(57)【要約】【課題】ダウンタイムを短くすることができる熱処理装置を提供する。【解決手段】熱処理装置１は、蛍光式の光ファイバ温度計２２と、ガイド管２１と、光ファイバ掃引部２４とを備えている。蛍光式の光ファイバ温度計２２は、反応管２内の温度を測定する。ガイド管２１は、反応管２内に挿通可能であり、蛍光式の光ファイバ温度計２２を収容する。光ファイバ掃引部２４は、蛍光式の光ファイバ温度計２２をガイド管２１内で掃引する。蛍光式の光ファイバ温度計２２は、光ファイバ掃引部２４の掃引量により、反応管２内の所定の温度測定位置に移動する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体を収容する処理室内を熱処理する熱処理装置であって、
前記処理室内の温度を測定する蛍光式の光ファイバ温度計と、
前記処理室内に挿通可能であり、前記蛍光式の光ファイバ温度計を収容するガイド管と、
前記蛍光式の光ファイバ温度計を前記ガイド管内で掃引する光ファイバ掃引部と、を備え、
前記蛍光式の光ファイバ温度計は、光ファイバ掃引部の掃引量により前記処理室内の所定の温度測定位置に移動する、ことを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
前記ガイド管は前記処理室内に常時挿通されている、ことを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項３】
前記蛍光式の光ファイバ温度計には、当該蛍光式の光ファイバ温度計が前記処理室内の測定位置の最下部を測定する位置に配置されたことを示す下部測定位置マークと、当該蛍光式の光ファイバ温度計が前記処理室内の測定位置の最上部を測定する位置に配置されたことを示す上部測定位置マークと、が設けられ、
前記ガイド管には、前記下部測定位置マーク及び前記上部測定位置マークを検出する位置マーク検出センサが設けられている、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の熱処理装置。
【請求項４】
前記蛍光式の光ファイバ温度計は、可とう性、耐熱性を有する樹脂で被覆されている、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程では、被処理体、例えば、半導体ウエハの成膜処理などを行う熱処理装置が用いられている。熱処理装置における成膜処理では、半導体ウエハを収容する反応管内を、成膜すべき薄膜の種類、膜厚などに応じて定められた処理温度に制御することが重要である。
【０００３】
このような処理温度の制御方法としては、まず、半導体ウエハを処理する前に、反応管内を定められた処理温度に加熱する。次に、処理温度に加熱された反応管内の空間温度分布を測定する。続いて、測定した空間温度分布が、定められた温度分布と一致するように反応管内の処理温度を調整する。このように調整した処理温度の下、ダミーウエハなどで処理を行い、定められた処理温度で均一な処理がなされているか否かを確認する。
【０００４】
このような熱処理における処理温度の制御については、種々の提案がなされている。例えば、特許文献１には、反応管の内壁温度分布を測定した結果から半導体ウエハの温度を推定し、推定した半導体ウエハの温度が所定の値になるようにヒータの設定温度を自動化する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０５−２６７２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１では、熱処理装置の反応管内の温度分布の測定に熱電対を用いているので、反応管内の温度分布を測定するための準備時間および測定時間がかかってしまう。このため、熱処理装置の立ち上げ時間が長くなってしまい、ダウンタイムが長くなるという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、ダウンタイムを短くすることができる熱処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点にかかる熱処理装置は、
被処理体を収容する処理室内を熱処理する熱処理装置であって、
前記処理室内の温度を測定する蛍光式の光ファイバ温度計と、
前記処理室内に挿通可能であり、前記蛍光式の光ファイバ温度計を収容するガイド管と、
前記蛍光式の光ファイバ温度計を前記ガイド管内で掃引する光ファイバ掃引部と、を備え、
