(57)【要約】【課題】熱電対の測温に対する他の加熱ゾーンの温度干渉を防止し、さらに、測温の応答性の低下を防止する。【解決手段】ウエハ１を処理する処理室１４を形成したプロセスチューブ１１と、断熱槽３１およびヒータ素線３２を有し処理室１４を加熱するヒータユニット３０とを具備したバッチ式熱処理装置１０において、断熱槽３１のヒータ素線３２の真裏に貫通孔３４が開設され、貫通孔３４には熱電対３５の熱接点３８が貫通孔３４内に位置するように挿入され、熱接点３８には熱容量がヒータ素線３２よりも小さい被測温部材４０が固定されている。【効果】貫通孔内に挿入された熱電対は測温に際して他の加熱ゾーンの輻射熱の影響を回避できる。熱電対は被測温部材の温度を測定することにより、ヒータ素線の実際の温度を応答性よく計測できる。【選択図】      図１
2004228381.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する処理室を形成した処理容器と、断熱槽およびヒータ素線を有し前記処理容器の外部に設置され前記処理室を加熱するヒータユニットとを備えている半導体製造装置において、
前記断熱槽における前記ヒータ素線の幅内でかつ外周側には前記ヒータ素線の温度を測定する熱電対の測温接点が位置されていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記測温接点には、少なくとも前記ヒータ素線の幅内の大きさの被測温部材が固定されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
基板が処理室に搬入される工程と、
断熱槽における前記ヒータ素線の幅内でかつ外周側に測温接点が位置する熱電対によって、前記ヒータ素線の温度が測定され、その測温データに基づいて設定温度に安定させる制御が実行される工程と、
前記処理室に処理ガスが流されて前記基板が処理される工程と、
前記処理室から前記基板を搬出する工程と、を備えている半導体製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造技術、特に、基板を処理室に収容してヒータによって加熱した状態で処理を施す熱処理技術に関し、例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）が作り込まれる半導体ウエハ（以下、ウエハという。）に酸化処理や拡散処理、イオン打ち込み後のキャリア活性化や平坦化のためのリフローやアニールおよび熱ＣＶＤ反応による成膜処理等の熱処理（ｔｈｅｒｍａｌ  ｔｒｅａｔｍｅｎｔ  ）に使用される熱処理装置に利用して有効なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣの製造方法におけるウエハの熱処理には、バッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置（ｆｕｒｎａｃｅ  ）が、広く使用されている。バッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置（以下、バッチ式熱処理装置という。）は、ウエハが搬入される処理室を形成するインナチューブおよびこのインナチューブを取り囲むアウタチューブから構成され縦形に設置されたプロセスチューブと、プロセスチューブの外部に敷設されてプロセスチューブ内を加熱するヒータユニットとを備えており、複数枚のウエハがボートによって長く整列されて保持された状態でインナチューブ内に下端の炉口から搬入（ボートローディング）され、ヒータユニットによって処理室内が加熱されることにより、ウエハに熱処理が施されるように構成されている。
【０００３】
従来のこの種のバッチ式熱処理装置においては、複数の加熱ゾーンをヒータユニットの長さ方向に設定するとともに、各加熱ゾーンの温度を各熱電対によってそれぞれ測定することにより、ボートによって長く整列されて保持されたウエハ群の全長にわたって所望の温度分布に制御することが実施されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、従来のこの種のバッチ式熱処理装置においては、ヒータユニットのヒータ素線が発熱する実際の温度を測定するための熱電対の測温接点は、ヒータユニットの断熱槽とプロセスチューブとの間の隙間に配置されており、熱電対はアルミナ製の保護管によって被覆されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−２６０２９４号公報
【特許文献２】
実用新案登録第２５１０９６５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、複数の熱電対が複数の加熱ゾーンをそれぞれ測温するように構成されたヒータユニットにおいては、熱電対の測温が他の加熱ゾーンの輻射熱の影響を受けるという温度干渉の問題点がある。
【０００７】
また、熱電対の測温接点が断熱槽とプロセスチューブとの間の隙間に配置されていると、熱電対が発熱部から輻射熱により加熱される一方断熱部への放熱により、測温の応答性が低下するという問題点がある。
【０００８】
