중에 의해 직선 형상이 유지될 수 있으며, 부분적으로 굴곡하는 것이 억제될 수 있고, 열전대 소선의 단선이 억제될할 수 있다. 또한, 상기 중간 위치의 상부의 열전대 소선이 자중에 의해 굴곡하는 것이 종래보다도 억제될 수 있다. (9) 열전대 소선을 절연관의 상부나 중간 위치에서 고정할 때에, 절연관의 일부를 도려내고, 그 도려낸 부분에 시멘트 등의 접착제를 주입하도록 하였으므로, 열전대 소선을 절연관에 고정하는 것이 용이해진다. (10) 열전대 소선을 절연관의 도려낸 부분에서 고정할 때에, 상기 도려낸 부분에 노출된 열전대 소선을 구부리고, 구부린 상태로 접착제를 주입하여 고정하도록 하였으므로, 열전대 소선이 절연관에 의해 확실히 고정될 수 있다. (11) 열전대 소선을 절연관에 고정하는 위치를, 절연관의 중간부로부터 선단측에 옮긴 위치로 하고 있으므로, 고정 위치로부터 상방의 열전대 소선이 굴곡하는 것이 더욱 억제될 수 있다.
(제3 실시 형태)
제3 실시 형태의 온도 검출 장치의 구성에 대하여, 도 9 내지 도 11을 참조하여 설명한다. 본 실시 형태에서는, 도 9에 도시하는 바와 같이, 연직 방향(상하 방향)으로 연재하는 열전대의 열전대 소선 지지부(26)를, 연직 방향에서의 열전대 소선(21, 22)의 상단에 설치하고, 그 지지 위치에서, 열전대 소선(21, 22)의 상단 및 열전대 접합부(23)를, 시멘트 등의 접착제에 의해 절연관에 고정하여 지지한다. 이 구성에 의해 열팽창 시에서, 열전대 소선(21, 22)의 자중에 의해, 그 자체의 직선성을 높이는 효과를 얻을 수 있고, 절연관과의 마찰력 증가가 억제될 수 있고, 경시 변화에 수반되는 소선 변형에 의한 인괘의 발생이 억제될 수 있다. 이들의 구성에 대해서는 이하에 자세히 설명한다.
제 3실시 형태의 기판 처리 장치가 제1 실시 형태와 다른 점은, 열전대 소선의 지지 방법뿐이다. 즉, 제1 실시 형태에서는, 열전대 소선의 상단을 절연관의 관통공 사이의 벽의 상단에서 지지하도록 하였지만, 제3 실시 형태에서는, 열전대 소선의 상단을 절연관에 접착제로 고정하여 지지한다. 그 이외의 점은, 온도 검출 장치 이외의 구성이나 기판 처리 동작도 포함해서, 제1 실시 형태와 같으므로, 적절히 설명을 생략한다.
도 10은, 제3 실시 형태에서 온도 검출 장치의 구조를 도시하는 도면이다. 도 10의 (a)는 반응관과 균열관 사이에 있는 열전대를 처리로의 중심으로부터 본 도면이다. 도 10의 (b)는 도 10의 (a)의 온도 검출 장치를 측면으로부터 본 수직 단면도이다. 도 11은,도 10 (a)의 A-A부에서의 수평 단면도이다. 또한, 제3 실시 형태에서도 제1 실시 형태와 마찬가지로, 보호관(31a 내지 31c)의 3개의 열전대의 보호관이 존재하며, 제1 열전대 내지 제5 열전대가 존재하지만, 도 10에서는, 설명을 간단명료하게 하기 위해서 보호관(31a)만을 도시하고, 보호관(31a)에 관련되는 사항에 대하여 설명한다.
플러스측의 열전대 소선(21)과 마이너스측의 열전대 소선(22)을 수용하고 상기 열전대 소선(21, 22)을 서로 절연하기 위한 절연관(32a)이 보호관(31a) 내에 삽입된다(도 11 참조). 도 10의 (a), (b)에 도시하는 바와 같이, 보호관(31a)의 하단은 보호관 홀더(36)에 의해 지지된다. 절연관(32a)의 하단은 절연관 스토퍼(33a)에 삽입 및 지지된다. 절연관 스토퍼(33a)의 하단은, 보호관 홀더(36)의 저부에 의해 지지된다.
제3 실시 형태에서도 제1 실시 형태와 마찬가지로, 처리로의 5개의 히터 존에 대하여, 제1 열전대 내지 제5 열전대를 배치한다. 보호관(31a) 내에는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 제1 열전대와 제3 열전대를 배치한다. 제1 열전대를 구성하는 제1 온도 검출 장치는, 플러스측의 열전대 소선(21a)과 마이너스측의 열전대 소선(22a), 열전대 소선(21a, 22a)이 그들의 선단부에서 접합된 열전대 접합부(23a), 열전대 소선(21a, 22a)을 서로 절연하기 위한 절연관(32a), 절연관(32a)의 상단을 폐색하는 캡(34a), 절연관 스토퍼(33a), 보호관(31a), 및 보호관 홀더(36) 등으로 구성된다. 제3 열전대를 구성하는 제3 온도 검출 장치는, 플러스측의 열전대 소선(21d)과 마이너스측의 열전대 소선(22d), 열전대 소선(21d, 22d)이 그들의 선단부에서 접합된 열전대 접합부(23d), 열전대 소선(21d, 22d)을 서로 절연하기 위한 절연관(32a), 절연관(32a)의 상단을 폐색하는 캡(34a), 절연관 스토퍼(33a), 보호관(31a), 및 보호관 홀더(36) 등으로 구성된다.
도 10의 (a)를 참조하면, 제1 열전대용의 열전대 접합부(23a)는 절연관(32a)의 선단의 캡(34a)의 위치에 배치되고, 제3 열전대용의 열전대 접합부(23d)는 절연관(32a)의 중간 위치에 배치된다. 도 10의 (a)의 A-A 단면도인 도 11에 도시하는 바와 같이, 제1 실시 형태의 절연관과 마찬가지로, 절연관(32a)은, 단면이 원형이고, 그 단면에 4개의 구멍이 관통하고 있으며, 제1 열전대용의 열전대 소선(21a, 22a)과 제3 열전대용의 열전대 소선(21d, 22d)이 그 4개의 구멍에 삽통하여 수용되도록 된다. 제1 열전대가 절연관(32a) 내에서 전방[처리실(204)의 중심측]에 있고, 제3 열전대가 후방에 있다.
