专利名称：热处理装置及热处理装置的温度测量方法
技术领域：
本发明涉及热处理装置及热处理装置的温度測量方法。
背景技术：
在半导体器件的制造中，为了对被处理体、例如半导体晶圆实施氧化、扩散、CVD、退火等热处理而使用各种热处理装置。作为其中的ー种热处理装置，公知有一次能够进行多张处理体的热处理的立式热处理装置。该立式热处理装置包括处理容器，其是由石英制成的，在下部具有开ロ部；盖体，其用于开闭该处理容器的开ロ部；保持器，其设在该盖体上，用于将多张被处理体沿着上下方向隔开规定的间隔保持；炉主体，其设在上述处理容器的周围，安装有用于加热被输入到处理容器内的上述被处理体。然而，以往以来，为了高精度地控制炉主体内的温度，还开发有如下这样的技术将炉主体内的空间划分成多个区域，在区域中设置炉内温度传感器，并且将加热器按照各区域分割，从而细微地控制各区域的温度。在将炉主体内划分成多个区域并针对各区域细微地进行控制的情况下，需要针对各区域设置炉内温度传感器。将K热电偶或者R热电偶用作这样的炉内温度传感器，但K热电偶在測量温度变化较大的情况下塞贝克(Seebeck)系数(相对于温度变化而发生的电动势的程度)有时发生变化，在測量温度发生变化的情况下需要校正来自K热电偶的电动势。另ー方面，R热电偶和S热电偶的塞贝克系数不发生变化，但这些R热电偶和S热电偶的价格高，导致成本增加。
发明内容
本发明是考虑到这一点而做成的，其目的在于提供具有包括热电偶的多个炉内温度传感器、并且不需要毎次对来自各热电偶的測量温度进行校正、还能够谋求减少设置成本的热处理装置及热处理装置的温度測量方法。本实施方式提供ー种热处理装置，其特征在干，该热处理装置包括炉主体，其在内周面上设有加热部；处理容器，其配置在炉主体内，在该处理容器与炉主体之间形成有包括多个区域的空间，并且用于在内部收容多个被处理体；炉内温度传感器，其与空间的各区域相对应地设置；炉内温度计算部，其用于基于来自各炉内温度传感器的信号来求得炉内温度；控制部，其用于基于利用炉内温度计算部求得的炉内温度来控制加热部，设在空间中的基准区域中的炉内温度传感器包括由R热电偶或者S热电偶构成的第I热电偶、由除了R热电偶和S热电偶之外的热电偶构成的第2热电偶，设在其他的区域中的炉内温度传感器包括第2热电偶，炉内温度计算部具有电动势差电路，其与基准区域的第2热电偶、其他的区域的第2热电偶连接，用于求得基准区域与其他的区域的温度差；第I热电偶电动势测量电路，其与基准区域的第I热电偶连接，用于基于来自该第I热电偶的信号来求得基准区域的温度；加算器，其与第I热电偶电动势測量电路、其他的区域所对应的电动势差电路连接，用于将来自第I热电偶电动势測量电路的信号与来自该电动势差电路的信号相加而求得其他的区域的温度。本实施方式提供ー种热处理装置，其特征在干，该热处理装置包括炉主体，其在内周面上设有加热部；处理容器，其配置在炉主体内，在该处理容器与炉主体之间形成有空间，并且在内部形成有多个区域且用于收容多个被处理体；处理容器内温度传感器，其与处理容器的各区域相对应地设置；处理容器内温度计算部，其用于基于来自各处理容器内温度传感器的信号来求得处理容器内温度；控制部，其用于基于利用处理容器内温度计算部求得的处理容器内温度来控制加热部，设在处理容器内的基准区域中的处理容器内温度传感器包括第I热电偶，其由R热电偶或者S热电偶构成；第2热电偶，其由除了 R热电偶和S热电偶之外的热电偶构成，设在其他的区域中的处理容器内温度传感器包括第2热电偶，处理容器内温度计算部具有电动势差电路，其与基准区域的第2热电偶、其他的区域的第2热电偶连接，用于求得基准区域与其他的区域的温度差；第I热电偶电动势測量电路，其与基准区域的第I热电偶连接，用于基于来自该第I热电偶的信号来求得基准区域的温度；加算器，其与第I热电偶电动势測量电路、其他的区域所对应的电动势差电路连接，用于将来自第I热电偶电动势測量电路的信号与来自该电动势差电路的信号相加而求得其他的 区域的温度。