KR101579501B1 - 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 온도 검출 방법 - Google Patents

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

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Abstract

열처리를 개시할 때까지의 대기 시간을 짧게 한다. 기판을 처리하는 처리실을 형성하는 반응관; 및 내부를 길이 방향으로 가로지르는 관통공을 적어도 2개 포함하는 절연관과, 상단에 제1 열전대 소선과 제2 열전대 소선을 접합하는 열전대 접합부를 포함하고, 상기 제1 열전대 소선과 상기 제2 열전대 소선이 상기 적어도 2개의 관통공에 각각 삽입되며 상기 반응관의 온도를 계측하는 열전대를 구비하고, 상기 절연관은 상기 열전대 접합부를 수용하는 결부를 포함하는 열전대 지지체;를 포함하는 기판 처리 장치를 구성한다.

Description

기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 온도 검출 방법{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD OF DETECTING TEMPERATURE}
본 발명은 피처리 기판을 처리실에 수용하고 히터에 의해 가열한 상태에서 처리를 수행하는 열처리 기술에 관한 것이며, 예컨대 반도체 집적 회로 장치(소위 반도체 디바이스, 이하 IC라고 말한다.)가 제작되는 반도체 기판(예컨대 반도체 웨이퍼)에 산화 처리나 확산 처리, 또는 이온 주입 후의 캐리어의 활성화나 평탄화를 위한 리플로우 처리나 어닐링 처리, 또는 열CVD(Chemical Vapor Deposition) 반응에 의한 성막 처리 등의 열처리를 수행하기 위해 사용되는 온도 검출 방법 혹은 기판 처리 장치 혹은 기판 처리 방법 혹은 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
IC의 제조에 있어서 기판을 열처리하기 위해 뱃치(batch)식 종형(縱型) 열처리 장치가 널리 사용된다. 종래의 이 종류의 열처리 장치의 처리로에 있어서는, 상단이 폐색(閉塞)되고 하단이 개방된 대략 원통형의 종형 반응관의 내부에 복수 매의 웨이퍼를 탑재한 보트를 하방으로부터 삽입하고, 반응관의 외측을 둘러싸도록 설치된 히터에 의해 보트 상의 웨이퍼를 열처리한다. 보트 상에 있어서 복수 매의 웨이퍼는 수평 자세이면서 서로 웨이퍼의 중심을 맞춘 상태에서 다단으로 적층되어서 보지(保持)된다.
또한 전술한 열처리 장치에 있어서는, 반응관과 히터의 사이에 열전대(이하, 히터 열전대)를 배치하여 히터 내부의 온도를 계측하고, 그 계측 온도에 기초하여 히터를 피드백 제어한다. 또한 장치의 준비 단계로서 반응관의 내부에 별도의 열전대(이하, 프로파일 열전대)를 배치하고, 히터를 피드백 제어하여 히터 열전대의 계측 온도 및 프로파일 열전대의 계측 온도가 정상 상태가 되었을 때의 온도 차이(이하, 프로파일 보정 값)를 미리 기록한다. 그리고 장치의 운용 상태에 있어서는, 프로파일 열전대를 분리하고, 히터 열전대의 계측 온도가 프로파일 보정 값을 고려한 목표 온도가 되도록 히터를 제어하는 것에 의해 반응관 내부의 온도를 원하는 온도로 제어한다.
하지만 히터 열전대는 히터 발열체 근방에 배치되는 것에 비해 프로파일 열전대는 반응관 내부의 기판에 가까운 장소에 배치되기 때문에, 히터 열전대의 계측 온도가 정상 상태가 되고 나서 프로파일 열전대의 계측 온도가 정상 상태가 될 때까지, 예컨대 30분~1시간 이상 정도의 오랜 시간을 필요로 한다. 그렇기 때문에 장치의 운용 상태에 있어서는 히터 열전대의 계측 온도가 프로파일 보정 값을 고려한 원하는 온도의 정상 상태가 되고 나서 일정 시간을 대기하고, 그 후에 소정의 열처리를 수행하도록 한다. 이 대기 시간은 장치의 처리 능력을 좌우하는 요소가 되므로 가능한 짧게 하는 것이 요구된다.
이 해결책으로서 프로파일 열전대를 석영 등으로 이루어지는 보호관에서 피복하는 구조로 하여, 장치의 운용 상태에 있어서도 반응관 내부에 프로파일 열전대를 계속해서 배치하고, 프로파일 열전대의 계측 온도가 원하는 목표 온도가 되도록 다이렉트하게 피드백 제어하는 방법이 실시된다. 하지만 이 방법에서는 프로파일 열전대의 보호관이 열처리되어 버리기 때문에 프로파일 열전대의 정기적인 메인터넌스가 필요한 점과 더불어 쓰레기가 발생하는 등 열처리의 결과에도 악영향을 끼칠 수 있다는 문제가 있다. 다음의 특허문헌 1에는 반응관과 히터를 포함하는 종형 열처리 장치에 있어서, 처리로의 온도를 검출하기 위한 열전대를 설치하는 기술이 개시된다.
1. 일본 특허 공개 2004-311712호 공보
본 발명은 상기 실정에 비추어 이루어진 것으로, 프로파일 열전대를 사용하지 않을 경우에 있어서도 열처리를 개시(開始)할 때까지의 대기 시간을 짧게 할 수 있는 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 온도 검출 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 기판 처리 장치가 대표적인 구성은 다음과 같다. 내부를 길이[長手] 방향으로 가로지르는 관통공[貫通穴]을 적어도 2개 포함하는 절연관; 및 상단에 제1 열전대 소선(素線)과 제2 열전대 소선을 접합하는 열전대 접합부를 포함하고, 상기 제1 열전대 소선과 상기 제2 열전대 소선이 상기 적어도 2개의 관통공에 각각 삽입되는 열전대;를 구비하고, 상기 절연관은 상기 열전대 접합부를 수용하는 결부(抉部)를 포함하는 열전대 지지체.
또한 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 대표적인 구성은 다음과 같다. 기판을 처리하는 처리실을 형성하는 반응관; 및 내부를 길이 방향으로 가로지르는 관통공을 적어도 2개 포함하는 절연관과, 상단에 제1 열전대 소선과 제2 열전대 소선을 접합하는 열전대 접합부를 포함하고, 상기 제1 열전대 소선과 상기 제2 열전대 소선이 상기 적어도 2개의 관통공에 각각 삽입되며 상기 반응관의 온도를 계측하는 열전대를 구비하고, 상기 절연관은 상기 열전대 접합부를 수용하는 결부를 포함하는 열전대 지지체;를 포함하는 기판 처리 장치.
또한 본 발명에 따른 온도 검출 방법의 대표적인 구성은 다음과 같다. 기판을 처리하는 처리실을 형성하는 반응관; 및 내부를 길이 방향으로 가로지르는 관통공을 적어도 2개 포함하는 절연관과, 상단에 제1 열전대 소선과 제2 열전대 소선을 접합하는 열전대 접합부를 포함하고, 상기 제1 열전대 소선과 상기 제2 열전대 소선이 상기 적어도 2개의 관통공에 각각 삽입되며 상기 반응관의 온도를 계측하는 열전대를 구비하고, 상기 절연관은 상기 열전대 접합부를 수용하는 결부를 포함하는 열전대 지지체;를 포함하는 기판 처리 장치를 이용한 온도 검출 방법으로서, 상기 열전대 지지체를 이용하여 상기 처리실의 온도를 검출하는 온도 검출 공정을 구비하는 온도 검출 방법.
또한 본 발명에 따른 반도체 장치의 제조 방법이 대표적인 구성은 다음과 같다. 기판을 처리하는 처리실을 형성하는 반응관; 및 내부를 길이 방향으로 가로지르는 관통공을 적어도 2개 포함하는 절연관과, 상단에 제1 열전대 소선과 제2 열전대 소선을 접합하는 열전대 접합부를 포함하고, 상기 제1 열전대 소선과 상기 제2 열전대 소선이 상기 적어도 2개의 관통공에 각각 삽입되며 상기 반응관의 온도를 계측하는 열전대를 구비하고, 상기 절연관은 상기 열전대 접합부를 수용하는 결부를 포함하는 열전대 지지체;를 포함하는 기판 처리 장치를 이용한 반도체 장치의 제조 방법으로서, 상기 열전대 지지체를 이용하여 상기 처리실의 온도를 검출하는 온도 검출 공정; 및 상기 온도 검출 공정에서 검출한 온도에 기초하여 상기 기판을 처리하는 공정;을 구비하는 반도체 장치의 제조 방법.
상기의 구성에 의해 열처리를 개시할 때까지의 대기 시간을 짧게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 기판 처리 장치의 사(斜)투시도.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 처리로의 수직 단면도.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 처리로의 수직 단면도.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 처리로와 열전대를 도시하는 도면.
도 5는 도 4의 처리로의 수평 단면도.
도 6은 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 열전대의 지지 구조의 일 예를 제시하는 도면.
도 7은 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 열전대의 지지 구조의 다른 예를 제시하는 도면.
도 8은 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 반응관 열전대 지지체의 구조를 도시하는 도면.
도 9는 본 발명의 제2 실시 형태에 있어서의 처리로와 열전대를 도시하는 도면.
도 10은 본 발명의 제2 실시 형태에 있어서의 반응관 열전대 지지체의 구조를 도시하는 도면.
도 11은 본 발명의 제3 실시 형태에 있어서의 처리로와 열전대를 도시하는 도면.
도 12는 본 발명의 제3 실시 형태에 있어서의 반응관 열전대 지지체의 구조를 도시하는 도면.
도 13은 본 발명의 제3 실시 형태에 있어서의 열전대 리드부의 상태를 도시하는 도면.
도 14는 도 13의 열전대의 수평 단면도.
도 15는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 바람직한 열전대의 온도 응답 특성을 설명하는 도면.
(제1 실시 형태)
본 발명의 제1 실시 형태로서 반도체 장치(IC 등)의 제조 공정의 일 공정으로서의 열처리에 의한 기판 처리 공정을 실시하는 기판 처리 장치의 구성예에 대해 도 1을 이용하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 기판 처리 장치의 사투시도다. 도 1에 도시하는 바와 같이 제1 실시 형태에 따르는 기판 처리 장치(10)는 광체(筐體)(101)를 구비하고 실리콘 등으로 이루어지는 기판인 웨이퍼(200)를 광체(101) 내외로 반송하기 위해 웨이퍼 캐리어(기판 수용기)로서 카세트(포드, FOUP라고도 말한다)(110)가 사용된다.
광체(101)의 정면 전방 측에는 카세트 스테이지(105)가 설치된다. 카세트(110)는 광체(101) 외의 공정 내 반송 장치(도시되지 않음)에 의해 카세트 스테이지(105) 상에 반입, 재치(載置)되고 또한 카세트 스테이지(105) 상으로부터 광체(101) 외로 반출된다. 광체(101) 내의 전후 방향에 있어서의 대략 중앙부에는 카세트 선반(114)이 설치된다. 카세트 선반(114)은 복수 개의 카세트(110)를 보관한다. 카세트 선반(114)의 일부로서 이재 선반(123)이 설치되고, 이재 선반(123)에는 후술하는 웨이퍼 이재 기구(112)의 반송 대상이 되는 카세트(110)가 수납된다. 카세트 스테이지(105)와 카세트 선반(114)과의 사이에는 카세트 반송 장치(115)가 설치된다. 카세트 반송 장치(115)는 카세트 스테이지(105), 카세트 선반(114), 이재 선반(123)의 사이에서 카세트(110)를 반송한다.
