JP2001077032A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱電対の交換時に保熱板の取外し作業を不要
にすることができる熱処理装置を提供する。 【解決手段】 熱処理容器内に、基板保持具と、基板保
持具を囲繞する保熱板と、熱処理容器の第１側面から第
１側面に対峙する第２側面に向かい基板保持具の基板保
持面に対して略平行に熱処理容器内へ挿入される複数の
熱電対とが設置され、複数の熱電対は少なくとも、保熱
板の第１側面側の温度を検出する第１熱電対と、保熱板
の第２側面側の温度を検出する第２熱電対とからなり、
第２熱電対の保熱板下に延在する部分が直棒状に構成さ
れ、且つ、第２熱電対の測温部分が第１熱電対の測温部
分よりも基板保持具から離隔している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱処理装置に関
し、さらに詳しくは、気相成長用の熱処理装置に係わ
る。

【０００２】

【従来の技術】例えばシリコン単結晶基板に代表される
半導体基板等の熱処理を行うにあたっては、熱処理が行
われる熱処理容器と、基板保持具と、熱処理容器内に窒
素や水素等の雰囲気ガスあるいは原料ガスを供給するガ
ス供給装置と、ガスを排気するガス排気装置と、熱処理
容器内を加熱する加熱装置と、これらの装置を制御する
制御装置とを有する熱処理装置が用いられている。

【０００３】この熱処理装置の一種として、気相成長装
置がある。この気相成長装置として、従来、横型、縦型
及びバレル型のものが知られているが、気相成長を施す
シリコン単結晶基板の直径が２００ｍｍ（８インチ）以
上のものについては、主に枚葉式のものが用いられてい
る。

【０００４】この枚葉式の気相成長装置は、透明な壁を
有する熱処理容器内の略中央に設けられた基板保持具
（サセプタ）上に１枚のシリコン単結晶基板を略水平に
載置し、熱処理容器の一端から他端に向けてシリコン単
結晶基板の主表面に沿って熱処理ガスを供給すると共
に、熱処理容器の外側に設けられた加熱装置を用いてシ
リコン単結晶基板を所望の温度に加熱することにより、
シリコン単結晶基板上にシリコンエピタキシャル層等の
薄膜を形成する。

【０００５】この気相成長等の熱処理においては、熱処
理が施される基板の温度を制御することが重要である。
例えばシリコンエピタキシャルの形成は通常１１００℃
前後で行われ、加熱温度の高さや温度分布は形成される
薄膜の特性に影響を与えるので、加熱温度を注意深く制
御する必要がある。加熱温度の制御は、基板保持具の周
囲に例えば白金・ロジウム（Ｐｔ・Ｒｈ）合金の熱電対
を設置し、熱電対が検知した温度を加熱装置の加熱出力
にフィードバックすることにより行う。

【０００６】この場合の熱電対の取付構造の一例を図５
に示す。熱電対は、熱電対の挿入側である熱処理容器５
１の第１側面側と該第１側面に対峙する第２側面側とに
少なくとも設置される。この取付構造では、同図に示す
ように、第１熱電対５０ａ、第２熱電対５０ｂ及び第３
熱電対５０ｃが、保熱板５２下において、それぞれ、ガ
スの排気側、ガスの供給側及び熱処理容器５１の側面側
に設置される。

【０００７】同図に示す保熱板５２は、基板保持具５３
と実質的に同じ温度にするために、基板保持具５３と同
じく炭化珪素でコート（被覆）されたグラファイトによ
り構成されている。この保熱板５２は、図６に示すよう
に、保熱板５２下に熱電対５０ａ、５０ｂ、５０ｃを保
持するために環状の保持板５４を有し、保熱板５２と保
持板５４の上下２枚を重ね合わせて熱電対５０ａ、５０
ｂ、５０ｃをカバーしている。ここでは保持板５４も、
保熱板５２と同様に、炭化珪素で被覆されたグラファイ
トにより構成されている。