도 10의 (b)는, 보호관(31a)이나 보호관 홀더(36)의 측면도이며, 또한 제1 열전대 및 제3 열전대의 측면도이다. 도10의 (c)는, 절연관(32a)의 상단에 있는 제1 열전대의 열전대 접합부(23a) 부근의 수직 단면확대도이다. 도 10의 (c)는, 해당 부분을 확대하여 상기 도면의 정면으로부터 본 도 10의 (h), 도 10의 (h) 부분을 위로부터 본 도 10의 (f), 도 10의 (h)부분을 왼쪽으로부터 본 도 10의 (g)를 포함한다.
도 10의 (c)에 도시하는 바와 같이, 도면을 향해서 안쪽 방향으로 슬릿 형상의 결부(抉部)(51)가 설치된다. 열전대 접합부(23a)가, 절연관(32a)의 내부를 연직 방향으로 연재하는 열전대 소선(21a)과 열전대 소선(22a)의 상단에 설치되고, 결부(51)에 배치된다. 결부(51)에 시멘트 등의 고정제가 주입된다. 열전대 소선(21a)과 열전대 소선(22a) 및 열전대 접합부(23a)는 결부(51)에서 절연관(32a)에 고정되고 지지된다. 극간없이 고정제를 주입하여 매립함으로서, 도려내서 폭로된 열전대 소선(21a, 22a)이 절연관(32a)에 접착 고정되고, 또는 열전대 소선(21a, 22a)을 통과시키는 관통공이 좁아지는 것에 의한 마찰의 증가에 의해서 열전대 소선(21a, 22a)은 결부(51)에서 의도적으로 고정되어 이 부분에서 지지된다.
도 10의 (d)는, 절연관(32a)의 상단과 하단의 중간에 있는 제3 열전대의 열전대 접합부(23d) 부근의 수직 단면확대도이다. 도 10의 (d)는, 해당 부분을 확대하여 도면의 정면으로부터 본 도 10의 (m), 도 10의 (m) 부분을 오른쪽으로부터 본 도 10의 (n)을 포함한다. 도 10의 (d)에 도시하는 바와 같이, 열전대 접합부(23d)는, 절연관(32a)의 내부를 연직 방향으로 연재하는 열전대 소선(21d)과 열전대 소선(22d)의 상단에 설치된다. 열전대 접합부(23d)가 설치되어 있는 부분의 절연관(32a)은, 절연관(32a)의 외주부의 일부를 남기고 도려내지고 있다. 열전대 소선(21d)과 열전대 소선(22d) 및 열전대 접합부(23d)는, 상기 결부(52)에서 시멘트 등의 접착제에 의해 고정되고 지지된다.
결부(51, 52)의 크기는, 그 상하 방향은 예컨대 20 내지 30mm이고, 결부(52)의 도려낸 깊이는 절연관(32a)의 대략 중심부까지로 하고 있어서, 열전대 소선(21, 22)을 고정 지지한다는 목적을 충분히 달성하도록 설정된다.
도 10의 (b)에 도시하는 바와 같이, 열전대 소선(21a, 22a)의 타단은, 중공 구조의 보호관 홀더(36) 내에서, 절연관(32a)의 하단으로부터 연직 방향으로 나와서 소선 보지부(35) 내를 수평 방향으로 삽통하고, 처리실(204) 외의 온도 제어부(도시되지 않음)에 접속된다. 열전대 소선(21a)은, 절연관(32a)의 하단으로부터 연직 하방으로 나온 후, 수평 방향으로 방향을 바꾸고, 소선 보지부(35)의 일단(35a)으로부터 소선 보지부(35) 내에 들어가 있다. 상기 일단(35a)으로부터 보호관 홀더(36)의 저부까지의 치수는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 예컨대 대략 10 내지 15mm이며, 열팽창 시에 열전대 소선(21a)이 보호관 홀더(36)에 구속되지 않기 위한 버퍼 영역(38)이, 보호관 홀더(36) 내에 형성된다. 절연관 스토퍼(33)는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 절연관(32)의 저부를 버퍼 영역(38)보다 높은 위치에서 지지하는 것으로, 그 내부가 연직 방향에 관통되고 있으며, 그 관통공에 의해 절연관(32a) 하단으로부터의 열전대 소선(21a)을 버퍼 영역(38)에 인도하도록 된다.
이와 같이, 열전대 소선(21a)이 들어가는 소선 보지부(35)의 위치와 절연관(32)의 하단의 위치를, 버퍼 영역(38)보다 높은 위치에서 지지하는 것에 의해, 열팽창 시에 열전대 소선(21a)이 보호관 홀더(36)의 저부에 접촉하여 단선에 이를 것 같은 힘으로 구속되는 것이 억제될 수 있다. 도 10의 (b)에서는, 버퍼 영역(38) 내에서, 열처리 전후의 대기 상태(500℃)에서의 열전대 소선(21a)을 실선으로, 열처리 중의 프로세스 상태(1200℃)에서의 열전대 소선(21a)을 파선으로 도시한다. 또한, 열전대 소선(21a)은, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 소선 보지부(35) 내에서 고정된다.
제3 실시 형태에서는, 열전대 소선 접합부(23)나 열전대 소선(21, 22)의 상단이 절연관(32)에서 고정되고 지지되기 때문에, 열전대 소선 지지부(26)로부터 하방의 버퍼 영역까지에서는 열전대 소선(21, 22)의 자중에 의하여 그 자체의 직선성을 높이는 효과를 얻을 수 있고, 절연관(32a)과의 마찰력 증가를 억제하는 것이 가능해진다.
이상 설명한 바와 같이, 열전대 접합부(23)는 절연관(32)의 상단 또는 도중 부분에서 지지되고, 절연관(32)은 절연관 스토퍼(33)에 의해 지지되고, 절연관 스토퍼(33)는 보호관 홀더(36)에 의해 지지된다. 즉, 열전대 소선(21, 22)은, 그 상단을 절연관(32)에 고정되고 지지된다. 또한, 열전대 소선(21, 22)은, 절연관(32)의 하단으로부터 나온 부분이, 버퍼 영역(38) 내에서 보호관 홀더(36)의 저부 등에 구속되지 않는 상태로 된다. 따라서, 제1 실시 형태와 같은 효과를 얻을 수 있고, 열전대 소선(21, 22)의 단선이 억제될 수 있다.