카세트 선반(114)의 후방에는 웨이퍼 이재 기구(112)가 설치된다. 웨이퍼 이재 기구(112)는 웨이퍼(200)를 이재 선반(123) 상의 카세트(110) 내로부터 픽업하여 후술하는 보트(기판 보지구)(217)로 장전(차징)하거나 웨이퍼(200)를 보트(217)로부터 탈장(脫裝)(디스 차징)하여 이재 선반(123) 상의 카세트(110) 내로 수납할 수 있다.
광체(101)의 후측 상방에는 처리로(202)가 설치된다. 처리로(202)의 하단부는 노구 셔터(116)에 의해 개폐 가능하도록 구성된다. 처리로(202)의 구성에 대해서는 후술한다. 처리로(202)의 하방에는 보트(217)를 승강시켜 처리로(202) 내외로 반송하는 기구로서의 보트 엘리베이터(121)가 설치된다. 보트 엘리베이터(121)에는 승강대로서의 암(122)이 설치된다. 암(122) 상에는 씰 캡(219)이 수평 자세로 설치된다. 씰 캡(219)은 보트(217)를 연직으로 지지하는 것과 함께 보트 엘리베이터(121)에 의해 보트(217)가 상승했을 때에 처리로(202)의 하단부를 기밀하게 폐색하는 개체(蓋體)로서 기능하는 것이다. 보트(217)의 구성에 대해서는 후술한다.
(처리로의 구성)
다음으로 제1 실시 형태에 있어서의 처리로(202)의 구성에 대해서 도 2를 이용하여 설명한다. 도 2는 기판 처리 장치의 처리로의 수직 단면도다. 이 실시 형태에 있어서는 처리로(202)는 뱃치식 종형 핫 월형의 열 처리로로서 구성된다.
(반응관)
처리로(202)는 그 내측에 종형의 반응관(222)을 구비한다. 반응관(222)은 상단이 폐색되고 하단이 개구된 대략 원통 형상[円筒形狀]을 하고 있고, 개구된 하단이 하방을 향하면서 통 방향의 중심선이 연직이 되도록 종방향으로 배치된다. 반응관(222) 내에는 기판 보지구로서의 보트(217)에 의해 수평 자세에서 다단으로 적층된 복수 매의 웨이퍼(200)를 수용하여 처리하는 처리실(204)이 형성된다. 반응관(222)의 내경은 웨이퍼(200) 군(群)을 보지하는 보트(217)의 최대 외경보다도 커지도록 설정된다. 반응관(222)은 본 예에서는 석영(SiO2)이나 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성이 높은 재료에 의해 대략 원통 형상으로 일체 성형된다.
반응관(222)의 하단부는 그 수평 단면이 대략 원형 링 형상인 매니폴드(206)에 의해 기밀하게 봉지된다. 반응관(222)은 그 보수 점검 작업이나 청소 작업을 위해 매니폴드(206)에 탈착 가능하게 설치된다. 매니폴드(206)가 광체(101)에 지지되는 것에 의해 반응관(222)은 광체(101)에 연직이 되도록 설치된 상태가 된다. 매니폴드(206)의 하단 개구는 웨이퍼(200) 군을 보지한 보트(217)를 출입시키기 위한 노구(205)를 구성한다.
반응관(222)의 외측의 측면(외벽)에는 온도 측정 소자인 열전대를 내장하고 보호하는 보호관(63)이 연직 방향으로 연재(延在)하도록 설치된다. 보호관(63)의 하단은 보호관 홀더(36)에 의해 지지되어 고정된다. 보호관(63)은 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성이 높은 재료에 의해 형성된다. 보호관 홀더(36)는 알루미나나 스텐레스 등에 의해 형성되고, 보호관(63)을 지지하는 연직 부분과 열전대 소선을 삽통하여 처리실(204) 외로 인도하는 수평 부분을 구비한다. 열전대나 보호관(63)의 상세에 대해서는 후술한다.
(기판 보지구)
매니폴드(206)에는 매니폴드(206)의 하단 개구를 폐색하는 씰 캡(219)이 연직 방향 하측으로부터 당접된다. 씰 캡(219)은 반응관(222)의 외경과 동등 이상의 외경을 가지는 원반 형상[円盤形狀]으로 형성되고, 반응관(222)의 외부에 연직이 되도록 설비된 보트 엘리베이터(121)에 의해 상기 원반 형상을 수평 자세로 유지한 상태에서 연직 방향으로 승강되도록 구성된다. 씰 캡(219) 상에는 웨이퍼(200)를 보지하는 기판 보지구로서의 보트(217)가 연직이 되도록 지지된다. 보트(217)는 상하로 한 쌍의 단판(端板)과 양 단판 간에 걸쳐 연직이 되도록 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.
각 웨이퍼 보지 부재에는 수평 방향으로 새겨진 다수 개의 보지 홈이 길이[長手] 방향에 걸쳐 등간격(等間隔)으로 설치된다. 각 웨이퍼 보지 부재는 보지 홈이 서로 대향하고, 각 웨이퍼 보지 부재의 보지 홈의 연직 위치(연직 방향의 위치)가 일치하도록 설치된다. 웨이퍼(200)의 주연(周緣)이 복수 개의 웨이퍼 보지 부재에 있어서의 동일한 단의 보지 홈 내에 각각 삽입되는 것에 의해, 복수 매(예컨대 50∼150매 정도)의 웨이퍼(200)는 수평 자세이면서 서로 웨이퍼의 중심을 맞춘 상태에서 연직 방향으로 다단으로 적층되어 보지된다.
또한 보트(217)와 씰 캡(219)과의 사이에는 보온통(210)이 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 것을 억제한다.
씰 캡(219)의 하측[처리실(204)과 반대측]에는 보트(217)를 회전시키는 보트 회전 기구(237)가 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)를 회전시키는 것이 가능해진다. 씰 캡(219)은 전술한 보트 엘리베이터(121)에 의해 연직 방향으로 승강되도록 구성되고, 이에 의해 보트(217)를 처리실(204) 내외로 반송하는 것이 가능해진다. 보트 회전 기구(237) 및 보트 엘리베이터(121)는 제어부(280)에 전기적으로 접속된다. 제어부(280)는 보트 회전 기구(237) 및 보트 엘리베이터(121)가 원하는 타이밍에서 원하는 동작을 하도록 제어한다.
(히터 유닛)
반응관(222)의 외부에는 반응관(222) 내를 전체에 걸쳐 균일 또는 소정의 온도 분포로 가열하는 가열부로서의 히터 유닛(208)이 반응관(222)을 포위하도록 설치된다.
히터 유닛(208)은 기판 처리 장치(10)의 광체(101)에 지지되는 것에 의해 연직으로 설치된 상태가 되고, 예컨대 카본 히터 등의 저항 가열 히터에 의해 구성된다.
(가스 공급계)
가스 공급계에 대해서 도 2를 이용하여 설명한다. 도 2에 도시하는 바와 같이 처리실(204) 내에 처리 가스를 공급하는 가스 노즐(224)이 씰 캡(219)을 연직 방향으로 관통하여 설치된다. 또한 가스 노즐(224)은 매니폴드(206)를 수평 방향으로 관통하도록 설치하여도 좋다. 가스 노즐(224)에는 처리 가스 공급 기구(226)가 접속된다. 처리 가스 공급 기구(226)는 상류로부터 순서대로 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급원, 유량 제어 장치로서의 MFC(매스 플로우 컨트롤러) 및 개폐 밸브를 포함한다. 주로 가스 노즐(224)로부터 처리 가스 공급부가 구성된다. 또한 처리 가스 공급 기구(226)를 처리 가스 공급부에 포함시켜서 생각할 수도 있다. 처리 가스 공급 기구(226)의 MFC나 개폐 밸브는 제어부(280)에 전기적으로 접속된다. 제어부(280)는 처리실(204) 내에 공급하는 가스의 종류가 원하는 타이밍에서 원하는 가스종이 되도록, 또한 공급하는 가스의 유량이 원하는 타이밍에서 원하는 유량이 되도록 MFC 및 개폐 밸브를 제어한다.
(가스 배기계)
매니폴드(206)의 측벽의 일부에는 처리실(204) 내의 분위기를 배기하는 배기관(231)이 접속된다. 배기관(231)에는 상류로부터 순서대로 압력 검출기로서의 압력 센서(236), 압력 조정기로서의 APC(Auto Pressure Controller)밸브(232)가 설치된다. APC밸브(232)의 하류에는 배기관(233)을 개재하여 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(234)가 접속된다. 주로 배기관(231)에 의해 반응관(222) 내로부터 가스를 배기하는 배기부가 구성된다. 또한 APC밸브(232), 진공 펌프(234)를 배기부에 포함시켜서 생각할 수도 있다. APC밸브(232) 및 압력 센서(236)는 제어부(280)에 전기적으로 접속된다. 제어부(280)는 처리실(204) 내의 압력이 원하는 타이밍에서 원하는 압력이 되도록 압력 센서(236)에 의해 검출된 압력값에 기초하여 APC밸브(232)의 개도를 제어한다.
(컨트롤러)
제어부(컨트롤러)(280)는 도시되지 않은 조작부나 입출력부를 구비하고, 기판 처리 장치(10)의 각 구성부와 전기적으로 접속되고, 기판 처리 장치(10)의 각 구성부를 제어한다. 제어부(280)는 성막 등의 프로세스의 제어 시퀀스를 시간 축으로 나타낸 레시피에 기초하는 온도 제어나 압력 제어, 유량 제어 및 기계 구동 제어를 지령한다.
(온도 검출 장치)
제1 실시 형태에 있어서의 온도 검출 장치의 개략에 대하여 도 3∼도 5를 참조하면서 설명한다. 도 3와 도 4는 제1 실시 형태에 있어서의 처리로의 수직 단면도다. 도면을 이해하기 쉽도록 도 3에는 히터 열전대와 프로파일 열전대를 도시하지만, 반응관 열전대의 도시를 생략한다. 또한 도 4에는 히터 열전대와 반응관 열전대를 도시하지만, 프로파일 열전대의 도시를 생략한다. 도 5는 도 4의 처리로의 수평 단면도다.
도 3에 도시하는 바와 같이 히터 열전대(51a∼51e)는 반응관(222)을 둘러싸도록 설치된 히터 유닛(208)을 수평 방향으로 관통하도록 히터 유닛(208) 근방에 설치되고, 히터 열전대(51a∼51e)의 각 열전대 접합부(이하, 단순히 접합부라고도 한다.)는 반응관(222)의 외측 측면에 대향한다. 히터 열전대(51a∼51e)의 각 소선은 히터 유닛(208)의 외측으로 연장하고 제어부(280)에 접속된다. 히터 열전대(51a∼51e)를 대표시킬 경우에는 히터 열전대(51)라고 칭한다.
또한 도 3에 도시하는 바와 같이 프로파일 열전대(52a∼52e)는 씰 캡(219)을 연직 방향으로 관통하도록 설치된 프로파일 열전대용 보호관(62) 내에 수용된다. 프로파일 열전대(52a∼52e)는 기판 처리 장치(10)의 준비 상태에 있어서 설치되고 프로파일 보정 값을 취득한다. 그리고 장치(10)의 운용 상태에 있어서는 분리된다.