前記蛍光式の光ファイバ温度計は、光ファイバ掃引部の掃引量により前記処理室内の所定の温度測定位置に移動する、ことを特徴とする。
【０００９】
前記ガイド管は前記処理室内に常時挿通されていることが好ましい。
【００１０】
前記蛍光式の光ファイバ温度計には、当該蛍光式の光ファイバ温度計が前記処理室内の測定位置の最下部を測定する位置に配置されたことを示す下部測定位置マークと、当該蛍光式の光ファイバ温度計が前記処理室内の測定位置の最上部を測定する位置に配置されたことを示す上部測定位置マークと、が設けられ、
前記ガイド管には、前記下部測定位置マーク及び前記上部測定位置マークを検出する位置マーク検出センサが設けられていることが好ましい。
【００１１】
前記蛍光式の光ファイバ温度計は、可とう性、耐熱性を有する樹脂で被覆されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ダウンタイムを短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態の熱処理装置を示す図である。
【図２】ガイド管に光ファイバ温度計を挿通した状態を示す図である。
【図３】図１の制御部の構成を示す図である。
【図４】温度調整処理を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の熱処理装置について説明する。本実施の形態では、図１に示すバッチ式の縦型熱処理装置の場合を例に本発明の熱処理装置を説明する。
【００１５】
図１に示すように、熱処理装置１は、略円筒状で有天井の反応管２を備えている。反応管２は、その長手方向が垂直方向に向くように配置されている。反応管２は、耐熱及び耐腐食性に優れた材料、例えば、石英により形成されている。
【００１６】
反応管２の下側には、略円筒状のマニホールド３が設けられている。マニホールド３は、その上端と反応管２の下端とが気密に接合されている。マニホールド３には、反応管２内のガスを排気するための排気管４が気密に接続されている。排気管４には、図示しないバルブ、真空ポンプなどからなる圧力調整部が設けられており、反応管２内を所望の圧力（真空度）に調整する。
【００１７】
マニホールド３（反応管２）の下方には、蓋体６が配置されている。蓋体６は、ボートエレベータ７により上下動可能に構成され、ボートエレベータ７により蓋体６が上昇するとマニホールド３（反応管２）の下方側（炉口部分）が閉鎖され、ボートエレベータ７により蓋体６が下降すると反応管２の下方側（炉口部分）が開口されるように配置されている。
【００１８】
蓋体６の上部には、保温筒（断熱体）８を介して、ウエハボート９が設けられている。ウエハボート９は、被処理体、例えば、半導体ウエハＷを収容（保持）するウエハ保持具であり、本実施の形態では、半導体ウエハＷが垂直方向に所定の間隔をおいて複数枚、例えば、１５０枚収容可能に構成されている。そして、ウエハボート９に半導体ウエハＷを収容し、ボートエレベータ７により蓋体６を上昇させることにより、半導体ウエハＷが反応管２内にロードされる。
【００１９】
反応管２の周囲には、反応管２を取り囲むように、例えば、抵抗発熱体からなるヒータ部１０が設けられている。このヒータ部１０により反応管２の内部が所定の温度に加熱され、この結果、半導体ウエハＷが所定の温度に加熱される。ヒータ部１０は、例えば、５段に配置されたヒータ１１〜１５から構成され、ヒータ１１〜１５には、それぞれ図示しない電力コントローラが接続されている。このため、この電力コントローラにそれぞれ独立して電力を供給することにより、ヒータ１１〜１５をそれぞれ独立に所望の温度に加熱することができる。このように、本実施の形態では、反応管２内は、このヒータ１１〜１５により、５つのエリアに区分されている。
【００２０】
マニホールド３には、反応管２内に処理ガスを供給する複数の処理ガス供給管が設けられている。なお、図１では、マニホールド３に１つの処理ガス供給管１６を描いている。処理ガス供給管１６は、マニホールド３の側方からウエハボート９の上部付近まで延びるように形成されている。処理ガス供給管１６には、処理ガスの流量を調整するための図示しないマスフローコントローラ（ＭＦＣ）などが設けられている。このため、処理ガス供給管１６から供給される処理ガスは、ＭＦＣにより所望の流量に調整され、処理ガス供給管１６を介して反応管２内に供給される。
【００２１】
