JP2002158217A - 縦型熱処理装置及び熱処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 縦型熱処理装置において被処理体の保持具と
下端の蓋体との間に発熱体ユニットを設ける場合、既存
の装置への追加が容易であり、また降温時や昇温時に成
膜などの熱処理を行うプロセスに対応できるようにする
こと。 【解決手段】 反応容器を囲むように設けられた複数段
のヒータのうち最下段のヒータにより囲まれる領域に温
度検出部を設け、この温度検出部の温度検出値から、当
該検出値に応じたオフセット温度を差し引き、その温度
を遅延回路部により遅らせて前記発熱体ユニットの設定
温度とする。こうすることによって発熱体ユニットは、
発熱体ユニットを持たない従来の保温ユニットと同様の
働きをし、かつその断熱性能を可変することができ、ま
た既存のヒータの段数分のレシピで運用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は縦型熱処理装置及び
熱処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造装置の一つとして
縦型熱処理装置が知られている。この熱処理装置は多数
枚のウエハを一括して熱処理するバッチ式のものであ
り、図１１に減圧ＣＶＤを行う装置について概略図を示
す。１は被処理体保持具であるウエハボートであり、こ
のウエハボート１は多数枚の被処理体であるウエハＷを
棚状に保持して図示しないエレベータにより、例えば二
重構造の反応管１１及び筒状のマニホールド１２よりな
る反応容器内に搬入される。このとき反応容器は蓋体１
０により気密に塞がれる。一方反応容器の外側には、熱
処理雰囲気を複数に分割して温度制御（ゾ−ン制御）を
行うために複数段例えば４段のヒータ１３（１３Ａ〜１
３Ｄ）が設けられ、これにより反応管１１内が所定温度
に加熱されると共に、排気管１４により所定の圧力まで
減圧される。そして成膜ガスがガス供給管１５を通じて
反応容器の下部側から供給され、薄膜の成分に分解され
てウエハＷ上に堆積し、残りのガスは内管１１ａの天井
部から内管１１ａと外管１１ｂとの間の空間を下降して
いく。

【０００３】またウエハボート１の下には例えば石英よ
りなる筒状体の中に石英ウール等を収納してなる保温ユ
ニット１６を介在させてウエハＷの置かれる雰囲気を蓋
体１０の外側から断熱して保温するようにし、更にウエ
ハボート１の下端側には製品ウエハＷを置かずにサイド
ウエハなどと呼ばれるダミーウエハＷを数枚載置してい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところでウエハＷの置
かれる雰囲気の熱を外部にできるだけ逃がさないように
するために保温ユニット１６の熱容量は大きく設定され
ている。このため処理雰囲気の温度を目標の処理温度ま
で昇温して温度を安定化させるときに、保温ユニット１
６の昇温が遅れ、この結果温度が安定する時間（リカバ
リータイム）が長く、スループットの低下の要因になっ
ている。

【０００５】また保温ユニット１６により処理雰囲気と
反応容器の外部との間の熱の流れを遮断するようにして
はいるが、ウエハボート１のウエハ載置領域の下部側は
放熱量が多いのでウエハボート１の最下段から数段上ま
ではサイドウエハ（ダミーウエハ）を置くようにしてお
り、このため製品ウエハＷの載置領域が狭くならざる得
ない。

【０００６】このような課題を解決するために保温ユニ
ット１６に発熱体ユニットを設けること、例えば保温ユ
ニット１６の上面部に面状ヒ−タを設けることを検討し
ている。ところで各段のヒ−タ１３Ａ〜１３Ｄは夫々温
度コントロ−ラ１７Ａ〜１７Ｄにより温度制御されてお
り、各温度コントロ−ラ１７Ａ〜１７Ｄにはメインコン
トロ−ラ１８で設定されたレシピから温度設定値が与え
られる。発熱体ユニットを設けた場合には、専用の温度
コントロ−ラを一個追加すればよいが、既存の設備に追
加する場合、メインコントロ−ラ１８のレシピが、通常
今あるヒ−タの段数分、この例では４段分しか設定でき
ないようになっているため、レシピとは別に外部でオペ
レ−タが温度設定値を入力しなければならない。

