JP2012172871A - 熱処理装置および熱処理装置の温度測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱電対の設置コスト低減を図り、かつ熱電対からの信号を校正する必要がない熱処理装置を提供する。
【解決手段】基準領域Ａ_１の炉内温度センサはＲ熱電対またはＳ熱電対からなる第１熱電対８１と、それ以外の熱電対からなる第２熱電対８２とを有し、他の領域Ａ_２、…Ａ_１０の炉内温度センサは第２熱電対８２を有し、基準領域Ａ_１の第２熱電対８２と他の領域Ａ_２、…Ａ_１０の第２熱電対８２は、起電力差回路８３に接続され、この起電力差回路８３によって基準領域Ａ_１と他の領域Ａ_２、…Ａ_１０との間の温度差が求められ、基準領域Ａ_１の第１熱電対８１により基準領域Ａ_１の温度が求められ、この基準領域Ａ_１の温度と起電力差回路８３で求めた温度差により、各他の領域Ａ_２、…Ａ_１０の温度が求められる。
【選択図】図４

Description

本発明は、熱処理装置および熱処理装置の温度測定方法に関する。

半導体ディバイスの製造においては、被処理体例えば半導体ウエハに、酸化、拡散、ＣＶＤ、アニール等の熱処理を施すために各種の熱処理装置が用いられている。その一つとして、一度に多数枚の熱処理が可能な縦型熱処理装置が知られている。この縦型熱処理装置は、下部に開口部を有する石英製の処理容器と、該処理容器の開口部を開閉する蓋体と、該蓋体上に設けられ、複数枚の被処理体を上下方向に所定の間隔で保持する保持具と、前記処理容器の周囲に設けられ、処理容器内に搬入された前記被処理体を加熱するヒータが取付けられた炉本体とを備えている。

ところで、従来より炉本体内の温度を精度良く制御するため、炉本体内の空間を複数の領域に区画し、領域に炉内温度センサ設置するとともに、ヒータを各領域毎に分割し、各領域の温度を細かく制御する技術も開発されている。

炉本体内を複数の領域に区画して各領域毎に細かく制御する場合、各領域毎に炉内温度センサを設置する必要がある。このような炉内温度センサとしてＫ熱電対またはＲ熱電対が用いられているが、Ｋ熱電対は測定温度が大きく変化した場合、ゼーベック係数（温度変化に対する起電力発生の度合）が変わってしまうことがあり、測定温度が変化する場合はＫ熱電対からの起電力を校正する必要がある。

他方、Ｒ熱電対またはＳ熱電対はゼーベック係数の変化はないが、これらＲ熱電対またはＳ熱電対は高額であり、コスト増加につながる。

特開２００２−３０５１８９号公報 特開２００５−１８８８６９号公報

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、熱電対を含む複数の炉内温度センサを有するとともに、その都度各熱電対からの測定温度を校正する必要がなく、さらに設置コスト低減を図ることができる熱処理装置および熱処理装置の温度測定方法を提供することを目的とする。

本実施の形態は、内周面に加熱部が設けられた炉本体と、炉本体内に配置され、炉本体との間に複数の領域を含む空間を形成するとともに、内部に複数の被処理体を収納する処理容器と、空間の各領域に対応して設けられた炉内温度センサと、各炉内温度センサからの信号に基づいて炉内温度を求める炉内温度演算部と、炉内温度演算部で求めた炉内温度に基づいて加熱部を制御する制御部とを備え、空間のうち基準領域に設けられた炉内温度センサはＲ熱電対またはＳ熱電対からなる第１熱電対と、それ以外の熱電対からなる第２熱電対を含み、他の領域に設けられた炉内温度センサは第２熱電対を含み、炉内温度演算部は基準領域の第２熱電対と他の領域の第２熱電対に接続され、基準領域と他の領域の温度差を求める起電力差回路と、基準領域の第１熱電対に接続されこの第１熱電対からの信号に基づいて基準領域の温度を求める第１熱電対起電力測定回路と、第１熱電対起電力測定回路と、他の領域に対応する起電力差回路に接続され、第１熱電対起電力測定回路からの信号と当該起電力差回路からの信号を加算して他の領域の温度を求める加算器とを有することを特徴とする熱処理装置である。

上述した熱処理装置において、炉内温度演算部は第１熱電対起電力測定回路からの信号を第２熱電対用の信号に変換する第１変換器を更に有し、第１変換器からの信号と他の領域に対応する起電力差回路からの信号が加算器で加算されて他の領域の温度が求められる。

上述した熱処理装置において、炉内温度演算部は起電力差回路からの信号を第１熱電対用の信号に変換する第２変換器を更に有し、第１熱電対起電力測定回路からの信号と他の領域に対応する第２変換器からの信号が加算器で加算されて他の領域の温度が求められる。