また、マニホールド３には、ガイド管（光ファイバ保護管）２１が設けられている。ガイド管２１は、反応管２内に挿通して反応管２内の温度（温度分布）を測定する光ファイバ温度計２２を保護するものであり、その内部で光ファイバ温度計２２を掃引（摺動）可能な中空状に形成されている。光ファイバ温度計２２としては、４００℃以下の温度領域に好適な蛍光式の光ファイバ温度計が用いられる。光ファイバ温度計２２は、可とう性、耐熱性を有するように、例えば、ポリイミドで被覆されていることが好ましい。ガイド管２１は、マニホールド３の側方から反応管２内をウエハボート９の上部付近まで延びるように形成されている。
【００２２】
図２にガイド管２１に光ファイバ温度計２２を挿通した状態を示す。図２に示すように、光ファイバ温度計２２は、光ファイバ掃引用ローラ２３を介して、光ファイバ掃引部２４に接続されており、光ファイバ掃引部２４による掃引量、すなわち、光ファイバ温度計２２の送出量によって、反応管２内の温度測定位置（高さ）が制御される。
【００２３】
光ファイバ温度計２２には、光ファイバ温度計２２が反応管２内の測定位置の最下部を測定する位置に配置されたことを示す下部測定位置マーク２５が設けられている。また、光ファイバ温度計２２には、光ファイバ温度計２２が反応管２内の測定位置の最上部を測定する位置に配置されたことを示す上部測定位置マーク２６が設けられている。そして、ガイド管２１には、光ファイバ温度計２２の測定位置マーク２５、２６を検出する位置マーク検出センサ２７が設けられている。このため、光ファイバ温度計２２が測定している位置を知ることができる。
【００２４】
ここで、反応管２内の温度（温度分布）を測定する温度計に、蛍光式の光ファイバ温度計２２を用いているので、熱電対を用いた場合に比べて、反応管２内の温度分布を測定するための準備時間（取り付け時間等）および測定時間を短くすることができる。また、光ファイバ温度計２２が細く、可とう性、屈曲性を有することから、ガイド管２１も細くでき、反応管２に常設することで、反応管２内の温度分布を測定するための準備時間をさらに短くすることができる。
【００２５】
また、熱処理装置１は、反応管２内のガス流量、圧力、処理雰囲気の温度といった処理パラメータを制御するための制御部（コントローラ）５０を備えている。制御部５０は、ＭＦＣ、圧力調整部、ヒータ１１〜１５の電力コントローラ等に制御信号を出力する。図３に制御部５０の構成を示す。
【００２６】
図３に示すように、制御部５０は、レシピ記憶部５１と、ＲＡＭ５３と、Ｉ／Ｏポート５４と、ＣＰＵ５５と、これらを相互に接続するバス５６と、から構成されている。
【００２７】
レシピ記憶部５１は、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、ハードディスクなどから構成され、この熱処理装置１で実行される成膜処理の種類に応じて、制御手順を定めるプロセス用レシピと、ＣＰＵ５５の動作プログラムを記憶されている。また、所望の温度分布を実現するための補正値が記憶されている。
【００２８】
レシピ記憶部５１には、この熱処理装置１で実行される成膜処理の種類に応じて、制御手順を定めるプロセス用レシピが記憶されている。プロセス用レシピは、ユーザが実際に行う処理（プロセス）毎に用意されるレシピであり、反応管２への半導体ウエハＷのロードから、処理済みの半導体ウエハＷをアンロードするまでの、各部の温度の変化、各エリアの温度分布の変化、反応管２内の圧力変化、ガスの供給の開始及び停止のタイミング、供給量などを規定する。
【００２９】
ＲＡＭ５３は、ＣＰＵ５５のデータエリアなどとして機能する。また、ＣＰＵ５５が動作している間、その動作プログラムが置かれることも多い。
【００３０】
Ｉ／Ｏポート５４は、温度、圧力、ガスの流量に関する測定信号をＣＰＵ５５に供給すると共に、ＣＰＵ５５が出力する制御信号を各部（圧力調整部、ヒータ１１〜１５の電力コントローラ、ＭＦＣ等）へ出力する。
【００３１】
ＣＰＵ（Central Processing Unit)５５は、制御部５０の中枢を構成し、レシピ記憶部５１に記憶された動作プログラムを実行し、レシピ記憶部５１に記憶されているプロセス用レシピに沿って、熱処理装置１の動作を制御する。
バス５６は、各部の間で情報を伝達する。
【００３２】
次に、以上のように構成された熱処理装置１を用いた反応管２内の温度調整方法（温度調整処理）について説明する。図４は、温度調整処理を説明するためのフローチャートである。なお、熱処理装置１を構成する各部の動作は、制御部５０（ＣＰＵ５５）により制御されている。また、本実施の形態では、反応管２内には、モニタウエハ（モニタウエハが収容されているウエハボート９）がロードされている。
【００３３】