本实施方式提供ー种热处理装置的温度測量方法，该热处理装置包括炉主体，其在内周面上设有加热部；处理容器，其配置在炉主体内，在该处理容器与炉主体之间形成包括多个区域的空间，并且用于在内部收容多个被处理体；炉内温度传感器，其与空间的各区域相对应地设置；炉内温度计算部，其用于基于来自各炉内温度传感器的信号来求得炉内温度；控制部，其用于基于利用炉内温度计算部求得的炉内温度来控制加热部，设在空间中的基准区域中的炉内温度传感器包括第I热电偶，其由R热电偶或者S热电偶构成；第2热电偶，其由除了 R热电偶和S热电偶之外的热电偶构成，设在其他的区域中的炉内温度传感器包括第2热电偶，该热处理装置的温度測量方法的特征在于，该热处理装置的温度测量方法包括以下エ序基于来自基准区域的第2热电偶和其他的区域的第2热电偶的信号，利用电动势差电路求得基准区域与其他的区域的温度差；基于来自基准区域的第I热电偶的信号，利用第I热电偶电动势測量电路求得基准区域的温度；通过用加算器将来自第I热电偶电动势测量电路的信号与来自电动势差电路的信号相加而求得其他的区域的温度。本实施方式提供ー种热处理装置的温度測量方法，该热处理装置包括炉主体，其在内周面上设有加热部；处理容器，其配置在炉主体内，在该处理容器与炉主体之间形成空间，并且在内部形成多个区域且用于收容多个被处理体；处理容器内温度传感器，其与处理容器的各区域相对应地设置；处理容器内温度计算部，其用于基于来自各处理容器内温度传感器的信号来求得处理容器内温度；控制部，其用于基于利用处理容器内温度计算部求得的处理容器内温度来控制加热部，设在处理容器中的基准区域中的处理容器内温度传感器包括第I热电偶，其由R热电偶或者S热电偶构成；第2热电偶，其由除了 R热电偶和S热电偶之外的热电偶构成，设在其他的区域中的处理容器内温度传感器包括第2热电偶，该热处理装置的温度測量方法的特征在于，该热处理装置的温度測量方法包括以下エ序基于来自基准区域的第2热电偶和其他的区域的第2热电偶的信号，利用电动势差电路求得基准区域与其他的区域的温度差；基于来自基准区域的第I热电偶的信号，利用第I热电偶电动势測量电路求得基准区域的温度；通过用加算器将来自第I热电偶电动势測量电路的信号与来自电动势差电路的信号相加而求得其他的区域的温度。
图I是概略地表示本发明的热处理装置的实施方式的纵剖视图。图2是表示炉主体内的随着时间经过的温度变化的图。图3是表示炉主体的每个单位区域的温度的概略图。图4是表示温度计算部的图。 图5是表示温度计算部的变形例的图。图6是概略地表示本发明的变形例的热处理装置的纵剖视图。
具体实施例方式以下參照
本发明的实施方式。在图I中，立式的热处理装置I具有能够一次收容多数张被处理体、例如半导体晶圆W并实施氧化、扩散、减压CVD等热处理的立式的热处理炉2。该热处理炉2包括炉主体5，其在内周面上设有发热电阻(加热器)18A ;处理容器3，其配置在炉主体5内，在该处理容器3与炉主体5之间形成空间33，并且该处理容器3用于收容晶圆W而进行热处理。另外，将炉主体5与处理容器3之间的空间33沿着纵向划分成多个单位区域(也简称为区域)、例如川个单位区域ム”“ム^ん人為人為為。。另外，加热器18A与该10个单位区域A1.... Altl相对应地设于各単位区域，而且，如下所述针对各単位区域K、··· Aw分别设有用于测量该单位区域A1.. . . A10的温度的炉内温度传感器50。