本実施の形態は、内周面に加熱部が設けられた炉本体と、炉本体内に配置され、炉本体との間に空間を形成するとともに、内部に複数の領域を形成しかつ複数の被処理体を収納する処理容器と、処理容器の各領域に対応して設けられた処理容器内温度センサと、各処理容器内温度センサからの信号に基づいて処理容器内温度を求める処理容器内温度演算部と、処理容器内温度演算部で求めた処理容器内温度に基づいて加熱部を制御する制御部とを備え、処理容器内のうち基準領域に設けられた処理容器内温度センサはＲ熱電対またはＳ熱電対からなる第１熱電対と、それ以外の熱電対からなる第２熱電対を含み、他の領域に設けられた処理容器内温度センサは第２熱電対を含み、処理容器内温度演算部は基準領域の第２熱電対と他の領域の第２熱電対に接続され、基準領域と他の領域の温度差を求める起電力差回路と、基準領域の第１熱電対に接続されこの第１熱電対からの信号に基づいて基準領域の温度を求める第１熱電対起電力測定回路と、第１熱電対起電力測定回路と、他の領域に対応する起電力差回路に接続され、第１熱電対起電力測定回路からの信号と当該起電力差回路からの信号を加算して他の領域の温度を求める加算器とを有することを特徴とする熱処理装置である。

上述した熱処理装置において、処理容器内温度演算部は第１熱電対起電力測定回路からの信号を第２熱電対用の信号に変換する第１変換器を更に有し、第１変換器からの信号と他の領域に対応する起電力差回路からの信号が加算器で加算されて他の領域の温度が求められる。

上述した熱処理装置において、処理容器内温度演算部は起電力差回路からの信号を第１熱電対用の信号に変換する第２変換器を更に有し、第１熱電対起電力測定回路からの信号と他の領域に対応する第２変換器からの信号が加算器で加算されて他の領域の温度が求められる。

本実施の形態は、内周面に加熱部が設けられた炉本体と、炉本体内に配置され、炉本体との間に複数の領域を含む空間を形成するとともに、内部に複数の被処理体を収納する処理容器と、空間の各領域に対応して設けられた炉内温度センサと、各炉内温度センサからの信号に基づいて炉内温度を求める炉内温度演算部と、炉内温度演算部で求めた炉内温度に基づいて加熱部を制御する制御部とを備え、空間のうち基準領域に設けられた炉内温度センサはＲ熱電対またはＳ熱電対からなる第１熱電対と、それ以外の熱電対からなる第２熱電対を含み、他の領域に設けられた炉内温度センサは第２熱電対を含み、第２熱電対を含む熱処理装置の温度測定方法において、基準領域の第２熱電対と他の領域の第２熱電対からの信号に基づいて起電力差回路により基準領域と他の領域の温度差を求める工程と、基準領域の第１熱電対からの信号に基づいて第１熱電対起電力測定回路により基準領域の温度を求める工程と、第１熱電対起電力測定回路からの信号と起電力差回路からの信号を加算器で加算することにより他の領域の温度を求める工程と、を備えたことを特徴とする熱処理装置の温度測定方法である。

上述した熱処理装置の温度測定方法において、第１熱電対起電力測定回路からの信号は第１変換器により第２熱電対用の信号に変換され、第１変換器からの信号と他の領域に対応する起電力差回路からの信号が加算器で加算されて他の領域の温度が求められる。

上述した熱処理装置の温度測定方法において、起電力差回路からの信号は第２変換器により第１熱電対用の信号に変換され、第２変換器からの信号と第１熱電対起電力測定回路からの信号が加算器で加算されて他の領域の温度が求められる。

本実施の形態は、内周面に加熱部が設けられた炉本体と、炉本体内に配置され、炉本体との間に空間を形成するとともに、内部に複数の領域を形成しかつ複数の被処理体を収納する処理容器と、処理容器の各領域に対応して設けられた処理容器内温度センサと、各処理容器内温度センサからの信号に基づいて処理容器内温度を求める処理容器内温度演算部と、処理容器内温度演算部で求めた処理容器内温度に基づいて加熱部を制御する制御部とを備え、処理容器のうち基準領域に設けられた処理容器内温度センサはＲ熱電対またはＳ熱電対からなる第１熱電対と、それ以外の熱電対からなる第２熱電対を含み、他の領域に設けられた処理容器内温度センサは第２熱電対を含む熱処理装置の温度測定方法において、基準領域の第２熱電対と他の領域の第２熱電対からの信号に基づいて起電力差回路により基準領域と他の領域の温度差を求める工程と、基準領域の第１熱電対からの信号に基づいて第１熱電対起電力測定回路により基準領域の温度を求める工程と、第１熱電対起電力測定回路からの信号と起電力差回路からの信号を加算器で加算することにより他の領域の温度を求める工程と、を備えたことを特徴とする熱処理装置の温度測定方法である。

上述した熱処理装置の温度測定方法において、第１熱電対起電力測定回路からの信号は第１変換器により第２熱電対用の信号に変換され、第１変換器からの信号と他の領域に対応する起電力差回路からの信号が加算器で加算されて他の領域の温度が求められる。

上述した熱処理装置の温度測定方法において、起電力差回路からの信号は第２変換器により第１熱電対用の信号に変換され、第２変換器からの信号と第１熱電対起電力測定回路からの信号が加算器で加算されて他の領域の温度が求められる。

