TWI495836B - 立式熱處理設備、及壓力檢測系統與溫度感測器之組合體 - Google Patents
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Description
【相關申請案的交互參照】
本申請案係基於在2010年3月12日提出申請之日本專利申請案第2010-055548號而主張優先權，其全部揭露內容以參考方式被併入於此。
本發明係有關於一種立式熱處理設備及一種壓力檢測系統與溫度感測器之組件，且尤其有關於一種立式熱處理設備，以及一種能以高精確度將爐體及處理容器之間的空間加以冷卻的壓力檢測系統與溫度感測器之組合體。
在半導體裝置的製造過程中，各種類型的立式熱處理設備被用來進行當作處理物體之半導體晶圓的各種熱處理，例如氧化、擴散、化學氣相沉積(chemical vapor deposition,CVD)等等。一般的立式熱處理設備包括熱處理爐，該熱處理爐包含用以容納並熱處理半導體晶圓之處理容器、及設置成圍繞處理容器的爐體，該爐體係用以加熱處理容器中之晶圓。爐體包含圓柱形之絕熱器，以及經由支持件而設於絕熱器之內周面中的產熱電阻器。
在熱處理設備具有批次化熱處理能力的情形中，可使用例如沿圓柱形絕熱器之內周面而設置的螺旋加熱器元件(亦稱為加熱線或產熱電阻器)作為上述的產熱電阻器。如此之加熱器元件能以例如約500至1000℃的高溫加熱爐子的內部。可將藉由燒結例如陶瓷纖維之絕熱材料所獲得的圓柱形陶瓷絕緣體用來作為上述的絕熱器。如此的絕熱器可減少可能經由熱輻射或熱傳導而損失的熱量，因此可提高加熱效率。上述之支持件可由陶瓷材料製成，且可以此一容許加熱器元件之熱膨脹及熱收縮之方式，以一既定間距支撐加熱器元件。
針對上述之立式熱處理設備，已發展出一種方法，其中在高溫加熱晶圓之後，使爐體與處理容器之間的空間快速冷卻，使得熱處理操作精簡，並維持晶圓之熱處理的精確度。
在立式熱處理設備中進行快速冷卻法的過程中，當爐體與處理容器之間的空間中之壓力為正壓時，熱空氣將爆出爐體外，其可導致爐體本身或其週邊裝置的損壞。另一方面，當爐體與處理容器之間的空間中之壓力為高度負壓時，爐體的絕熱器可能破裂。進一步而言，外部空氣將進入爐體，其可導致處理容器之內部中的溫度分佈不均勻，此外，還可造成產熱電阻器的局部損壞。
因此，在於立式熱處理設備中進行快速冷卻法的過程中，必須將爐體與處理容器之間的空間維持在一輕微負壓。然而，尚未發展出可將爐體與處理容器之間的空間以高精確度安全地維持在一輕微負壓之方法。
[專利文件]
專利文件1：日本公開專利公報第2008-205426號
專利文件2：日本公開專利公報第2009-81415號
本發明已鑑於以上的情況而加以完成。因此，本發明之目的為提供立式熱處理設備及壓力檢測系統與溫度感測器之組合體，其可在將爐體與處理容器之間的空間中之壓力以高精確度控制在輕微負壓，同時快速冷卻該空間。
為了達到此目的，本發明提供一種立式熱處理設備，包含：在內周面上具有加熱部的爐體；處理容器，用以容納複數個待處理之物體，且設置於爐體中並定義出其與爐體之間的空間；溫度感測器，設於爐體與處理容器之間的空間中；連接至爐體之空氣供應管路，用以將冷卻空氣供應至該空間；連接至爐體之空氣排放管路，用以由該空間排放冷卻空氣；吹送器，設於空氣供應管路及空氣排放管路之至少一者中；及空氣供應管路閥機構及空氣排放管路閥機構，分別設於空氣供應管路及空氣排放管路中，其中保護管係設置成穿透爐體並由爐體外側延伸之爐體與處理容器之間的空間，連接至溫度感測器之溫度感測器信號線被容納在保護管中，且通向該空間之壓力檢測孔係形成於保護管中，且其中連接至保護管之壓力檢測孔的壓力檢測感知器係設於爐體外側。
在本發明之較佳實施例中，立式熱處理設備更包含控制部，用以基於來自溫度感測器之檢測信號來控制加熱部，並基於來自壓力檢測感知器之檢測信號來控制吹送器、空氣供應管路閥機構及空氣排放管路閥機構之至少一者，以控制該空間中的壓力。
在本發明之較佳實施例中，具有壓力檢測孔之保護管係由延長之陶瓷管所組成，且與壓力檢測孔平行地延伸之溫度感測器信號線孔係形成於該陶瓷管中。
本發明亦提供一種壓力檢測系統與溫度感測器之組合體，包含：具有壓力檢測孔及溫度感測器信號線孔的保護管；設於保護管之一端的溫度感測器；及連接至溫度感測器之溫度感測器信號線，被容納於保護管之溫度感測器信號線孔，且由保護管之另一端向外延伸。
在本發明之較佳實施例中，利用壓力檢測孔連通之壓力檢測管係設於保護管之另一端，且壓力檢測感知器連接至壓力檢測孔。