히터 유닛(208)은 복수의 가열 존으로 분할되고, 도 3의 예에서는 5개의 존으로 분할된다. 열전대(51a, 52a)는 처리로의 최상부의 히터(U존 히터)의 온도 검출용이며, 열전대(5lb, 52b)는 U존 히터의 바로 아래의 히터(CU존 히터)의 온도 검출용이며, 열전대(51c, 52c)는 CU존 히터의 바로 아래의 히터(C존 히터)의 온도 검출용이며, 열전대(51d, 52d)는 C존 히터의 바로 아래의 히터(CL존 히터)의 온도 검출용이며, 열전대(51e, 52e)는 처리로의 최하부의 히터(L존 히터)의 온도 검출용이다.
히터 열전대(51a∼51e)의 계측 온도는 분할된 요소(가열 존)마다 독립으로 또는 연계해서 피드백 제어되고, 사전에 취득한 프로파일 열전대(52a∼52e)의 계측 온도를 참조하면서 히터 열전대(51a∼51e) 및 후술하는 반응관 열전대(53a∼53e)의 계측 온도와 목표 온도와의 오차가 작아지도록 히터 유닛(208)의 발열량이 제어된다. 또한 히터 열전대(51a∼51e)를 이용하지 않고 반응관 열전대(53a∼53e)를 이용하여 반응관 열전대(53a∼53e)의 계측 온도와 목표 온도와의 오차가 작아지도록 히터 유닛(208)의 발열량을 제어하는 구성으로 하는 것이나, 히터 열전대(51a∼51e)와 프로파일 열전대(52a∼52e)를 이용하지 않고 반응관 열전대(53a∼53e)를 이용하여 반응관 열전대(53a∼53e)의 계측 온도와 목표 온도와의 오차가 작아지도록 히터 유닛(208)의 발열량을 제어하는 구성으로 하는 것도 가능하다.
도 4와 도 5에 도시하는 바와 같이 반응관 열전대(53a∼53e)는 반응관(222)의 외벽과 반응관 열전대용 보호관(63a∼63e)의 내벽 사이의 공간에 설치되고, 상기 공간(이하, 반응관 열전대 공간)의 온도를 계측한다. 분할 히터(U존 히터∼L존 히터)에 대응하여 각각 반응관 열전대(53a∼53e) 5개가 설치된다. 반응관 열전대용 보호관(63a∼63e)은 석영으로 이루어지는 단면이 반원관 형상[半円管狀]의 보호관으로서, 반응관(222)의 외벽에 연직 방향으로 당접하고, 예컨대 용접 고정 또는 열쇠 핀 등에 의해 기계적으로 고정되고, 반응관 열전대 공간을 구성하여 반응관(222)의 일부로 여겨지며, 그 내부에 반응관 열전대(53a∼53e)를 수용한다. 반응관 열전대용 보호관(63a∼63e) 벽부(壁部)의 육후(肉厚)는 대략 반응관(222)과 동일한 두께이며, 예컨대 10mm이다. 또한 반응관 열전대용 보호관(63a∼63e)은 단면이 반원관 형상으로 한정되는 것은 아니며, 반응관 열전대 공간을 구성할 수 있는 형상이면 된다.
반응관 열전대(53a∼53e)의 지지 구조에 대해서 도 6∼도 7을 이용하여 설명한다. 도 6은 제1 실시 형태에 있어서의 열전대의 지지 구조의 일 예를 도시하는 도면이며, 도 7은 제1 실시 형태에 있어서의 열전대의 지지 구조의 다른 예를 도시하는 도면이다. 도 6의 예에서는 열전대 소선(21)과 열전대 소선(22)의 상단을 열전대 소선 지지부(24)에 있어서 지지하도록 한다. 열전대 소선 지지부(24)는 열전대 소선(21, 22)을 통과시키기 위해 절연관(312)에 설치된 2개의 관통공 사이의 벽부의 상단(312k)이며, 예컨대 후술하는 도 8의 결부(抉部)(310)에 있어서의 2개의 관통공 사이의 벽부의 상단이다. 절연관(312)은 2개의 관통공으로 통과시킨 열전대 소선(21, 22)을 전기적으로 절연한다. 이 구성에 의해 열팽창 시에 있어서 열전대 소선(21)과 열전대 소선(22)이 자중(自重)으로 직선 형상을 유지할 수 있어 부분적으로 굴곡하거나 구속력을 받는 것을 억제할 수 있고, 그 결과 열전대 소선(21, 22)과 절연관(312)과의 사이에 큰 마찰력이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
도 7의 예에서는 열전대 접합부(23)의 대략 직하(直下)에 있어서 열전대 소선(21)과 열전대 소선(22)은 외측으로 부풀어 오르도록 굽혀져, 열전대 소선(21)과 열전대 소선(22)에 각각 수평 방향 외측으로 부풀어 오르는 팽창부(A)와 팽창부(B)가 형성된다. 팽창부(A)와 팽창부(B)에 의해 형성되는 소선 폭은 열전대 소선(21)과 열전대 소선(22)이 삽통된 2개의 관통공에 의해 형성되는 구멍(穴) 폭보다도 크도록 구성된다.
여기서 소선 폭이란, 열전대 접합부(23)로 접합되는 2개의 열전대 소선의 팽창부(A)와 팽창부(B)의 외연(外緣)이 절연관(32)의 상단[예컨대 후술하는 도 8의 결부(310)에 있어서의 2개의 관통공 사이의 벽부의 상단]보다도 상방에 있어서 이루어지는 최대 거리, 즉 절연관(32)의 상단면과 열전대 접합부(23)와의 사이에 있어서의 2개의 열전대 소선의 외연을 수평 방향으로 잇는 직선 가운데 가장 긴 직선의 거리이다. 구멍 폭이란, 열전대 소선(21)과 열전대 소선(22)이 삽통된 2개의 관통공을 포함하는 타원의 장경(長經)으로서, 상기 2개의 관통공의 외연(도 18의 예에서는 원주)을 잇는 직선 가운데 가장 긴 직선의 거리, 구체적으로는 절연관(32)의 상단에 있어서 상기 2개의 관통공의 수평 단면(斷面)이 이루는 2개의 원의 원주를 수평 방향으로 잇는 직선 가운데 가장 긴 직선의 거리이다. 이와 같이 열전대 접합부(23)의 근방에 있어서 소선 폭이 구멍 폭보다도 크므로, 열전대 소선(21)과 열전대 소선(22)의 외연이 절연관(32)의 상단에 있어서 2개의 관통공의 원주 부분에 걸리는, 즉 절연관(32)의 상단면에 의해 지지된다.
또한 도 7의 예에서는 열전대 소선의 팽창부를 완만하게 구부리도록 형성했지만, 이것에 한정되지 않고 예컨대 직각으로 구부려서 형성하는 것도 가능하다.
또한 도 7의 예에서는 열전대 소선에 팽창부를 형성하고 이 팽창부에 의해 열전대 소선을 절연관의 상단에서 지지하도록 했지만, 열전대 접합부와 절연관의 상단면과의 사이의 열전대 소선에 열전대 소선(21)과 열전대 소선(22)이 삽통된 2개의 관통공에 의해 형성되는 구멍 폭보다도 수평 방향으로 긴 피지지체를 설치하도록 구성하는 것도 가능하다. 이 피지지체는 예컨대 알루미나제의 봉 형상[棒狀] 물체를 열전대 소선(21)과 열전대 소선(22)에 접착제로 접착하는 것에 의해 구성할 수 있다. 이와 같이 하여도 열전대 소선에 팽창부를 형성한 구성과 마찬가지로 열전대 접합부에 걸리는 힘을 저감할 수 있다. 또한 열전대 소선에 팽창부를 형성하는 것이 아닌, 2개의 관통공의 외연을 잇는 최소 길이보다도 2개의 열전대 소선간의 간격을 작게 하는 것에 의해 열전대 소선을 절연관의 상단면에서 지지하는 것도 가능하다. 또한 2개의 열전대 소선을 비틀거나 혹은 꼬는 것에 의해 열전대 소선을 절연관의 상단면에서 지지하는 것도 가능하다. 이와 같은 경우 2개의 열전대 소선이 전기적으로 쇼트하지 않도록 2개의 열전대 소선 간을 절연한다.
다음으로 제1 실시 형태에 있어서의 반응관 열전대의 구조를 도 8을 이용하여 설명한다. 도 8은 제1 실시 형태에 있어서의 반응관 열전대 지지체의 구조를 도시하는 도면이다. 도 8의 (a)은 제1 실시 형태에 있어서의 반응관 열전대 지지체(300)의 구체예의 구성도이며, 도 8의 (b)는 후술하는 결부(310)의 정면 도면이며, 도 8의 (c)는 결부(310)의 측면도이며, 도 8의 (d)는 반응관 열전대 지지체(300)의 반응관(222)으로의 설치 개략도이다. 도 8의 예에서는 반응관 열전대 지지체(300)는 반응관 열전대(53)와 결부(310)를 포함하는 절연관(312)과 결부(310)를 피복하는 뚜껑(304)과 캡(302)과 스페이서(306)를 구비한다. 또한 온도 검출 장치는 반응관 열전대 지지체(300)와 반응관 열전대용 보호관(63)과 반응관(222)을 구비한다.
반응관 열전대(53)는 열전대 접합부(23)와 상기 열전대 접합부(23)로 접합된 2개의 열전대 소선(플러스 선과 마이너스 선)을 포함한다. 예컨대 플러스 선의 재질은 백금 로듐이며, 마이너스 선의 재질은 백금이다. 도 8의 (b), (c)에 도시하는 바와 같이 절연관(312)은 반응관 열전대(53)의 2개의 열전대 소선을 각각 삽통 가능한 내경의 구멍을 적어도 2구멍 이상, 예컨대 2구멍을 가지는 알루미나제의 원관(円管)이다. 결부(310)는 절연관(312)의 중간 위치를 측면으로부터 도려낸 부분이며, 절연관(312)의 내부의 2구멍을 노출시키고, 이 구멍으로부터 반응관 열전대(53)의 열전대 소선을 삽통할 수 있도록 함과 함께 반응관 열전대(53)의 접합부(23)를 내포할 수 있는 공간을 가진다.
캡(302)은 알루미나제의 원주 또는 원관이며, 절연관(312)의 두정(頭頂)(상부 선단)에 예컨대 세라믹계 접착제 등에 의해 접착 고정되어 반응관 열전대 지지체(300)의 선단을 구성한다. 그 외경은 반응관 열전대 공간의 수평 방향에 있어서의 직경보다도 크다.
뚜껑(304)은 알루미나제의 원관 형상의 덮개이며, 반응관 열전대(53)의 열전대 소선을 절연관(312)의 구멍에 삽통한 후 반응관 열전대(53)의 접합부(23)를 결부(310)의 내부 공간에 넣어, 절연관(312)의 외측에 예컨대 세라믹계 접착제 등에 의해 접착되어 설치된다. 이에 의해 반응관 열전대(53)의 접합부(23)를 보호한다. 뚜껑(304)의 두께는 뚜껑(304)의 외경이 스페이서(306)의 외경보다 작아지도록 설정된다.