【０００８】熱電対５０ａ、５０ｂ、５０ｃは、熱処理
容器５１の第１側面６１から第１側面に対峙する第２側
面６２に向かい、基板保持具５３の基板保持面５３ａに
対して略平行に、熱処理容器５１内へ挿入されている。
ガスの排気側から導入したのは、その構造が最も簡単に
なるからである。ガスの供給側には、キャリアガス用、
原料ガス用、ドーパントガス用、エッチングガス用及び
置換ガス用等、複数のガスの供給配管（図示せず）が付
設される。また、ガスの供給側に基板の搬入・搬出口を
設ける熱処理装置もあり、この上にさらに熱電対の導入
口を設けると、ガスの供給側は非常に複雑な構造になっ
てしまう。一方、熱電対を熱処理容器の側面側から導入
する場合には、熱処理容器の側面側に熱電対の導入口を
設けると共に、熱電対の配線に熱がかからないような構
造にする必要がある上、さらには、熱処理容器側面部の
構造改造後もなお、ガス流が乱れないように工夫する必
要がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ガスの排気
側から保熱板下に導入される熱電対５０ａ、５０ｂ、５
０ｃのうち、第１熱電対５０ａ及び第３熱電対５０ｃは
直棒状に構成され、第２熱電対５０ｂの保熱板５２下に
延在する部分は、基板保持具５３の外周形状に沿わせて
弧状に構成されている。第１熱電対５０ａ及び第３熱電
対５０ｃの場合には直棒状であっても基板保持具５３に
近接できるのに対して、第２熱電対５０ｂの場合には基
板保持具５３の外周形状に沿わせて弧状となっていない
と、ガスの供給側である第２側面６２側において熱電対
の先端が基板保持具５３に近接せず、温度分布が正確に
検知できないと考えられていたからである。

【００１０】ところが、第２熱電対５０ｂとして基板保
持具５３の外周形状に沿って曲がった熱電対を用いる
と、その熱電対を保持板５４から引き抜くことが困難と
なる。そこで、熱電対の断線時など該熱電対を交換する
際には、熱処理容器５１内から保熱板５２をまず取り外
し、該保熱板５２と保持板５４を分離して第２熱電対５
０ｂを取り出していた。かかる作業は煩雑である上、熱
処理容器５１内から保熱板５２を一旦取り出すと、再装
着時に基板保持具５３と保熱板５２の位置関係が微妙に
変化するので、温度分布やガスの流れが変化してしま
い、製造条件の最適化に時間を要する場合がある。

【００１１】また、熱処理容器５１内から保熱板５２を
取り出す際には、熱処理容器５１内を外気に曝さなけれ
ばならない。操業時に乾燥した水素又は窒素雰囲気に保
たれている熱処理容器５１内に一旦外気が入ると、空気
中に浮遊する重金属のような汚染物質又は水分が熱処理
容器５１の内壁面に吸着してしまう。熱処理容器５１の
内壁面に付着した重金属や水分は、操業再開後に内壁面
から遊離し、基板自体あるいは基板上に形成される薄膜
を汚染したり、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ ₃）等の
原料ガスと酸化物を形成したりする。そこで、操業再開
前に水素などを流しながら熱処理容器５１内を十分に空
焼きして、熱処理容器５１の内壁面への吸着物質を十分
に追い出す必要がある。

【００１２】本発明は、上記した従来の問題を解決する
ためになされたものであり、熱電対の交換時に保熱板の
取外し作業を不要に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。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係る熱処理装置
は、熱処理容器内に、基板保持具と、該基板保持具を囲
繞する保熱板と、該保熱板下に保持され、前記熱処理容
器の第１側面から該第１側面に対峙する第２側面に向か
い基板保持具の基板保持面に対して略平行に熱処理容器
内へ挿入される複数の熱電対とが設置され、該複数の熱
電対は少なくとも、前記保熱板の第１側面側の温度を検
出する第１熱電対と、前記保熱板の第２側面側の温度を
検出する第２熱電対とからなる熱処理装置において、前
記第２熱電対の前記保熱板下に延在する部分が直棒状に
構成され、且つ、前記第２熱電対の測温部分が前記第１
熱電対の測温部分よりも基板保持具から離隔しているこ
とを特徴とする。

【００１４】この熱処理装置によれば、第２熱電対の前
記保熱板下に延在する部分も直棒状に構成するので、熱
処理容器内へ挿入する全ての熱電対において保熱板下に
延在する部分を直棒状に構成することにより、保熱板に
熱電対を差込み・抜取りする際に、保熱板を熱処理容器
内から取り出す必要が無いばかりか、熱処理容器内を外
気に晒さずに済むことになるので、作業を大幅に削減す
ることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１には実施形態に係る装置の要
部を示す平面図、図２にはその長手方向の中央断面図が
示されている。この枚葉式の気相成長装置１は透明な石
英壁を有する熱処理容器２を備え、この熱処理容器２内
の略中央には炭化珪素でコートされたグラファイトによ
り構成される基板保持具（サセプタ）３が設けられてい
る。この基板保持具３は、熱処理容器２の外に設置され
たモータ（図示せず）に連結され、このモータによって
回転駆動されるようになっている。この基板保持具３上
には１枚のシリコン単結晶基板（図示せず）が略水平に
載置される。また、熱処理容器２内には基板保持具３を
囲繞するようにして保熱板（サセプタリング）４が設け
られ、この保熱板４下には熱電対５ａ，５ｂ，５ｃが保
持されている。