依據本發明，保護管係設置成穿透爐體，且其中容納有連接至溫度感測器之溫度感測器信號線。保護管中設有壓力檢測孔，且壓力檢測感知器係連接至壓力檢測孔。於是，爐體與處理容器之間的空間中之壓力可由壓力檢測感知器經由壓力檢測孔直接加以檢測，此使得在強制冷卻該空間的同時亦可將該空間維持在一輕微負壓。由於壓力檢測感知器係連接至其中容納有溫度感測器信號線的保護管之壓力檢測孔，因此在安裝壓力檢測感知器的過程中，不需設置穿透爐體且與保護管分離之壓力孔，且另外可提昇爐體之絕熱性質及熱處理特性。
<第一實施例>
現將參照圖式來敘述本發明之第一實施例。圖1概要性地顯示依據本發明之立式熱處理設備的垂直剖面圖；圖2顯示了立式熱處理設備之示範性空氣供應管路/空氣排放管路系統；圖3顯示立式熱處理設備之另一示範性空氣供應管路/空氣排放管路系統；圖4顯示立式熱處理設備之冷卻方法；圖5顯示溫度感測器、壓力檢測感知器及保護管的放大視圖；圖6A及6B顯示保護管之前視圖；圖7顯示保護管之前端部的橫剖面側視圖；且圖8顯示保護管之基端部的橫剖面側視圖。
參照圖1，立式熱處理設備1包含立式熱處理爐2，該熱處理爐2可容納大量例如半導體晶圓W之處理物體，並進行例如氧化、擴散、低壓CVD等熱處理。熱處理爐2包含在內周面上具有產熱電阻器(加熱部)的爐體5；及用以容納晶圓W並對其進行熱處理的處理容器3，該處理容器3係設置於爐體5中，並定義出其與爐體5之間的空間33。
爐體5被支撐在具有開口7之底板6上，該開口7係用以由下方插入處理容器3。開口7具有未顯示之絕熱器，用以覆蓋底板6與處理容器3之間的間隙。
處理容器3係由石英所製成，且具有上端封閉且下端開放作為爐開口3a的直立長圓柱形狀。朝外延伸的凸緣3b係形成於處理容器3的下端。凸緣3b係經由未顯示之凸緣加壓器被支持在底板6上。在處理容器3的下側部分中具有用以將例如處理氣體或惰性氣體導入至處理容器3中的導入口8；以及未顯示之排出口，用以從處理容器3排出氣體。導入口8係連接至氣體供應源(未顯示)，且排出口係連接至真空系統(未顯示)，該真空系統包含能夠可控制地將處理容器3洩壓至例如約133×10 Pa至133×10-8
Pa的真空泵浦。
在處理容器3的下方設有外蓋10，用以封閉處理容器3之爐開口3a，且可藉由未顯示之抬升機構來垂直地移動。作為爐開口之保溫裝置的保溫圓柱體11係置於外蓋10之上表面上；且石英晶舟12係置於保溫圓柱體11之上表面上，作為在垂直方向上以一預定間隔固持例如100至150個之大量300mm半導體晶圓的保持器。外蓋10設有旋轉機構13，用以繞著晶舟12之軸將其旋轉。藉由外蓋10之向下移動，將晶舟12由處理容器3向下運送(卸載)至裝載區15，並在更換晶圓W之後，藉由外蓋10之向上移動來將晶舟12運送(裝載)至處理容器3中。
爐體5包含圓柱形絕熱器16；槽狀架部17，形成於絕熱器16之內周面上，且配置成軸向(圖1中之垂直方向)之複數階層；及沿各架部17而設置的加熱器元件(加熱線、產熱電阻器)18。絕熱器16係由例如二氧化矽(silica)、氧化鋁(alumina)或矽酸鋁(alumina silicate)之無機纖維所組成。絕熱器16被縱向地分成二等份，以便安裝加熱器元件及組合加熱器。
加熱器元件18具有皺摺狀的外型，而該外型係藉由對長條狀產熱電阻器進行塑型(彎曲)而獲得。皺摺狀之加熱器元件18係由例如由鐵(Fe)、鉻(Cr)及鋁(Al)組成的合金(康達合金，Kanthal alloy)所組成。加熱器元件18具有例如1至2mm之厚度、約14至18mm之寬度、約11至15mm之皺摺幅度及約28至32mm之皺摺間距P。為了容許加熱器元件18在絕熱器16之架部17的每一者上些許程度的圓周方向移動，以及提高加熱器元件18之受彎曲部份的強度，較佳地使皺摺狀加熱器元件18之各頂端部(頂部或峰部)18a的頂角θ呈約90度，且頂端部已施以圓角彎折。
絕熱器16設有插銷元件20，用以將加熱器元件18以預定間隔加以固定，藉此方式來容許加熱器元件18的徑向移動，並防止加熱器元件18由架部17掉落或脫開。在圓柱形絕熱器16之內周面上，與絕熱器16同心之環形溝槽21係在軸向上以預定間距形成複數階層，且圓周方向連續的環狀之架部17係形成於相鄰的上方與下方溝槽21之間。在溝槽部21中之加熱器元件18的上方及下方、以及溝槽部21的底壁與加熱器元件18之間，均具有足以容許加熱器元件18之熱膨脹/收縮及徑向移動的間隙。在熱處理設備之強制空氣冷卻時，此間隙容許冷卻空氣進入加熱器元件18後方的空間，使加熱器元件18能有效地冷卻。