스페이서(306)는 뚜껑(304)의 하방 위치에 설치되고 절연관(312)의 외측에 예컨대 세라믹계 접착제 등에 의해 접착된 알루미나제의 원관이며, 그 외경은 반응관 열전대 공간의 수평 방향에 있어서의 직경(내경)보다도 다소 작다. 이에 의해 반응관 열전대 지지체(300)가 반응관 열전대 공간에 설치된 상태에 있어서 반응관 열전대(53)의 접합부(23)가 반응관 열전대 공간의 수평 단면의 대략 중앙에 위치하도록 지지함과 함께, 진동 등에 의해 뚜껑(304)이 반응관(222)의 외벽이나 반응관 열전대용 보호관(63)의 내벽에 접촉하지 않도록 한다.
이와 같이 반응관 열전대(53)는 그 접합부(23)가 결부(310)의 내부 공간에 있다. 또한 그 열전대 소선을 구성하는 플러스 선과 마이너스 선이 결부(310)의 하방의 절연관(312)의 2구멍에 각각 삽통되고, 절연관(312)의 저면으로부터 열전대 리드부(314)로서 인출(引出)되는 구성이다. 열전대 리드부(314)에서는 플러스 선과 마이너스 선이 접촉하지 않도록 각각 내열 절연 튜브로 피복된다.
도 8의 (d)에 도시하는 바와 같이 반응관 열전대 지지체(300)는 반응관 열전대 공간에 삽입되고, 캡(302)의 저면을 반응관 열전대용 보호관(63)의 상면에 인괘(引掛)하여 지지된다. 또한 반응관 열전대용 보호관(63)의 하단 부분에는 리드부 인출창(窓)(318)이 구비되고, 그 곳으로부터 열전대 리드부(314)를 인출한다.
(본 실시 형태에 따른 기판 처리 동작)
다음으로 본 실시 형태에 따른 기판 처리 동작을 IC의 제조 방법에 있어서의 성막 공정을 예로 들어 설명한다. 이 기판 처리 동작은 컨트롤러(280)에 의해 제어된다. 우선 웨이퍼 차징 스텝에 있어서 웨이퍼(200)는 보트(217)에 장전(裝塡)된다. 복수 매의 웨이퍼(200)는 보트(217)에 있어서의 차징 상태에 있어서 그 중심을 맞춰 서로 평행하면서 수평, 다단으로 적재되고 정렬된다. 다음으로 보트 로딩 스텝에 있어서 복수 매의 웨이퍼(200)를 적재, 보지한 보트(217)는 처리실(204)에 반입(보트 로딩)된다. 계속해서 감압 스텝에 있어서 배기관(231)을 개재하여 진공 펌프(234)에 의해 반응관(222)의 내부가 소정의 진공도로 감압됨과 함께, 승온 스텝에 있어서 온도 검출 장치에 의해 측정한 온도에 기초하여 히터 유닛(208)에 의해 반응관(222)의 내부가 소정의 온도로 승온된다.
다음으로 성막 스텝에 있어서 보트(217)가 회전되면서 소정의 원료 가스가 가스 노즐(224)에 공급되고 처리실(204)에 도입된다. 처리실(204)에 도입된 원료 가스는 반응관(222) 내에 유출되고, 매니폴드(206)에 개설된 배기관(231)으로부터 배기된다. 성막 스텝에 있어서 온도 검출 장치에 의해 측정된 온도에 기초하여 히터 유닛(208)에 의해 반응관(222)의 내부가 소정의 온도로 유지된다. 이와 같이 하여 웨이퍼(200)의 표면에 접촉하면서 상하로 인접하는 웨이퍼(200)와 웨이퍼(200)와의 사이의 공간을 평행으로 흘러가는 원료 가스에 의해 웨이퍼(200)의 표면이 성막된다.
이상과 같이 하여 원하는 성막 처리가 이루어진 후에 원료 가스의 공급이 정지되고, 불활성 가스에 의해 처리실(204) 내가 대기압으로 복귀된다. 또한 온도 검출 장치에 의해 측정된 온도에 기초하여 반응관(222)의 내부가 소정의 온도로 강온된다. 그 후 보트 언로딩 스텝에 있어서 씰 캡(219)이 하강되는 것에 의해 처리실(204)의 하단이 개구되고, 보트(217)에 보지된 상태에서 처리 완료된 웨이퍼(200) 군이 처리실(204)로부터 외부에 반출(보트 언로딩)된다.
전술한 승온 동작, 온도 유지 동작, 강온 동작은 반응관 열전대에 의해 측정된 온도에 기초하고, 상기 측정 온도가 목표 온도가 되도록 컨트롤러(280)에 의해 제어, 예컨대 공지(公知)의 PID 제어가 수행된다.
제1 실시 형태에 의하면 적어도 다음 (A1)∼ (A5)의 효과를 얻을 수 있다.
(A1) 반응관 외벽에 당접시켜 반응관 열전대용 보호관을 설치하고 그 안에 반응관 열전대를 배치했으므로, 반응관 열전대의 온도 특성을 프로파일 열전대의 온도 특성과 비슷하게 할 수 있다. 이에 의해 실제 운용 시에 있어서 프로파일 열전대를 사용하지 않는 경우에도 열처리를 개시할 때까지의 대기 시간을 짧게 할 수 있거나 또는 보다 정확한 반응관 내의 온도 계측이 가능해진다.
(A2) 1개의 절연관에 2개의 관통공을 설치하고, 상기 관통공에 한 쌍의 반응관 열전대를 삽통하고, 그 절연관 1개만을 1개의 반응관 열전대용 보호관 내에 배치했으므로, 반응관 열전대용 보호관의 외경을 작게 할 수 있다. 이에 의해 반응관 외벽에 즉 반응관과 히터 유닛과의 사이의 공간에 반응관 열전대용 보호관을 설치하는 것이 용이해진다.
(A3) 절연관의 상단에 캡을 설치하고, 상기 캡의 저면을 반응관 열전대용 보호관의 상면에서 지지하도록 했으므로, 절연관의 교환이 용이해져 반응관 열전대의 청소나 교환 등의 보수 작업을 용이하게 수행할 수 있다.
(A4) 절연관의 결부 내에 반응관 열전대의 접합부를 수용하고, 결부를 뚜껑으로 피복하도록 했으므로, 접합부가 반응관 열전대용 보호관과 접촉하여 파손하는 것을 방지할 수 있다.
(A5) 스페이서를 결부의 하방에 설치하고, 스페이서의 외경을 결부의 뚜껑의 외경보다도 크면서 반응관 열전대 공간(반응관 외벽과 반응관 열전대용 보호관으로 둘러싸여진 공간)의 내경보다도 작게 했으므로, 반응관 열전대의 접합부가 반응관 열전대 공간의 수평 단면의 대략 중앙에 위치하도록 지지할 수 있는 것과 함께 진동 등에 의해 뚜껑이 반응관 외벽이나 반응관 열전대용 보호관의 내벽에 접촉하지 않도록 보호할 수 있다.
(제2 실시 형태)
다음으로 제2 실시 형태에 있어서의 반응관 열전대의 구조를 도 9와 도 10을 이용하여 설명한다. 도 9는 제2 실시 형태에 있어서의 처리로와 열전대를 도시하는 도면이다. 도 10은 제2 실시 형태에 있어서의 반응관 열전대 지지체의 구조를 도시하는 도면이다. 도 10의 (a)는 제2 실시 형태에 있어서의 반응관 열전대 지지체(400)의 구체예의 구성도이며, 도 10의 (b)는 후술하는 결부(410)의 정면도이며, 도 10의 (c)는 결부(410)의 측면도이며, 도 10의 (d)는 반응관 열전대 지지체(400)의 반응관(222)으로의 설치 개략을 도시하는 상면도다. 또한 반응관 및 반응관 열전대 지지체 이외의 구성이나 기판 처리 동작은 제1 실시 형태와 같으므로 설명을 생략한다.
제2 실시 형태에서는 반응관 열전대(53a∼53e)를 2쌍씩 모아, 반응관 열전대용 보호관(63)의 석영 재료나 반응관 열전대 지지체의 부품 점수를 저감하는 것에 의해 처리로(202)를 보다 저렴하게 하는 구성으로 하고 있다. 도 9의 예에서는 반응관 열전대(53a와 53e)를 모아, 반응관 열전대용 보호관(63a)에서 형성하는 반응관 열전대 공간에 설치한다. 또한 반응관 열전대(53b와 53d)를 모아, 반응관 열전대용 보호관(63b)에서 형성하는 반응관 열전대 공간에 설치한다. 반응관 열전대(53c)는 반응관 열전대용 보호관(63c)에서 형성하는 반응관 열전대 공간에 설치한다.
도 10에 도시하는 바와 같이 반응관 열전대 지지체(400)는 반응관 열전대(53)와 결부(410a, 410e)를 포함하는 절연관(412)과 결부(410a, 410e)를 각각 피복하는 뚜껑(404a, 404e)과 캡(402)과 스페이서(406a, 406e)를 구비한다. 또한 온도 검출 장치는 반응관 열전대 지지체(400)와 반응관 열전대용 보호관(63)과 반응관(222)을 구비한다.
제2 실시 형태에서는 2쌍의 반응관 열전대(53)가 1개의 절연관(412) 내에 수용되고, 1개의 반응관 열전대용 보호관(63) 내에 설치된다. 도 10의 예에서는 반응관 열전대(53a와 53e)를 1개의 절연관(412) 내에 수용한다. 반응관 열전대(53a와 53e)는 각각 열전대 접합부(23)와 상기 열전대 접합부(23)로 접합된 2개의 열전대 소선(플러스 선과 마이너스 선)을 포함한다.
도 10의 (d)에 도시하는 바와 같이 절연관(412)은 반응관 열전대(53a와 53e)의 총 4개의 열전대 소선을 각각 삽통 가능한 내경의 구멍을 적어도 4구멍 이상, 예컨대 4구멍 포함하는 알루미나제의 원관이다. 도 10의 (b), (c)에 도시하는 바와 같이 결부(410a)는 절연관(412)의 중간 위치를 측면으로부터 도려낸 부분이며, 절연관(412)의 내부의 2구멍을 노출시키고, 이 구멍으로부터 반응관 열전대(53a)의 열전대 소선을 삽통할 수 있도록 함과 함께 반응관 열전대(53a)의 접합부(23)를 내포할 수 있는 공간을 가진다. 결부(410a)의 도려낸 위치는 반응관 열전대(53a)에 대응한다. 결부(410e)는 반응관 열전대(53e)에 대응한다. 결부(410e)는 결부(410a)와 같은 구조이다. 결부(410a와 410e)는 절연관(412)의 4구멍 가운데 각각 다른 2구멍을 노출시켜서 사용한다.
캡(402)은 알루미나제의 원주 또는 원관이며, 절연관(412)의 두정(상부 선단)에 접착 고정되어 반응관 열전대 지지체(400)의 선단을 구성한다. 그 외경은 반응관 열전대 공간의 수평 방향에 있어서의 직경보다도 크다. 캡(402)은 도 10의 (d)에 도시하는 바와 같이 반응관(222)의 외측 측면과 면 접촉하는 접촉부(402a)를 포함한다. 접촉부(402a)가 반응관(222)과 접촉하는 부분은 평탄한 면 또는 반응관(222)의 외측 측면과 대략 같은 곡률 반경을 가지는 곡면이다.