【０００７】しかしながらこのような手法は、種々のプ
ロセス温度において最適な温度設定値を探すことが困難
であり多くの労力が必要になる。なおメインコントロ−
ラ１８において、発熱体ユニットの温度コントロ−ラの
レシピを設定できるようにするためにはプログラムを作
り直さなければならないので現実的ではない。

【０００８】また本発明者等は、熱処理例えば成膜処理
を行うときに、温度を少し降下させながら処理ガスを供
給することを検討している。即ち、ウエハには周縁部か
ら中央部に向かってガスが流れるため周縁部における成
膜種の濃度が中央部における成膜種の濃度よりも高く、
ウエハの周縁部の膜厚が中央部よりも大きくなる傾向に
ある。そこでウエハ温度の降下中に処理ガスを供給する
ようにすれば、降温中は周縁部の放熱が中央部よりも大
きいので周縁部の温度が中央部よりも低くなり、周縁部
の膜厚が中央部よりも薄くなる傾向となり、この傾向と
先の傾向とが相殺されて結果として膜厚の面内均一性が
高くなる。更にまた熱処理の種類によっては昇温中に処
理ガスを供給して、ウエハＷの周縁部の温度が中央部よ
りも高い状態で熱処理を行うことにより面内均一性の高
い処理を行える場合もある。

【０００９】一方前記発熱体ユニットを保温ユニットに
設ける趣旨はウエハボ−ト１の底部付近のウエハＷの面
内温度均一性を高めることにあり、このため発熱体ユニ
ットを設ける場合には、降温中あるいは昇温中に熱処理
を行うといったプロセスを適用することが困難であっ
た。

【００１０】本発明はこのような事情の下になされたも
のであり、その目的は、縦型熱処理装置の反応容器を囲
むヒ−タとは別に反応容器の底部に発熱体ユニットを設
けるにあたって、既存の装置へ発熱体ユニットを追加す
る場合の制御系の対応が容易であり、また反応容器内の
温度を昇温あるいは降温しながら熱処理する場合にも対
応できる技術を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、蓋体の上に支
持された保持具に多数の被処理体を棚状に保持させ、前
記保持具を縦型の反応容器内に下方側から搬入すると共
に前記蓋体により反応容器の下端を気密に塞ぎ、前記反
応容器内を加熱雰囲気にして被処理体に対して熱処理を
行う縦型熱処理装置において、前記反応容器を囲むよう
にかつ複数段に分割して設けられたヒ−タと、これら複
数段のヒ−タのうち最下段に位置するヒ−タにより囲ま
れる領域に設けられた第１の温度検出部と、前記蓋体と
保持具との間に設けられた発熱体ユニットと、この発熱
体ユニットの近傍に設けられた第２の温度検出部と、前
記第１の温度検出部の温度検出値から設定温度を作成
し、この設定温度と前記第２の温度検出部の温度検出値
との偏差に応じて前記発熱体ユニットの発熱量を制御す
る制御部と、を備えたことを特徴とする。

【００１２】この発明によれば、保持具の下方側に発熱
体ユニットを設け、最下段に位置するヒ−タにより囲ま
れる領域に設けられた第１の温度検出部の温度検出値か
ら設定温度を作成しているので、発熱体ユニットの温度
の動きを従来の保温ユニットの動きに近付けることがで
きる。従って加熱雰囲気の熱の逃げが抑えられると共
に、目標温度に速やかに安定化させることができ、そし
て発熱体ユニット用のレシピを用意しなくてよいので、
既存装置への追加改造が容易になる。また反応容器内の
温度を降下させながらあるいは昇温させながら処理ガス
を反応容器内に供給して被処理体に対して熱処理を行う
場合にも対応することができる。

【００１３】この発明においては、前記第１の温度検出
部の温度検出値からオフセット温度を差し引いた値を発
熱体ユニットの設定温度としてもよいし、あるいは第１
の温度検出部の温度検出時から遅れて発熱体ユニットの
設定温度を出力するようにしてもよい。第１の温度検出
部は反応容器内に設けられいてもよいし、あるいは反応
容器の外に設けられていてもよい。発熱体ユニットは、
例えば金属不純物が少ない抵抗発熱体をセラミックスの
中に封入して構成される。

