(57)【要約】【課題】半導体製造装置に於いて、炉内の温度検出する温度検出器の再組立ての際の再現性を向上し、温度検出精度、信頼性を向上させ、製品品質を向上させる。【解決手段】ヒータ１６と、基板を処理する反応室を画成する反応管１１と、該反応管の内面に沿って設けられた温度検出器１８とを具備した半導体製造装置に於いて、前記温度検出器が保護管２１と該保護管に挿入された熱電対２２を有し、該熱電対が基部４１で固定され、該基部に位置決め用の凸部４１ｃが設けられた。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒータと、基板を処理する反応室を画成する反応管と、該反応管の内面に沿って設けられた温度検出器とを具備した半導体製造装置に於いて、前記温度検出器が保護管と該保護管に挿入された熱電対を有し、該熱電対が基部で固定され、該基部に位置決め用の凸部が設けられたことを特徴とする半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は反応炉を具備し、シリコンウェーハ等の基板に薄膜の生成、不純物の拡散、エッチング等所要の処理を行い半導体素子を製造する半導体製造装置、特にバッチ式の反応炉を具備する半導体製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５に於いて、半導体製造装置の概略について説明する。
【０００３】
尚、図５で示すものは、縦型炉を具備するバッチ式の半導体製造装置である。
【０００４】
又、図５では筐体は省略し、内部機構のみを示している。
【０００５】
基板（以下ウェーハ）１は基板搬送容器（以下ウェーハカセット）２に収納された状態で搬送される。外部搬送手段（図示せず）により搬送されたウェーハカセット２は半導体製造装置の前面に設けられたカセット授受ステージ３に載置され、該カセット授受ステージ３に載置されたウェーハカセット２はカセット搬送装置４により、カセット収納棚５、予備カセット棚６に搬送される。
【０００６】
前記カセット収納棚５内のウェーハカセット２から基板移載機７により基板保持具（以下ボート）８に前記ウェーハ１が移載される。前記ボート８はボートエレベータ９に立設され、該ボートエレベータ９は前記ボート８を昇降させ、石英製の反応管１１内に装入する。該反応管１１内部は反応室１２となっており、該反応室１２にはガス導入管１３により反応ガスが導入され、反応後のガスは排気管１４から排出される。
【０００７】
前記反応管１１の外側には外管１５が同心に設けられ、該外管１５の周囲には筒状にヒータ１６が配設され、該ヒータ１６はヒータベース１７に立設されている。前記ヒータ１６は前記ウェーハ１の処理の為、前記反応室１２のウェーハ１を加熱する。
【０００８】
前記ウェーハ１の処理に於いて、炉内温度の均一性はウェーハ処理品質を決定する大きな要因であり、炉内温度が均一となる様に前記ヒータ１６は前記反応管１１の軸心方向に沿って分割部１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅに所要分割され、各分割部１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅが独立して加熱制御されるゾーンコントロールが行われている。又、炉内にはゾーンコントロールを可能とする為、該分割部１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅに対応する位置の温度を検出する温度検出器１８が少なくとも各ゾーン毎に設けられ、前記温度検出器１８の検出温度が目標温度となる様に前記分割部１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅの加熱制御がされている。
【０００９】
図６〜図８により炉口部の構造、及び従来の温度検出器１８について説明する。
【００１０】
先ず、図６により従来の温度検出器１８について説明する。
【００１１】
石英製の保護管２１の内部に熱電対２２が挿入される。該熱電対２２には前記保護管２１の内径より若干小径の絶縁短管２３が所要間隔で挿入され、前記熱電対２２が途中で短絡しない様にしていると共に該熱電対２２が前記絶縁短管２３間で屈曲可能としている。前記熱電対２２の基部には前記絶縁短管２３より径の太い絶縁管２４が設けられている。該絶縁管２４を貫通した前記熱電対２２の基端には補償導線２５が接続され、該補償導線２５と前記絶縁管２４の一部に掛渡って熱収縮チューブ２６が被覆されている。後述する様に該絶縁管２４が前記熱電対固定金具３４に取付けられることで、前記熱電対２２が固定される様になっている。前記補償導線２５の基端にはコネクタ２７が取付けられ、該コネクタ２７は制御部（図示せず）に接続される。前記絶縁短管２３、絶縁管２４の材質としてはアルミナ等が挙げられる。