뚜껑(404a)은 알루미나제의 원관 형상의 덮개이며, 반응관 열전대(53a)의 열전대 소선을 절연관(412)의 구멍에 삽통한 후, 반응관 열전대(53a)의 접합부(23)를 결부(410a)의 내부 공간에 넣어 그 외측에 접착되어 설치된다. 이에 의해 반응관 열전대(53a)의 접합부(23)를 보호한다. 뚜껑(404a)의 두께는 뚜껑(404a)의 외경이 스페이서(406a나 406e)의 외경보다 작아지도록 설정된다.
뚜껑(404e)은 뚜껑(404a)과 마찬가지로 알루미나제의 원관 형상의 덮개이며, 반응관 열전대(53e)의 열전대 소선을 절연관(412)의 구멍에 삽통한 후, 반응관 열전대(53e)의 접합부(23)를 결부(410e)의 내부 공간에 넣어, 절연관(412)의 외측에 접착되어 설치된다. 이에 의해 반응관 열전대(53e)의 접합부(23)를 보호한다. 뚜껑(404e)의 두께는 뚜껑(404e)의 외경이 스페이서(406a나 406e)의 외경보다 작아지도록 설정된다.
스페이서(406a, 406e)는 각각 뚜껑(404a와 404e)의 상방 위치와 하방 위치에 있어서 절연관(412)의 외측에 접착되어 설치된 알루미나제의 원관이며, 그 외경을 반응관 열전대 공간의 수평 방향에 있어서의 직경보다도 다소 작게 한다. 이에 의해 반응관 열전대 지지체(400)가 반응관 열전대 공간에 설치되었을 때에, 반응관 열전대(53a 및 53e)의 각 접합부(23)가 반응관 열전대 공간의 수평 단면의 대략 중앙에 위치하도록 지지함과 함께, 진동 등에 의해 뚜껑(404a)과 뚜껑(404e)이 반응관(222)의 외벽이나 반응관 열전대용 보호관(63)의 내벽에 접촉하지 않도록 한다.
이와 같이 반응관 열전대(53a 및 53e)는 각각 접합부(23)가 결부(410a와 410e)의 내부 공간에 있다. 또한 그것들의 열전대 소선을 구성하는 플러스 선과 마이너스 선이 각각 결부(410a와 410e)의 하방의 절연관(412)의 4구멍에 삽통되고, 절연관(412)의 저면으로부터 열전대 리드부(414)로서 인출되는 구성이다. 열전대 리드부(414)에서는 플러스 선과 마이너스 선이 접촉하지 않도록 각각 내열 절연 튜브로 피복된다.
반응관 열전대 지지체(400)는 반응관 열전대 공간에 삽입되고, 도 10의 (d)에 도시하는 바와 같이 마지막에 캡(402)의 저면을 반응관 열전대용 보호관(63)의 상면에 인괘하여 지지된다. 또한 캡(402)의 접촉부(402a)를 반응관(222)의 외벽에 접하도록 설치하는 것에 의해, 절연관(412)의 수평 방향의 회전을 방지할 수 있고, 반응관 열전대 지지체(400)의 방향이 고정되어 열전대 리드부(414)가 얽히지 않게 된다. 또한 반응관 열전대용 보호관(63)의 하단 부분에는 리드부 인출창(418)(도시되지 않음)이 구비되고, 그곳으로부터 열전대 리드부(414)를 인출한다.
제2 실시 형태에 의하면 적어도 다음 (B1)∼ (B2)의 효과를 얻을 수 있다.
(B1) 1개의 절연관에 4개의 관통공을 설치하고, 상기 관통공에 2쌍의 반응관 열전대를 삽통하고, 그 1개의 절연관을 1개의 반응관 열전대용 보호관 내에 배치했으므로, 절연관과 반응관 열전대용 보호관의 수를 제1 실시 형태보다도 적게 할 수 있어 장치 비용을 저감할 수 있다.
(B2) 캡의 측면에 반응관 외벽과 면 접촉하는 접촉부를 설치했으므로, 반응관 열전대 지지체의 방향을 고정할 수 있어 열전대 리드부가 얽히지 않도록 할 수 있다.
(제3 실시 형태)
제3 실시 형태에서는 반응관 열전대용 보호관(63)을 그 길이 방향(연직 방향)으로 분할하고, 또한 분할한 각 반응관 열전대용 보호관(63)의 육후를 각각 다른 두께로 하였다. 즉 각 반응관 열전대(53)에 대응하도록 반응관 열전대용 보호관(63)을 분리하고 서로 이간시켜서 설치하고, 분리한 각 반응관 열전대용 보호관(63)의 육후를 각각 다른 두께로 하였다. 또한 제3 실시 형태에 있어서도 반응관 및 반응관 열전대 지지체 이외의 구성이나 기판 처리 동작은 제1 실시 형태와 같으므로 설명을 생략한다.
본 발명자들에 의한 연구의 결과, 프로파일 열전대(52a∼52e)의 온도 특성이 서로 다르기 때문에 도 3에 있어서 각 프로파일 열전대(52a∼52e)에 대응하는 위치에 있는 반응관 열전대용 보호관(63)을 구성하는 벽면의 두께는, 각각 서로 다른 두께 즉 서로 다른 열용량으로 하는 편이 좋다는 결과가 나온다는 것을 알 수 있었다. 예컨대 프로파일 열전대(52a)는 상방이 히터 유닛(208)의 천장이므로, 열이 누설되기 어렵고 계측 온도의 응답성이 비교적 빠르다. 한편 히터 유닛(208)의 하부 개구의 베이스(209)나 매니폴드(206)로부터는 매니폴드 등의 노구 하부에 설치된 냉각부에 의한 냉각이 원인으로 열이 누설되기 쉬워지기 때문에, 프로파일 열전대(52b, 52c, 52d, 52e)와 하 위치(下位置)가 됨에 따라 히터 유닛(208)으로부터의 발열에 대한 프로파일 열전대(52)의 계측 온도의 응답성이 늦어진다.
또한 반응관 열전대용 보호관(63)의 연직 방향의 길이는 반응관 열전대(53)의 접합부(23)가 상하 방향의 히터 유닛(208)으로부터 받는 열적 영향을 고려하여 예컨대 접합부(23)의 위치로부터 상하 10∼20cm정도로 하였다. 이에 의해 반응관 열전대용 보호관(63)의 석영 재료를 최소화하여 저렴한 값으로 제작할 수 있으며, 2개의 반응관 열전대용 보호관(63)의 사이에 틈이 생기므로 반응관 열전대(53)의 설치가 용이해진다는 효과가 있다.
도 11을 이용하여 구체적으로 설명한다. 도 11은 제3 실시 형태에 있어서의 처리로와 열전대를 도시하는 도면이다. 반응관 열전대용 보호관(63a)은 반응관 열전대(53a)에 대응한다. 반응관 열전대용 보호관(63a)의 재질이나 반응관(222)으로의 설치 방법은 제1 실시 형태의 반응관 열전대용 보호관(63)과 같은 구성이지만, 도 11의 반응관 열전대용 보호관(63a)의 길이는 전술한 바와 같이 상하 방향으로부터의 열적 영향을 고려한 길이로 하였다. 단 반응관(222)의 상부는 반구면(半球面)으로 되어 있기 때문에, 상방향은 연직이 되도록 설치할 수 있을 때까지의 길이로 하였다. 또한 반응관 열전대용 보호관(63a)의 벽부의 두께(육후)는, 프로파일 열전대(52a)의 계측 온도의 응답성이 비교적 빠르므로 반응관(222)의 육후보다 다소 얇게 하였다. 이렇게 해서 반응관 열전대용 보호관(63a)의 벽부의 두께를 반응관(222)의 육후와 동일하게 한 경우에 비하여 반응관 열전대용 보호관(63a)의 열용량을 작게 하였다.
반응관 열전대용 보호관(63e)은 반응관 열전대(53e)에 대응한다. 전술한 반응관 열전대용 보호관(63a)과 같은 구성이며, 그 길이는 상하 방향으로부터의 열적 영향을 고려한 길이로 하였지만, 아래 방향은 반응관(222) 하단까지로 하였다. 또한 그 두께는 프로파일 열전대(52e)의 계측 온도의 응답성이 비교적 늦으므로, 반응관(222)의 육후보다 다소 두껍게 하였다. 이렇게 해서 반응관 열전대용 보호관(63e)의 벽부의 두께를 반응관(222)의 육후와 동일하게 한 경우에 비하여 반응관 열전대용 보호관(63e)의 열용량을 크게 하였다.
반응관 열전대용 보호관(63e)은 반응관 열전대용 보호관(63b 및 63d)의 연직 방향의 하방 위치, 반응관 열전대용 보호관(63c)의 연직 방향의 하방 위치에도 설치되고, 각각 지지하고 있는 반응관 열전대 지지체(500)의 아래 부분이 움직이지 않도록 구속한다. 반응관 열전대용 보호관(63b, 63c, 63d)는 각각 반응관 열전대(53b, 53c, 53d)에 대응하고, 반응관 열전대용 보호관(63a)과 같은 구성이지만, 그 두께는 보호관(63a <63b <63c <63d <63e)이 되도록 반응관 상부로부터 반응관 하부가 됨에 따라 두꺼워지도록 설치하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면 반응관 열전대용 보호관(63a, 63b, 63c, 63d, 63e)의 순서대로 열용량을 크게 할 수 있다.
또한 각 반응관 열전대용 보호관(63a∼63e)에 있어서 보호관(63)의 두께를 똑같이 할 필요는 없으며, 보호관(63)의 일부가 수평 방향으로 돌출하는 형상으로 할 수도 있다. 또한 각 보호관(63)의 연직 방향의 길이도 같은 길이로 할 필요는 없으며, 각 보호관(63)마다 다른 길이로 할 수도 있다. 이렇게 하면 각 보호관(63)의 열용량을 미세 조정[微調整]할 수 있으므로, 각 보호관(63)마다 최적의 열용량을 설정하는 것이 용이해진다.
제3 실시 형태에 있어서의 반응관 열전대 지지체의 구조를 도 12를 이용하여 설명한다. 도 12는 제3 실시 형태에 있어서의 반응관 열전대 지지체의 구조를 도시하는 도면이다. 도 12의 (a)는 제3 실시 형태에 있어서의 반응관 열전대 지지체(500)의 구체예의 구성도이며, 도 12의 (b)는 캡(502) 부분의 수직 단면도이며, 도 12의 (c)는 후술하는 결부(510)의 정면도이며, 도 12의 (d)는 결부(510)의 측면도이며, 도 12의 (e)는 반응관 열전대 지지체(500)의 반응관(222)으로의 설치 개략을 도시하는 도면이다.
도 12의 (a)에 도시하는 바와 같이 반응관 열전대 지지체(500)는 반응관 열전대(53)와 결부(510)를 포함하는 절연관(512)과 결부(510)를 피복하는 뚜껑(504)과 캡(502)과 스페이서(506, 508)와 절연관 스토퍼(516)를 구비한다. 또한 온도 검출 장치는 반응관 열전대 지지체(500)와 반응관 열전대용 보호관(63)과 반응관(222)을 구비한다. 제1, 제2 실시 형태에서는 각각 캡(302, 402)에 의해 절연관(312, 412)을 지지했지만, 제3 실시 형태에서는 후술하는 바와 같이 절연관 스토퍼(516)에 의해 절연관(512)을 지지한다. 절연관 스토퍼(516)는 예컨대 알루미나제다.