以上のように本発明によれば、基準領域の炉内温度センサまたは処理容器内温度センサとして高価な第１熱電対および安価な第２熱電対を用い、他の領域の炉内温度センサまたは処理容器内温度センサとして安価な第２熱電対を用い、さらに基準領域の第２熱電対からの信号と他の領域の第２熱電対からの信号に基づいて起電力差回路により起電力差を求める。次に基準領域の第１熱電対からの信号に基づいて基準領域の温度を測定し、他の領域の起電力差回路からの信号と第１熱電対からの信号に基づいて、加算器により他の領域の温度を求める。このため各領域毎に高価な第１熱電対を設置する必要はなく、かつ各領域の第２熱電対からの信号を校正する必要もなく、設置コスト低減を図ることができる。

図１は本発明による熱処理装置の実施の形態を概略的に示す縦断面図。 図２は炉本体内の温度変化を時間の経過とともに示す図。 図３は炉本体の単位領域毎の温度を示す概略図。 図４は温度演算部を示す図。 図５は温度演算部の変形例を示す図。 図６は本発明の変形例による熱処理装置を概略的に示す縦断面図。

発明の実施の形態
以下に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

図１において、縦型の熱処理装置１は、被処理体、例えば半導体ウエハｗを一度に多数枚収容して酸化、拡散、減圧ＣＶＤ等の熱処理を施すことができる縦型の熱処理炉２を備えている。この熱処理炉２は、内周面に発熱抵抗体（ヒータ）１８Ａが設けられた炉本体５と、炉本体５内に配置され、炉本体５との間に空間３３を形成するとともに、ウエハｗを収容して熱処理するための処理容器３とを備えている。

また炉本体５の処理容器３との間の空間３３は、縦方向に沿って複数の単位領域（単に領域ともいう）、例えば１０の単位領域Ａ_１、Ａ_２、Ａ_３、Ａ_４、Ａ_５、Ａ_６、Ａ_７、Ａ_８、Ａ_９、Ａ_１０に区画されている。そしてヒータ１８Ａは、この１０の単位領域Ａ_１、…Ａ_１０に対応して各々設けられており、さらに各単位領域Ａ_１、…Ａ_１０毎に、当該単位領域Ａ_１、…Ａ_１０の温度を測定する後述のように炉内温度センサ５０が設けられている。そして各炉内温度センサ５０は、信号ライン５０ａを介して後述する温度演算部５０Ａに接続されている。

同様に処理容器３内も縦方向に沿って複数の単位領域（単に領域ともいう）、例えば１０の単位領域Ａ_１、Ａ_２、Ａ_３、Ａ_４、Ａ_５、Ａ_６、Ａ_７、Ａ_８、Ａ_９、Ａ_１０に区画され、さらに各単位領域Ａ_１、…Ａ_１０毎に当該単位領域Ａ_１、…Ａ_１０の温度を測定する処理容器内温度センサ５５が設けられている。各処理容器内温度センサ５５は処理容器内温度センサ支持具５６により支持されるとともに信号ライン５５ａを介して温度演算部５０Ａに接続されている。

また炉本体５はベースプレート６により支持され、このベースプレート６には処理容器３を下方から上方に挿入するための開口部７が形成されている。またベースプレート６の開口部７にはベースプレート６と処理容器３との間の隙間を覆うように図示しない断熱材が設けられている。

処理容器３は、石英製からなり、上端が閉塞され、下端が炉口３ａとして開口された縦長の円筒状形状を有する。処理容器３の下端には外向きのフランジ３ｂが形成され、フランジ３ｂは図示しないフランジ押えを介して上記ベースプレート６に支持されている。また処理容器３には、下側部に処理ガスや不活性ガス等を処理容器３内に導入する導入ポート（導入口）８及び処理容器３内のガスを排気するための図示しない排気ポート（排気口）が設けられている。導入ポート８にはガス供給源（図示せず）が接続され、排気ポートには例えば１３３×６００Ｐａ〜１３３×１０^−２Ｐａ程度に減圧制御が可能な真空ポンプを備えた排気系（図示せず）が接続されている。また導入ポート８には処理容器３内に延びるガス供給管８ａが接続され、このガス供給管８ａにはガス供給孔８ｂが形成されている。

処理容器３の下方には、処理容器３の炉口３ａを閉塞する蓋体１０が図示しない昇降機構により昇降移動可能に設けられている。この蓋体１０の上部には、炉口の保温手段である保温筒１１が載置され、該保温筒１１の上部には、直径が３００ｍｍのウエハｗを多数枚、例えば１００〜１５０枚程度上下方向に所定の間隔で搭載する保持具である石英製のボート１２が載置されている。蓋体１０には、ボート１２をその軸心回りに回転する回転機構１３が設けられている。ボート１２は、蓋体１０の下降移動により処理容器３内から下方のローディングエリア（図示しない）内に搬出（アンロード）され、ウエハｗの移替え後、蓋体１０の上昇移動により処理容器３内に搬入（ロード）される。

上記炉本体５は、円筒状の断熱材１６と、該断熱材１６の内周面に軸方向（図示例では上下方向）に多段に形成された溝状の棚部１７とを有し、各棚部１７に沿って各単位領域Ａ_１、…Ａ_１０毎に設けられたヒータ１８Ａを構成するヒータエレメント（ヒータ線、発熱抵抗体）１８が配置されている。断熱材１６は、例えばシリカ、アルミナあるいは珪酸アルミナを含む無機質繊維からなっている。