【００１２】
図７に見られる様に、前記保護管２１の基部は屈曲され、前記反応管１１を貫通して外部に露出している。前記保護管２１の貫通部は前記反応管１１に溶接され、気密となっている。而して、前記保護管２１は前記反応管１１の内面に沿って所要間隔で温度検出箇所の数だけ立設され、各保護管２１内に該保護管２１の突出端から前記絶縁短管２３により絶縁された前記熱電対２２が挿入される。尚、前記保護管２１は下端部で屈曲しているが、前記熱電対２２は屈曲可能であるので支障なく挿入できる。
【００１３】
尚、前記熱電対２２の挿入深さ（図５中、前記分割部１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅの位置に対応した高さ）は各温度検出器１８毎に温度検出箇所に対応して決定される。
【００１４】
図７、図８により該温度検出器１８の固定方法について説明する。
【００１５】
炉口ベース２８は所要の支持構造（図示せず）により前記ヒータベース１７によって支持され、前記炉口ベース２８には前記反応管１１と同心の炉口２９が穿設されている。該炉口２９は炉口蓋３１によって気密に閉塞され、該炉口蓋３１は前記ボートエレベータ９に支持され昇降可能であり、前記炉口蓋３１には前記ボート８が立設される。
【００１６】
前記反応管１１は下端にフランジ３２が形成され、該フランジ３２を介して前記反応管１１が前記炉口ベース２８に載置される。前記フランジ３２はフランジ押え３３により前記炉口ベース２８に気密に固定される。
【００１７】
前記フランジ押え３３の周面に熱電対固定金具３４がボルト３５により螺子止めされ、前記熱電対固定金具３４は前記保護管２１が突出する部分に配置される。
【００１８】
前記熱電対固定金具３４は前記フランジ押え３３に取付けられる下部３４ａに対して上部が略への字状に屈曲された上部３４ｂとなっており、該上部３４ｂの傾斜は前記保護管２１の突出部の傾斜に合致している。前記熱電対固定金具３４の下部３４ａに穿設された止め孔３６は下端が開放された長孔となっており、前記熱電対固定金具３４は上下方向に位置が調整可能となっている。
【００１９】
前記上部３４ｂには前記絶縁管２４がクランプ金具３７により固定される。該クランプ金具３７は逆凹字状の基部３７ａから上面部が延出され、更に下方に直角に屈曲された形状の保持部３７ｂを有しており、該保持部３７ｂに前記絶縁管２４が挿通し、前記基部３７ａが前記上部３４ｂに螺子止めされ、前記絶縁管２４が前記保持部３７ｂと前記上部３４ｂ間に挾持され固定される様になっている。
【００２０】
上記した従来の半導体製造装置では一本の保護管２１に対して一本の熱電対２２が挿入される構造であったが、一本の保護管２１に対して複数の熱電対２２が挿入され、各熱電対２２の挿入深さが異なる様に保持したものがある。
【００２１】
図９に於いて、図５中で示したものと同等のものには同符号を付してある。
【００２２】
保護管２１が炉口蓋３１を貫通して反応室１２に挿入され、前記保護管２１内に複数の熱電対２２が下端から着脱可能に挿入され、前記保護管２１の下端で保持される。
【００２３】
前記保護管２１は基部２１ａが太径となっており、該基部２１ａが前記炉口蓋３１に突当ることで、前記保護管２１自体の前記反応室１２への挿入深さが決定される様になっている。又、複数の前記熱電対２２はそれぞれ長さが異なり、基端部３８で一体に束ねられ、該基端部３８は保護チューブ３９により前記保護管２１の下端に固着されている。
【００２４】
而して、前記複数の熱電対２２は前記保護管２１に対する挿入深さそれぞれが異なり、前記保護管２１を前記反応室１２に挿入し固定すると、該反応室１２の高さの異なる位置での温度検出が可能となっている。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
然し乍ら、上記した従来の半導体製造装置では以下に述べる不具合がある。
【００２６】
図７、図８で示した従来例では、前記反応管１１を洗浄する等の保守作業時には、前記熱電対２２をそれぞれ前記保護管２１から引抜くことが必要であり、又洗浄等必要な処理が完了し、前記反応管１１を組立てた後、前記熱電対２２を前記保護管２１に挿入し、前記クランプ金具３７により前記熱電対固定金具３４へ固定しなければならない。又、前記クランプ金具３７による前記絶縁管２４の保持位置により前記熱電対２２の前記保護管２１に対する挿入深さが決定される。