【００１４】また本発明は、保持具が反応容器内に搬入
された状態であるときには、前記第１の温度検出部の温
度検出値から作成した第１の温度を発熱体ユニットの設
定温度として選択し、保持具が反応容器内に搬入された
状態でないときには予め設定した第２の温度を発熱体ユ
ニットの設定温度として選択するようにしてもよい。更
に本発明は熱処理方法としても成り立つものであり、そ
の方法は、蓋体の上に支持された保持具に多数の被処理
体を棚状に保持させ、前記保持具を縦型の反応容器内に
下方側から搬入すると共に前記蓋体により反応容器の下
端を気密に塞ぐ工程と、前記反応容器を囲むようにかつ
複数段に分割して設けられたヒ−タと、前記蓋体と保持
具との間に設けられた発熱体ユニットと、により当該反
応容器内を加熱雰囲気にして被処理体に対して熱処理を
行う工程と、前記複数段のヒ−タのうち最下段に位置す
るヒ−タにより囲まれる領域に設けられた第１の温度検
出部の温度検出値から設定温度を作成し、この設定温度
と前記発熱体ユニットの近傍に設けられた第２の温度検
出部の温度検出値との偏差に応じて前記発熱体ユニット
の発熱量を制御する工程と、を含むことを特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態である
縦型熱処理装置について説明するが、はじめに図１〜図
３により装置構造について簡単に説明し、次に温度の制
御系に関して述べることにする。図１中の２は、例えば
石英で作られた内管２ａ及び外管２ｂよりなる二重管構
造の反応管であり、反応管２の下部側には金属製の筒状
のマニホールド２１が設けられている。

【００１６】前記内管２ａは上端が開口されており、マ
ニホールド２１の内方側にて支持されている。外管２ｂ
は上端が塞がれており、下端がマニホールド２１の上端
に気密に接合されている。この例では、内管２ａ、外管
２ｂ及びマニホールド２１により反応容器が構成されて
いる。２１ａはベースプレートである。

【００１７】前記反応管２内には、多数枚例えば１２６
枚の被処理体をなすウエハＷが各々水平な状態で上下に
間隔をおいて保持具であるウエハボート２２に棚状に載
置されている。ウエハボート２２は図２に示すように天
板２２ａ及び底板２２ｂの間に複数本の支柱２２ｃを設
け、この支柱２２ｃにウエハＷの周縁部を保持する溝が
形成されて構成されている。このウエハボート２２は蓋
体２３の上に後述の保温ユニット３１の設置領域を介し
て保持されている。前記蓋体２３は、ウエハボート２２
を反応管２内に搬入、搬出するためのボートエレベータ
２４の上に搭載されており、上限位置にあるときにはマ
ニホールド２１の下端開口部、即ち反応管２とマニホー
ルド２１とで構成される反応容器の下端開口部を閉塞す
る役割を持つものである。

【００１８】また反応管２の周囲には、これを取り囲む
ように例えば抵抗発熱体よりなるヒータ４が設けられて
いる。このヒ−タ４の一例としては、例えば細い高純度
のカ−ボンファイバの束を複数用いて編み込むことによ
り形成された線状の可撓性のカ−ボンワイヤをセラミッ
クス例えば透明な石英管の中に封入して構成されたもの
などを挙げることができる。この例では反応管２内の熱
処理雰囲気が複数例えば４分割されると共に、ヒ−タ４
は各分割領域に対応して４段（４−１〜４−４）に分割
され、後述のように温度のゾ−ン制御（分割領域の温度
制御）が行われるようになっている。図１には示してい
ないが、ヒータ４の周囲には断熱層が設けられ、更にそ
の外側には外装体が設けられていてこれらにより加熱炉
２０（図２参照）が構成される。

【００１９】前記マニホールド２１の周囲には複数のガ
ス供給管が設けられ、複数の処理ガスを内管２ａの中に
供給できるようになっている。図１ではそのうち１本の
ガス供給管２５を示してあり、このガス供給管２５はバ
ルブＶ１、流量計ＭＦＣ及びバルブＶ２を介してガス供
給源２６に接続されている。またマニホールド２１に
は、内管２ａと外管２ｂとの間の空間から排気できるよ
うに排気管２７が接続されており、真空ポンプ２８によ
り反応管２内を所定の減圧雰囲気に維持できるようにな
っている。