另外，各炉内温度传感器50经由信号线50a与后述的温度计算部50A连接。同样，将处理容器3内也沿着纵向划分成多个单位区域(也简称为区域)、例如10个单位区域Ai、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9、A1(l，并且针对各单位区域A:、. . . A10分别设有用于測量该单位区域A1.... Altl的温度的处理容器内温度传感器55。各处理容器内温度传感器55由处理容器内温度传感器支承件56支承并且经由信号线55a与温度计算部50A连接。另外，炉主体5由底板6支承,在该底板6中形成有用于供处理容器3从下方向上方插入的开ロ部7。另外，在底板6的开ロ部7处以覆盖底板6与处理容器3之间的间隙的方式设有未图示的绝热件。处理容器3是由石英制成的，其具有上端密闭、下端开ロ为炉ロ 3a的纵长的圆筒状形状。在处理容器3的下端形成有朝外的凸缘3b，凸缘3b借助未图示的凸缘压紧件支承于上述底板6。另外，处理容器3的下侧部设有用于将处理气体、非活性气体等导入到处理容器3内的导入部件(导入口)8及用于将处理容器3内的气体排出的未图示的排气部件(排气ロ)。导入部件8与气体供给源(未图示)连接，排气部件与具有能够减压控制成例如133X600Pa 133X10-2Pa左右的真空泵的排气系统(未图示)连接。另外，导入部件8与在处理容器3内延伸的气体供给管8a连接，在该气体供给管8a上形成有气体供给孔
8b ο在处理容器3的下方借助未图示的升降机构能够升降移动地设有用于封堵处理容器3的炉ロ 3a的盖体10。在该盖体10的上部载置有作为炉ロ的保温部件的保温筒11，在该保温筒11的上部载置有作为保持器的石英制的舟皿12，该保持器用于沿着上下方向以规定的间隔搭载多张、例如100 150张左右的直径300mm的晶圆W。在盖体10上设有用于使舟皿12绕舟皿12的轴心线旋转的旋转机构13。通过盖体10的下降移动将舟皿12从处理容器3内输出(卸载)到下方的加载区域(未图示)内，移换晶圆w之后，通过盖体10的上升移动将舟皿12输入(加载)到处理容器3内。上述炉主体5具有圆筒状的绝热件16和在该绝热件16的内周面上沿轴向(在图示例中为上下方向)形成为多层的槽状的架部17，上述炉主体5配置有用于构成沿着各架部17针对各単位区域A1. ... Altl分别设置的加热器18A的加热器构件(发热丝、发热电阻)18。绝热件16由含有例如ニ氧化硅、氧化铝或者硅酸氧化铝的无机质纤维构成。在上述圆筒状的绝热件16的内周面上沿着轴向以规定间距多层地形成有与该圆筒状的绝热件16同心的环状的槽部21，在相邻的上部的槽部21与下部的槽部21之间形成有沿着周向连续的环状的上述架部17。在上述槽部21的相对于加热器构件18的上部、下 部及槽部21的里侧端壁与加热器构件18之间设有能够容许加热器构件18的热膨胀收缩及径向的移动的充分的间隙，另外，由于这些间隙，在进行强制冷却时从炉主体5的冷却介质导入部40向空间33内流入的冷却介质蔓延到加热器构件18的背面，能够有效地冷却加热器构件18。另外，作为这样的冷却介质，可想到空气、氮气。在针对各单位区域A”. . . A10分别设置的加热器18A中，用于构成该加热器18A的加热器构件18与端子板22a、22b接合，借助以沿着径向贯穿绝热件16的方式设置的端子板22a、22b与外部的加热器输出部18B连接。为了保持炉主体5的绝热件16的形状并加强绝热件16，如图I所示，以金属制、例如不锈钢制的外皮(外层outer shell) 30覆盖绝热件16的外周面。