上記円筒状の断熱材１６の内周面にはこれと同心の環状の溝部２１が軸方向に所定ピッチで多段に形成され、隣り合う上部の溝部２１と下部の溝部２１との間に周方向に連続した環状の上記棚部１７が形成されている。上記溝部２１におけるヒータエレメント１８の上部と下部、及び溝部２１の奥壁とヒータエレメント１８との間にはヒータエレメント１８の熱膨張収縮及び径方向の移動を許容し得る十分な隙間が設けられており、またこれらの隙間により強制冷却時に炉本体５の冷却媒体導入部４０から空間３３内に流れる冷却媒体がヒータエレメント１８の背面に回り込み、ヒータエレメント１８を効果的に冷却できるようになっている。なお、このような冷却媒体としては、空気、窒素ガスが考えられる。

各単位領域Ａ_１、…Ａ_１０毎に設けられたヒータ１８Ａにおいて、このヒータ１８Ａを構成するヒータエレメント１８には端子板２２ａ，２２ｂが接合され、断熱材１６を径方向に貫通するように設けられた端子板２２ａ，２２ｂを介して外部のヒータ出力部１８Ｂに接続されている。

炉本体５の断熱材１６の形状を保持すると共に断熱材１６を補強するために、図１に示すように、断熱材１６の外周面は金属製例えばステンレス製の外皮（アウターシェル）３０で覆われている。断熱材１６の頂部にはこれを覆う上部断熱材３１が設けられ、この上部断熱材３１の上部には外皮３０の頂部（上端部）を覆うステンレス製の天板３２が設けられている。

ところでヒータエレメント１８として帯状の発熱抵抗体を用い、棚部１７内に収納した例を示したが、ヒータエレメント１８としてはこのような構造のものに限られず、他の種々の構造のヒートエレメントを用いることができる。

また、上述のように炉本体５と処理容器３との間に形成された空間３３は、１０の単位領域Ａ_１、…Ａ_１０に区画され、各単位領域Ａ_１、…Ａ_１０毎に、当該単位領域Ａ_１、…Ａ_１０内の温度を検知する温度センサ（炉内温度センサ）５０が設置され、この温度センサ５０からの検知信号は信号ライン５０ａを介して後述する温度演算部５０Ａに送られ、この温度演算部５０Ａにおいて炉内温度が求められる。そして温度演算部５０Ａで求めた炉内温度は制御装置（制御部）５１へ送られる。この場合、温度演算部５０Ａは炉本体５と処理容器３との間の空間３３の温度を検出する炉内温度演算部５０Ａとして機能する。

ところで各単位領域Ａ_１、…Ａ_１０毎に設置された温度センサ５０は、温度演算部５０Ａに接続されている。この温度演算部５０Ａについて詳述する。

温度センサ５０は上述のように空間３３の各単位領域Ａ_１、…Ａ_１０毎に設置されて単位領域Ａ_１、…Ａ_１０内の温度を検出するものである。

各単位領域Ａ_１、…Ａ_１０の温度センサ５０で検出された検知信号は、信号ライン５０ａを介して温度演算部５０Ａに送られて各単位領域Ａ_１、…Ａ_１０の炉内温度が求められ、温度演算部５０Ａにより求められた炉内温度は制御装置５１に送られる。この制御装置５１昇温過程、降温過程あるいは温度安定時において、所定の目標温度に対する収束時間を短縮させ、かつ精度良く目標温度に近づける。

次に図４により、空間３３内の各単位領域Ａ_１、…Ａ_１０毎に設置された炉内温度センサ５０と、この炉内温度センサ５０からの信号に基づいて炉内温度を求める温度演算部５０Ａについて以下詳述する。

図４に示すように各単位領域Ａ_１、…Ａ_１０のうち一番下方の単位領域Ａ_１が基準領域となり、他の単位領域Ａ_２、…Ａ_１０は他の領域となる。なお、図４において単位領域Ａ_１、…Ａ_１０のうち単位領域Ａ_１、Ａ_２、Ａ_３、Ａ_４、が詳述されているが、単位領域Ａ_５、Ａ_６、Ａ_７、Ａ_８、Ａ_９、Ａ_１０、についても、基準領域Ａ_１以外の他の領域Ａ_２、Ａ_３、Ａ_４と略同一の構成をもつ。

基準領域Ａ_１の炉内温度センサ５０は熱履歴によってもゼーベック係数の変化が少ない高価なＲ熱電対またはＳ熱電対からなる第１熱電対８１と、Ｒ熱電対またはＳ熱電対以外の安価なＮ熱電対、Ｋ熱電対、Ｅ熱電対、Ｊ熱電対等からなる第２熱電対８２を含む。なお、図４において便宜上、第１熱電対８１としてＲ熱電対が示されており、第２熱電対としてＫ熱電対が示されている。

また他の領域Ａ_２、Ａ_３、Ａ_４、Ａ_５、Ａ_６、Ａ_７、Ａ_８、Ａ_９、Ａ_１０の炉内温度センサ５０は安価なＮ熱電対、Ｋ熱電対またはＥ熱電対等からなる第２熱電対８２を含む。