加熱器元件18係利用連接板來連接，且位於端子側之加熱器元件18經由徑向地穿透絕熱器16的端子板22a、22b來連接至外部電源。
如圖1所示，為了保持絕熱器16之形狀，此外也為了強化絕熱器16，由例如不鏽鋼之金屬所製成的外殼28覆蓋爐體5的絕熱器16之外周面。為了減少爐體5在外部環境上的熱影響，外殼之外周面係由水冷套30所覆蓋。覆蓋絕熱器16之頂部(上端)的上絕熱器31被設置在絕熱器16之頂部，且覆蓋外殼28之頂部(上端)的不鏽鋼頂板32被設置在上絕熱器31之上表面。
如圖1及圖2所示，為了在熱處理後快速降低晶圓的溫度以加速製程並增加產能，爐體5設有排熱系統35，用以將爐體5與處理容器3之間的空間33中之空氣排出至外部；以及強制氣冷裝置36，用以將室溫(20-30℃)之空氣導入空間33中來強制冷卻空間33。排熱系統35係由設於例如爐體5之頂部的排氣口37所組成，且用以從空間33排出氣體之空氣排放管路62係連接至排氣口37。
強制氣冷裝置36包含形成於絕熱器16與外殼28之間且配置在爐體5之高度方向的複數個環狀流動通道38；以及設於絕熱器16中之複數個強制冷卻空氣出口40，用以在與絕熱器16之徑向成斜角的方向由各環狀流動通道38排出空氣，而在空間33之圓周方向產生渦流。環狀流動通道38係藉由將帶狀或環狀之絕熱器41貼附至絕熱器16之外周面、或環狀地研磨絕熱器16之外周面來形成。每一強制冷卻空氣出口40係形成於架部17中、位於絕熱器16中的相鄰之上方與下方加熱器元件18之間，使其穿透架部17。藉由此種將強制冷卻空氣出口40配置在架部17中之方式，空氣可在不被加熱器元件18阻礙的情況下被排出至空間33中。
儘管在本實施例中，藉由將帶狀之產熱電阻器加以彎曲所獲得的皺摺狀之加熱器元件被用作加熱器元件18，且皺摺狀之加熱器元件18被容納在各架部17中，仍可使用其他類型的具有不同結構之加熱器元件。儘管在本實施例中，係以空氣由強制冷卻空氣出口40排出的方式來產生渦流，但未必總是需要產生漩渦氣流。
用以分配及供應冷卻空氣至環狀流動通道38且在爐體5之高度方向延伸的共用供應導管49係設於外殼28之外周面上。外殼28具有用以連通導管49與環狀流動通道38之間的連通孔。空氣供應管路52係連接至供應導管49，用以吸入無塵室中之空氣作為冷卻空氣(20-30℃)，並供應冷卻空氣。
由於強制冷卻空氣出口40係各形成於架部17中、位於絕熱器16中的相鄰之上方與下方加熱器元件18之間，使其穿透架部17，因此如上述，空氣可在不被加熱器元件18阻礙的情況下由強制冷卻空氣出口40排出。絕熱器16縱向地被分成二等份，且因此加熱器元件18亦被縱向地分成二等份。此可有助於安裝絕熱器16中之加熱器元件18，而達到輕易組合加熱器。
如圖1及圖2所示，爐體5設有壓力檢測系統50。壓力檢測系統50包含穿透並延伸通過由絕熱器16、外殼28及水冷套30組成之爐體的壓力檢測器管50a，並檢測爐體5與處理容器3之間的空間33中之壓力。
當爐體5與處理容器3之間的空間33之壓力由壓力檢測系統50所檢測時，來自壓力檢測系統50之檢測信號被傳送至控制部51。
進一步而言，用以檢測爐體5與處理容器3之間的空間33之溫度的溫度感測器83a係設於空間33中。基於來自溫度感測器83a的檢測信號，控制部51執行針對立式熱處理設備中之熱處理的控制。
現將參照圖1及5至8來詳細說明壓力檢測系統50及溫度感測器83a。
如上述，壓力檢測系統50包含穿透由絕熱器16、外殼28及水冷套30所組成之爐體5的壓力檢測器管(保護管)50a。在壓力檢測器管50a中容納有連接至溫度感測器83a之溫度感測器信號線83(見圖5及6A)。
尤其，壓力檢測器管50a係由延長之例如氧化鋁管的陶瓷管所組成，且具有兩個沿著壓力檢測器管50a延伸的溫度感測器信號線孔81、以及兩個壓力檢測孔85，該壓力檢測孔85係位於兩個溫度感測器信號線孔81下方，並與該兩個溫度感測器信號線孔81平行地延伸。
在壓力檢測器管50a之兩個溫度感測器信號線孔81中，容納有溫度感測器信號線83及83，其在壓力檢測器管50a之前端部(一端部)50A的外側互相連接並形成溫度感測器83a(見圖7)。如圖5所示，在溫度感測器83a互相連接之溫度感測器信號線83及83經由壓力檢測器管50a及溫度感測器管84之溫度感測器信號線孔81延伸至溫度計90。壓力檢測器管50a、溫度感測器83a及溫度感測器信號線83構成了壓力檢測系統及溫度感測器的組合體。
爐體5與處理容器3之間的空間33之溫度係由溫度計90來判定，且來自溫度計90之檢測信號被傳送至控制部51。