제3 실시 형태에 의하면, 제1 실시 형태의 (1) 내지 (7)의 효과에 더하여, 적어도 다음 (12)의 효과를 얻을 수 있다. (12) 열전대 소선을 절연관의 상부나 중간 위치에서 고정할 시에, 절연관의 일부를 도려내고, 그 도려낸 부분에 시멘트 등의 접착제를 주입하도록 하였으므로, 열전대 소선을 절연관에 고정하는 것이 용이해진다.
(제 4실시 형태)
제4 실시 형태의 온도 검출 장치의 구성에 대하여, 도 18 내지 도 21을 참조하여 설명한다. 도 18은, 본 발명의 제4 실시 형태에서 열전대의 지지 상태를 도시하는 도면이다. 제4 실시 형태의 온도 검출 장치가 제3 실시 형태(도 10)와 다른 것은, 열전대 소선의 지지 구조뿐이며, 다른 구성은 제3 실시 형태와 같다. 제4 실시 형태에서는, 도 18에 도시하는 바와 같이, 열전대 접합부(23)의 대략 바로 아래[直下]에서, 열전대 소선(21)과 열전대 소선(22)은 외측에 팽창하도록 구부려져서, 수평 방향 외측에 팽창하는 팽창부A와 팽창부B가 열전대 소선(21)과 열전대 소선(22)에 각각 형성된다. 팽창부A와 팽창부B에 의해 형성되는 소선 폭은, 열전대 소선(21)과 열전대 소선(22)이 삽통되어 있는 2개의 관통공에 의하여 형성되는 구멍 폭보다도 크도록 구성된다. 여기서, 소선 폭이란, 열전대 접합부(23)에서 접합되는 2개의 열전대 소선의 팽창부A와 팽창부B의 외연이, 절연관(32)의 상단보다도 상방에서 이루는 최대 거리, 즉, 절연관(32)의 상단면과 열전대 접합부(23) 사이에서의 2개의 열전대 소선의 외연을 수평 방향으로 연결한 직선 중 가장 긴 직선의 거리다. 구멍 폭이란, 열전대 소선(21)과 열전대 소선(22)이 삽통되어 있는 2개의 관통공을 포함하는 타원의 장경이며, 상기 2개의 관통공의 외연(도 18의 예에서는 원주)을 연결한 직선 중 가장 긴 직선의 거리, 상세하게는 절연관(32)의 상단에서 상기 2개의 관통공의 수평 단면이 형성하는 2개의 원의 원주를 수평 방향으로 연결한 직선 중 가장 긴 직선의 거리다.
이와 같이, 열전대 접합부(23)의 근방에서 소선 폭이 구멍 폭보다도 크기 때문에, 열전대 소선(21)과 열전대 소선(22)의 외연이, 절연관(32)의 상단에서 2개의 관통공의 원주 부분에 인괘된다. 즉 절연관(32)의 상단면에 의해 지지된다. 예컨대 전술한 제1 실시 형태에서는, 소선 폭이 구멍 폭보다도 크게 되도록 구성되어 있지 않으므로, 열전대 접합부(23)가 절연관(32)에 의해 지지된 상태에서, 열전대 소선(21)과 열전대 소선(22)의 중력에 의해, 열전대 접합부(23)에 대하여 외측 방향의 힘이 발생한다. 이 때문에, 열전대 소선(21)과 열전대 소선(22)이 접합하고 있는 열전대 접합부(23)가 손상되지 않도록, 열전대 접합부(23)의 크기를 크게 하는 등, 강도를 올릴 필요가 있다. 이에 대하여, 제4 실시 형태에서는, 소선 폭이 구멍 폭보다도 큰 구성으로 하였으므로, 열전대 소선(21)과 열전대 소선(22)이 절연관(32)의 상단면에 의해 지지된 상태에서, 열전대 소선(21)과 열전대 소선(22)의 중력은, 절연관(32)의 상단면에서 지지되어, 열전대 접합부(23)에 걸리는 힘을 제1 실시 형태보다도 저감할 수 있다. 또한, 기판 처리 장치 제작 시의 열전대의 조립 시에서, 실수로 열전대 소선이 하측에 인장되어도, 열전대 접합부의 손상을 억제할 수 있다. 또한, 기판 처리 장치 운반 시에서 진동에 의해, 열전대 소선에 대하여 하측에 힘이 걸려도, 열전대 접합부의 손상을 억제할 수 있다.
전술한 바와 같이, 제4 실시 형태의 기판 처리 장치가 제3 실시 형태의 그것과 다른 점은, 열전대 소선의 지지 구조뿐이며, 그 이외의 점은, 온도 검출 장치이외의 구성이나 기판 처리 동작도 포함해서, 제3 실시 형태와 같으므로, 적절히 설명을 생략한다. 도 19는 제4 실시 형태에서 온도 검출 장치의 구조의 일 예를 나타내는 도면이다. 도 19의 (a)는 반응관과 균열관 사이에 있는 열전대를, 처리로의 중심으로부터 본 도면이다. 도 19의 (b)는 도 19 (a)의 온도 검출 장치를 측면으로부터 본 수직 단면도이다. 도 20은 도 19의 (a)의 A-A부에서의 수평 단면도이다. 또한, 제4 실시 형태에서도 제3 실시 형태와 마찬가지로, 보호관(31a 내지 31c)의 3개의 열전대의 보호관이 존재하며, 제1 열전대 내지 제5 열전대가 존재하지만, 도 19에서는, 설명을 간단명료하게 하기 위해서 보호관(31a)만을 도시하고, 보호관(31a)에 관련된 사항에 대하여 설명한다.
플러스측의 열전대 소선(21)과 마이너스측의 열전대 소선(22)을 수용하고 상기 열전대 소선(21, 22)을 서로 절연하기 위한 절연관(32a)이, 보호관(31a) 내에 삽입된다(도 20 참조). 도 19의 (a), (b)에 도시하는 바와 같이, 보호관(31a)의 하단은 보호관 홀더(36)에 의해 지지된다. 절연관(32a)의 하단은 절연관 스토퍼(33a)에 삽입되고 지지된다. 절연관 스토퍼(33a)의 하단은, 보호관 홀더(36)의 저부에 의해 지지된다.