ここで、第１熱電対８１を構成するＲ熱電対およびＳ熱電対、第２熱電対８２を構成するＮ熱電対、Ｋ熱電対、Ｅ熱電対およびＪ熱電対について、その特性を表１に示す。

ここで表１は規格化された熱電対の種類と特徴を示す。

また温度演算部５０Ａは基準領域Ａ_１の第２熱電対８２と、他の領域Ａ_２、…Ａ_１０の第２熱電対８２に、冷接点９０を介して接続され、基準領域Ａ_１と他の領域Ａ_２、…Ａ_１０の温度差を求める起電力差回路８３と、基準領域Ａ_１の第１熱電対に接続され、この第１熱電対からの信号に基づいて基準領域の温度を求める第１熱電対起電力測定回路８４とを備えている。

そして第１熱電対起電力測定回路８４からの信号は第１変換器８５によって第２熱電対用の信号に変換され、第１変換器８５によって変換された信号と、他の領域Ａ_２、…Ａ_１０に対応する起電力差回路８３からの信号が加算器８６で加算されて他の領域Ａ_２、…Ａ_１０の温度が求められる。

図４において、第１熱電対８１はプラス側の配線Ｒ−ＴＣ^＋と、マイナス側の配線Ｒ−ＴＣ⁻を有し、第２熱電対８２はプラス側の配線Ｋ−ＴＣ^＋とマイナス側の配線Ｋ−ＴＣ⁻を有する。

次にこのような構成からなる熱処理装置の作用について説明する。

まず、ボート１２内にウエハｗが搭載され、ウエハｗが搭載されたボート１２が蓋体１０の保温筒１１上に載置される。その後蓋体１０の上昇移動によりボート１２が処理容器３内へ搬入される。

次に制御装置５１はヒータ出力部１８Ｂを制御して各単位領域Ａ_１、…Ａ_１０内のヒータ１８Ａを出力制御し、炉本体５と処理用器３との間の空間３３を加熱し、処理容器３内のボート１２に搭載されたウエハｗに対して必要な熱処理を施す。
この間、各単位領域Ａ_１、…Ａ_１０の温度センサ５０で検出された検知信号は、信号ライン５０ａを介して温度演算部５０Ａに送られて各単位領域Ａ_１、…Ａ_１０の炉内温度が求められ、温度演算部５０Ａにより求められた炉内温度は制御装置５１に送られる。
制御装置５１は、各単位領域Ａ_１、…Ａ_１０の炉内温度に基づいてヒータ出力部１８Ｂを出力制御して、各単位領域Ａ_１、…Ａ_１０のヒータ１８Ａのヒータエレメント１８へ通電する。

次に温度演算部５０Ａにおける温度測定方法について以下詳述する。

図４に示すようにまず、基準領域Ａ_１の第２熱電対８２と、各他の領域Ａ_２、…Ａ_１０の第２熱電対８２からの信号に基づいて、対応する起電力差回路８により基準領域Ａ_１と他の領域Ａ_２、…Ａ_１０の温度差を求める。具体的には各々の起電力差回路８３により、Ｋ−ＴＣ起電力の起電力差の冷接点補償値（冷接点補正された起電力の差）が求められる。

次に基準領域Ａ_１の第１熱電対８１からの信号に基づいて第１熱電対起電力測定回路８４により基準領域の温度が求められる。具体的には第１熱電対起電力測定回路８４によりＲ−ＴＣ起電力の冷接点補償値が求められる。

次に第１熱電対起電力測定回路８４からの信号（Ｒ−ＴＣ起電力）は第１変換器８５により第２熱電対用の信号（Ｋ−ＴＣ起電力）に変換され、第１変換器８５により変換された信号と、各他の領域Ａ_２、…Ａ_１０に対応する起電力差回路８３からの信号が加算器８６で加算される。

次に加算器８６で加算された信号（Ｋ−ＴＣ起電力）が温度変換器８７に入力される。そしてこの温度変換器８７によって、各他の領域Ａ_２、…Ａ_１０に対応する温度が求められる。

一方、第１熱電対起電力測定回路８４からの信号（Ｒ−ＴＣ起電力）が温度変換器８７に入力され、この温度変換器８７によって、基準領域Ａ_１に対応する温度が求められる。

このように本実施の形態によれば、基準領域Ａ_１のみにゼーベック係数の変化量が小さい高価な第１熱電対８１を設置するとともに、安価な第２熱電対８２を基準領域Ａ_１および他の領域Ａ_２、…Ａ_１０に設置し、各他の領域Ａ_２、…Ａ_１０に対応する起電力差回路８３によって基準領域Ａ_１と他の領域Ａ_２、…Ａ_１０との間の温度差を求める。そして第１熱電対８１を用いて基準領域Ａ_１における温度を求め、基準領域Ａ_１における温度と、起電力差回路８３によって求めた基準領域Ａ_１と他の領域Ａ_２、…Ａ_１０との温度差に基づいて他の領域Ａ_２、…Ａ_１０における温度を求める。このため、熱電対８１，８２の設置コストを低減することができる。

以上述べたように、制御装置５１によりヒータ出力部１８Ａを出力制御して各単位領域Ａ_１、…Ａ_１０毎のヒータ１８Ａを個別に制御することにより、昇降温時Ｔ_１において制御パラメータのチューニングを容易に行なうことができる（図２）。また温度安定時Ｔ_２に炉本体５と処理容器３との間の空間３３内をきめ細かく均一に制御することができる（図３）。