壓力檢測器管50a之兩個壓力檢測孔85連通爐體5之外側以及爐體5與處理容器3之間的空間33，並連接至壓力檢測器管50a之基端部(另一端部)50B中的壓力檢測管86(見圖5及8)。
儘管在本實施例中，壓力檢測器管50a中設置了兩個溫度感測器信號線孔81及兩個壓力檢測孔85，但此並未限制本發明。舉例來說，如圖6B所示，可將兩個溫度感測器信號線孔81及一個壓力檢測孔85設於壓力檢測器管50a中。
現將參照圖5及8來說明壓力檢測器管50a與溫度感測器管84及壓力檢測管86的連接。
如圖5及8所示，壓力檢測孔85通到壓力檢測器管50a之基端部50B。其中有溫度感測器信號線孔81曝露的切斷部89係形成於壓力檢測器管50a之基端部50B中，且曝露於切斷部89中之溫度感測器信號線孔81係連接至溫度感測器管84。溫度感測器信號線83在連接至溫度感測器信號線孔81且由切斷部89朝外突出的溫度感測器管84中延伸，並到達溫度計90。
另一方面，在壓力檢測器管50a之基端部50B開放的壓力檢測孔85係連接至壓力檢測管86，該壓力檢測管86在反方向連接至壓力檢測感知器80。爐體5與處理容器3之間的空間33中之壓力經由壓力檢測器管50a之壓力檢測孔85及壓力檢測管86被傳送至壓力檢測感知器80。於是空間33中之壓力由壓力檢測感知器80所檢測。
由壓力檢測感知器80所檢測的空間33中之壓力被傳送至控制部51。
壓力檢測器管50a之基端部50B與壓力檢測管86在其端面上互相接觸。壓力檢測器管50a之基端部50B的外周面及壓力檢測管86均被第一熱縮管87所覆蓋，使得基端部50B及壓力檢測管86可彼此固定，且在壓力檢測器管50a之壓力檢測孔85與壓力檢測管86之間將不會發生壓力洩漏。
進一步來說，第二熱縮管88被設置成覆蓋壓力檢測器管50a之基端部50B、溫度感測器管84及第一熱縮管87。壓力檢測器管50a之基端部50B、溫度感測器管84及第一熱縮管87藉由第二熱縮管88而彼此結實地固定。
如上述，壓力檢測器管50a係設置成穿透爐體5，且在其中容納有連接至溫度感測器83a之溫度感測器信號線83。壓力檢測孔85係設於壓力檢測器管50a中。壓力檢測感知器80經由壓力檢測管86而連接至壓力檢測孔85。於是，爐體5與處理容器3之間的空間33中之壓力可利用壓力檢測感知器80直接加以檢測，如稍後將說明的，使得在將空間33維持在一輕微負壓的同時亦可強制冷卻空間33。因為壓力檢測感知器80係連接至其中容納有溫度感測器信號線83的壓力檢測器管50a之壓力檢測孔85，所以在壓力檢測感知器80之安裝過程中，不需設置穿透爐體5並與壓力感測器管50a分離之壓力孔。
相較於分離設置針對壓力檢測感知器80之壓力孔的情形，可提昇爐體5之絕熱性質及熱處理特性，且另外，可用簡單的方式來輕易安裝壓力檢測感知器80。
如圖2所示，互相獨立之空氣供應管路52及空氣排放管路62構成空氣供應/排放管路系統。系統之空氣供應管路52設有具備反相器驅動單元53a之空氣供應吹送器53。
阻尼器56係設於空氣供應吹送器53之入口側，且孔閥54及蝴蝶閥55係設置於空氣供應吹送器53之出口側上。對於空氣供應吹送器53之入口側上的每一阻尼器56、以及空氣供應吹送器53之出口側上的孔閥54及蝴蝶閥55而言，開放/關閉係可調整。阻尼器56、孔閥54及蝴蝶閥55構成了空氣供應管路閥機構54A。
另一方面，空氣排放管路62設有具備反相器驅動單元63a的空氣排放吹送器63。
蝴蝶閥66及孔閥67係設置在空氣排放吹送器63之入口側，且孔閥64及蝴蝶閥65係設置在空氣排放吹送器63的出口側。對於空氣供應吹送器63之入口側上的蝴蝶閥66及孔閥67之每一者、以及空氣供應吹送器63之出口側上的孔閥64及蝴蝶閥65而言，開放/關閉係可調整。空氣供應吹送器63之入口側上的蝴蝶閥66及孔閥67、以及空氣供應吹送器63之出口側上的孔閥64及蝴蝶閥65構成了空氣排放管路閥機構64A。
現將敘述具有以上結構之立式熱處理設備的操作。
首先，將晶圓W裝載至晶舟12內，且已裝載晶圓W之晶舟12被置於外蓋10上之保溫圓柱體11上。其後，晶舟12藉由外蓋10之向上移動被運送至處理容器3中。
然後，控制部51透過對電源之控制來驅使加熱器元件18加熱爐體5與處理容器3之間的空間33，並在處理容器3中執行晶舟12內的晶圓W之熱處理。
在熱處理期間，來自溫度感測器83a之檢測信號經由溫度感測器信號線83被傳送至溫度計90，且爐體5與處理容器3之間的空間33之溫度係由溫度計90來判定。基於來自溫度計90之檢測信號，控制部51控制處理溫度，使得晶圓W之熱處理可在適當的溫度以高精確度來執行。