【００１６】熱処理容器２の上下には図示はしないが加
熱装置が設置され、この加熱装置によって、基板保持具
３に載置された基板（ウェーハ）が加熱されるようにな
っている。この加熱装置の制御は、熱電対が検知した温
度を加熱出力にフィードバックすることにより行う。

【００１７】熱処理容器２にはガス供給装置及びガス排
気装置（共に図示せず）が連結され、このガス供給装置
及びガス排気装置によって熱処理容器２に対してガスを
給排するようになっている。図１及び図２にはガスの流
れ方向が矢印で示されている。

【００１８】ここで、熱電対５ａ，５ｂ，５ｃについて
説明する。第１熱電対５ａ，第２熱電対５ｂ，第３熱電
対５ｃは、熱処理容器２のガスの排気側である第１側面
１１から、ガスの供給側であり第１側面１１に対峙する
第２側面１２に向かい、基板保持具３の基板保持面３ａ
に対して略平行に、熱処理容器２内へ挿入されている。
熱電対５ａ，５ｂ，５ｃの保熱板４下に延在する部分は
全て直棒状に構成されている。

【００１９】一方、保熱板４は主面が基板保持具３の基
板保持面３ａと略面一となるようにして設置される。こ
の保熱板４には熱電対の保持部８，９，１０が付設さ
れ、基板保持具３と同様に、グラファイトにより一体型
のものとして構成され、その表面を炭化珪素でコートさ
れている。保熱板４を保持部８，９，１０と一体化する
ことにより、従来重ね合わせて使用するために複雑な構
造と高い加工精度を要していたものを簡略化することが
できるので、保熱板４の製造コストを約半分に削減する
ことが可能である。この保熱板４は、上方から見て略矩
形状に構成され、その中央には、前記基板保持具３を受
容する円形状の穴４ａが設けられている。この穴４ａの
縁部は垂下しており、この垂下部分は内壁４ｂを構成
し、この内壁４ｂは前記基板保持具３を囲繞している。
一方、保熱板４のガスの排気側を除く３方向の外側縁部
も垂下しており、この垂下部分は外壁４ｃを構成し、図
３の裏面図に示すように、この外壁４ｃは前記内壁４ｂ
をガスの排気側を除く３方向から囲繞している。外壁４
ｃは２箇所で内壁４ｂと結合している。符号６，７がそ
の結合部を示している。

【００２０】前述したように保熱板４の下側には熱電対
５ａ，５ｂ，５ｃを保持する保持部８，９，１０がそれ
ぞれ設けられている。すなわち、外壁４ｃ内側には保持
部８が設けられている。この保持部８は他の外壁部分に
比べて厚肉となっており、この保持部８にはガスの排気
側に開口する差込み穴８ａが設けられている。この差込
み穴８ａは、略矩形状に構成された保熱板４において、
熱電対の挿入部から最も離れたガス供給側すなわち熱処
理容器２の第２側面１２側に位置する。保熱板４の形状
を略矩形にしたのは、矩形の熱処理容器２のガス供給側
端を熱電対で測温可能にするためである。従来の環状の
保持板５４では、該保持板５４の寸法を拡大することな
くして、ガス供給側端を熱電対で測温することができな
い。また、保熱板４の内壁４ｂにはガスの排気側に向け
て延びる保持部９が設けられている。この保持部９には
ガスの排気側に開口する差込み穴９ａが設けられてい
る。この差込み穴９ａはガスの流れ方向に沿って延びて
いる。なお、保持部９の下側には図４に示すように前記
差込み穴９ａに連通するスリット９ｂが形成されてい
る。このスリット９ｂの存在によって炭化珪素を差込み
穴９ａの内面にまで十分にコートできる。さらに、結合
部６には保持部１０が設けられている。この保持部１０
にはガスの排気側に開口する前記差込み穴１０ａが設け
られている。この差込み穴１０ａはガスの流れ方向に沿
って延びている。