제4 실시 형태에서도 제3 실시 형태와 마찬가지로, 제1 열전대와 제3 열전대가 보호관(31a) 내에 배치된다. 제1 열전대를 구성하는 제1 온도 검출 장치는, 플러스측의 열전대 소선(21a)과 마이너스측의 열전대 소선(22a), 열전대 소선(21a, 22a)이 그들의 선단부에서 접합된 열전대 접합부(23a), 열전대 소선(21a, 22a)을 서로 절연하기 위한 절연관(32a), 절연관(32a)의 상단을 폐색하는 캡(34a), 열전대 접합부(23d) 근방에서 절연관(32a)의 외주를 피복하는 커버(37), 절연관 스토퍼(33a), 보호관(31a), 및 보호관 홀더(36) 등으로 구성된다. 제3 열전대를 구성하는 제3 온도 검출 장치는, 플러스측의 열전대 소선(21d)과 마이너스측의 열전대 소선(22d), 열전대 소선(21d, 22d)이 그들의 선단부에서 접합된 열전대 접합부(23d), 열전대 소선(21d, 22d)을 서로 절연하기 위한 절연관(32a), 절연관(32a)의 상단을 폐색하는 캡(34a), 열전대 접합부(23d) 근방에서 절연관(32a)의 외주를 피복하는 커버(37), 절연관 스토퍼(33a), 보호관(31a), 및 보호관 홀더(36) 등으로 구성된다.
도 19의 (a)를 참조하면, 제1 열전대용의 열전대 접합부(23a)는 절연관(32a)의 선단의 캡(34a)의 위치에 배치되고, 제3 열전대용의 열전대 접합부(23d)는 절연관(32a)의 중간 위치의 커버(37)의 위치에 배치된다. 도 19의 (a)의 A-A 단면도인 도 20에 도시하는 바와 같이, 제3 실시 형태의 절연관과 마찬가지로, 절연관(32a)은, 단면이 원형이고, 그 단면에 4개의 구멍이 관통하고 있으며, 제1 열전대용의 열전대 소선(21a, 22a)과 제3 열전대용의 열전대 소선(21d, 22d)이 그 4개의 구멍에 삽통하여 수용되도록 된다. 제1 열전대가 절연관(32a) 내에서 전방[처리실(204)의 중심측]에 있고, 제3 열전대가 후방에 있다.
도 19의 (b)는 보호관(31a)이나 보호관 홀더(36)의 측면도이며, 또한 제1 열전대 및 제3 열전대의 측면도이다. 도 19의 (c)는 절연관(32a)의 상단에 있는 제1 열전대의 열전대 접합부(23a) 부근의 수직 단면확대도이다. 도 19의 (d)는 도 19의 (c) 부분을 위로부터 본 도면이다. 도 19의 (c)에 도시하는 바와 같이, 열전대 접합부(23a)가, 절연관(32a)의 내부를 연직 방향으로 연재하는 열전대 소선(21a)과 열전대 소선(22a)의 상단에 설치되고, 절연관(32a)의 상단면과 열전대 접합부(23a) 사이에서의 2개의 열전대 소선(21a)과 열전대 소선(22a)은 각각 수평 방향 외측으로 팽창부를 형성한다. 도 18에서 설명한 바와 같이, 이들의 팽창부에 의해 형성되는 소선 폭은, 열전대 소선(21a)과 열전대 소선(22a)이 삽통되어 있는 2개의 관통공에 의해 형성되는 구멍 폭보다도 크도록 구성된다. 따라서, 열전대 소선(21a)과 열전대 소선(22a)은, 절연관(32a)의 상단에서 지지된다.
도 19의 (e)는 절연관(32a)의 상단과 하단의 중간에 있는 제3 열전대의 열전대 접합부(23d) 부근의 수직 단면확대도이다. 도 19의 (f)는 도 19의 (e)의 측면도이다. 도 19의 (e)에 도시하는 바와 같이, 열전대 접합부(23d)는 절연관(32a)의 내부를 연직 방향으로 연재하는 열전대 소선(21d)과 열전대 소선(22d)의 상단에 설치된다. 열전대 접합부(23d)가 설치되어 있는 부분의 절연관(32a)은, 절연관(32a)의 외주부의 일부를 남기고 도려내지고 있다. 상기 결부(52)에서, 열전대 소선(21d)과 열전대 소선(22d)은, 각각 수평 방향 외측에 팽창부를 형성한다. 도 18로 설명한 바와 같이, 이들의 팽창부에 의해 형성되는 소선 폭은, 열전대 소선(21d)과 열전대 소선(22d)이 삽통되어 있는 2개의 관통공에 의해 형성되는 구멍 폭보다도 크도록 구성된다. 따라서, 열전대 소선(21d)과 열전대 소선(22d)은, 절연관(32a)의 결부(52)의 하단에서 지지된다.
결부(52)의 크기는, 그 상하 방향은 예컨대 10 내지 30mm로 하고, 결부(52)의 파여진 깊이는 절연관(32a)의 대략 중심부까지로 하여서, 열전대 소선(21d, 22d)을 지지한다는 목적을 충분히 달성하도록 한다. 결부(52) 내의 열전대 접합부(23d)나 열전대 소선(21d)이나 열전대 소선(22d)을 보호하기 위한 원통형의 커버(37)가, 결부(52)의 외측에 절연관(32a)의 외주를 둘러싸도록 고정해서 설치된다. 커버(37)의 재질은, 캡(34)과 마찬가지로, 예컨대 알루미나이다. 또한, 도 19의 (b)에 도시하는 바와 같이, 열전대 소선(21, 22)의 타단은, 중공 구조의 보호관 홀더(36) 내에 있지만, 보호관 홀더(36) 내에서의 구성이나 작용은, 제3 실시 형태와 같다.