本発明の目的は、熱電対の測温の温度干渉の問題点を解決し、さらに、測温の応答性の問題点を解決することができる半導体製造技術を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記した課題を解決するための第一の手段は、基板を処理する処理室を形成した処理容器と、断熱槽およびヒータ素線を有し前記処理容器の外部に設置され前記処理室を加熱するヒータユニットとを備えている半導体製造装置において、
前記断熱槽における前記ヒータ素線の幅内でかつ外周側には前記ヒータ素線の温度を測定する熱電対の測温接点が位置されていることを特徴とする。
第一の手段によれば、熱電対の測温接点が断熱槽におけるヒータ素線の幅内でかつ外周側に配置されているために、熱電対は他の加熱ゾーンによる輻射熱の影響を回避することができる。
【００１０】
前記した課題を解決するための第二の手段は、前記測温接点には、少なくとも前記ヒータ素線の幅内の大きさの被測温部材が固定されていることを特徴とする。
第二の手段によれば、熱電対は被測温部材の温度を測定することにより、ヒータ素線の現在の実際の温度を応答性よく計測することができる。
【００１１】
前記した課題を解決するための第三の手段は、基板が処理室に搬入される工程と、断熱槽における前記ヒータ素線の幅内でかつ外周側に測温接点が位置する熱電対によって、前記ヒータ素線の温度が測定され、その測温データに基づいて設定温度に安定させる制御が実行される工程と、前記処理室に処理ガスが流されて前記基板が処理される工程と、前記処理室から前記基板を搬出する工程と、を備えている半導体製造方法、である。
前記した手段によれば、熱電対の測温接点が断熱槽におけるヒータ素線の幅内でかつ外周側に配置されているために、熱電対の測温は他のヒータ素線による輻射熱の影響を回避することができ、かつまた、熱電対は被測温部材の温度を測定することにより、基板の現在の実際の温度を応答性よく計測することができる。したがって、熱電対の測温結果に基づいてヒータ素線をフィードバック制御するコントローラは、基板の現在の実際の温度に基づいてヒータを応答性よくフィードバック制御することができるため、熱処理を適正に実行することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
【００１３】
本実施の形態において、図１に示されているように、本発明に係る半導体製造装置は、ＩＣの製造方法における熱処理工程を実施するバッチ式熱処理装置（バッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置）１０として構成されている。
【００１４】
図１に示されているバッチ式熱処理装置１０は、処理室を形成する処理容器としてのプロセスチューブ１１を備えており、プロセスチューブ１１は中心線が垂直になるように縦に配されて固定的に支持されている。プロセスチューブ１１はインナチューブ１２とアウタチューブ１３とから構成されており、インナチューブ１２は石英ガラスまたは炭化シリコン（ＳｉＣ）が使用されて円筒形状に一体成形され、アウタチューブ１３は石英ガラスが使用されて円筒形状に一体成形されている。インナチューブ１２は上下両端が開口した円筒形状に形成されており、インナチューブ１２の筒中空部はボートによって長く整列した状態に保持された複数枚のウエハ（基板）１が搬入される処理室１４を形成している。インナチューブ１２の下端開口はウエハ１を出し入れするための炉口１５を構成している。
したがって、インナチューブ１２の内径は取り扱うウエハ１の最大外径（例えば、三百ｍｍ）よりも大きくなるように設定されている。
【００１５】
アウタチューブ１３は内径がインナチューブ１２の外径よりも大きく上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されており、インナチューブ１２にその外側を取り囲むように同心円に被せられている。インナチューブ１２とアウタチューブ１３との間の下端部は多段の円筒形状に構築されたマニホールド１６によって気密封止されており、マニホールド１６はインナチューブ１２およびアウタチューブ１３の交換等のためにインナチューブ１２およびアウタチューブ１３にそれぞれ着脱自在に取り付けられている。マニホールド１６がバッチ式熱処理装置の筐体２に支持されることにより、プロセスチューブ１１は垂直に据え付けられた状態になっている。
【００１６】
マニホールド１６の側壁の上部には排気管１７が接続されており、排気管１７は排気装置（図示せず）に接続されてプロセスチューブ１１の内部を排気し得るようになっている。排気管１７はインナチューブ１２とアウタチューブ１３との間に形成された隙間に連通した状態になっており、インナチューブ１２とアウタチューブ１３との隙間によって排気路１８が、横断面形状が一定幅の円形リング形状に構成されている。排気管１７がマニホールド１６に接続されているため、排気管１７は円筒形状の中空体を形成されて垂直に延在した排気路１８の最下端部に配置された状態になっている。
【００１７】
また、マニホールド１６の側壁の下部にはガス導入管１９がインナチューブ１２の炉口１５に連通するように接続されており、ガス導入管１９には原料ガス供給装置やキャリアガス供給装置およびパージガス供給装置（いずれも図示せず）が接続されている。ガス導入管１９によって炉口１５に導入されたガスはインナチューブ１２の処理室１４を流通して排気路１８を通って排気管１７によって外部へ排気される。
【００１８】