또한 제3 실시 형태에서는 2쌍의 반응관 열전대(53)가 1개의 절연관(512) 내에 수용되고, 1쌍의 반응관 열전대(53)만이 1개의 반응관 열전대용 보호관(63) 내(반응관 열전대 공간)에 설치된다. 도 12의 예에서는 반응관 열전대(53a와 53e)를 1개의 절연관(512) 내에 수용한다. 반응관 열전대(53a와 53e)는 각각 열전대 접합부(23)와 상기 열전대 접합부(23)로 접합된 2개의 열전대 소선(플러스 선과 마이너스 선)을 포함한다.
절연관(512)은 제2 실시 형태의 절연관(412)과 마찬가지로 반응관 열전대(53a와 53e)의 총 4개의 열전대 소선을 각각 삽통 가능한 내경의 구멍을 적어도 4구멍 이상 예컨대 4구멍 포함하는 알루미나제의 원관이다.
도 12의 (b)에 도시하는 바와 같이 캡(502)은 절연관(512)의 두정(상부 선단)에 접착 고정되어 반응관 열전대 지지체(500)의 선단을 구성한다. 캡(502)은 알루미나제의 모자 형상[帽子狀]의 뚜껑이며, 그 내부 공간에 반응관 열전대(53a)의 접합부(23)를 막아서 보호한다. 캡(502)의 두께는 캡(502)의 수평 방향의 직경이 스페이서(506이나 508)의 수평 방향의 외경보다 작다.
도 12의 (c), (d)에 도시하는 바와 같이 결부(510)는 절연관(512)의 중간 위치를 측면으로부터 도려낸 부분이며, 절연관(512)의 내부의 2구멍을 노출시키고, 이 구멍으로부터 반응관 열전대(53e)의 열전대 소선을 삽통할 수 있도록 함과 함께 반응관 열전대(53e)의 접합부(23)를 내포할 수 있는 공간을 가진다. 결부(510)의 도려낸 위치는 반응관 열전대(53e)에 대응한다.
뚜껑(504)은 알루미나제의 원관 형상의 덮개이며, 반응관 열전대(53e)의 열전대 소선을 절연관(512)의 구멍에 삽통한 후, 반응관 열전대(53e)의 접합부(23)를 결부(510)의 내부 공간에 넣어 그 외측에 접착하여 설치된다. 이에 의해 반응관 열전대(53e)의 접합부(23)를 보호한다. 뚜껑(504)의 두께는 뚜껑(504)의 외경이 스페이서(506이나 508)의 외경보다 작아지도록 설정된다.
스페이서(506, 508)는 각각 캡(502)의 하방 위치와 뚜껑(504)의 하방 위치에 접착하여 설치된 알루미나제의 원관이며, 그것들의 외경을 반응관 열전대 공간의 수평 방향에 있어서의 직경보다도 다소 작게 한다. 이에 의해 반응관 열전대 지지체(500)가 반응관 열전대 공간에 설치되었을 때에, 반응관 열전대(53a 및 53e)의 각 접합부(23)가 반응관 열전대 공간의 수평단면의 대략 중앙에 위치하도록 지지함과 함께, 진동 등에 의해 캡(502)과 뚜껑(504)이 반응관(222)의 외벽이나 반응관 열전대용 보호관(63)의 내벽에 접촉하지 않도록 한다.
이와 같이 반응관 열전대(53a)는 그 접합부(23)가 캡(502)의 내부 공간에 있다. 또한 그 열전대 소선을 구성하는 플러스 선과 마이너스 선이 절연관(512)의 2구멍에 각각 삽통되고, 절연관(512)의 저면으로부터 열전대 리드부(514)로서 인출되는 구성이 된다. 또한 반응관 열전대(53e)는 그 접합부(23)가 결부(510)의 내부 공간에 있다. 또한 그 열전대 소선을 구성하는 플러스 선과 마이너스 선이 그 하방의 절연관(512)의 2구멍[반응관 열전대(53a)를 삽통하는 2구멍과는 다른 2구멍]에 각각 삽통되고, 절연관(512)의 저면으로부터 열전대 리드부(514)로서 인출되는 구성이 된다. 열전대 리드부(514)에서는 총 4개의 플러스 선과 마이너스 선이 접촉하지 않도록 각각 내열 절연 튜브로 피복된다.
도 12의 (e)에 도시하는 바와 같이 반응관 열전대 지지체(500)는 반응관 열전대용 보호관(63a와 63e)으로 구성되는 분할된 반응관 열전대 공간에 삽입되고, 반응관 열전대용 보호관(63e)의 하단 부분에 설치된 플랜지부[鍔部](520) 상에 재치된다. 또한 반응관 열전대용 보호관(63e)의 하단 부분에는 리드부 인출창(518)이 구비되어 열전대 리드부(514)를 인출할 수 있도록 된다.
또는 반응관 열전대 지지체(500)를 플랜지부(520) 상에 재치하는 것이 아닌, 반응관 열전대 지지체(500)의 하단의 절연관 스토퍼(516)를 보호관 홀더(36) 내에 삽입하여 지지하도록 구성할 수도 있다. 이와 같이 구성했을 경우의 보호관 홀더(36) 내에 있어서의 열전대 리드부(514)의 상태를 도 13과 도 14를 이용하여 설명한다. 도 13은 제3 실시 형태에 있어서의 열전대 리드부의 상태를 도시하는 도면이다. 도 13의 (a)는 반응관 열전대용 보호관(63) 내에 수용된 절연관(512a, 512b, 512c)을 처리로(202)의 중심으로부터 본 도면이다. 도 13의 (b)는 도 13의 (a)를 측면으로부터 본 수직 단면도다. 도 14는 도 13의 A-A부에 있어서의 수평 단면도이며, 도 14의 (a)는 절연관(512a)의 단면, 도 14의 (b)는 절연관(512b)의 단면, 도 14의 (c)는 절연관(512c)의 단면이다. 도 13과 도 14에 있어서 이해하기 쉽게 하기 위해 반응관 열전대용 보호관(63), 캡(502), 뚜껑(504), 스페이서(506) 등은 도시를 생략한다.
절연관(512a)은 도 11의 반응관 열전대용 보호관(63a, 63e) 내에 수용되고, 절연관(512b)은 도 11의 반응관 열전대용 보호관(63b, 63d) 내에 수용되고, 절연관(512c)은 도 11의 반응관 열전대용 보호관(63c) 내에 수용된다.
도 13의 (a), (b)에 도시하는 바와 같이 절연관(512a)의 하단은 절연관 스토퍼(516a)에 삽입되어 지지되고, 절연관 스토퍼(516a)의 하단은 보호관 홀더(36)의 저부에 의해 지지된다. 마찬가지로 절연관(512b)의 하단은 절연관 스토퍼(516b)에 삽입되어 지지되고, 절연관 스토퍼(516b)의 하단은 보호관 홀더(36)의 저부에 의해 지지된다. 또한 절연관(512c)의 하단은 절연관 스토퍼(516c)에 삽입되어 지지되고, 절연관 스토퍼(516c)의 하단은 보호관 홀더(36)의 저부에 의해 지지된다.
도 14의 (a)에 도시하는 바와 같이 절연관(512a)은 단면이 원형인 4개의 구멍이 관통하고, 그 4개의 구멍에 반응관 열전대(53a)용의 열전대 소선(21a, 22a)과 반응관 열전대(53e)용의 열전대 소선(21e, 22e)이 삽통하여 수용된다. 또한 도 14의 (b)에 도시하는 바와 같이 절연관(512b)은 단면이 원형인 4개의 구멍이 관통하고, 그 4개의 구멍에 반응관 열전대(53b)용의 열전대 소선(2lb, 22b)과 반응관 열전대(53d)용의 열전대 소선(21d, 22d)이 삽통하여 수용된다. 또한 도 14의 (c)에 도시하는 바와 같이 절연관(512c)은 단면이 원형인 4개의 구멍이 관통하고, 그 가운데 2개의 구멍에 반응관 열전대(53c)용의 열전대 소선(21c, 22c)이 삽통하여 수용된다.
도 13의 (b)에 도시하는 바와 같이 열전대 소선(21a)의 하단은 중공(中空) 구조의 보호관 홀더(36) 내에 있어서 절연관(512a)의 하단으로부터 연직 방향으로 나와 소선 보지부(35) 내를 수평 방향으로 삽통하고, 처리실(204) 외의 제어부(280)에 접속된다. 보호관 홀더(36) 내에 있어서 각 열전대 소선은 800℃정도까지의 내열 절연 튜브(예컨대 세라믹 섬유나 유리 섬유 등으로 짜여진 튜브)로 피복되고, 서로 절연된다. 또한 도 13의 (b)에서는 열전대 소선(21a)만을 도시하고 있지만, 열전대 소선(22a, 21e, 22e)이나 절연관(512b) 내의 열전대 소선(2lb, 22b, 21d, 22d)이나 절연관(512c) 내의 열전대 소선(21c, 22c)에 대해서도 열전대 소선(21a)과 마찬가지이므로, 이하 열전대 소선(21a)에 대하여 설명한다.
열전대 소선(21a)은 절연관(512a)의 하단으로부터 연직 하방으로 나온 후, 수평 방향으로 방향을 바꿔 소선 보지부(35)의 일단(一端)(35a)[처리실(204)의 중심측]으로부터 소선 보지부(35) 내에 들어 있다. 상기 일단(35a)으로부터 보호관 홀더(36)의 저부까지의 치수는 예컨대 약 10∼15mm이며, 열팽창 시에 열전대 소선(21a)이 보호관 홀더(36)에 구속되지 않기 위한 버퍼 영역(38)이 보호관 홀더(36) 내에 형성된다. 열전대 소선(21a)이 보호관 홀더(36)에 구속되지 않는 상태란, 예컨대 열팽창 시에 열전대 소선(21a)이 보호관 홀더(36)의 저부에 접촉하지 않거나, 접촉했다 하더라도 열전대 소선(21a)이 단선(斷線)에 이르는 힘이 가해지지 않는 상태이다. 절연관 스토퍼(516a)는 절연관(512a)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(516a)는 내부가 연직 방향으로 관통되고, 이 관통공에 의해 절연관(512a) 하단으로부터의 열전대 소선(21a)을 버퍼 영역(38)으로 이끌게 된다. 이에 의해 열전대 소선이 연직 방향으로 직선 형상을 유지하는 것이 용이해지고, 절연관 스토퍼로부터 받는 구속력을 억제할 수 있다.
이와 같이 열전대 소선(21a)이 들어가는 소선 보지부(35)의 위치(35a)와 열전대 소선(21a)이 나오는 절연관(512a)의 하단의 위치를 보호관 홀더(36)의 저부로부터 약 10mm이상으로 하는, 즉 버퍼 영역(38)보다 높은 위치에서 지지하는 것에 의해, 열팽창 시에 열전대 소선(21a)이 보호관 홀더(36)의 저부에 접촉하여 단선에 이르는 힘으로 구속되는 것을 억제할 수 있다. 도 13의 (b)에서는 버퍼 영역(38) 내에 있어서 열처리 전후의 대기 상태(500℃)에 있어서의 열전대 소선(21a)을 실선(實線)으로, 열처리 중의 프로세스 상태(1,200℃)에 있어서의 열전대 소선(21a)을 파선(破線)으로 도시하고 있다.
또한 열전대 소선(21a)은 소선 보지부(35) 내에서 세라믹계 접착제 등에 의해 고정된다. 이는 버퍼 영역(38) 내의 열전대 소선(21a)이 처리실(204) 외로부터 인장(引張)되지 않도록 하기 위해서이다.