【００２７】
上記した様に、前記熱電対２２の挿入深さによって前記反応管１１での温度検出位置が決定されるが、前記絶縁管２４の保持位置は取付けの基準となるものがなく、保守前の取付け位置を再現するのは極めて難しく、又作業者によっても取付け位置が異なる。この為、予定した温度検出位置とはｍｍ単位で位置ズレが生じており、その結果、正確な温度検出が難しくなるという問題があり、炉内での均熱長が左右され、均熱長は成膜状態に大きく影響するので、処理品質に悪影響を及す虞れがあった。
【００２８】
図９で示した従来例に於いて、前記反応管１１の洗浄等の保守作業をする場合は、前記炉口蓋３１から前記温度検出器１８を取外して行う。又、保守作業が完了した後は、再度前記温度検出器１８を前記炉口蓋３１に挿入し、該炉口蓋３１に固定する。
【００２９】
前記温度検出器１８の取付けの際、該温度検出器１８の回転方向の位置は、反応室１２の温度検出するのに重要である。前記熱電対２２の先端と被測定物との間に障害物がないことが温度を正確に検出する為の条件となるが、前記温度検出器１８の回転位置によっては、他の熱電対２２が障害となる場合がある。例えば、低い熱電対２２と被測定物との間に高い熱電対２２が位置する様な場合は、低い熱電対２２は高い熱電対２２の陰になってしまい、正確な温度検出はできない。
【００３０】
ところが、前記保護管２１は円柱形状であり、該保護管２１の回転位置の決定は作業者の勘に頼っていた。この為、前記温度検出器１８を保守前の設置状態に再現することは難しく、やはり正確な温度検出が難しくなるという問題があった。
【００３１】
本発明は斯かる実情に鑑み、温度検出器の再組立ての際の再現性を向上し、又組立て時の個人差を無くして温度検出精度、信頼性を向上させるものである。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ヒータと、基板を処理する反応室を画成する反応管と、該反応管の内面に沿って設けられた温度検出器とを具備した半導体製造装置に於いて、前記温度検出器が保護管と該保護管に挿入された熱電対を有し、該熱電対が基部で固定され、該基部に位置決め用の凸部が設けられた半導体製造装置に係るものである。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００３４】
図１〜図３に於いて本発明の第１の実施の形態について説明する。
【００３５】
尚、図１〜図３中、図６〜図８中で示したものと同等のものには同符号を付している。尚、本発明が設けられる半導体製造装置については、従来の説明でしたものと同様であるので説明を省略する。
【００３６】
石英製の保護管２１の内部に熱電対２２が挿入される。該熱電対２２には前記保護管２１の内径より若干小径の絶縁短管２３が所要間隔で挿入され、前記熱電対２２が途中で短絡しない様にしていると共に該熱電対２２が前記絶縁短管２３間で屈曲可能としている。該絶縁短管２３は例えば高純度アルミナ等の絶縁材から構成される。
【００３７】
前記熱電対２２の基部には例えば高純度アルミナ等の絶縁材から成る熱電対ホルダ４１が設けられ、該熱電対ホルダ４１を貫通した前記熱電対２２の基端には補償導線２５が接続されている。
【００３８】
前記熱電対ホルダ４１は両端部が前記絶縁短管２３より太径の円筒部４１ａ，４１ｂとなっており、中途部にはフランジ部４１ｃが形成されている。該フランジ部４１ｃは上下両面が面取りされ、上下両面間の寸法は前記円筒部４１ａ，４１ｂの直径と同一となっている。
【００３９】
前記フランジ部４１ｃの一端面（前記熱電対２２の先端側に位置する端面）から前記熱電対２２の先端迄の距離は、該熱電対２２を前記保護管２１に挿入し、取付けた場合に所定の挿入深さとなる様に設定する。
【００４０】
前記円筒部４１ｂと前記補償導線２５間に掛渡って熱収縮チューブ２６が設けられ、前記補償導線２５と前記熱電対２２の接続部が保護されている。前記補償導線２５の基端にはコネクタ２７が取付けられ、該コネクタ２７は制御部（図示せず）に接続される。
【００４１】
該熱電対２２を固定する場合は、該熱電対２２を前記保護管２１に下端から挿入し、前記熱電対ホルダ４１を熱電対固定金具３４の上部３４ｂの所要位置に位置決めする。クランプ金具３７を前記上部３４ｂにボルトで仮止めし、前記熱電対ホルダ４１の円筒部４１ａを基部３７ａ部分に嵌合させ、前記フランジ部４１ｃを前記クランプ金具３７に下方から突当てる。前記熱電対ホルダ４１の位置が決定されたところで、前記クランプ金具３７をボルトで固定し、前記円筒部４１ａを前記クランプ金具３７と上部３４ｂ間で挾持する。