在绝热件16的顶部设有用于覆盖该绝热件16的顶部的上部绝热件31，在该上部绝热件31的上部设有用于覆盖外皮30的顶部(上端部)的不锈钢制的顶板32。然而，虽然例示了将带状的发热电阻用作加热器构件18、并将加热器构件18收容在架部17内，但作为加热器构件18，不限于这样的结构的加热器构件，能够使用其他的各种结构的加热构件。另外，如上所述，将形成在炉主体5与处理容器3之间的空间33划分成10个单位区域K1、…A10,针对各単位区域A1.... Altl分别设有用于检测该单位区域A1.... Altl内的温度的温度传感器(炉内温度传感器)50，将来自该温度传感器50的检测信号经由信号线50a输送到后述的温度计算部50A中，在该温度计算部50A中求得炉内温度。然后，将利用温度计算部50A求得的炉内温度向控制装置(控制部)51输送。在此情况下，温度计算部50A起到用于检测炉主体5与处理容器3之间的空间33的温度的炉内温度计算部50A的作用。另外，针对各単位区域A1, ... Altl分别设置的温度传感器50与温度计算部50A连接。详细说明该温度计算部50A。如上所述，温度传感器50是针对空间33的各単位区域A1,. . . A10分别设置的用于检测单位区域A1.. . .Altl内的温度的温度传感器。将用各単位区域A1,. . . A10的温度传感器50检测到的检测信号经由信号线50a输送到温度计算部50A中而求得各単位区域A1,. . . A10的炉内温度，将利用温度计算部50A求得的炉内温度输送到控制装置51中。在升温过程、降温过程或温度稳定时，该控制装置51用于使向规定的目标温度的收束时间缩短，并高精度地接近目标温度。接着，以下利用图4详细说明针对空间33内的各単位区域A1. ... Altl分别设置的炉内温度传感器50、基于来自该炉内温度传感器50的信号来求得炉内温度的温度计算部50A。如图4所示，各单位区域A”. . .Altl中的最靠下方的单位区域A1为基准区域，其他的単位区域A2、. . . A10为其他的区域。另外，在图4中详细说明了単位区域ん、...Altl中的单位区域A” A2、A3、A4,单位区域A5、A6、A7、A8、A9、A10也具有与基准区域A1之外的其他的区域A2、A3、A4大致相同的结构。基准区域A1的炉内温度传感器50包括第I热电偶81，其由即使热历程不同塞贝克系数的变化也较少的高价的R热电偶或者S热电偶构成；第2热电偶82，其由R热电偶或者S热电偶之外的低价的N热电偶、K热电偶、E热电偶、J热电偶等构成。另外，在图4中，为了方便，作为第I热电偶81，例示了 R热电偶，作为第2热电偶，例示了 K热电偶。 另外，其他的区域m A5' A6、A7、A8、A9、A10的炉内温度传感器50包括由低价的N热电偶、K热电偶或者E热电偶等构成的第2热电偶82。在此，表I表示用于构成第I热电偶81的R热电偶及S热电偶的特性、用于构成第2热电偶82的N热电偶、K热电偶、E热电偶及J热电偶的特性。在此，表I表示标准化的热电偶的种类和特征。表I
权利要求
1.ー种热处理装置，其特征在干， 该热处理装置包括 炉主体，其在内周面上设有加热部； 处理容器，其配置在炉主体内，在该处理容器与炉主体之间形成有包括多个区域的空间，并且用于在内部收容多个被处理体； 炉内温度传感器，其与空间的各区域相对应地设置； 炉内温度计算部，其用于基于来自各炉内温度传感器的信号来求得炉内温度； 控制部，其用于基于利用炉内温度计算部求得的炉内温度来控制加热部， 设在空间中的基准区域中的炉内温度传感器包括由R热电偶或者S热电偶构成的第I热电偶、由除了 