在完成熱處理之後，為了精簡熱處理之操作，故使爐體5與處理容器3之間的空間33強制冷卻。
現將敘述強制冷卻空間33的方法。
首先，控制部51使空氣供應吹送器53及空氣排放吹送器63作動。無塵室中之冷卻空氣(20-30℃)被導入空氣供應管路52中，且冷卻空氣由空氣供應吹送器53被供給至供應導管49。
然後，供應導管49中之冷卻空氣進入形成於爐體5之絕熱器16的外周面上之環狀流動通道38，且然後環狀流動通道38中之冷卻空氣由穿透絕熱器16之強制冷卻空氣出口40排出至爐體5與處理容器3之間的空間33中，來強制冷卻空間33(第一冷卻步驟)。
空間33中經加熱的空氣透過空氣排放管路62被供給至將空氣冷卻之熱轉換器69，且經冷卻之空氣由空氣排放吹送器63排出至外部。
在上述之操作期間，控制部51驅動並控制空氣供應吹送器53之反相器驅動單元53a及空氣排放吹送器63之反相器驅動單元63a，另外還驅動並控制空氣供應管路閥機構54A及空氣排放管路閥機構64A，以將空間33中之壓力維持在一輕微負壓範圍A中[相對於爐體5之外部環境(大氣壓力)0 Pa至-85 Pa，較佳地為-20 Pa至-30 Pa](見圖4)。
藉由將空間33中之壓力維持在一輕微負壓範圍A中，即相對於爐體5之外部環境(大氣壓力)0 Pa至-85 Pa，較佳地為-20 Pa至-30 Pa，可防止空間33中之壓力成為正壓，藉此防止熱空氣爆出爐體5外。更進一步地，可防止空間33中之壓力成為高度負壓。此可防止外部空氣進入爐體5，並防止使處理容器3之內部中的溫度分佈不均勻。
在爐體5與處理容器3之間的空間33於第一冷卻步驟中被強制冷卻後，空間33之溫度降低，且空間33中之壓力變成低於第一冷卻步驟中之壓力。
空間33中之壓力係利用壓力檢測感知器80直接且不斷地加以檢測，該壓力檢測感知器80係連接至壓力檢測管86及壓力檢測器管50a之壓力檢測孔85。當空間33中之壓力變得明顯低於第一冷卻步驟中之壓力時，基於來自壓力檢測感知器80的指示壓力降低之檢測信號，控制部51設定高於針對第一冷卻步驟所設定之壓力的一壓力，並驅動及控制空氣供應吹送器53之反相器驅動單元53a及空氣排放吹送器63之反相器驅動單元63a，另外還驅動並控制空氣供應管路閥機構54A及空氣排放管路閥機構64A。在此情形中，由空氣供應管路52將較第一冷卻步驟中大量的冷卻空氣供應至空間33，使得空間33中之壓力能恢復至第一冷卻步驟中之壓力(第二冷卻步驟)。若不進行第二冷卻步驟，則壓力將如圖4中之虛線所示般持續降低。藉由進行第二冷卻步驟，空間33中之壓力可恢復第一冷卻步驟中之壓力位準，如圖4中之實線所示。
第二冷卻步驟可防止外部空氣因空間33中之壓力降低而進入爐體5。再者，相較於第一冷卻步驟，可將更大量之空氣供應至空間33，使空間33可快速且安全地受到強制冷卻。
現將更詳細地敘述第一冷卻步驟及第二冷卻步驟中的立式熱處理設備之操作。
如以上所述，在第一冷卻步驟中，環狀流動通道38中之冷卻空氣係由穿透絕熱器16之強制冷卻空氣出口40排出至爐體5與處理容器3之間的空間33中，來強制冷卻空間33。在冷卻爐體5及處理容器3之加熱器元件18時，排出至空間33中之冷卻空氣迅速膨脹並增加其體積及壓力(見圖4)。如上述，壓力檢測器管50a係設於爐體5與處理容器3之間，且空間33中之壓力係由壓力檢測器管50a直接檢測。相較於將壓力感測器設於例如空氣供應管路52或空氣排放管路62中之離空間33一段距離處的情形，壓力檢測系統50可在不被外部干擾所影響的情況下，快速並精確地檢測到空間33中之壓力增加。基於來自壓力檢測系統50的檢測信號，控制部51以適當的方式進行控制，使得空間33被維持在上述之輕微負壓。
在此方面，可利用設於空氣供應管路52或空氣排放管路62中之壓力感測器來檢測空間33中之壓力。然而，在將感測器設於空氣供應管路52內的情形中，必須將施加至冷卻空氣之壓力當作外部干擾來納入考量。在將感測器設於空氣排放管路62內的情形中，必須將施加至冷卻空氣之吸入壓力當作外部干擾來納入考量。
另一方面，依據本發明，由於設置了爐體5與處理容器3之間的空間33中之壓力檢測器管50a，因此可在不被外部干擾所影響的情況下，直接、快速並精確地檢測到空間33中之壓力增加。此可使控制部51以適當的方式進行控制來將空間33維持在輕微負壓。
在爐體5與處理容器3之間的空間33於第一冷卻步驟中被強制冷卻後，空間33之溫度降低，且空間33中之壓力亦如圖4所示般降低(第二冷卻步驟)。