マニホールド１６には下端開口を閉塞するシールキャップ２０が垂直方向下側から当接されるようになっている。シールキャップ２０はマニホールド１６の内径よりも若干大きめの円盤形状に構築されており、プロセスチューブ１１の外部に垂直に設備されたボートエレベータ（図示せず）によって垂直方向に昇降されるように構成されている。シールキャップ２０の中心線上にはボート２１が垂直に立脚されて支持されるようになっている。
【００１９】
ボート２１は上下で一対の端板２２、２３と、両端板２２と２３との間に架設されて垂直に配設された三本の保持部材２４とを備えており、三本の保持部材２４には多数条の保持溝２５が長手方向に等間隔に配されて互いに対向して開口するように刻設されている。ボート２１は三本の保持部材２４の保持溝２５間にウエハ１の周辺部をそれぞれ挿入されることにより、複数枚のウエハ１を水平にかつ互いに中心を揃えた状態に整列させて保持するようになっている。ボート２１とシールキャップ２０との間には内部に断熱材（図示せず）が封入された断熱キャップ部２６が配置されており、断熱キャップ部２６はボート２１をシールキャップ２０の上面から持ち上げた状態に支持することにより、ボート２１の下端を炉口１５の位置から適当な距離だけ離間させるように構成されている。
【００２０】
図１に示されているように、プロセスチューブ１１の外側には断熱槽３１と、複数段のヒータ素線３２と、温度コントローラ３３とを備えたヒータユニット３０が設置されている。すなわち、プロセスチューブ１１の外側は断熱槽３１によって全体的に被覆されており、断熱槽３１の内側にはプロセスチューブ１１の内部を加熱するヒータ素線３２が複数、アウタチューブ１３の周囲を包囲するように同心円に設備されている。断熱槽３１はステンレス鋼等の薄板から円筒形状に形成されたカバーの内部に、繊維状または球状のアルミナやシリカ等の断熱材が使用されてバキュームファーム法の成形型によってプロセスチューブ１１の外径よりも大径で長さが同程度の円筒形状に形成されており、バッチ式熱処理装置の筐体２に支持されることによって垂直に据え付けられている。ヒータ素線３２は鉄−クロム−アルミニウム合金やモリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ２  ）等の電気抵抗発熱体が使用されて、発熱面積が大きくなるように波形形状に形成されて短尺の円筒形状に丸められおり、断熱槽３１の内周面に垂直方向に互いに平行に配列されて取付具（図示せず）によってそれぞれ吊持されている。垂直方向に並んだ複数段のヒータ素線３２群は上側から順に、第一加熱ゾーン３２ａ、第二加熱ゾーン３２ｂ、第三加熱ゾーン３２ｃおよび第四加熱ゾーン３２ｄを構成しており、これら加熱ゾーン３２ａ〜３２ｄは温度コントローラ３３によって互いに連携および独立してシーケンス制御されるように構成されている。
【００２１】
図１に示されているように、断熱槽３１における第一加熱ゾーン３２ａ、第二加熱ゾーン３２ｂ、第三加熱ゾーン３２ｃおよび第四加熱ゾーン３２ｄの中央部に対応する部位には、各貫通孔３４がそれぞれ径方向に水平に開設されており、各貫通孔３４は各加熱ゾーン３２ａ〜３２ｄにおけるヒータ素線３２の幅内でかつ外周側である真裏に対向するように配置されている。各貫通孔３４には第一加熱ゾーン３２ａ、第二加熱ゾーン３２ｂ、第三加熱ゾーン３２ｃおよび第四加熱ゾーン３２ｄにおけるヒータ素線３２の温度をそれぞれ測定する第一熱電対３５ａ、第二熱電対３５ｂ、第三熱電対３５ｃおよび第四熱電対３５ｄがそれぞれ挿入されている。以下、区別する必要がない場合には、熱電対３５とする。図２に示されているように、熱電対３５は保護管３６に挿入されて固定ブロック３７によって水平に固定されている。保護管３６はアルミナが使用されて貫通孔３４よりも若干小径の円筒形状に形成されており、断熱槽３１の外部から貫通孔３４に挿入されて断熱槽３１の外面で据え付けられている。熱電対３５は温度コントローラ３３に電気的に接続されて、温度計測結果を温度コントローラ３３に送信するようになっている。温度コントローラ３３は第一熱電対３５ａ、第二熱電対３５ｂ、第三熱電対３５ｃおよび第四熱電対３５ｄからの計測温度に基づいて第一加熱ゾーン３２ａ、第二加熱ゾーン３２ｂ、第三加熱ゾーン３２ｃおよび第四加熱ゾーン３２ｄの各ヒータ素線３２をそれぞれフィードバック制御するようになっている。すなわち、温度コントローラ３３は各加熱ゾーン３２ａ〜３２ｄの目標温度と各熱電対３５ａ〜３５ｄの計測温度との誤差をそれぞれ求めて、誤差がある場合には誤差を解消させるフィードバック制御をそれぞれ実行するようになっている。
【００２２】
図２に示されているように、熱電対３５の測温接点である熱接点３８にはヒータ素線３２の幅内の大きさの被測温部材４０が固定されている。被測温部材４０はシリコンでもよいし、放射率に温度依存性を持つシリコン（Ｓｉ）よりも温度依存性の少ない炭化シリコン（ＳｉＣ）やアルミナを使用して形成してもよい。また、ヒータ素線３２と同じ温度依存性を持つもので形成してもよい。被測温部材４０は表面積が大で体積（熱容量）が小の直方体形状に形成されており、輻射熱線を面に対して直角に受けるように配置されている。熱電対３５の熱電対素線としては白金線と白金・ロジウム線とが使用されている。なお、被測温部材が、シリコン（Ｓｉ）を含む材料で形成される場合には、その表面に酸化被膜を生成することで、白金線との反応による低融点化合物を形成し、起電力や機械的強度の低下を抑制することができる。熱接点３８は被測温部材４０の一主面に当接されて、アルミナ（セラミック）接着材等の耐熱性を有する接着材からなる接着材層３９によって固定されている。熱電対３５の熱接点３８に固定された被測温部材４０は貫通孔３４の内部におけるヒータ素線３２の真裏に近接する位置に配置されており、被測温部材４０は保護管３６に被覆されずにヒータ素線３２の裏面に直接的に臨んでいる。断熱槽３１の貫通孔３４に対向する位置にはヒータ素線３２の貫通孔３４に対向した部分を被覆するカバー４１が設置されている。なお、熱電対の熱接点と被測温部材との固定手段としては、接着法を使用するに限らず、溶接法や圧接法等を使用してもよい。