まず、ＣＰＵ５５は、反応管２内を所定の処理温度に加熱する（ステップＳ１）。具体的には、ＣＰＵ５５は、図示しない電力コントローラにそれぞれ独立して電力を供給し、ヒータ１１〜１５をそれぞれ独立に所望の温度に加熱する。
【００３４】
次に、ＣＰＵ５５は、処理温度に加熱された反応管２内のエリア温度分布を測定する（ステップＳ２）。具体的には、ＣＰＵ５５は、光ファイバ掃引部２４を制御してガイド管２１に光ファイバ温度計２２を挿入することにより、反応管２内の測定位置の最上部を測定する位置に光ファイバ温度計２２を移動し、この位置での反応管２内の温度を測定する。続いて、この位置での温度測定が完了した後に、光ファイバ掃引部２４を制御して光ファイバ温度計２２を反応管２内の所定の測定位置に移動し、この位置での反応管２内の温度を測定する。そして、この反応管２内での温度測定を反応管２内の測定位置の最下部を測定する位置まで実行する。この各位置での温度測定に基づいて、反応管２内のエリア温度分布を測定（算出）する。なお、本例では、反応管２内の測定位置の最上部から順番に最下部まで測定したが、反応管２内の測定位置の最下部から順番に最上部まで測定してもよい。
【００３５】
ここで、蛍光式の光ファイバ温度計２２を用いて反応管２内の空間温度分布を測定しているので、熱電対を用いた場合に比べて、反応管２内の温度分布を測定するための準備時間（取り付け時間等）を短くすることができる。さらに、熱電対を用いた場合に比べて、温度の反応時間が短いため、反応管２内の所定の測定位置への移動を早くすることができるので、反応管２内の温度分布の測定時間を短くすることができる。例えば、従来の熱電対を用いた温度分布の測定時間が１時間であったのに対し、蛍光式の光ファイバ温度計２２を用いることにより５分程度で温度分布を測定することができる。また、光ファイバ温度計２２が細く、可とう性、屈曲性を有することから、反応管２内の温度分布を測定するための準備時間をさらに短くすることができる。
【００３６】
さらに、光ファイバ温度計２２に反応管２内の測定位置の最下部を測定する位置に配置されたことを示す下部測定位置マーク２５と、反応管２内の測定位置の最上部を測定する位置に配置されたことを示す上部測定位置マーク２６とが設けられ、ガイド管２１に測定位置マーク２５、２６を検出する位置マーク検出センサ２７が設けられているので、光ファイバ温度計２２が測定位置の最上部と最下部との間の位置の温度を測定できる。
【００３７】
続いて、ＣＰＵ５５は、測定したエリア温度分布が、定められた温度分布と一致するか否かを判別する（ステップＳ３）。ＣＰＵ５５は、測定した空間温度分布が、定められた温度分布と一致しないと判別すると（ステップＳ３；Ｎｏ）、レシピ記憶部５１に記憶されたヒータ１１〜１５の温度と各エリア温度分布との関係を示す補正値を更新し、反応管２内の各部の処理温度（ヒータ１１〜１５の温度）を変更し（ステップＳ４）、ステップＳ１に戻る。
【００３８】
ＣＰＵ５５は、測定した空間温度分布が、定められた温度分布と一致すると判別すると（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、反応管２内のモニタウエハに所定の処理、例えば、成膜処理を実施する（ステップＳ５）。所定の処理が終了すると、ＣＰＵ５５は、モニタウエハに所望の処理が行われているか否かを判別する（ステップＳ６）。モニタウエハに成膜処理を実施した場合、モニタウエハに薄膜が均一に成膜されているか否かを判別する。例えば、成膜処理が終了すると、測定者は、モニタウエハに薄膜が均一に成膜されているか否かを判別し、制御部５０のＩ／Ｏポート５４に接続された図示しない操作パネルを操作して、その結果を入力する。ＣＰＵ５５は、測定者から入力された結果に基づいて、モニタウエハに薄膜が均一に成膜されているか否かを判別する。
【００３９】
ＣＰＵ５５は、モニタウエハに所望の処理が行われていないと判別すると（ステップＳ６；Ｎｏ）、レシピ記憶部５１に記憶された、反応管２内の各部の処理温度（ヒータ１１〜１５の温度）を変更し（ステップＳ７）、ステップＳ５に戻る。ＣＰＵ５５は、モニタウエハに所望の処理が行われていると判別すると（ステップＳ６；Ｙｅｓ）、この処理を終了する。
【００４０】
本実施の形態の効果を確認するため、上記温度調整処理に沿って、反応管２内の温度調整を行った後、半導体ウエハＷに薄膜を形成したところ、半導体ウエハＷに所望の膜厚の薄膜を形成できることが確認できた。このため、この温度調整処理により、反応管２内の温度を良好に調整されていることが確認できた。
【００４１】