이상 설명한 바와 같이 열전대 접합부(23)는 절연관(512)의 상단 또는 도중 부분에서 지지되고, 절연관(512)은 절연관 스토퍼(516)에 의해 지지되고, 절연관 스토퍼(516)는 보호관 홀더(36)에 의해 지지된다. 즉 열전대 소선(21, 22)은 그 상단이 절연관(512) 등에 의해 지지된다. 또한 열전대 소선(21, 22)은 절연관(512)의 하단으로부터 나온 부분이 버퍼 영역(38) 내에 있어서 보호관 홀더(36)의 저부 등에 구속되지 않는 상태가 된다. 따라서 열팽창 시에 있어서 열전대 소선(21, 22)이 자중으로 직선 형상을 유지할 수 있고, 부분적으로 굴곡하는 것을 억제할 수 있으며, 그 결과 열전대 소선(21, 22)과 절연관(32)과의 사이에 큰 마찰력이 발생하는 것을 억제할 수 있고, 열전대 소선(21, 22)의 단선을 억제할 수 있다. 또한 절연관(512)의 선팽창 계수는 열전대 소선(21, 22)의 선팽창 계수보다도 작은 것을 채용하고, 열팽창에 따르는 열전대 접합부(23)의 위치 즉 온도 측정 위치의 변화를 종래보다 작게 할 수 있다. 예컨대 절연관(512)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.
제3 실시 형태에 의하면 적어도 다음 (C1)∼ (C7)의 효과를 얻을 수 있다.
(C1) 반응관 열전대용 보호관을 반응관 열전대의 접합부에 대응시키고, 서로 분리하고 이간시켜서 설치했으므로, 반응관 열전대용 보호관의 재료(예컨대 석영)을 절감할 수 있다.
(C2) 분리한 각 반응관 열전대용 보호관의 육후를 서로 다르게 했으므로, 각 반응관 열전대용 보호관의 열량을 서로 다르게 할 수 있고, 각 반응관 열전대용 보호관 내에 배치하는 반응관 열전대의 온도 특성을 프로파일 열전대의 온도 특성, 즉 열 처리로 내의 온도 특성과 비슷하게 하는 것이 가능해진다.
(C3) 분리한 각 반응관 열전대용 보호관 가운데 최상부에 있는 반응관 열전대용 보호관의 육후를 최하부에 있는 반응관 열전대용 보호관의 육후보다도 얇게 했으므로, 최상부와 최하부에 있는 반응관 열전대의 온도 특성을 최상부와 최하부에 있는 프로파일 열전대의 온도 특성과 비슷하게 할 수 있다.
(C4) 분리한 각 반응관 열전대용 보호관의 위치가 상부로부터 하부로 옮겨감에 따라 각 반응관 열전대용 보호관의 육후를 점차 두껍게 하도록 했으므로, 각 반응관 열전대의 온도 특성을 프로파일 열전대의 온도 특성과 비슷하게 할 수 있다.
(C5) 분리한 2개의 반응관 열전대용 보호관을 동일 연직선 상에 배치했으므로, 2쌍의 반응관 열전대를 삽통한 1개의 절연관을 상기 동일 연직선 상에 배치한 2개의 반응관 열전대용 보호관 내에 배치할 수 있다. 이에 의해 사용하는 절연관 수를 절감할 수 있음과 함께 2개의 반응관 열전대용 보호관의 사이에 틈이 생기므로 반응관 열전대의 설치가 용이해진다.
(C6) 절연관의 상단의 캡 내에 반응관 열전대의 접합부를 배치하고 절연관을 절연관 스토퍼에 의해 지지하도록 했으므로, 반응관 열전대용 보호관 상단 부근의 온도 계측이 가능해진다.
(C7) 절연관 하방에 버퍼 영역을 설치했으므로, 반응관 열전대 소선의 단선을 억제할 수 있다.
(제4 실시 형태)
전술한 얘기의 제3 실시 형태에서는 1개의 절연관(512)에 반응관 열전대(53)를 2쌍 모아서 배치하는 구성으로 하였지만, 1개의 절연관(512)에 반응관 열전대(53)를 1쌍만 배치하는 구성으로 할 수도 있으며, 이것을 제4 실시 형태로 한다. 즉 제4 실시 형태에 있어서도 제3 실시 형태와 마찬가지로 각 반응관 열전대(53)에 대응하도록 반응관 열전대용 보호관(63)을 분리하고 서로 이간시켜서 설치하고, 분리한 각 반응관 열전대용 보호관(63)의 육후를 각각 다른 두께, 즉 다른 열용량으로 한다. 그리고 제3 실시 형태의 도 11에 도시하는 반응관 열전대용 보호관(63c, 63e), 절연관(512c), 반응관 열전대(53c)와 같은 구성을, 반응관 열전대(53)의 접합부(23)의 높이 위치를 바꿔 반응관(222)의 외벽 상에 병렬로 5조 설치한다. 즉 제4 실시 형태에서는 반응관 열전대(53)를 각각 1쌍 배치된 5개의 절연관(512)이 반응관(222)의 외벽 상에 병렬이면서 연직 방향으로 배치된 5쌍의 반응관 열전대용 보호관(63) 내에 수용된다. 또한 제4 실시 형태에 있어서 전술한 반응관 및 반응관 열전대 지지체 이외의 구성이나 기판 처리 동작은 제3 실시 형태와 같으므로 설명을 생략한다.
제4 실시 형태에 의하면 적어도 다음 (D1)의 효과를 얻을 수 있다.
(D1) 제4 실시 형태에 있어서의 절연관(512)은 2구멍 있으면 충분하므로, 그 외경이 작아져 그에 의해 반응관 열전대 공간을 작게 할 수 있고, 그 결과 반응관 열전대용 보호관(63)의 외경이 작아져 반응관 열전대용 보호관이나 반응관 열전대 지지체를 설치하기 위한 스페이스의 확보가 용이해진다.
도 15는 제1 내지 제4 실시 형태의 열전대의 온도 응답 특성을 설명하는 도면이다. 도 15의 (a)는 목표 온도(71)에 대한 종래의 히터 열전대(72)와 프로파일 열전대(73)의 온도 응답이다. 도 15의 (b)는 목표 온도(74)에 대한 제1 내지 제4 실시 형태의 반응관 열전대(75)와 프로파일 열전대(76)의 온도 응답이다. 둘 다 종축은 온도, 횡축은 시간이다.
도 15의 (a)에 도시하는 바와 같이 히터 열전대(72)는 히터의 발열체 근방에 위치하기 때문에 응답이 빠른 것에 비해, 프로파일 열전대(73)는 반응관의 내부에 위치하므로 응답이 늦다. 도 15의 (b)에 도시하는 바와 같이 반응관 열전대(75)는 프로파일 열전대(76)와 같은 응답 성능으로 설정할 수 있으므로, 반응관 열전대(75)의 계측 온도를 피드백해서 히터를 제어하면 반응관 열전대(75)의 계측 온도가 정상 상태가 되고 나서의 대기 시간을 단축할 수 있다. 그 결과 히터 열전대로 히터 제어하는 것보다도 반응관 열전대로 히터 제어하는 편이 열처리를 개시할 때까지의 대기 시간을 짧게 할 수 있다.
또한 장치의 운용 상태에 있어서 프로파일 열전대를 설치하지 않아도 반응관 열전대의 계측 온도를 그 대신으로 사용할 수 있고, 보다 정확한 온도 계측이 가능하므로, 부정확한 온도 계측에 기인하는 열처리에서의 문제를 제거할 수 있다. 이와 같이 반응관 외벽에 당접시켜 설치한 반응관 열전대용 보호관의 내부에 반응관 열전대가 설치되므로, 반응관 열전대의 계측 온도의 온도 응답 성능을 프로파일 열전대의 그것과 동일하게 설정할 수 있다.
또한 본 발명은 전술한 각 실시 형태에 한정되는 것이 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경이 가능한 것은 말할 필요도 없다. 전술한 제3 실시 형태나 제4 실시 형태에서는 분할된 반응관 열전대용 보호관(63)의 두께를 서로 다르게 구성했지만, 제1 실시 형태나 제2 실시 형태의 분할되지 않은 반응관 열전대용 보호관(63)에 있어서도 반응관 열전대(53)의 접합부(23)가 존재하는 부근에 있어서의 반응관 열전대용 보호관(63)의 두께를 서로 다르게 하여 구성해도 좋고, 모든 실시 형태에 있어서의 반응관 열전대용 보호관의 재질을 열용량의 다른 재질로 구성해도 좋다. 또한 전술한 제3 실시 형태나 제4 실시 형태에서는 2쌍이 되는 반응관 열전대의 조합을 도면에 기재된 반응관 열전대(53a와 53e, 53b와 53d)라는 조합을 기재했지만, 다른 조합이 되는 반응관 열전대의 조합이여도 좋다.
또한 전술한 실시 형태에서는 처리가 웨이퍼에 수행될 경우에 대하여 설명하였지만, 처리 대상은 웨이퍼 이외의 기판이여도 좋고, 포토 마스크나 프린트 배선 기판, 액정 파넬, 컴팩트 디스크 혹은 자기 디스크 등이어도 좋다. 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 처리뿐만 아니라, 노광 처리, 리소그래피, 도포 처리 등이어도 좋다.
이하 본 발명의 바람직한 형태에 대하여 부기한다.
(부기1)
본 발명의 일 형태에 의하면, 복수 매의 기판을 보지하는 기판 보지구를 수용하고 상기 기판 보지구 상에 보지된 기판을 처리하는 반응관;
상기 반응관의 외부에 설치되고 상기 반응관 내를 가열하는 가열부;
상기 반응관 외벽에 당접하여 설치된 보호관;
상기 보호관 내에 배치되고 내부에 관통공을 포함하는 절연관;
상단에 열전대 접합부를 포함하고 열전대 소선이 상기 절연관의 관통공에 삽통된 열전대;
상기 반응관 내에 수용된 기판을 처리하는 가스를 상기 반응관 내에 공급하는 가스 공급부; 및
상기 반응관 내로부터 가스를 배기하는 배기부;를 구비하는 기판 처리 장치가 제공된다.
(부기2)
부기1의 기판 처리 장치에 있어서 바람직하게는, 상기 보호관은 상기 반응관 외벽에 설치되는 위치에 따라 상기 보호관의 벽부의 육후가 다르도록 구성된다. 또한 이 보호관은 1개여도 좋고 복수여도 좋다.
(부기3)
부기2의 기판 처리 장치에 있어서 바람직하게는, 상기 보호관은 상기 반응관 외벽에 복수, 연직 방향으로 분리하여 설치되도록 구성된다.
(부기4)
부기3의 기판 처리 장치에 있어서 바람직하게는, 상기 복수의 보호관은 최상부에 설치되는 보호관의 벽부의 육후가, 최하부에 설치되는 보호관의 벽부의 육후보다도 얇아지도록 구성된다.
(부기5)
부기1 내지 부기4의 기판 처리 장치에 있어서 바람직하게는, 상기 절연관은 상기 관통공을 4개 이상 포함하고, 상기 관통공에 2쌍분의 상기 열전대의 열전대 소선이 삽통되도록 구성된다.