在第一冷卻步驟之後，空間33中之壓力亦利用壓力檢測器管50a直接且不斷地加以檢測，並可快速且精確地檢測到空間33中之壓力降低。基於來自壓力檢測感知器80的指示壓力降低之檢測信號，控制部51控制設備以將較第一冷卻步驟中大量的冷卻空氣由空氣供應管路52供應至空間33，藉以使空間33中之壓力能恢復至第一冷卻步驟中之壓力。
藉由在第二冷卻步驟中供應較第一冷卻步驟中大量的冷卻空氣並藉此提高空間33中之壓力，便可在第二冷卻步驟中避免冷卻速率過度降低。
儘管在此實施例中，控制部51基於來自壓力檢測感知器80之檢測信號來驅動並控制空氣供應吹送器53之反相器驅動單元53a、空氣排放吹送器63之反相器驅動單元63a、空氣供應管路閥機構54A、及空氣排放管路閥機構64A，控制部51亦可驅動並控制空氣供應吹送器53之反相器驅動單元53a、空氣排放吹送器63之反相器驅動單元63a、空氣供應管路閥機構54A、及空氣排放管路閥機構64A的其中一者或其組合。進一步來說，控制部51可僅驅動並控制空氣供應管路閥機構54A之元件54、55及56的其中一者，或僅驅動並控制空氣排放管路閥機構64A之元件64、65、66及67的其中一者。
<第二實施例>
現將參照圖1及3來敘述本發明之第二實施例。
如圖1及3所示，空氣供應管路52及空氣排放管路62係彼此連接，並構成封閉之空氣供應/排放管路系統。用以供應空氣及排放空氣且具備反相器驅動單元73a的吹送器73係設於空氣供應管路52與空氣排放管路62之間的連結處。
蝴蝶閥76及孔閥77係設置在吹送器73之入口側，且孔閥74及蝴蝶閥75係設置在吹送器73的出口側。對於吹送器73之入口側上的蝴蝶閥76及孔閥77以及吹送器73之出口側上的孔閥74及蝴蝶閥75之每一者而言，開放/關閉係可調整。空氣供應管線52側上的孔閥74及蝴蝶閥75構成了空氣供應管路閥機構74A。
另一方面，在空氣排放管路62側的蝴蝶閥76及孔閥77構成空氣排放管路閥機構76A。
現將敘述具有以上結構之立式熱處理設備的操作。
首先，將晶圓W裝載至晶舟12內，且已裝載晶圓W之晶舟12被置於外蓋10上之保溫圓柱體11上。其後，晶舟12藉由外蓋10之向上移動被運送至處理容器3中。
然後，控制部51透過對電源之控制來驅使加熱器元件18加熱爐體5與處理容器3之間的空間33，及在處理容器3中執行晶舟12內的晶圓W之熱處理。
在熱處理期間，來自溫度感測器83a之信號經由溫度感測器信號線83被傳送至溫度計90，且爐體5與處理容器3之間的空間33之溫度係由溫度計90所判定。控制部51基於來自溫度計90之檢測信號來控制處理溫度，使得晶圓W之熱處理可以高精確度而在適當的溫度下執行。
在完成熱處理之後，為了精簡熱處理之操作，故強制冷卻爐體5與處理容器3之間的空間33。
現將敘述強制冷卻空間33的方法。
首先，控制部51驅使空氣供應/空氣排放吹送器73作動，藉以將空氣供應管路52中之冷卻空氣供給至供應導管49。
然後，供應導管49中之冷卻空氣進入形成於爐體5之絕熱器16的外周面上之環狀流動通道38，且然後環狀流動通道38中之冷卻空氣由穿透絕熱器16之強制冷卻空氣出口40排出至爐體5與處理容器3之間的空間33中，來強制冷卻空間33(第一冷卻步驟)。
空間33中經加熱的空氣透過空氣排放管路62被供給至空氣受到冷卻之熱交換器79，且經冷卻之空氣被送回吹送器73。
在上述之操作期間，控制部51驅動並控制吹送器73之反相器驅動單元73a，另外還驅動並控制空氣供應管路閥機構74A及空氣排放管路閥機構76A，以將空間33中之壓力維持在一輕微負壓範圍A中[相對於爐體5之外部環境(大氣壓力)為0 Pa至-85 Pa，較佳地為-20 Pa至-30 Pa](見圖4)。
藉由將空間33中之壓力維持在一輕微負壓範圍A中，即相對於爐體5之外部環境(大氣壓力)為0 Pa至-85 Pa，較佳地為-20 Pa至-30 Pa，可防止空間33中之壓力成為正壓，藉此防止熱空氣爆出爐體5外。更進一步地，可防止空間33中之壓力成為高度負壓。此可防止外部空氣進入爐體5，並防止使處理容器3之內部中的溫度分佈不均勻。
在爐體5與處理容器3之間的空間33於第一冷卻步驟中被強制冷卻後，空間33之溫度降低，且空間33中之壓力變成低於第一冷卻步驟期間之壓力。
空間33中之壓力係利用壓力檢測感知器80直接且不斷地加以檢測，該壓力檢測感知器80係連接至壓力檢測管86及壓力檢測器管50a之壓力檢測孔85。當空間33中之壓力變得明顯低於第一冷卻步驟中之壓力時，基於來自壓力檢測感知器80的指示壓力降低之檢測信號，控制部51設定高於針對第一冷卻步驟所設定之壓力的一壓力，並驅動及控制空氣供應吹送器73之反相器驅動單元73a，另外還驅動並控制空氣供應管路閥機構74A及空氣排放管路閥機構76A。在此情形中，由空氣供應管路52將較第一冷卻步驟中大量的冷卻空氣供應至空間33，使得空間33中之壓力能恢復至第一冷卻步驟中之壓力(第二冷卻步驟)。若不進行第二冷卻步驟，則壓力將如圖4中之虛線所示般持續降低。藉由進行第二冷卻步驟，空間33中之壓力可恢復第一冷卻步驟中之壓力位準，如圖4中之實線所示。