次に図５により、空間３３内の各単位領域Ａ_１、…Ａ_１０毎に設置された炉内温度センサ５０からの信号に基づいて炉内温度を求める温度演算部５０Ａの変形例について以下詳述する。

図５に示すように各単位領域Ａ_１、…Ａ_１０のうち一番下方の単位領域Ａ_１が基準領域となり、他の単位領域Ａ_２、…Ａ_１０は他の領域となる。なお、図５において単位領域Ａ_１、…Ａ_１０のうち単位領域Ａ_１、Ａ_２、Ａ_３、Ａ_４、が詳述されているが、単位領域Ａ_５、Ａ_６、Ａ_７、Ａ_８、Ａ_９、Ａ_１０、についても、基準領域Ａ_１以外の他の領域Ａ_２、Ａ_３、Ａ_４と略同一の構成をもつ。

基準領域Ａ_１の炉内温度センサ５０は熱履歴によってもゼーベック係数の変化が少ない高価なＲ熱電対またはＳ熱電対からなる第１熱電対８１と、Ｒ熱電対またはＳ熱電対以外の安価なＮ熱電対、Ｋ熱電対、Ｅ熱電対、Ｊ熱電対等からなる第２熱電対８２を含む。なお、図５において便宜上、第１熱電対８１としてＲ熱電対が示されており、第２熱電対としてＫ熱電対が示されている。

また他の領域Ａ_２、Ａ_３、Ａ_４、Ａ_５、Ａ_６、Ａ_７、Ａ_８、Ａ_９、Ａ_１０の炉内温度センサ５０は安価なＮ熱電対、Ｋ熱電対またはＥ熱電対等からなる第２熱電対８２を含む。

また温度演算部５０Ａは基準領域Ａ_１の第２熱電対８２と、他の領域Ａ_２、…Ａ_１０の第２熱電対８２に、冷接点９０を介して接続され、基準領域Ａ_１と他の領域Ａ_２、…Ａ_１０の温度差を求める起電力差回路８３と、基準領域Ａ_１の第１熱電対に接続され、この第１熱電対からの信号に基づいて基準領域の温度を求める第１熱電対起電力測定回路８４とを備えている。

そして第１熱電対起電力測定回路８４からの信号は加算器８６に送られる。そして他の領域Ａ_２、…Ａ_１０に対応する起電力差回路８３からの信号が第２変換器８９によって第１熱電対用の信号に変換され、第１熱電対電力測定回路８４からの信号と第２変換器８９からの信号が加算器８６で加算されて他の領域Ａ_２、…Ａ_１０の温度が求められる。

図５において、第１熱電対８１はプラス側の配線Ｒ−ＴＣ^＋と、マイナス側の配線Ｒ−ＴＣ⁻を有し、第２熱電対８２はプラス側の配線Ｋ−ＴＣ^＋とマイナス側の配線Ｋ−ＴＣ⁻を有する。

次に図５により炉内温度演算部５０Ａにおける温度測定方法について以下詳述する。

図５に示すようにまず、基準領域Ａ_１の第２熱電対８２と、各他の領域Ａ_２、…Ａ_１０の第２熱電対８２からの信号に基づいて、対応する起電力差回路８により基準領域Ａ_１と他の領域Ａ_２、…Ａ_１０の温度差を求める。具体的には各々の起電力差回路８３により、Ｋ−ＴＣ起電力の冷接点補償値が求められる。

次に基準領域Ａ_１の第１熱電対８１からの信号に基づいて第１熱電対起電力測定回路８４により基準領域の温度が求められる。具体的には第１熱電対起電力測定回路８４によりＲ−ＴＣ起電力の冷接点補償値が求められる。

次に第１熱電対起電力測定回路８４からの信号（Ｒ−ＴＣ起電力）が加算器８６に送られる。また各他の領域Ａ_２、…Ａ_１０に対応する起電力差回路８３からの信号（Ｋ−ＴＣ起電力）が第２変換器８９により第１熱電対用の信号（Ｒ−ＴＣ起電力）に変換され、第１熱電対起電力測定回路８４からの信号と第２変換器８９からの信号が加算器８６で加算される。

次に加算器８６で加算された信号（Ｋ−ＴＣ起電力）が温度変換器８７に入力される。そしてこの温度変換器８７によって、各他の領域Ａ_２、…Ａ_１０に対応する温度が求められる。

一方、第１熱電対起電力測定回路８４からの信号（Ｒ−ＴＣ起電力）が温度変換器８７に入力され、この温度変換器８７によって、基準領域Ａ_１に対応する温度が求められる。

このように本実施の形態によれば、基準領域Ａ_１のみにゼーベック係数の変化量が小さい高価な第１熱電対８１を設置するとともに、安価な第２熱電対８２を基準領域Ａ_１および他の領域Ａ_２、…Ａ_１０に設置し、各他の領域Ａ_２、…Ａ_１０に対応する起電力差回路８３によって基準領域Ａ_１と他の領域Ａ_２、…Ａ_１０との間の温度差を求める。そして第１熱電対８１を用いて基準領域Ａ_１における温度を求め、基準領域Ａ_１における温度と、起電力差回路８３によって求めた基準領域Ａ_１と他の領域Ａ_２、…Ａ_１０との温度差に基づいて他の領域Ａ_２、…Ａ_１０における温度を求める。このため、熱電対８１，８２の設置コストを低減することができる。