(부기6)
부기1 내지 부기5의 기판 처리 장치에 있어서 바람직하게는, 상기 절연관의 상단에는 상기 절연관의 수평 방향의 외경보다도 큰 외경을 가지는 캡이 설치되고, 상기 캡의 저면을 상기 보호관의 상면에서 지지하는 것에 의해 상기 절연관이 상기 보호관에서 지지되도록 구성된다.
(부기7)
부기6의 기판 처리 장치에 있어서 바람직하게는, 상기 캡은 그 측면에 상기 반응관 외벽과 접촉하고 상기 절연관의 수평 방향의 회전을 방지하기 위한 접촉부를 포함하도록 구성된다.
(부기8)
부기1 내지 부기7의 기판 처리 장치에 있어서 바람직하게는,
상기 절연관은 상기 열전대 접합부를 수용하는 결부를 포함하고,
상기 절연관의 상기 결부의 위치에는 상기 결부를 피복하는 덮개가 설치되고,
상기 절연관의 상기 결부의 하방 또는 상방의 위치에는 상기 덮개의 수평 방향의 외경보다도 큰 외경을 포함하는 스페이서가 설치되도록 구성된다.
(부기9)
부기1 내지 부기8의 기판 처리 장치에 있어서 바람직하게는, 상기 절연관의 하방에 설치된 공간으로서, 상기 절연관의 하단으로부터 나온 상기 열전대 소선이 열팽창했을 시에 구속되는 것을 억제하는 버퍼 영역을 가지도록 구성된다.
(부기10)
부기1의 기판 처리 장치에 있어서 바람직하게는, 상기 보호관은 상기 반응관 외벽에 설치되는 위치에 따라 상기 보호관의 열용량이 다르도록 구성된다.
(부기11)
부기1의 기판 처리 장치에 있어서 바람직하게는, 상기 가열부 근방에 배치되고 상기 가열부의 온도를 검출하기 위한 가열부 열전대를 포함하도록 구성된다.
(부기12)
본 발명의 다른 형태에 의하면,
복수 매의 기판을 보지하는 기판 보지구를 수용하고 상기 기판 보지구 상에 보지된 기판을 처리하는 반응관;
상기 반응관의 외부에 설치되고 상기 반응관 내를 가열하는 가열부;
상기 반응관 외벽에 당접하여 설치된 보호관;
상기 보호관 내에 배치되고 내부에 관통공을 포함하는 절연관;
상단에 열전대 접합부를 포함하고 열전대 소선이 상기 절연관의 관통공에 삽통된 열전대;
상기 반응관 내에 수용된 기판을 처리하는 처리 가스를 상기 반응관 내로 공급하는 가스 공급부; 및
상기 반응관 내로부터 가스를 배기하는 배기부;를 구비하는 기판 처리 장치를 이용하는 반도체 장치의 제조 방법으로서,
상기 복수 매의 기판을 보지하는 기판 보지구를 상기 반응관 내에 수용하는 공정;
상기 가열부에 의해 상기 반응관 내를 가열하는 공정;
상기 보호관 내의 상기 절연관에 삽통된 상기 열전대를 이용하여 온도를 검출하는 온도 검출 공정;
상기 가스 공급부로부터 상기 반응관 내로 상기 처리 가스를 공급하는 공정;
상기 배기부에 의해 상기 반응관 내로부터 가스를 배기하는 공정; 및
상기 온도 검출 공정으로 검출한 온도에 기초하여 상기 반응관 내에 수용된 상기 기판 보지구 상의 복수 매의 기판을 처리하는 공정;을 구비하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기13)
본 발명의 다른 형태에 의하면,
복수 매의 기판을 보지하는 기판 보지구를 수용하고 상기 기판 보지구 상에 보지된 기판을 처리하는 반응관;
상기 반응관의 외부에 설치되고 상기 반응관 내를 가열하는 가열부;
상기 반응관 외벽에 당접하여 설치된 보호관;
상기 보호관 내에 배치되고 내부에 관통공을 포함하는 절연관; 및
상단에 열전대 접합부를 포함하고 열전대 소선이 상기 절연관의 관통공에 삽통된 열전대;를 구비하는 기판 처리 장치를 이용하는 온도 검출 방법으로서,
상기 가열부에 의해 상기 반응관 내를 가열하는 공정; 및
상기 보호관 내의 상기 절연관에 삽통된 상기 열전대를 이용하여 온도를 검출하는 온도 검출 공정;을 구비하는 온도 검출 방법이 제공된다.
(부기14)
본 발명의 다른 형태에 의하면,
기둥 형상[柱形狀]으로서, 상기 기둥 형상의 내부를 길이 방향으로 가로지르는 관통공을 포함하는 절연관; 및
상단에 열전대 접합부를 포함하고 열전대 소선이 상기 절연관의 관통공에 삽통된 열전대;를 구비하고,
상기 절연관은 상기 열전대 접합부를 수용하는 결부를 포함하고, 상기 결부의 위치에는 상기 결부를 피복하는 덮개가 설치되고, 상기 결부의 하방 또는 상방의 위치에는 상기 덮개의 수평 방향의 외경보다도 큰 외경을 포함하는 스페이서가 설치되는 열전대 지지체가 제공된다.
(부기15)
부기 14의 열전대 지지체에 있어서 바람직하게는, 상기 절연관은 상기 관통공을 4개 이상 포함하고, 상기 관통공에 2쌍분의 상기 열전대의 열전대 소선이 삽통되도록 구성된다.
(부기16)
부기 14 또는 부기 15의 열전대 지지체에 있어서 바람직하게는, 상기 절연관의 상단에는 상기 절연관의 수평 방향의 외경보다도 큰 외경을 가지는 캡이 설치되도록 구성된다.
(부기17)
부기 16의 열전대 지지체에 있어서 바람직하게는, 상기 캡은 그 측면에 평탄부를 포함하도록 구성된다.
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 35: 소선 보지부
36: 보호관 홀더 38: 버퍼 영역
51: 히터 열전대 52: 프로파일 열전대
62: 프로파일 열전대용 보호관 53: 반응관 열전대
63: 반응관 열전대용 보호관 100: 카세트
101: 광체 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(가열부)
209: 베이스 210: 보온통
217: 보트(기판 보지구) 219: 씰 캡
222: 반응관 224: 처리 가스 공급 노즐
226: 처리 가스 공급 기구 231: 가스 배기관
232: APC밸브 233: 가스 배기관
234: 진공 펌프 236: 압력 센서
237: 보트 회전 기구 280: 컨트롤러
300: 열전대 지지체 302: 캡
304: 뚜껑 306: 스페이서
310: 결부 312: 절연관
314: 열전대 리드부 318: 리드부 인출창
400: 열전대 지지체 402: 캡
402a: 접촉부 404: 뚜껑
406: 스페이서 410: 결부
412: 절연관 414: 열전대 리드부
418: 리드부 인출창 500: 열전대 지지체
502: 캡 504: 뚜껑
506, 508: 스페이서 510: 결부
512: 절연관 514: 열전대 리드부
516: 절연관 스토퍼 518: 리드부 인출창
520: 플랜지부

Claims (12)

  1. 내부를 길이[長手] 방향으로 가로지르는 관통공[貫通穴]을 적어도 2개 포함하는 절연관; 및
    상단에 제1 열전대 소선(素線)과 제2 열전대 소선을 접합하는 열전대 접합부를 포함하고, 상기 제1 열전대 소선과 상기 제2 열전대 소선이 상기 적어도 2개의 관통공에 각각 삽입되는 열전대;
    를 구비하고,
    상기 절연관은 상기 열전대 접합부를 수용하는 결부(抉部)를 포함하는 열전대 지지체.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 절연관의 상기 결부에는 상기 결부를 피복하는 덮개가 설치되는 열전대 지지체.
  4. 제3항에 있어서, 상기 절연관의 상기 결부의 하방 또는 상방의 위치에는 상기 덮개의 수평 방향의 외경보다도 큰 외경을 가지는 스페이서가 설치되도록 구성되는 열전대 지지체.
  5. 제1항에 있어서, 내부에 상기 절연관을 배치하고 기판을 처리하는 반응관의 외벽에 설치되는 보호관을 포함하는 열전대 지지체.
  6. 제5항에 있어서, 상기 보호관은 상기 반응관의 외벽에 설치되는 위치에 따라 상기 보호관의 열용량이 다르도록 구성되는 열전대 지지체.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 열전대 소선과 상기 제2 열전대 소선에 의해 형성되는 소선 폭은 상기 적어도 2개의 관통공에 의해 형성되는 구멍 폭보다도 크도록 구성되는 열전대 지지체.
  8. 제1항에 있어서, 상기 절연관의 하방에 설치된 공간으로서, 상기 절연관의 하단으로부터 나온 상기 열전대 소선이 열팽창했을 시에 구속되는 것을 억제하는 버퍼 영역을 가지는 열전대 지지체.
  9. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 절연관의 상단에는 상기 절연관의 수평 방향의 외경보다도 큰 외경을 가지는 캡이 설치되고, 상기 캡의 저면을 상기 보호관의 상면에서 지지하는 것에 의해 상기 절연관이 상기 보호관에서 지지되도록 구성되는 열전대 지지체.
  10. 기판을 처리하는 처리실을 형성하는 반응관; 및
    내부를 길이 방향으로 가로지르는 관통공을 적어도 2개 포함하는 절연관과, 상단에 제1 열전대 소선과 제2 열전대 소선을 접합하는 열전대 접합부를 포함하고, 상기 제1 열전대 소선과 상기 제2 열전대 소선이 상기 적어도 2개의 관통공에 각각 삽입되며 상기 반응관의 온도를 계측하는 열전대를 구비하고, 상기 절연관은 상기 열전대 접합부를 수용하는 결부를 포함하는 열전대 지지체;
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  11. 기판을 처리하는 처리실을 형성하는 반응관; 및 내부를 길이 방향으로 가로지르는 관통공을 적어도 2개 포함하는 절연관과, 상단에 제1 열전대 소선과 제2 열전대 소선을 접합하는 열전대 접합부를 포함하고, 상기 제1 열전대 소선과 상기 제2 열전대 소선이 상기 적어도 2개의 관통공에 각각 삽입되며 상기 반응관의 온도를 계측하는 열전대를 구비하고, 상기 절연관은 상기 열전대 접합부를 수용하는 결부를 포함하는 열전대 지지체;를 포함하는 기판 처리 장치를 이용한 온도 검출 방법으로서,
    상기 열전대 지지체를 이용하여 상기 처리실의 온도를 검출하는 온도 검출 공정을 구비하는 온도 검출 방법.
  12. 기판을 처리하는 처리실을 형성하는 반응관; 및 내부를 길이 방향으로 가로지르는 관통공을 적어도 2개 포함하는 절연관과, 상단에 제1 열전대 소선과 제2 열전대 소선을 접합하는 열전대 접합부를 포함하고, 상기 제1 열전대 소선과 상기 제2 열전대 소선이 상기 적어도 2개의 관통공에 각각 삽입되며 상기 반응관의 온도를 계측하는 열전대를 구비하고, 상기 절연관은 상기 열전대 접합부를 수용하는 결부를 포함하는 열전대 지지체;를 포함하는 기판 처리 장치를 이용한 반도체 장치의 제조 방법으로서,
    상기 열전대 지지체를 이용하여 상기 처리실의 온도를 검출하는 온도 검출 공정; 및
    상기 온도 검출 공정에서 검출한 온도에 기초하여 상기 기판을 처리하는 공정;
    을 구비하는 반도체 장치의 제조 방법.
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