제4 실시 형태의 온도 검출 장치의 다른 구성예에 대하여, 도 21을 참조하여 설명한다. 도 21은 제4 실시 형태에서 온도 검출 장치의 다른 구성예의 구조를 도시하는 도면이다. 도 21의 (a)는 반응관과 균열관 사이에 있는 열전대를, 처리로의 중심으로부터 본 도면이다. 도 21의 (b)는 도 21 (a)의 온도 검출 장치를 측면으로부터 본 수직 단면도이다. 이 구성예는 제2 실시 형태의 온도 검출 장치(도 7)에서 열전대 소선의 지지 구조만을 변경한 것이며, 다른 구성은 제2실시 형태와 같다.
본 구성예에서, 제2 실시 형태와 마찬가지로, 도 21의 (a)에 도시하는 바와 같이, 보호관(31a) 및 보호관(3lb)의 2개의 열전대의 보호관이 존재한다. 각 보호관의 하단은 보호관 홀더(36)에 의해 지지된다. 보호관 홀더(36) 내의 구조는 제2 실시 형태와 같으므로, 설명을 생략한다. 플러스측의 열전대 소선(21)과 마이너스측의 열전대 소선(22)을 수용하고 상기 열전대 소선(21, 22)을 서로 절연하기 위한 절연관(32)이, 각 보호관(31) 내에 삽입된다. 절연관(32a)이 보호관(31a)에 삽입되고, 절연관(32b)과 절연관(32c)이 보호관(3lb)에 삽입된다.
본 구성예에서는, 제2 실시 형태와 마찬가지로, 처리로의 3개의 히터 존에 대하여, 각각 열전대를 배치한다. 제1 열전대는 처리로의 최상부의 히터(U존 히터)의 온도 검출용이며, 제2 열전대는 U존 히터의 바로 아래의 히터(C존 히터)의 온도 검출용이며, 제3 열전대는 C존 히터의 바로 아래의 히터(L존 히터)의 온도 검출용이다. 각 열전대를 구성하는 각 온도 검출 장치의 구성은, 제2 실시 형태와 마찬가지이며, 예컨대, 제1 열전대를 구성하는 제1 온도 검출 장치는, 플러스측의 열전대 소선(21a)과 마이너스측의 열전대 소선(22a), 열전대 소선(21a, 22a)이 그들의 선단부에서 접합된 열전대 접합부(23a), 열전대 소선(21a, 22a)을 서로 절연하기 위한 절연관(32a), 절연관(32a)의 상단을 폐색하는 캡(34a), 절연관 스토퍼(33a), 보호관(31a), 및 보호관 홀더(36) 등으로 구성된다.
도 21의 (a)로 도시하면, 제1 열전대용의 열전대 접합부(23a)는, 절연관(32a)의 선단의 캡(34a)의 위치에 배치된다. 도 13에 도시하는 종래예의 절연관과 마찬가지로, 절연관(32a)은, 단면이 타원형이고, 그 단면에 2개의 구멍이 관통하며, 제1 열전대용의 열전대 소선(21a, 22a)이 그 2개의 구멍에 삽통하여 수용된다. 절연관(32b)나 절연관(32c)도, 절연관(32a)과 같은 형상이다.
도 21의 (c)는, 절연관(32a)의 상단에 있는 제1 열전대의 열전대 접합부(23a) 부근의 수직 단면확대도이다. 도 21의 (c)에 도시하는 바와 같이, 열전대 소선(21a, 22a)은, 절연관(32a)의 내부를 연직 방향으로 연재하며, 열전대 접합부(23a)가 그들의 상단에 설치된다. 수평 방향 외측으로 팽창하는 팽창부가 열전대 접합부(23a)와 절연관(32a)의 상단면 사이의 열전대 소선(21a, 22a)에 설치된다. 이들의 팽창부에 의해 형성되는 소선 폭은, 열전대 소선(21a, 22a)이 삽통되어 있는 2개의 관통공에 의해 형성되는 구멍 폭보다도 크도록 구성된다. 따라서, 열전대 소선(21a, 22a)을 절연관(32a)의 상단에서 지지할 수 있고, 열전대 접합부(23a)에 걸리는 힘을 저감할 수 있다.
제4 실시 형태에 의하면, 제1 실시 형태의 (1) 내지 내지 )의 효과에 더해서, 적어도 다음 (13)의 효과를 얻을 수 있다. (13) 열전대 접합부와 절연관의 상단면 사이의 열전대 소선에 수평 방향 외측으로 팽창하는 팽창부를 형성하고, 이들의 팽창부에 의해 형성되는 소선 폭은, 열전대 소선(21)과 열전대 소선(22)이 삽통되어 있는 2개의 관통공에 의해 형성되는 구멍 폭보다도 크도록 구성하였으므로, 열전대 소선을 절연관의 상단에서 지지할 수 있고, 열전대 접합부에 걸리는 힘을 저감할 수 있다.
또한, 본 발명은 전술한 각 실시 형태에 한정되지 않고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변경이 가능한 것은 말할 것도 없다. 전술한 제1 실시 형태에서는, 열전대 소선의 상단이 절연관의 관통공 사이의 벽의 상단에서 지지되었으나, 제3 실시 형태와 같이, 열전대 소선의 상단이 절연관에 접착제로 고정되어 지지되어도 좋다. 또한, 전술한 제1 실시 형태나 제3 실시 형태에서는 절연관의 관통공을 4개로 하고, 제2 실시 형태에서는 절연관의 관통공을 2개로 하였으나, 다른 갯수로 할 수도 있다. 예컨대, 절연관의 관통공을 1개로 하여, 플러스측의 열전대 소선 또는 마이너스측의 열전대 소선을 통과하게 할 수도 있다. 이 경우는, 1개의 열전대에 플러스선용과 마이너스선용의 2개의 절연관이 필요하다.