【００２３】
図１に示されているように、マニホールド１６の筒壁の一箇所には細長い保護管４２がボート２１に干渉しないように水平に挿入されて固定されＬ字形状に立ち上がり上下方向に長く敷設されており、細長い保護管４２はインナチューブ１２の内周面とボート２１の外周面との間に位置する状態になっている。細長い保護管４２には四本の熱電対４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄが纏めて封入されており、四本の熱電対４３ａ〜４３ｄの測温接点である熱接点４４ａ〜４４ｄの高さは四箇所の加熱ゾーン３２ａ〜３２ｄの高さにそれぞれ対応するように設定されている。四本の熱電対４３ａ、４３ｂ、４３ｃおよび４３ｄは温度コントローラ３３にそれぞれ接続されており、各熱電対４３ａ〜４３ｄは温度計測結果を温度コントローラ３３にそれぞれ送信するようになっている。温度コントローラ３３は各熱電対４３ａ〜４３ｄからの計測温度に基づいて各加熱ゾーン３２ａ〜３２ｄをフィードバック制御するようになっている。すなわち、温度コントローラ３３は各加熱ゾーン３２ａ〜３２ｄの目標温度と各熱電対４３ａ〜４３ｄの計測温度との誤差を求めて、誤差がある場合には誤差を解消させるフィードバック制御を実行するようになっている。
【００２４】
次に、前記構成に係るバッチ式熱処理装置を使用した場合の本発明の一実施の形態であるＩＣの製造方法の熱処理工程を説明する。
【００２５】
図１に示されているように、複数枚のウエハ１を整列保持したボート２１はシールキャップ２０の上にウエハ１群が並んだ方向が垂直になる状態で載置され、ボートエレベータによって差し上げられてインナチューブ１２の炉口１５から処理室１４に搬入（ボートローディング）されて行き、シールキャップ２０に支持されたままの状態で処理室１４に存置される。
【００２６】
プロセスチューブ１１の内部が排気管１７によって排気されるとともに、プロセスチューブ１１の内部がヒータ素線３２の各加熱ゾーン３２ａ〜３２ｄによって温度コントローラ３３のシーケンス制御の目標温度（例えば、６００℃〜１２００℃）に加熱される。この際、ヒータ素線３２の各加熱ゾーン３２ａ〜３２ｄにおける加熱（出力）による実際の上昇温度と、各加熱ゾーン３２ａ〜３２ｄのシーケンス制御の目標温度（入力）との誤差は、各熱電対（以下、外部熱電対という。）３５ａ〜３５ｄの測温結果に基づくフィードバック制御によってそれぞれ補正される。また、ヒータ素線３２の各加熱ゾーン３２ａ〜３２ｄの加熱によるプロセスチューブ１１の内部の実際の上昇温度と、各加熱ゾーン３２ａ〜３２ｄのシーケンス制御の目標温度との誤差は、各熱電対（以下、内部熱電対という。
）４３ａ〜４３ｄの測温結果に基づくフィードバック制御によってそれぞれ補正される。
【００２７】
以上の温度制御によって処理室１４の全体が予め設定された処理温度に安定すると、処理ガスが処理室１４へガス導入管１９から導入される。処理室１４に導入された処理ガスは処理室１４を上昇した後にインナチューブ１２の上端開口から排気路１８へ流れ込み、排気路１８を通じて排気管１７から排気される。処理ガスは処理室１４を流れる際に、ウエハ１群に接触することによりウエハ１の表面に熱処理を施す。
【００２８】
熱処理がウエハ１群に実施されて予め設定された熱処理時間が経過すると、加熱ゾーン３２ａ〜３２ｄの加熱作用が温度コントローラ３３のシーケンス制御によって停止されて、プロセスチューブ１１の内部の温度が予め設定されたスタンバイ温度（例えば、処理温度よりも１５０℃〜２００℃低い温度）に降下されて行く。この際においても、ヒータ素線３２の各加熱ゾーン３２ａ〜３２ｄによるプロセスチューブ１１の内部の実際の下降温度と、各加熱ゾーン３２ａ〜３２ｄのシーケンス制御の目標温度との誤差は、各外部熱電対３５ａ〜３５ｄおよび各内部熱電対４３ａ〜４３ｄの測温結果に基づくフィードバック制御によってそれぞれ補正される。
【００２９】
そして、予め設定されたスタンバイ温度になるか、または、予め設定された降温時間が経過すると、シールキャップ２０が下降されて炉口１５が開口されるとともに、ボート２１に保持された状態でウエハ１群が炉口１５からプロセスチューブ１１の外部に搬出（ボートアンローディング）される。
【００３０】
以上の作用が繰り返されることにより、バッチ式熱処理装置による熱処理がウエハ１にバッチ処理されて行く。
【００３１】
ところで、図３に示されている外部熱電対３５’のように、熱接点３８’の部分が貫通孔３４から突出している場合には、他の加熱ゾーンの輻射熱線４５やプロセスチューブ１１での反射熱線４６およびプロセスチューブ１１からの輻射熱線４７等が外部熱電対３５’の測温接点である熱接点３８’に照射するために、外部熱電対３５’の測温が他の加熱ゾーンやプロセスチューブ１１の輻射熱の影響を受けるという問題点がある。すなわち、外部熱電対は他の加熱ゾーンの加熱の影響を受けることにより、自分の加熱ゾーンの温度を誤って測定してしまう。