本発明による熱処理装置の変形例
次に本発明による熱処理装置の変形例について述べる。

上述した実施の形態において、炉本体５と処理容器３との間に形成された空間３３の各単位領域Ａ_１、…Ａ_１０に設置された炉内温度センサ５０からの信号に基づいて、温度演算部５０Ａにより炉内温度を求めた例を示したが、これに限らず処理容器３内の各単位領域Ａ_１、…Ａ_１０に設置された処理容器内温度センサ５５からの信号に基づいて温度演算部５０Ａにより処理容器３内の温度を求めても良い。この場合、温度演算部５０Ａは処理容器内温度演算部として機能する。

すなわち上述のように処理容器３内は、１０の単位領域Ａ_１、…Ａ_１０に区画され、各単位領域Ａ_１、…Ａ_１０毎に、当該単位領域Ａ_１、…Ａ_１０内の温度を検知する処理容器内温度センサ５５が設置され、この処理容器内温度センサ５５からの検知信号は信号ライン５５ａを介して後述する温度演算部５０Ａに送られ、この温度演算部５０Ａにおいて炉内温度が求められる。そして温度演算部５０Ａで求めた炉内温度は制御装置（制御部）５１へ送られる。なお各単位領域Ａ_１、…Ａ_１０毎に設置された処理容器内温度センサ５５は、処理容器内温度センサ支持具５６により支持されている。

次に図６による本発明の変形例による熱処理装置について説明する。図６は本発明の変形例による熱処理装置を概略的に示す図である。

図６に示す熱処理装置は、処理容器３の構造が異なるのみであり、他の構成は図１乃至図５に示す熱処理装置と略同一である。

すなわち図１において処理容器３が一重管からなる構成を示したが、これに限らず処理容器３は外筒３Ａと、外筒３Ａ内に配置された内筒３Ｂとからなる二重管構造をもっていてもよい。

図６に示す熱処理装置において、図１乃至図５に示す熱処理装置と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

また上記実施の形態において、炉本体５と処理容器３との間の空間３３、および処理容器３内を１０の単位領域Ａ_１、…Ａ_１０に区画した例を示したが、これに限らず３つ以上の任意の数の単位領域に区画してもよい。この場合、単位領域の数が多ければ、本発明の効果はより向上する。

また上記空間３３および処理容器３内を均等に区画した例を示したが、これに限らず装置の使用状態に応じて、単位領域の幅や位置形状を種々変化させても、本発明の効果に差異はない。

ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
１ 熱処理装置
１Ａ ＲＣＵシステム
２ 熱処理炉
３ 処理容器
３ａ 炉口
５ 炉本体
１６ 断熱材
１８ ヒータエレメント（発熱抵抗体）
１８Ａ ヒータ
１８Ｂ ヒータ出力部
３３ 空間
５０ 炉内温度センサ
５０Ａ 温度演算部
５１ 制御装置
５５ 処理容器内温度センサ
８１ 第１熱電対
８２ 第２熱電対
８３ 起電力差回路
８５ 第１変換器
８６ 加算器
８７ 温度変換器
８９ 第２変換器
９０ 冷接点

Claims (12)