R热电偶和S热电偶之外的热电偶构成的第2热电偶，设在其他的区域中的炉内温度传感器包括第2热电偶， 炉内温度计算部具有电动势差电路，其与基准区域的第2热电偶、其他的区域的第2热电偶连接，用于求得基准区域与其他的区域的温度差；第I热电偶电动势測量电路，其与基准区域的第I热电偶连接，用于基于来自该第I热电偶的信号来求得基准区域的温度；カロ算器，其与第I热电偶电动势測量电路、其他的区域所对应的电动势差电路连接，用于将来自第I热电偶电动势測量电路的信号与来自该电动势差电路的信号相加而求得其他的区域的温度。
2.根据权利要求I所述的热处理装置，其特征在干， 炉内温度计算部还具有用于将来自第I热电偶电动势測量电路的信号变换成第2热电偶用的信号的第I变换器，用加算器将来自第I变换器的信号、来自与其他的区域相对应的电动势差电路的信号相加而求得其他的区域的温度。
3.根据权利要求I所述的热处理装置，其特征在干， 炉内温度计算部还具有用于将来自电动势差电路的信号变换成第I热电偶用的信号的第2变换器，利用加算器将来自第I热电偶电动势測量电路的信号、来自与其他的区域相对应的第2变换器的信号相加而求得其他的区域的温度。
4.ー种热处理装置，其特征在干， 该热处理装置包括 炉主体，其在内周面上设有加热部； 处理容器，其配置在炉主体内，在该处理容器与炉主体之间形成有空间，并且在内部形成有多个区域且用于收容多个被处理体； 处理容器内温度传感器，其与处理容器的各区域相对应地设置； 处理容器内温度计算部，其用于基于来自各处理容器内温度传感器的信号来求得处理各器内温度； 控制部，其用于基于利用处理容器内温度计算部求得的处理容器内温度来控制加热部， 设在处理容器内的基准区域中的处理容器内温度传感器包括第I热电偶，其由R热电偶或者S热电偶构成；第2热电偶，其由除了 R热电偶和S热电偶之外的热电偶构成，设在其他的区域中的处理容器内温度传感器包括第2热电偶， 处理容器内温度计算部具有电动势差电路，其与基准区域的第2热电偶、其他的区域的第2热电偶连接，用于求得基准区域与其他的区域的温度差；第I热电偶电动势测量电路，其与基准区域的第I热电偶连接，用于基于来自该第I热电偶的信号来求得基准区域的温度；加算器，其与第I热电偶电动势測量电路、其他的区域所对应的电动势差电路连接，用于将来自第I热电偶电动势測量电路的信号与来自该电动势差电路的信号相加而求得其他的区域的温度。
5.根据权利要求4所述的热处理装置，其特征在干， 处理容器内温度计算部还具有用于将来自第I热电偶电动势測量电路的信号变换成第2热电偶用的信号的第I变换器，用加算器将来自第I变换器的信号与来自其他的区域所对应的电动势差电路的信号相加而求得其他的区域的温度。
6.根据权利要求4所述的热处理装置，其特征在干， 处理容器内温度计算部还具有用于将来自电动势差电路的信号变换成第I热电偶用的信号的第2变换器，用加算器将来自第I热电偶电动势測量电路的信号与来自其他的区域所对应的第2变换器的信号相加而求得其他的区域的温度。
7.ー种热处理装置的温度測量方法，该热处理装置包括炉主体，其在内周面上设有加热部；处理容器，其配置在炉主体内，在该处理容器与炉主体之间形成包括多个区域的空间，并且用于在内部收容多个被处理体；炉内温度传感器，其与空间的各区域相对应地设置；炉内温度计算部，其用于基于来自各炉内温度传感器的信号来求得炉内温度；控制部，其用于基于利用炉内温度计算部求得的炉内温度来控制加热部，设在空间中的基准区域中的炉内温度传感器包括第I热电偶，其由R热电偶或者S热电偶构成；第2热电偶，其由除了 R热电偶和S热电偶之外的热电偶构成，设在其他的区域中的炉内温度传感器包括第2热电偶，该热处理装置的温度測量方法的特征在干， 该热处理装置的温度測量方法包括以下エ序 基于来自基准区域的第2热电偶和其他的区域的第2热电偶的信号，利用电动势差电路求得基准区域与其他的区域的温度差； 基于来自基准区域的第I热电偶的信号，利用第I热电偶电动势測量电路求得基准区域的温度； 通过用加算器将来自第I热电偶电动势測量电路的信号与来自电动势差电路的信号相加而求得其他的区域的温度。