【００３２】
しかし、本実施の形態においては、図２に示されているように、外部熱電対３５の測温接点である熱接点３８の部分は貫通孔３４の内部に配置されていることにより、他の加熱ゾーンの輻射熱線４５やプロセスチューブ１１での反射熱線４６およびプロセスチューブ１１からの輻射熱線４７等が熱接点３８に照射するのを防止することができるので、外部熱電対３５の測温が他の加熱ゾーンの輻射熱の影響を受けるのを防止することができる。すなわち、外部熱電対は他の加熱ゾーンの影響を受けないために、自分の加熱ゾーンの温度だけを正確に測定することができる。
【００３３】
しかも、本実施の形態においては、図２に示されているように、断熱槽３１の貫通孔３４に対向する位置にはヒータ素線３２の貫通孔３４に対向した部分を被覆するカバー４１が設置されていることにより、カバー４１が他のゾーンの輻射熱線４５やプロセスチューブ１１での反射熱線４６およびプロセスチューブ１１からの輻射熱線４７等を遮蔽して熱接点３８に照射するのを防止するので、外部熱電対３５の測温が他の加熱ゾーンの輻射熱の影響を受けるのを確実に防止することができる。なお、カバー４１は充分な熱容量を有し、カバー４１自体が他の加熱ゾーンからの熱輻射によって温度が容易に変化しないか、たとえ変化があっても断熱槽３１の温度と同等となるように熱伝導が妨げられない構造に構成することが望ましい。また、カバー４１の表面に熱線を反射する反射膜を形成することも好ましい。
【００３４】
ちなみに、外部熱電対３５の測温接点である熱接点３８の部分は貫通孔３４の内部に配置されていることにより、他の加熱ゾーンの干渉を防止することができるので、カバー４１は省略することもできる。
【００３５】
ところで、図３に示されているように、外部熱電対３５’の熱接点３８’がアルミナが使用されて形成された保護管３６’の頭部によって被覆されている場合ににおいては、熱接点３８’は保護管３６’の頭部が加熱され始めた温度変化を測定することになるために、外部熱電対３５’の測温の応答性が低下するという問題点がある。
【００３６】
しかし、本実施の形態においては、図２に示されているように、保護管３６の頭部が切除されて、外部熱電対３５の測温接点である被測温部材４０が露出されていることにより、被測温部材４０にはヒータ素線３２の熱輻射が直接照射するので、外部熱電対３５はヒータ素線３２の温度を応答性よく測定することができる。ここで、被測温部材４０の熱特性はヒータ素線３２のそれと同等または近似していることにより、被測温部材４０の温度はヒータ素線３２の温度変化に良好な応答性をもって追従する。他方、被測温部材４０には外部熱電対３５の熱接点３８が固定されているため、外部熱電対３５は被測温部材４０の温度変化に良好な応答性をもって追従する。したがって、外部熱電対３５は被測温部材４０の温度変化を良好な応答性をもって追従することにより、ヒータ素線３２の温度変化を良好な応答性をもって追従して計測することになる。つまり、外部熱電対３５の測温結果に基づいて各加熱ゾーン３２ａ〜３２ｄをフィードバック制御する温度コントローラ３３は、各加熱ゾーン３２ａ〜３２ｄを良好な応答性をもってフィードバック制御することになる。なお、被測温部材４０の熱特性はシリコンや炭化シリコンのそれと同等または近似させてもよい。
【００３７】
しかも、外部熱電対３５は被測温部材４０の近傍に配置した固定ブロック３７によって固定されていることにより、被測温部材４０の位置ずれを防止することができるので、位置ずれによる測定誤差の発生を防止することができる。
【００３８】
なお、図４に示されているように、石英（ＳｉＯ２  ）によって頭部を有する円筒形状に形成された保護管３６Ａにより、外部熱電対３５の測温接点である被測温部材４０を被覆した実施の形態においても、外部熱電対３５はヒータ素線３２の温度を応答性よく測定することができる。すなわち、被測温部材４０を被覆した石英はヒータ素線３２の発光（熱線）の波長を透過するので、被測温部材４０にはヒータ素線３２の熱輻射が直接照射することになり、外部熱電対３５はヒータ素線３２の温度を応答性よく測定することができる。ちなみに、保護管３６、３６Ａからの熱の逃げによる外部熱電対３５の測温精度の低下を防止するために、保護管３６、３６Ａの直径や肉厚等は極力小さく設定したり、不透明石英などの熱伝導を抑制する部材を使用したり、することが望ましい。
【００３９】
図５は本発明の第二の実施の形態である枚葉式熱処理装置を示す正面断面図、図６はその平面図、図７は図５のＶＩＩ部の詳細を示す拡大断面図である。
【００４０】
本実施の形態においては、本発明に係る半導体製造装置は、ＩＣの製造方法における熱処理工程を実施する枚葉式熱処理装置として構成されている。
【００４１】