1. 内周面に加熱部が設けられた炉本体と、
   炉本体内に配置され、炉本体との間に複数の領域を含む空間を形成するとともに、内部に複数の被処理体を収納する処理容器と、
   空間の各領域に対応して設けられた炉内温度センサと、
   各炉内温度センサからの信号に基づいて炉内温度を求める炉内温度演算部と、
   炉内温度演算部で求めた炉内温度に基づいて加熱部を制御する制御部とを備え、
   空間のうち基準領域に設けられた炉内温度センサはＲ熱電対またはＳ熱電対からなる第１熱電対と、それ以外の熱電対からなる第２熱電対を含み、他の領域に設けられた炉内温度センサは第２熱電対を含み、
   炉内温度演算部は基準領域の第２熱電対と他の領域の第２熱電対に接続され、基準領域と他の領域の温度差を求める起電力差回路と、基準領域の第１熱電対に接続されこの第１熱電対からの信号に基づいて基準領域の温度を求める第１熱電対起電力測定回路と、第１熱電対起電力測定回路と、他の領域に対応する起電力差回路に接続され、第１熱電対起電力測定回路からの信号と当該起電力差回路からの信号を加算して他の領域の温度を求める加算器とを有することを特徴とする熱処理装置。
2. 炉内温度演算部は第１熱電対起電力測定回路からの信号を第２熱電対用の信号に変換する第１変換器を更に有し、第１変換器からの信号と他の領域に対応する起電力差回路からの信号が加算器で加算されて他の領域の温度が求められることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
3. 炉内温度演算部は起電力差回路からの信号を第１熱電対用の信号に変換する第２変換器を更に有し、第１熱電対起電力測定回路からの信号と他の領域に対応する第２変換器からの信号が加算器で加算されて他の領域の温度が求められることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
4. 内周面に加熱部が設けられた炉本体と、
   炉本体内に配置され、炉本体との間に空間を形成するとともに、内部に複数の領域を形成しかつ複数の被処理体を収納する処理容器と、
   処理容器の各領域に対応して設けられた処理容器内温度センサと、
   各処理容器内温度センサからの信号に基づいて処理容器内温度を求める処理容器内温度演算部と、
   処理容器内温度演算部で求めた処理容器内温度に基づいて加熱部を制御する制御部とを備え、
   処理容器内のうち基準領域に設けられた処理容器内温度センサはＲ熱電対またはＳ熱電対からなる第１熱電対と、それ以外の熱電対からなる第２熱電対を含み、他の領域に設けられた処理容器内温度センサは第２熱電対を含み、
   処理容器内温度演算部は基準領域の第２熱電対と他の領域の第２熱電対に接続され、基準領域と他の領域の温度差を求める起電力差回路と、基準領域の第１熱電対に接続されこの第１熱電対からの信号に基づいて基準領域の温度を求める第１熱電対起電力測定回路と、第１熱電対起電力測定回路と、他の領域に対応する起電力差回路に接続され、第１熱電対起電力測定回路からの信号と当該起電力差回路からの信号を加算して他の領域の温度を求める加算器とを有することを特徴とする熱処理装置。
5. 処理容器内温度演算部は第１熱電対起電力測定回路からの信号を第２熱電対用の信号に変換する第１変換器を更に有し、第１変換器からの信号と他の領域に対応する起電力差回路からの信号が加算器で加算されて他の領域の温度が求められることを特徴とする請求項４記載の熱処理装置。
6. 処理容器内温度演算部は起電力差回路からの信号を第１熱電対用の信号に変換する第２変換器を更に有し、第１熱電対起電力測定回路からの信号と他の領域に対応する第２変換器からの信号が加算器で加算されて他の領域の温度が求められることを特徴とする請求項４記載の熱処理装置。
7. 内周面に加熱部が設けられた炉本体と、炉本体内に配置され、炉本体との間に複数の領域を含む空間を形成するとともに、内部に複数の被処理体を収納する処理容器と、空間の各領域に対応して設けられた炉内温度センサと、各炉内温度センサからの信号に基づいて炉内温度を求める炉内温度演算部と、炉内温度演算部で求めた炉内温度に基づいて加熱部を制御する制御部とを備え、空間のうち基準領域に設けられた炉内温度センサはＲ熱電対またはＳ熱電対からなる第１熱電対と、それ以外の熱電対からなる第２熱電対を含み、他の領域に設けられた炉内温度センサは第２熱電対を含む熱処理装置の温度測定方法において、
   基準領域の第２熱電対と他の領域の第２熱電対からの信号に基づいて起電力差回路により基準領域と他の領域の温度差を求める工程と、
   基準領域の第１熱電対からの信号に基づいて第１熱電対起電力測定回路により基準領域の温度を求める工程と、
   第１熱電対起電力測定回路からの信号と起電力差回路からの信号を加算器で加算することにより他の領域の温度を求める工程と、を備えたことを特徴とする熱処理装置の温度測定方法。
8. 第１熱電対起電力測定回路からの信号は第１変換器により第２熱電対用の信号に変換され、第１変換器からの信号と他の領域に対応する起電力差回路からの信号が加算器で加算されて他の領域の温度が求められることを特徴とする請求項７記載の熱処理装置の温度測定方法。
9. 起電力差回路からの信号は第２変換器により第１熱電対用の信号に変換され、第２変換器からの信号と第１熱電対起電力測定回路からの信号が加算器で加算されて他の領域の温度が求められることを特徴とする請求項７記載の熱処理装置の温度測定方法。
10. 内周面に加熱部が設けられた炉本体と、炉本体内に配置され、炉本体との間に空間を形成するとともに、内部に複数の領域を形成しかつ複数の被処理体を収納する処理容器と、処理容器の各領域に対応して設けられた処理容器内温度センサと、各処理容器内温度センサからの信号に基づいて処理容器内温度を求める処理容器内温度演算部と、処理容器内温度演算部で求めた処理容器内温度に基づいて加熱部を制御する制御部とを備え、処理容器のうち基準領域に設けられた処理容器内温度センサはＲ熱電対またはＳ熱電対からなる第１熱電対と、それ以外の熱電対からなる第２熱電対を含み、他の領域に設けられた処理容器内温度センサは第２熱電対を含む熱処理装置の温度測定方法において、
    基準領域の第２熱電対と他の領域の第２熱電対からの信号に基づいて起電力差回路により基準領域と他の領域の温度差を求める工程と、
    基準領域の第１熱電対からの信号に基づいて第１熱電対起電力測定回路により基準領域の温度を求める工程と、
    第１熱電対起電力測定回路からの信号と起電力差回路からの信号を加算器で加算することにより他の領域の温度を求める工程と、を備えたことを特徴とする熱処理装置の温度測定方法。
11. 第１熱電対起電力測定回路からの信号は第１変換器により第２熱電対用の信号に変換され、第１変換器からの信号と他の領域に対応する起電力差回路からの信号が加算器で加算されて他の領域の温度が求められることを特徴とする請求項１０記載の熱処理装置の温度測定方法。
12. 起電力差回路からの信号は第２変換器により第１熱電対用の信号に変換され、第２変換器からの信号と第１熱電対起電力測定回路からの信号が加算器で加算されて他の領域の温度が求められることを特徴とする請求項１０記載の熱処理装置の温度測定方法。

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