第二冷卻步驟可防止外部空氣因空間33中之壓力降低而進入爐體5。再者，相較於第一冷卻步驟，可將更大量之空氣供應至空間33，使空間33可快速且安全地受到強制冷卻。
現將更詳細地敘述第一冷卻步驟及第二冷卻步驟中的立式熱處理設備之操作。
如以上所述，在第一冷卻步驟中，環狀流動通道38中之冷卻空氣係由穿透絕熱器16之強制冷卻空氣出口40排出至爐體5與處理容器3之間的空間33中，來強制冷卻空間33。在冷卻爐體5及處理容器3之加熱器元件18時，排出至空間33中之冷卻空氣迅速膨脹並增加其體積及壓力(見圖4)。如上述，壓力檢測器管50a係設於爐體5與處理容器3之間的空間33中，且空間33中之壓力係由壓力檢測器管50a直接檢測。相較於將壓力感測器設於例如空氣供應管路52或空氣排放管路62中之離空間33一段距離處的情形，壓力檢測系統50可在不被外部干擾所影響的情況下，快速並精確地檢測到空間33中之壓力增加。基於來自壓力檢測系統50的檢測信號，控制部51以適當的方式進行控制，使得空間33被維持在上述之輕微負壓。
在此方面，可利用設於空氣供應管路52或空氣排放管路62中之壓力感測器來檢測空間33中之壓力。在將感測器設於空氣供應管路52內的情形中，必須將施加至冷卻空氣之壓力當作外部干擾來納入考量。在將感測器設於空氣排放管路62內的情形中，必須將施加至冷卻空氣之吸入壓力當作外部干擾來納入考量。
另一方面，依據本發明，由於在爐體5與處理容器3之間的空間33中設置了壓力檢測系統50，因此可在不被外部干擾所影響的情況下，直接、快速並精確地檢測到空間33中之壓力增加。此可使控制部51以適當的方式進行控制來將空間33維持在輕微負壓。
在爐體5與處理容器3之間的空間33於第一冷卻步驟中被強制冷卻後，空間33之溫度降低，且空間33中之壓力亦如圖4所示般降低(第二冷卻步驟)。
在第一冷卻步驟之後，空間33中之壓力亦利用壓力檢測器管50a直接且不斷地加以檢測，並可快速且精確地檢測到空間33中之壓力降低。基於來自壓力檢測感知器80的指示壓力降低之檢測信號，控制部51控制設備以將較第一冷卻步驟中大量的冷卻空氣由空氣供應管路52供應至空間33，藉以使空間33中之壓力能恢復至第一冷卻步驟中之壓力。
藉由在第二冷卻步驟中供應較第一冷卻步驟中大量的冷卻空氣並藉此提高空間33中之壓力，便可在第二冷卻步驟中避免冷卻速率過度降低。
儘管在此實施例中，控制部51基於來自壓力檢測感知器80之檢測信號來驅動並控制空氣供應/空氣排放之吹送器73的反相器驅動單元73a、空氣供應管路閥機構74A、及空氣排放管路閥機構76A，控制部51亦可驅動並控制空氣供應/空氣排放之吹送器73的反相器驅動單元73a、空氣供應管路閥機構74A、及空氣排放管路閥機構76A的其中一者或其組合。進一步來說，控制部51可僅驅動並控制空氣供應管路閥機構74A之元件74及75的其中一者，或僅驅動並控制空氣排放管路閥機構76A之元件76及77的其中一者。
雖然已參照較佳實施例來說明本發明，吾人仍應瞭解本發明並不僅限於上述之實施例，在此闡述之發明概念的範圍內亦可具有各種變更及修改。例如，可使用具有圓柱形歧管之處理容器，該圓柱形歧管係由例如不鏽鋼之耐熱金屬所製成，且包含耦合至下端的導入管部及排放管部；或可使用具有雙管構造的處理容器。
1．．．立式熱處理設備
2．．．熱處理爐
3．．．處理容器
3a．．．爐開口
3b．．．凸緣
5．．．爐體
6．．．底板
7．．．開口
8．．．導入口
10．．．外蓋
11．．．保溫圓柱體
12．．．石英晶舟
13．．．旋轉機構
15．．．裝載區
16．．．絕熱器
17．．．架部
18．．．加熱器元件
20．．．插銷元件
21．．．溝槽部
22a．．．端子板
22b．．．端子板
28．．．外殼
30．．．水冷套
31．．．上絕熱器
32．．．不鏽鋼頂板
33．．．空間
35．．．排熱系統
36．．．強制氣冷裝置
37．．．排氣口
38．．．環狀流動通道
40．．．強制冷卻空氣出口
41．．．絕熱器
49．．．供應導管
50．．．壓力檢測系統
50a．．．壓力檢測器管
50A．．．前端部
50B．．．基端部
51．．．控制部
52．．．空氣供應管路
53．．．空氣供應吹送器