図５および図６に示されているように、枚葉式熱処理装置５０はウエハ１を収容可能な平面視が長方形の処理室５２を構成したプロセスチューブ５１を備えており、プロセスチューブ５１は石英ガラスまたは炭化シリコンが使用されて高さの低い直方体形状に形成されて、筐体（図示せず）に水平に支持されている。プロセスチューブ５１の四枚の側壁のうち互いに正対する一対の側壁は開口されており、両開口には炉口フランジ５３と炉端フランジ５４とがそれぞれ固定されている。炉口フランジ５３にはウエハ１を処理室５２に搬入搬出するための炉口５５が開設されており、炉口５５はゲートバルブ５６によって開閉されるようになっている。炉口フランジ５３には処理ガスを導入するためのガス導入管５７が炉口５５に連通するように接続されており、炉端フランジ５４には処理室５２を排気するための排気管５８が接続されている。炉端フランジ５４はキャップ５４ａによって閉塞されている。そして、ガス導入管５７から供給された処理ガスは処理室５２を流れて、排気管５８によって排気されるようになっている。処理室５２の底面にはウエハ置き台５９が載置されており、ウエハ置き台５９はウエハ１を一枚ずつ水平に保持するように構成されている。
【００４２】
図５および図６に示されているように、プロセスチューブ５１の外側には断熱槽６１と、複数のヒータ素線６２と、温度コントローラ６３とを備えたヒータユニット６０が設置されている。すなわち、プロセスチューブ５１は断熱槽６１によって全体的に被覆されており、断熱槽６１の内側にはプロセスチューブ５１の内部を加熱するヒータ素線６２が複数、プロセスチューブ５１の周囲を包囲するように設備されている。断熱槽６１はステンレス鋼等の薄板から円筒形状に形成されたカバーの内部に、繊維状または球状のアルミナやシリカ等の断熱材が使用されてバキュームファーム法の成形型によってプロセスチューブ５１の外径よりも大径で長さが同程度の角筒形状に形成されている。ヒータ素線６２は鉄−クロム−アルミニウム合金やモリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ２  ）等の電気抵抗発熱体が使用されて、発熱面積が大きくなるように波形形状に形成されて短尺の角筒形状に成形されており、断熱槽６１の内周面に敷設されている。複数のヒータ素線６２群は内側から順に、中央加熱ゾーン６２ａ、中間加熱ゾーン６２ｂおよび周辺加熱ゾーン６２ｃを構成しており、これら加熱ゾーン６２ａ〜６２ｃは温度コントローラ６３によって互いに連携および独立してシーケンス制御されるように構成されている。
【００４３】
図５に示されているように、断熱槽６１における中央加熱ゾーン６２ａ、中間加熱ゾーン６２ｂおよび周辺加熱ゾーン６２ｃの中央部に対応する部位には、各貫通孔６４がそれぞれ垂直に開設されており、各貫通孔６４は各加熱ゾーン６２ａ〜６２ｃにおけるヒータ素線６２の幅内でかつ外周側である真裏に対向するように配置されている。各貫通孔６４には中央加熱ゾーン６２ａ、中間加熱ゾーン６２ｂおよび周辺加熱ゾーン６２ｃにおけるヒータ素線６２の温度をそれぞれ測定する中央熱電対６５ａ、中間熱電対６５ｂおよび周辺熱電対６５ｃがそれぞれ挿入されている。以下、区別する必要がない場合には、熱電対６５とする。
【００４４】
図７に示されているように、熱電対６５は保護管６６に挿入されて固定ブロック６７によって平行に固定されている。保護管６６はアルミナが使用されて貫通孔６４よりも若干小径の円筒形状に形成されており、断熱槽６１の外部から貫通孔６４に挿入されて断熱槽６１の外面に据え付けられている。熱電対６５は温度コントローラ６３に電気的に接続されて、温度計測の結果を温度コントローラ６３に送信するようになっている。温度コントローラ６３は中央熱電対６５ａ、中間熱電対６５ｂおよび周辺熱電対６５ｃからの計測温度に基づいて中央加熱ゾーン６２ａ、中間加熱ゾーン６２ｂおよび周辺加熱ゾーン６２ｃの各ヒータ素線６２をフィードバック制御するようになっている。すなわち、温度コントローラ６３は各加熱ゾーン６２ａ〜６２ｃの目標温度と各熱電対６５ａ〜６５ｃの計測温度との誤差をそれぞれ求めて、誤差がある場合には誤差を解消させるフィードバック制御をそれぞれ実行するようになっている。
【００４５】
図７に示されているように、熱電対６５の測温接点である熱接点６８にはヒータ素線６２の幅内の大きさの被測温部材７０が固定されている。被測温部材７０はシリコンで形成してもよいし、放射率に温度依存性を持つシリコン（Ｓｉ）よりも温度依存性の少ない炭化シリコン（ＳｉＣ）やアルミナを使用して形成してもよい。また、ヒータ素線６２と同じ温度依存性を持つもので形成してもよい。被測温部材４０は表面積が大で体積（熱容量）が小の直方体形状に形成されており、輻射熱線を面に対して直角に受けるように配置されている。熱電対６５の熱電対素線としては白金線と白金・ロジウム線とが使用されている。熱接点６８は被測温部材７０の一主面に当接されて、アルミナ（セラミック）接着材等の耐熱性を有する接着材からなる接着材層６９によって固定されている。熱電対６５の熱接点６８に固定された被測温部材７０は貫通孔６４の内部におけるヒータ素線６２の真裏に対向する位置には配置されており、被測温部材７０は保護管６６に被覆されずにヒータ素線６２の裏面に直接的に臨んでいる。断熱槽６１の貫通孔６４に対向する位置にはヒータ素線６２の貫通孔６４に対向した部分を被覆するカバー７１が設置されている。
【００４６】