8.根据权利要求7所述的热处理装置的温度測量方法，其特征在干， 利用第I变换器将来自第I热电偶电动势測量电路的信号变换成第2热电偶用的信号，用加算器将来自第I变换器的信号与来自其他的区域所对应的电动势差电路的信号相加而求得其他的区域的温度。
9.根据权利要求7所述的热处理装置的温度測量方法，其特征在干， 利用第2变换器将来自电动势差电路的信号变换成第I热电偶用的信号，用加算器将来自第2变换器的信号与来自第I热电偶电动势測量电路的信号相加而求得其他的区域的温度。
10.ー种热处理装置的温度測量方法，该热处理装置包括炉主体，其在内周面上设有加热部；处理容器，其配置在炉主体内，在该处理容器与炉主体之间形成空间，并且在内部形成多个区域且用于收容多个被处理体；处理容器内温度传感器，其与处理容器的各区域相对应地设置；处理容器内温度计算部，其用于基于来自各处理容器内温度传感器的信号来求得处理容器内温度；控制部，其用于基于利用处理容器内温度计算部求得的处理容器内温度来控制加热部，设在处理容器中的基准区域中的处理容器内温度传感器包括第I热电偶，其由R热电偶或者S热电偶构成；第2热电偶，其由除了 R热电偶和S热电偶之外的热电偶构成，设在其他的区域中的处理容器内温度传感器包括第2热电偶，该热处理装置的温度測量方法的特征在干， 该热处理装置的温度測量方法包括以下エ序 基于来自基准区域的第2热电偶和其他的区域的第2热电偶的信号，利用电动势差电路求得基准区域与其他的区域的温度差； 基于来自基准区域的第I热电偶的信号，利用第I热电偶电动势測量电路求得基准区域的温度； 通过用加算器将来自第I热电偶电动势測量电路的信号与来自电动势差电路的信号相加而求得其他的区域的温度。
11.根据权利要求10所述的热处理装置的温度測量方法，其特征在干， 利用第I变换器将来自第I热电偶电动势測量电路的信号变换成第2热电偶用的信号，用加算器将来自第I变换器的信号与来自其他的区域所对应的电动势差电路的信号相加而求得其他的区域的温度。
12.根据权利要求10所述的热处理装置的温度測量方法，其特征在干， 利用第2变换器将来自电动势差电路的信号变换成第I热电偶用的信号，用加算器将来自第2变换器的信号与来自第I热电偶电动势測量电路的信号相加而求得其他的区域的温度。
全文摘要
本发明提供热处理装置及热处理装置的温度测量方法。该热处理装置谋求减少热电偶的设置成本且不需要校正来自热电偶的信号。基准区域(A1)的炉内温度传感器(50)具有由R热电偶或者S热电偶构成的第1热电偶(81)、由除了R热电偶和S热电偶之外的热电偶构成的第2热电偶(82)，其他的区域(A2、...A10)的炉内温度传感器具有第2热电偶。基准区域的第2热电偶、其他的区域的第2热电偶与电动势差电路(83)连接，利用该电动势差电路求得基准区域与其他的区域之间的温度差。利用基准区域的第1热电偶求得基准区域的温度，利用该基准区域的温度和利用电动势差电路求得的温度差求得各其他的区域的温度。
文档编号H01L21/67GK102646615SQ201210037049
公开日2012年8月22日 申请日期2012年2月17日 优先权日2011年2月18日
发明者菅野聪一 申请人:东京毅力科创株式会社