【００２１】そして、このように構成された保熱板４の
差込み穴８ａ，９ａ，１０ａにはガスの排気側から熱電
対５ｂ，５ａ，５ｃがそれぞれ差し込まれる。この差込
みによって、熱電対５ａ，５ｂ，５ｃが保持される。こ
の場合の熱電対５ａ，５ｂ，５ｃはそれぞれ第１熱電
対、第２熱電対、第３熱電対となる。第１熱電対５ａの
測温部分となる差込み穴９ａの位置と、第２熱電対５ｂ
の測温部分となる差込み穴８ａの位置とを比較すると、
差込み穴８ａの位置は、差込み穴９ａよりも基板保持具
３から離隔されている。一方、熱電対５ａ，５ｂ，５ｃ
の保持状態を解除するにあたっては、熱処理容器２の外
側から熱電対５ａ，５ｂ，５ｃを単に抜き取るようにす
れば良いので、非常に便利である。

【００２２】なお、第２熱電対５ｂを直棒状に構成する
場合は、先端部を弧状に湾曲させた場合に比較すると、
その先端を基板保持具３に隣接させることはできない。
しかし、基板保持具３のガスの供給側の端部に接する、
ガスの流れ方向に直交する断面を考えた場合、該断面近
くに第２熱電対５ｂの先端が存在するようにすれば温度
検出に支障は生じない。第２熱電対５ｂで検出する温度
は、基板保持具３に隣接した点の温度と完全には一致し
ないものの、ある一定の温度差を保ちながら相関を有す
るので、その相関を考慮し温度補正を施すことで、加熱
温度の制御に用いることができるからである。

【００２３】以上、本発明の実施形態について説明した
が、本発明は、かかる実施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の変形が可能であ
ることはいうまでもない。

【００２４】

【発明の効果】本発明によると、保熱板に熱電対を差込
み・抜取りする際に、保熱板を熱処理容器内から取り出
す必要が無いばかりか、熱処理容器内を外気に晒さずに
済むことになるので、従来熱電対の差込み・抜取りに付
随して行っていた製造条件の最適化や熱処理容器の空焼
き等の作業を省略することができ、それらに必要であっ
た作業時間を大幅に削減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る熱処理装置の要部を示
す平面図である。

【図２】図１の長手方向の中央断面図である。

【図３】本発明の実施形態に係る熱処理装置の保熱板の
裏面図である。

【図４】本発明の実施形態に係る熱処理装置の熱電対の
取付構造を示す斜視図である。

【図５】従来の熱処理装置の要部を示す平面図である。

【図６】図５の長手方向の中央断面図である。

【符号の説明】

１ 熱処理装置 ２ 熱処理容器 ３ 基板保持具 ４ 保熱板 ５ａ〜５ｃ 熱電対 ８〜１０ 保持部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K030 CA04 GA02 KA39 KA47 5F045 AA03 AB02 AB03 AB04 AC02 AC15 AD15 AF03 BB08 DP03 DP04 EM02 GB05

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱処理容器内に、基板保持具と、該基板
   保持具を囲繞する保熱板と、該保熱板下に保持され、前
   記熱処理容器の第１側面から該第１側面に対峙する第２
   側面に向かい基板保持具の基板保持面に対して略平行に
   熱処理容器内へ挿入される複数の熱電対とが設置され、
   該複数の熱電対は少なくとも、前記保熱板の第１側面側
   の温度を検出する第１熱電対と、前記保熱板の第２側面
   側の温度を検出する第２熱電対とからなる熱処理装置に
   おいて、 前記第２熱電対の前記保熱板下に延在する部分が直棒状
   に構成され、且つ、前記第２熱電対の測温部分が前記第
   １熱電対の測温部分よりも基板保持具から離隔している
   ことを特徴とする熱処理装置。
2. 【請求項２】 前記複数の熱電対の全てにおいて、保熱
   板下に延在する部分が直棒状に構成されることを特徴と
   する請求項１記載の熱処理装置。
3. 【請求項３】 前記保熱板には熱電対を保持するための
   保持部が付設され、該保持部は、前記保熱板を熱処理容
   器内に設置した状態で熱電対が抜差し可能な差込み穴を
   有することを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
4. 【請求項４】 前記保熱板及び保持部は、炭化珪素で被
   覆されたグラファイトであることを特徴とする請求項３
   記載の熱処理装置。
5. 【請求項５】 前記保持部には、差込み穴に連通するス
   リットが形成されていることを特徴とする請求項４記載
   の熱処理装置。
6. 【請求項６】 前記保持板及び保持部は、一体型となっ
   ていることを特徴とする請求項４記載の熱処理装置。
7. 【請求項７】 前記熱処理装置は、気相成長装置である
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項
   記載の熱処理装置。