図６に示されているように、炉端フランジ５４のキャップ５４ａには三本の保護管７２ａ、７２ｂ、７２ｃが水平面で隣合うように並べられてそれぞれ水平方向に挿入されて固定されており、三本の保護管７２ａ、７２ｂ、７２ｃの挿入側先端部はウエハ置き台５９に保持されたウエハ１の真下において、ウエハ１の周辺部の三箇所にそれぞれ位置するようになっている。両端の保護管７２ａ、７２ｂには二本の熱電対７３ａ、７３ｂが一本宛それぞれ封入されており、中央の保護管７２ｃには三本の熱電対７３ｃ、７３ｄ、７３ｅが纏めて封入されている。五本の熱電対７３ａ、７３ｂ、７３ｃ、７３ｄ、７３ｅは温度コントローラ６３にそれぞれ接続されており、各熱電対７３ａ、７３ｂ、７３ｃ、７３ｄ、７３ｅは温度計測結果を温度コントローラ６３にそれぞれ送信するようになっている。温度コントローラ６３は各熱電対７３ａ、７３ｂ、７３ｃ、７３ｄ、７３ｅからの計測温度に基づいてヒータユニット６０をフィードバック制御するようになっている。すなわち、温度コントローラ６３はヒータ素線６２の目標温度と各熱電対７３ａ、７３ｂ、７３ｃ、７３ｄ、７３ｅの計測温度との誤差を求めて、誤差がある場合には誤差を解消させるフィードバック制御を実行するようになっている。
【００４７】
次に、前記構成に係る枚葉式熱処理装置を使用した場合の本発明の一実施の形態であるＩＣの製造方法の熱処理工程を説明する。
【００４８】
被処理基板であるウエハ１はウエハ移載装置（図示せず）によってハンドリングされて処理室５２へ炉口５５から搬入され、図５および図６に示されているように、ウエハ置き台５９の上に載置される。
【００４９】
炉口５５がゲートバルブ５６によって閉じられた後に、処理室５２が排気管５８によって排気されるとともに、温度コントローラ６３のシーケンス制御の目標温度（例えば、６００℃〜１２００℃）にヒータユニット６０によって加熱される。この際、温度コントローラ６３の目標温度とヒータ素線６２の実際の上昇温度との誤差は、断熱槽６１に配置された熱電対（以下、外部熱電対という。）６５ａ〜６５ｃの測温結果に基づくフィードバック制御によって補正される。また、ヒータユニット６０の加熱による処理室５２の内部の実際の上昇温度とヒータユニット６０のシーケンス制御の目標温度との誤差は、処理室５２に挿入された熱電対（以下、内部熱電対という。）７３ａ、７３ｂ、７３ｃ、７３ｄ、７３ｅの測温結果に基づくフィードバック制御によってそれぞれ補正される。
【００５０】
処理室５２が予め設定された処理温度に安定すると、処理ガスが処理室５２へガス導入管５７から導入される。処理室５２に導入された処理ガスは処理室５２を流下した後に排気管５８から排気される。処理ガスは処理室５２を流れる際に、ウエハ１群に接触することによりウエハ１の表面に熱処理を施す。
【００５１】
熱処理がウエハ１群に実施されて予め設定された熱処理時間が経過すると、ヒータユニット６０の加熱作用が温度コントローラ６３のシーケンス制御によって停止されて、処理室５２の温度が予め設定されたスタンバイ温度（例えば、処理温度よりも１５０℃〜２００℃低い温度）に降温されて行く。
【００５２】
そして、予め設定されたスタンバイ温度になるか、または、予め設定された降温時間が経過すると、炉口５５がゲートバルブ５６によって開口され、ウエハ１がウエハ置き台５９からウエハ移載装置によってピックアップされ処理室５２の外部に搬出される。
【００５３】
以上の作用が繰り返されることにより、枚葉式熱処理装置５０による熱処理がウエハ１に枚葉処理されて行く。本実施の形態における効果は、前記実施の形態と同様である。
【００５４】
本実施の形態においても、図７に示されているように、外部熱電対６５の測温接点である熱接点６８の部分は貫通孔６４の内部に配置されていることにより、他の加熱ゾーンの輻射熱線４５やプロセスチューブ５１での反射熱線４６およびプロセスチューブ５１からの輻射熱線４７等が熱接点６８に照射するのを防止することができるので、外部熱電対６５の測温が他の加熱ゾーンの輻射熱の影響を受けるのを防止することができる。すなわち、外部熱電対は他の加熱ゾーンの影響を受けないために、自分の加熱ゾーンの温度だけを正確に測定することができる。
【００５５】
しかも、本実施の形態においても、図７に示されているように、断熱槽６１の貫通孔６４に対向する位置にはヒータ素線６２の貫通孔６４に対向した部分を被覆するカバー７１が設置されていることにより、他のゾーンの輻射熱線４５やプロセスチューブ５１での反射熱線４６およびプロセスチューブ５１からの輻射熱線４７等がヒータ素線６２の貫通孔６４に対向した部分を被覆するカバー７１に遮蔽されることにより、熱接点６８に照射するのを防止することができるので、外部熱電対６５の測温が他の加熱ゾーンの輻射熱の影響を受けるのを確実に防止することができる。
【００５６】
また、本実施の形態においても、図７に示されているように、保護管６６の頭部が切除されて、外部熱電対６５の測温接点である被測温部材７０が露出されていることにより、被測温部材７０にはヒータ素線６２の熱輻射が直接照射するので、外部熱電対６５はヒータ素線６２の温度を応答性よく測定することができる。
ここで、被測温部材７０の熱特性はヒータ素線６２のそれと同等または近似していることにより、被測温部材７０の温度はヒータ素線６２の温度変化に良好な応答性をもって追従する。他方、被測温部材７０には外部熱電対６５の熱接点６８が固定されているため、外部熱電対６５は被測温部材７０の温度変化に良好な応答性をもって追従する。したがって、外部熱電対６５は被測温部材７０の温度変化を良好な応答性をもって追従することにより、ヒータ素線６２の温度変化を良好な応答性をもって追従して計測することになる。つまり、外部熱電対６５の測温結果に基づいて各加熱ゾーン６２ａ〜６２ｃをフィードバック制御する温度コントローラ６３は、各加熱ゾーン６２ａ〜６２ｃを良好な応答性をもってフィードバック制御することになる。外部熱電対６５は被測温部材７０の近傍に配置した固定ブロック６７によって固定されていることにより、被測温部材７０の位置ずれを防止することができるので、位置ずれによる測定誤差の発生を防止することができる。なお、被測温部材７０の熱特性はシリコンや炭化シリコンのそれと同等または近似させてもよい。