以上説明したように、本実施の形態によれば、蛍光式の光ファイバ温度計２２を用いて反応管２内の空間温度分布を測定しているので、熱電対を用いた場合に比べて、反応管２内の温度分布を測定するための準備時間（取り付け時間等）および測定時間を短くすることができる。このため、熱処理装置１のダウンタイムを短くすることができる。
【００４２】
また、本実施の形態によれば、光ファイバ温度計２２が細く、可とう性、屈曲性を有することから、ガイド管２１を常設することで、反応管２内の温度分布を測定するための準備時間をさらに短くすることができる。このため、熱処理装置１のダウンタイムをさらに短くすることができる。
【００４３】
なお、本発明は、上記の実施の形態に限られず、種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に適用可能な他の実施の形態について説明する。
【００４４】
上記実施の形態では、熱処理装置１にガイド管（光ファイバ保護管）２１が常設されている場合を例に本発明を説明したが、ガイド管２１が常設されていなくてもよい。この場合、ガイド管２１は、温度分布測定の際に熱処理装置１に取り付けられる。
【００４５】
上記実施の形態では、ガイド管２１がマニホールド３に挿通されている場合を例に本発明を説明したが、ガイド管２１は反応管２内の挿通されていればよく、例えば、蓋体６に挿通されていてもよい。
【００４６】
上記実施の形態では、光ファイバ温度計２２に下部測定位置マーク２５、及び、上部測定位置マーク２６が設けられている場合を例に本発明を説明したが、これらの測定位置マークが設けられていなくてもよい。この場合にも、熱処理装置１のダウンタイムを短くすることができる。また、光ファイバ温度計２２に下部測定位置マーク２５、及び、上部測定位置マーク２６だけでなく、光ファイバ温度計２２により反応管２内を測定する全ての測定位置に測定位置マークが設けられていてもよい。この場合、光ファイバ温度計２２による測定位置による測定を確実に行うことができる。
【００４７】
上記実施の形態では、薄膜形成装置１として、単管構造のバッチ式熱処理装置の場合を例に本発明を説明したが、例えば、反応管２が内管と外管とから構成された二重管構造のバッチ式縦型熱処理装置に本発明を適用することも可能である。また、被処理体は半導体ウエハＷに限定されるものではなく、例えば、ＬＣＤ用のガラス基板等にも適用することができる。
【００４８】
本発明の実施の形態にかかる制御部５０は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。例えば、汎用コンピュータに、上述の処理を実行するためのプログラムを格納した記録媒体（フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭなど）から当該プログラムをインストールすることにより、上述の処理を実行する制御部５０を構成することができる。
【００４９】
そして、これらのプログラムを供給するための手段は任意である。上述のように所定の記録媒体を介して供給できる他、例えば、通信回線、通信ネットワーク、通信システムなどを介して供給してもよい。この場合、例えば、通信ネットワークのダウンロードページに当該プログラムを掲示し、これをネットワークを介して搬送波に重畳して提供してもよい。そして、このように提供されたプログラムを起動し、ＯＳの制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、上述の処理を実行することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、熱処理装置に有用である。
【符号の説明】
【００５１】
１  熱処理装置
２  反応管
３  マニホールド
４  排気管
６  蓋体
７  ボートエレベータ
８  保温筒
９  ウエハボート
１０  ヒータ部
１１〜１５  ヒータ
１６  処理ガス導入管
２１  ガイド管
２２  光ファイバ温度計
２３  光ファイバ掃引用ローラ
２４  光ファイバ掃引部
２５  下部測定位置マーク
２６  上部測定位置マーク
２７  位置マーク検出センサ
５０  制御部
５１  レシピ記憶部
５３  ＲＡＭ
５４  Ｉ／Ｏポート
５５  ＣＰＵ
５６  バス
Ｗ  半導体ウエハ
【図１】
2013077643.tif 000003
【図２】
2013077643.tif 000004
【図３】
2013077643.tif 000005
【図４】
2013077643.tif 000006