또한, 전술한 제4 실시 형태에서는, 열전대 소선의 팽창부를 완만하게 구부리도록 형성하였으나, 이에 한정되지 않고, 예컨대, 직각으로 구부려서 형성하는 것도 가능하다. 또한, 전술한 제4 실시 형태에서는, 열전대 소선에 팽창부를 형성하고, 이 팽창부에 의해 열전대 소선을 절연관의 상단에서 지지하였으나, 열전대 접합부와 절연관의 상단면 사이의 열전대 소선에, 열전대 소선(21)과 열전대 소선(22)이 삽통되어 있는 2개의 관통공에 의해 형성되는 구멍 폭보다도 수평 방향으로 긴 피(被)지지체를 설치하도록 구성하는 것도 가능하다. 피지지체는, 예컨대 알루미나제(製)의 봉(棒) 형상 물체를 열전대 소선(21)과 열전대 소선(22)에 접착제에 의해 접착하는 것에 의해 구성될 수 있다. 이와 같은 구성도, 열전대 소선에 팽창부를 형성한 구성과 마찬가지로, 열전대 접합부에 걸리는 힘을 저감할 수 있다. 또한, 열전대 소선에 팽창부를 형성하는 것이 아니고, 2개의 관통공의 외연을 연결한 최소 길이보다도, 2개의 열전대 소선 간의 간격을 작게 하여서, 열전대 소선을 절연관의 상단면에서 지지하는 것도 가능하다. 또한, 2개의 열전대 소선을 비틀거나 또는 꼬임을 주는 것에 의해, 열전대 소선을 절연관의 상단면에서 지지하는 것도 가능하다. 이 경우, 2개의 열전대 소선이 전기적으로 쇼트되지 않도록, 2개의 열전대 소선 간을 절연한다.
또한, 전술한 실시 형태에서는, 웨이퍼에 처리가 수행될 경우에 대해서 설명하였지만, 처리 대상은 웨이퍼 이외의 기판이여도 좋으며, 핫 마스크나 프린트배선 기판, 액정 파넬, 컴팩트 디스크 또는 자기(磁氣) 디스크 등이여도 좋다. 또한, 전술한 실시 형태에서는, 반응관과 균열관을 사용하는 뱃치식 종형 핫 월형 장치로 적용하였을 경우에 대해서 설명하였으나, 거기에 한정되지 않고, 균열관을 사용하지 않는 기판 처리 장치에도 적용할 수 있다. 또한, 본 발명은, 반도체 제조 장치뿐만 아니라, LCD 제조 장치와 같은 유리 기판을 처리하는 장치나, 다른 기판 처리 장치에도 적용할 수 있다. 기판 처리의 처리 내용은, CVD, PVD, 산화막, 질화막, 금속 함유막 등을 형성하는 성막 처리 뿐만 아니라, 노광 처리, 리소그래피, 도포 처리 등이여도 좋다.
본 명세서에는, 적어도 다음 발명이 포함된다. 즉, 제1 발명은, 연직 방향으로 연재하도록 설치되고, 연직 방향의 관통공을 포함하는 절연관; 그 상단에 열전대 접합부를 포함하고, 상기 절연관의 상기 관통공에 삽통되고, 상기 절연관의 하단으로부터 나온 연직 방향의 부분이 수평 방향으로 방향을 바꾸는 열전대 소선; 및 상기 절연관의 하방에 설치된 공간으로서, 상기 절연관의 하단으로부터 나온 상기 열전대 소선의 열팽창이 구속되는 것을 억제하는 버퍼 영역;을 포함하고, 상기 열전대 소선의 상부 또는 연직 방향에서의 중간부가 상기 절연관에 지지된 온도 검출 장치.
제2 발명은, 제1 발명에서, 상기 절연관의 하단으로부터 나와서 수평 방향으로 방향을 바꾼 상기 열전대 소선의 일부를 고정하는 소선 보지부를 더 포함하는 온도 검출 장치.
제3 발명은, 제2 발명에 있어서, 상기 절연관을 수용하는 보호관; 및 상기 보호관의 하부를 지지하는 보호관 홀더;를 더 포함하고, 상기 절연관의 하단은 상기 보호관의 하단 개구로부터 상기 보호관 홀더 내에 노출하고, 상기 보호관 홀더 내의 상기 절연관의 하단의 높이 및 상기 소선 보지부의 높이는 상기 보호관 홀더의 저부(底部)보다도 10mm이상 높은 온도 검출 장치.
제4 발명은, 제1 발명 내지 제3 발명에 있어서, 상기 절연관의 하단을 지지하는 절연관 스토퍼를 더 포함하고, 상기 절연관 스토퍼에 설치된 연직 방향의 관통공에 상기 열전대 소선을 통과하도록 온도 검출 장치.
제5 발명은, 제2 발명 내지 제4 발명에 있어서, 상기 절연관의 하단의 높이는 상기 소선 보지부의 높이보다도 높은 온도 검출 장치.
제6 발명은, 제4 발명 또는 제5 발명에 있어서, 상기 절연관의 하단을 상기 절연관 스토퍼에 의해 지지하고, 상기 절연관 스토퍼의 하단을 상기 보호관 홀더의 저부에 의해서 지지하도록 한 온도 검출 장치.
제7 발명은, 제1 발명 내지 제6 발명에 있어서, 상기 절연관은 상기 연직 방향의 관통공을 4개 구비하고, 1개의 상기 절연관에 2조(組)의 상기 열전대 소선을 통과하도록 한 온도 검출 장치.
제8 발명은, 제1 발명 내지 제7 발명에 있어서, 상기 절연관의 일부를 도려내고, 그 도려낸 부분에 접착제를 주입하여, 상기 열전대 소선을 상기 절연관에 고정한 온도 검출 장치.
제9 발명은, 제8 발명에 있어서, 상기 도려낸 부분에, 노출한 열전대 소선을 구부린 상태로 상기 접착제를 주입하여 고정한 온도 검출 장치.
제10 발명은, 제8 발명 또는 제9 발명에 있어서, 상기 열전대 소선을 상기 절연관에 고정하는 위치는, 상기 절연관의 중간부으로부터 선단측으로 옮긴 위치인 것인 온도 검출 장치.
제11 발명은, 복수 매의 기판을 연직 방향으로 각각 간격을 이루도록 적층해서 보지하는 보트; 상기 보트를 수용하고, 상기 보트 상에 보지된 상기 기판을 처리하는 반응관; 상기 반응관의 주위에 설치되고, 상기 반응관 내에 수용된 상기 기판을 가열하는 가열부; 상기 반응관 내의 온도 검출을 수행하기 위한 온도 검출 장치; 상기 반응관 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부; 및 상기 반응관 내로부터 가스를 배기하는 배기부;를 구비하는 기판 처리 장치로서, 상기 온도 검출 장치는, 연직 방향으로 연재하도록 설치되고, 연직 방향의 관통공을 포함하는 절연관; 그 상단에 열전대 접합부를 포함하며, 상기 절연관의 상기 관통공에 삽통되고, 상기 절연관의 하단으로부터 나온 연직 방향의 부분이 수평 방향으로 방향을 바꾸는 열전대 소선; 및 상기 절연관의 하방에 설치된 공간으로서, 상기 절연관의 하단으로부터 나온 상기 열전대 소선의 열팽창이 구속되는 것을 억제하는 버퍼 영역;을 포함하고, 상기 열전대 소선의 상부 또는 연직 방향에 있어서의 중간부가 상기 절연관에 지지된 것인 기판 처리 장치.