53a．．．反相器驅動單元
54．．．孔閥
54A．．．空氣供應管路閥機構
55．．．蝴蝶閥
56．．．阻尼器
62．．．空氣排放管路
63．．．空氣排放吹送器
63a．．．反相器驅動單元
64．．．孔閥
64A．．．空氣排放管路閥機構
65．．．蝴蝶閥
66．．．蝴蝶閥
67．．．孔閥
69．．．熱轉換器
73．．．吹送器
73a．．．反相器驅動單元
74．．．孔閥
74A．．．空氣排放管路閥機構
75．．．蝴蝶閥
76．．．蝴蝶閥
76A．．．空氣排放管路閥機構
77．．．孔閥
79．．．熱交換器
80．．．壓力檢測感知器
81．．．溫度感測器信號線孔
83．．．溫度感測器信號線
83a．．．溫度感測器
84．．．溫度感測器管
85．．．壓力檢測孔
86．．．壓力檢測管
87．．．第一熱縮管
88．．．第二熱縮管
89．．．切斷部
90．．．溫度計
W．．．晶圓
圖1為概略顯示依據本發明之實施例的立式熱處理設備之垂直剖面圖；
圖2顯示立式熱處理設備之示範性空氣供應管路/空氣排放管路系統；
圖3顯示立式熱處理設備之另一示範性空氣供應管路/空氣排放管路系統；
圖4顯示立式熱處理設備之冷卻方法；
圖5顯示溫度感測器、壓力檢測感知器及保護管的放大視圖；
圖6A及6B顯示保護管之前視圖；
圖7顯示保護管之前端部的橫剖面側視圖；及
圖8顯示保護管之基端部的橫剖面側視圖。
1．．．立式熱處理設備
2．．．熱處理爐
3．．．處理容器
3a．．．爐開口
3b．．．凸緣
5．．．爐體
6．．．底板
7．．．開口
8．．．導入口
10．．．外蓋
11．．．保溫圓柱體
12．．．石英晶舟
13．．．旋轉機構
15．．．裝載區
16．．．絕熱器
17．．．架部
18．．．加熱器元件
20．．．插銷元件
21．．．溝槽部
22a．．．端子板
22b．．．端子板
28．．．外殼
30．．．水冷套
31．．．上絕熱器
32．．．不鏽鋼頂板
33．．．空間
35．．．排熱系統
36．．．強制氣冷裝置
37．．．排氣口
38．．．環狀流動通道
40．．．強制冷卻空氣出口
41．．．絕熱器
49．．．供應導管
50．．．壓力檢測系統
50a．．．壓力檢測器管
51．．．控制部
80．．．壓力檢測感知器
83．．．溫度感測器信號線
86．．．壓力檢測管
90．．．溫度計
W．．．晶圓
Claims (5)
- 一種立式熱處理設備，包含：一爐體，在內周面上具有一加熱部；一處理容器，用以容納複數個待處理物體，且係設置於該爐體中，並定義出該處理容器與該爐體之間的一空間；一溫度感測器，設於該爐體與該處理容器之間的該空間；一空氣供應管路，連接至該爐體，用以供應冷卻空氣至該空間；一空氣排放管路，連接至該爐體，用以從該空間排放該冷卻空氣；一吹送器，設於該空氣供應管路及該空氣排放管路之至少一者中；及一空氣供應管路閥機構及一空氣排放管路閥機構，分別設於該空氣供應管路及該空氣排放管路中，其中設置一保護管，該保護管穿透該爐體並由該爐體之外側延伸至該爐體與該處理容器之間的該空間，連接至該溫度感測器之一溫度感測器信號線被容納於該保護管中，且通向該空間之一壓力檢測孔係形成於該保護管中，且其中連接至該保護管之該壓力檢測孔的一壓力檢測感知器係設於該爐體之外側；且該空氣供應管路與該保護管係獨立設置而成，以使得該壓力檢測感知器可直接檢測該處理容器與該爐體之間的該空間之壓力。
- 如申請專利範圍第1項之立式熱處理設備，更包含一控制部，用以基於來自該溫度感測器之檢測信號來控制該加熱部；及基於來自該壓力檢測感知器之檢測信號來控制該吹送器、該空氣供應管路閥機構及該空氣排放管路閥機構之至少一者，以控制該空間中之壓力。
- 如申請專利範圍第1項之立式熱處理設備，其中具有該壓力檢 測孔之該保護管係由延長之一陶瓷管所組成，且在與該壓力檢測孔平行的方向上延伸的一溫度感測器信號線孔係形成於該陶瓷管中。
- 一種壓力檢測系統與溫度感測器之組合體，包含：一保護管，具有一壓力檢測孔及一溫度感測器信號線孔；一溫度感測器，設於該保護管之一端；及一溫度感測器信號線，連接至該溫度感測器，被容納於該保護管之該溫度感測器信號線孔中，並由該保護管之另一端向外延伸；且在該保護管之該溫度感測器信號線孔中，容納有該溫度感測器信號線，藉以將該溫度感測器信號線組合在該保護管中。
- 如申請專利範圍第4項之壓力檢測系統與溫度感測器之組合體，其中與該壓力檢測孔連通之一壓力檢測管係設於該保護管之該另一端，且一壓力檢測感知器係連接至該壓力檢測管。
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