【００５７】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
【００５８】
例えば、図８に示されているように、保護管は先端部のみが透明石英部３６ａによって形成され、その他の部分が不透明石英部３６ｂによって形成された不透明保護管３６Ｂによって構成してもよい。この不透明保護管３６Ｂによれば、貫通孔３４からの熱の放出を防止することができる。さらに、不透明保護管３６Ｂの外側にカバー４１Ｂを設置すると、放熱をより一層防止することができる。なお、３７Ｂは不透明保護管３６Ｂを固定する固定パイプである。
【００５９】
また、図９に示されているように、保護管はエルボ管形状に屈曲されたエルボ形保護管３６Ｃによって構成してもよい。このエルボ形保護管３６Ｃは断熱ブロック３７Ｃによって保持した状態で断熱槽３１にモジュールとして設置することができる。なお、モジュール化することにより、着脱が容易となる。このエルボ形保護管３６Ｃは断熱ブロック３７Ｃによって被覆されているので、外部熱電対３５の外部への熱の逃げによる温度低下はあるものの被測温部材４０とは充分な距離があるので、測温に影響が及ばない。エルボ形保護管３６Ｃのヒータ素線３２と平行になる垂直部分は、ヒータ素線３２に加熱されるのに充分な長さを有しているために、ヒータ素線３２の温度を正確に測定することができる。また、図８に示されているように、先端部のみを透明石英によって形成し、その他の部分を不透明石英としてもよい。また、熱の放出を防止するように不透明石英部にカバーを設置してもよい。
【００６０】
熱処理は酸化処理や拡散処理および拡散だけでなくイオン打ち込み後のキャリア活性化や平坦化のためのリフローおよびアニール処理等に限らず、成膜処理等の熱処理であってもよい。
【００６１】
基板はウエハに限らず、ホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、光ディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。
【００６２】
本発明は、バッチ式熱処理装置および枚葉式熱処理装置に限らず、ヒータユニットを備えた半導体製造装置全般に適用することができる。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によれば、熱電対の測温に対する他の加熱ゾーンの温度干渉を防止し、さらに、測温の応答性の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるバッチ式熱処理装置を示す正面断面図である。
【図２】（ａ）は図１のａ部の詳細を示す拡大断面図であり、（ｂ）は被測温部材の一部切断側面図、（ｃ）は（ｂ）のｃ−ｃ線に沿う断面図、（ｄ）は（ｂ）のｄ−ｄ線に沿う断面図である。
【図３】温度干渉を説明するための比較例を示す拡大断面図である。
【図４】外部熱電対の他の実施の形態を示す拡大断面図である。
【図５】本発明の第二の実施の形態である枚葉式熱処理装置を示す正面断面図である。
【図６】その平面断面図である。
【図７】図５のＶＩＩ部の詳細を示す拡大断面図である。
【図８】外部熱電対の保護管の他の実施の形態を示す図２（ａ）に相当する拡大断面図である。
【図９】外部熱電対の保護管の別の他の実施の形態を示す図２（ａ）に相当する拡大断面図である。
【符号の説明】
１…ウエハ（基板）、２…筐体、１０…バッチ式熱処理装置（半導体製造）、１１…プロセスチューブ、１２…インナチューブ、１３…アウタチューブ、１４…処理室、１５…炉口、１６…マニホールド、１７…排気管、１８…排気路、１９…ガス導入管、２０…シールキャップ、２１…ボート、２２、２３…端板、２４…保持部材、２５…保持溝、２６…断熱キャップ部、３０…ヒータユニット、３１…断熱槽、３２…ヒータ素線、３２ａ〜３２ｄ…加熱ゾーン、３３…温度コントローラ、３４…貫通孔、３５、３５ａ〜３５ｄ…外部熱電対、３６…保護管、３７…固定ブロック、３８ａ〜３８ｄ…熱接点（測温接点）、３９…接着材層、４０…被測温部材、４１…カバー、４２…細長い保護管、４３ａ〜４３ｄ…内部熱電対、４４ａ〜４４ｄ…熱接点、４５…他の加熱ゾーンの輻射熱線、４６…プロセスチューブでの反射熱線、４７…プロセスチューブからの輻射熱線、５０…枚葉式熱処理装置（熱処理装置、半導体製造）、５１…プロセスチューブ、５２…処理室、５３…炉口フランジ、５４…炉端フランジ、５４ａ…キャップ、５５…炉口、５６…ゲートバルブ、５７…ガス導入管、５８…排気管、５９…ウエハ置き台、６０…ヒータユニット、６１…断熱槽、６２…ヒータ素線、６２ａ〜６２ｃ…加熱ゾーン、６３…温度コントローラ、６４…貫通孔、６５ａ〜６５ｃ…外部熱電対、６６…保護管、６７…固定ブロック、６８…熱接点（測温接点）、６９…接着材層、７０…被測温部材、７１…カバー、７２ａ〜７２ｃ…保護管、７３ａ〜７３ｄ…内部熱電対。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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