제12 발명은, 연직 방향으로 연재하도록 설치되고, 연직 방향의 관통공을 포함하는 절연관; 그 상단에 열전대 접합부를 포함하고, 상기 절연관의 상기 관통공에 삽통되고, 상기 절연관의 하단으로부터 나온 연직 방향의 부분이 수평 방향으로 방향을 바꾸는 열전대 소선; 및 상기 절연관의 하방에 설치된 공간으로서, 상기 절연관의 하단으로부터 나온 상기 열전대 소선의 열팽창이 구속되는 것을 억제하는 버퍼 영역;을 포함하고, 상기 절연관의 상단면과 상기 열전대 접합부 사이의 상기 열전대 소선에, 상기 절연관의 상단면에 지지되는 피(被)지지부를 설치한 온도 검출 장치.
제12 발명에 대하여, 전술한 제2 발명 내지 제11 발명의 구성을 적용하는 것도 가능하다.
제13 발명은, 제12 발명에 있어서, 상기 피지지부는, 상기 절연관의 상단면과 상기 열전대 접합부 사이의 상기 열전대 소선을 수평 방향 외측으로 팽창시킨 팽창부인 온도 검출 장치.
제14 발명은, 제13 발명에 있어서, 상기 팽창부의 수평 방향의 길이는, 상기 절연관의 상단면에서의 상기 절연관에 구비되는 2개의 관통공의 외연을 연결하는 최대 길이의 구멍 폭보다도 긴 온도 검출 장치.
제15의 발명은, 복수 매의 기판을 연직 방향으로 각각 간격을 이루도록 적층해서 보지하는 보트; 상기 보트를 수용하고, 상기 보트 상에 보지된 상기 기판을 처리하는 반응관; 상기 반응관의 주위에 설치되고, 상기 반응관 내에 수용된 상기 기판을 가열하는 가열부; 상기 반응관 내의 온도 검출을 수행하기 위한 온도 검출 장치; 상기 반응관 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부; 및 상기 반응관 내로부터 가스를 배기하는 배기부;를 구비하는 기판 처리 장치로서, 상기 온도 검출 장치는, 연직 방향으로 연재하도록 설치되고, 연직 방향의 관통공을 포함하는 절연관; 그 상단에 열전대 접합부를 포함하며, 상기 절연관의 상기 관통공에 삽통되고, 상기 절연관의 하단으로부터 나온 연직 방향의 부분이 수평 방향으로 방향을 바꾸는 열전대 소선; 및 상기 절연관의 하방에 설치된 공간으로서, 상기 절연관의 하단으로부터 나온 상기 열전대 소선의 열팽창이 구속되는 것을 억제하는 버퍼 영역;을 포함하고, 상기 절연관의 상단면과 상기 열전대 접합부 사이의 열전대 소선에, 상기 절연관의 상단면에 지지되는 피지지부를 설치한 것인 기판 처리 장치.
제16 발명은, 복수 매의 기판을 연직 방향으로 각각 간격을 이루도록 적층하여 보지하는 보트; 상기 보트를 수용하고, 상기 보트 상에 보지된 상기 기판을 처리하는 반응관; 상기 반응관의 주위에 설치되고, 상기 반응관 내에 수용된 상기 기판을 가열하는 가열부; 상기 반응관 내의 온도 검출을 수행하기 위한 온도 검출 장치; 상기 반응관내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부; 및 상기 반응관 내로부터 가스를 배기하는 배기부;를 구비하고, 상기 온도 검출 장치는, 연직 방향으로 연재하도록 설치되고, 연직 방향의 관통공을 포함하는 절연관; 그 상단에 열전대 접합부를 포함하며, 상기 절연관의 상기 관통공에 삽통되고, 상기 절연관의 하단으로부터 나온 연직 방향의 부분이 수평 방향으로 방향을 바꾸는 열전대 소선; 및 상기 절연관의 하방에 설치된 공간으로서, 상기 절연관의 하단으로부터 나온 상기 열전대 소선의 열팽창이 구속되는 것을 억제하는 버퍼 영역;을 포함하고, 상기 절연관의 상단면과 상기 열전대 접합부 사이의 열전대 소선에, 상기 절연관의 상단면에 지지되는 피지지부를 설치한 것인 기판 처리 장치에서의 반도체 장치의 제조 방법으로서,
상기 복수 매의 기판을 보지한 상기 보트를 상기 반응관에 수용하는 공정;
상기 온도 검출 장치에 의해 상기 반응관 내의 온도 검출을 수행하면서, 상기 반응관 내를 상기 가열부에 의해 소정의 온도로 가열하는 공정;
상기 처리 가스 공급부에 의해 상기 반응관 내에 처리 가스를 공급하면서, 상기 배기부에 의해 상기 반응관 내로부터 가스를 배기하여, 상기 보트 상에 보지한 복수 매의 기판을 처리하는 공정; 및
상기 처리된 복수 매의 기판을 보지한 상기 보트를 상기 반응관으로부터 반출하는 공정;
을 구비하는 반도체장치의 제조 방법.