【００４２】
前記フランジ部４１ｃを前記クランプ金具３７に突当てることで、前記熱電対２２の上端の位置が決定され、且つ該熱電対２２の上端の位置は予定された温度検出位置となっている。他の熱電対２２についても同様に取付ける。
【００４３】
而して、該熱電対２２の上端の位置が調整で決定されるのではなく、前記フランジ部４１ｃを前記クランプ金具３７に突当てるという構造で決定されるので、取付け時の個人差は無くなり、前記熱電対２２の着脱を繰返しても、高度な再現性が実現できる。従って、正確な温度検出が可能となり、炉内での均熱長が確定され、良好な成膜状態を実現できる。
【００４４】
尚、前記熱電対ホルダ４１には突当ての為の凸部が設けられていればよく、前記フランジ部４１ｃの代りに単なる突起であってもよい。
【００４５】
図４により、第２の実施の形態について説明する。
【００４６】
図４中、図９中で示したものと同等のものには同符号を付してある。
【００４７】
保護管２１が炉口蓋３１を貫通して反応室１２に挿入され、前記保護管２１内に複数の高さの異なる熱電対２２が下端から着脱可能に挿入され、前記保護管２１の下端で保持される。
【００４８】
該保護管２１は基部２１ａが太径となっており、該基部２１ａが前記炉口蓋３１に突当ることで、前記保護管２１自体の挿入深さが決定される様になっている。又、複数の前記熱電対２２はそれぞれ長さが異なり、基端部３８で一体に束ねられ、該基端部３８は保護チューブ３９により前記保護管２１の下端に固着されている。
【００４９】
前記保護管２１の基部２１ａの所要箇所には突起４２が突設されており、該突起４２の位置により前記温度検出器１８の回転方向の位置が分る様になっている。
【００５０】
前記温度検出器１８の組立て手順について説明する。
【００５１】
前記保護管２１に挿入されている複数の前記熱電対２２の状態と前記突起４２との関係を確認する。
【００５２】
前記温度検出器１８を前記炉口蓋３１を貫通させ、前記反応室１２に挿入する。前記突起４２の位置により前記反応室１２での前記熱電対２２の状態が分るので、高さの異なる該熱電対２２が相互に干渉して、陰にならない様に前記温度検出器１８を回転させ位置決めする。尚、最初に温度検出器１８を組込み位置決めした状態で、前記突起４２の位置が確認できる様に、例えば前記炉口蓋３１に印を付ける等すると再度組立てた時の再現性が向上する。
【００５３】
尚、前記突起４２は前記保護管２１の回転位置を示すものであればよく、石英片を溶接したものでも、又該保護管２１の基部に刻設された溝であってもよい。
【００５４】
而して、前記複数の高さの異なる熱電対２２は前記反応室１２内で相互に干渉しない位置に設定でき、精度の高い温度検出が可能となる。
【００５５】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、ヒータと、基板を処理する反応室を画成する反応管と、該反応管の内面に沿って設けられた温度検出器とを具備した半導体製造装置に於いて、前記温度検出器が保護管と該保護管に挿入された熱電対を有し、該熱電対が基部で固定され、該基部に位置決め用の凸部が設けられたので、熱電対の位置決めは前記凸部により決定でき、組立てに個人差の影響が無くなり、温度検出器の再組立ての際の再現性が向上し、温度検出精度、信頼性を向上するという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の要部を示す部分断面図である。
【図２】同前要部斜視図である。
【図３】本実施の形態に用いられる温度検出器の説明図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態を示す概略断面図である。
【図５】半導体製造装置の概略を示す骨子図である。
【図６】従来の温度検出器の説明図である。
【図７】従来例の要部を示す部分断面図である。
【図８】該従来例の要部の斜視図である。
【図９】他の従来例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１　　　　　ウェーハ
１１　　　　反応管
１２　　　　反応室
１６　　　　ヒータ
１８　　　　温度検出器
２１　　　　保護管
２２　　　　熱電対
３４　　　　熱電対固定金具
３７　　　　クランプ金具
４１　　　　熱電対ホルダ
４２　　　　突起
【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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