10: 기판 처리 장치 21: 열전대 소선
22: 열전대 소선 23: 열전대 접합부
24: 열전대 소선 지지부 25: 열전대 소선 지지부
26: 열전대 소선 지지부 31: 보호관
32: 절연관 33: 절연관 스토퍼
34: 캡 35: 소선 보지부
36: 보호관 홀더 37: 커버
38: 버퍼 영역 41: 고정부
42: 고정부 43: 고정부
44: 열전대 소선 고정 위치 100: 카세트
101: 케이스 105: 카세트 스테이지
112: 웨이퍼 이재 기구 114: 카세트 선반
115: 카세트 반송 장치 116: 노구 셔터
121: 보트 엘리베이터 123: 이재 선반
200: 웨이퍼(기판) 202: 처리로
204: 처리실 205: 노구
206: 매니폴드 208: 히터 유닛
209: 베이스 210…보온통
217: 보트 219: 씰 캡
221: 균열관 222: 반응관
224: 처리 가스 공급 노즐 224a: 노즐 개구부
225: 처리 가스 공급관 226: 처리 가스 공급 기구
231: 가스 배기관 232: APC 밸브
233: 가스 배기관 234: 진공 펌프
236: 압력 센서 237: 보트 회전 기구
280: 컨트롤러 411: 소선 변형부
412: 단선부 421: 열전대 소선
422: 열전대 소선 423: 열전 접합부
424: 열전대 소선 지지부 431: 보호관
432: 절연관 433: 절연관
434: 캡 435: 소선 보지부
436: 보호관 홀더

Claims (19)

  1. 보호 부재에 수납되고, 연직 방향으로 관통공을 가지는 세로로 긴 절연관; 및
    상기 관통공에 삽입 및 통과[揷通]되는 열전대 소선;
    으로 구성되는 온도 검출부로서,
    상기 열전대 소선은,
    상기 절연관의 상단으로부터 나온 부분에 형성된 열전대 접합부;
    상기 절연관의 하단으로부터 나온 부분에 형성된 곡선을 가지는 굴곡부; 및
    상기 굴곡부의 후단으로서 수평 방향으로 연장하는 수평부;
    를 포함하고,
    상기 수평부의 높이는 상기 굴곡부의 최하단의 높이보다도 높은 위치인 온도 검출부.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연관의 하단을 지지하고, 연직 방향으로 관통공을 가지고, 상기 관통공에 열전대 소선을 통과시키도록 구성된 절연관 지지부;
    를 더 포함하는 온도 검출부.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 굴곡부는 상기 절연관의 하단으로부터 나온 열전대 소선의 열팽창이 구속되는 것을 억제하는 버퍼 영역 내에 형성되는 것인 온도 검출부.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 수평부는 상기 버퍼 영역 내에 형성되는 것인 온도 검출부.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 절연관 지지부는 절연관의 저부를 상기 버퍼 영역보다 높은 위치에서 지지하는 것인 온도 검출부.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 절연관 지지부는 상기 관통공과 연통(連通)하는 노치(notch)부를 포함하는 것인 온도 검출부.
  7. 제6항에 있어서, 상기 노치부의 적어도 일부는 상기 절연관의 하단으로부터 나온 열전대 소선의 열팽창이 구속되는 것을 억제하는 버퍼 영역 내에 형성되는 것인 온도 검출부.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 보호 부재는,
    세로로 긴 보호관; 및
    상기 보호관을 지지하는 중공(中空)의 보호관 지지부;
    에 의해 구성되는 것인 온도 검출부.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 절연관 지지부의 하단은 상기 보호관 지지부의 저부에 의해 지지되는 것인 온도 검출부.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 굴곡부 및 상기 수평부는 상기 보호관 지지부 내에 형성되는 것인 온도 검출부.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 수평부와 상기 보호관 지지부의 저부는 10 내지 15mm 떨어져있는 것인 온도 검출부.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 굴곡부는, 상기 보호 부재 내의 상기 절연관의 하단으로부터 나온 열전대 소선의 열팽창이 구속되는 것을 억제하는 버퍼 영역 내에 형성되는 것인 온도 검출부.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 절연관의 상단부에서 상기 열전대 소선을 지지하는 것인 온도 검출부.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 열전대 소선의 상단 및 열전대 접합부를 접착제에 의해 상기 절연관의 상단부에 고정하는 것인 온도 검출부.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 절연관은 상기 관통공이 4개 형성되고, 2쌍(pairs)의 열전대 소선이 통과하도록 구성되는 것인 온도 검출부.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 절연관의 일부를 도려내고, 상기 관통공에 연통된 결부(抉部)가 형성되는 것인 온도 검출부.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 결부의 개구 부분에는 원통형의 커버가 설치되는 것인 온도 검출부.
  18. 기판을 보지하는 기판 보지구에 보지된 상기 기판을 처리하는 반응관;
    상기 반응관의 주위에 설치되고, 상기 반응관 내의 상기 기판을 가열하는 가열부;
    상기 반응관 내의 온도를 검출하는 온도 검출부;
    상기 반응관 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부; 및
    상기 반응관 내를 배기하는 배기부;
    를 포함하고,
    상기 온도 검출부는,
    보호 부재에 수납되고, 연직 방향으로 관통공을 포함하는 세로로 긴 절연관; 및
    상기 관통공에 삽입 및 통과되는 열전대 소선;
    으로 구성되고,
    상기 열전대 소선은,
    상기 절연관의 상단으로부터 나온 부분에 형성된 열전대 접합부;
    상기 절연관의 하단으로부터 나온 부분에 형성된 곡선을 가지는 굴곡부; 및
    상기 굴곡부의 후단으로서, 수평 방향으로 연장하는 수평부;
    를 포함하고,
    상기 수평부의 높이는 상기 굴곡부의 최하단의 높이보다도 높은 위치인 것인 기판 처리 장치.
  19. 기판을 가열하는 가열부가 주위에 설치된 반응관 내에 기판을 반송하는 반송 공정;
    보호 부재에 수납되고, 연직 방향으로 관통공을 포함하는 세로로 긴 절연관 및 상기 관통공에 삽입 및 통과되는 열전대 소선으로 구성되고, 상기 열전대 소선은, 상기 절연관의 상단으로부터 나온 부분에 형성된 열전대 접합부, 상기 절연관의 하단으로부터 나온 부분에 형성된 곡선을 가지는 굴곡부 및 상기 굴곡부의 후단으로서 수평 방향으로 연장하는 수평부를 포함하고, 상기 수평부의 높이는 상기 굴곡부의 최하단의 높이보다도 높은 위치가 되도록 구성된 것인 온도 검출부에 의해 처리관 내의 온도를 검출하고, 검출한 온도에 기초하여 반응관 내의 온도를 제어하는 온도 제어 공정; 및
    상기 반응관 내의 기판을 처리하는 처리 공정;
    을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
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