【００２０】前記保温ユニット３１及びこれに関連する
部位について簡単に述べておくと、保温ユニット３１
は、例えば石英製の断熱ユニット３２を備えており、こ
の断熱ユニット３２は図３に示すように各々円形の上面
部３３及び底板部３４と、これら上面部３３及び底板部
３４間を連結する、周方向に間隔をおいて設けられた３
本の支柱部３５と、３本の支柱部３５の図示しない溝内
に挿入されて多段に配列された断熱部材である石英フィ
ン３６（図１参照）とを備えている。

【００２１】更に前記断熱ユニット３２の上面部３３と
底面部３４との間には、第１の保護管３７及び第２の保
護管３８が周方向に間隔をおいて設けられ、両保護管３
７、３８の両端は夫々上面部３３及び底面部３４に開口
している。この断熱ユニット３２の上面部には例えば面
状の発熱体ユニット５が設けられている。この発熱体ユ
ニット５は、金属不純物の少ない抵抗発熱体をセラミッ
クス例えば石英の中に封入されて構成されるものであ
り、例えば図４に示すように厚さ８ｍｍ程度の石英製の
円板状体５１に高純度の炭素素材よりなるヒータ線５２
を渦巻状に配置して構成されている。

【００２２】前記発熱体ユニット５の周縁部下面側に
は、図３に示すように第３の保護管５３が接続されお
り、前記ヒ−タ線５２に給電するための給電線５４は図
４（ｂ）に示すように第３の保護管５３の接続部位にま
とめられ、そこから当該保護管５３内に挿入されてい
る。そしてこの第３の保護管５３は前記断熱ユニット３
２の上面部３３に開口している前記第１の保護管３７内
に挿入され、更に蓋体２３を貫通して当該蓋体２３の下
面側にて固定されている。従って第３の保護管５３は発
熱体ユニット５の支持体の役割も持っている。また前記
第２の保護管３８内には、熱電対からなる温度検出部５
５が挿入されており、その先端部はＬ字型に屈曲されて
発熱体ユニット５の温度を検出するようにその下部側に
位置している。なお前記断熱ユニット３２の上面部３３
及び底面部３４、石英フィン３６、発熱体ユニット５の
中央には、回転軸２９が貫通する孔部３３ａ，３４ａ，
３６ａ（図１参照）、５ａが夫々形成されており、ボ−
トエレベ−タ２４に設けられたモ−タＭにより回転軸２
９を介してウエハボ−ト２２が回転する。

【００２３】続いて反応管２内の温度を制御する制御系
について図５、図６を参照しながら説明する。この実施
の形態では、各段のヒ−タ４（４−１〜４−４）に対応
して温度コントロ−ラ６（６−１〜６−４）及び電力制
御部７（７−１〜７−４）が設けられると共に、ヒ−タ
４−１〜４−４の温度を夫々検出するための例えば熱電
対からなる温度検出部ＴＣ１〜ＴＣ４が設けられてい
る。温度検出部ＴＣ１〜ＴＣ４は図５では略解して記載
してあるが、実際には図２に示す加熱炉２０の外部から
ヒ−タ４−１〜４−４と反応管２との間に差込まれてい
る。温度コントロ−ラ６−１〜６−４には、図示しない
上位のメインコントロ−ラにてレシピにより設定された
各温度設定値と温度検出部ＴＣ１〜ＴＣ４にて検出され
た温度検出値とが入力され、温度設定値と温度検出値と
の偏差に応じた制御信号が夫々電力制御部７（７−１〜
７−４）に出力される。電力制御部７−１〜７−４は例
えばサイリスタなどの半導体素子の位相制御によりヒ−
タ４−１〜４−４への供給電力を制御するように構成さ
れている。

【００２４】なお図１及び及び図５には示していない
が、温度検出部としては、反応管２の外部に設けられる
上述の温度検出部（外部温度検出部）ＴＣ１〜ＴＣ４の
他に、反応管２の内部であって各ヒ−タ４−１〜４−４
の加熱領域に夫々温度検出部（内部温度検出部）が設け
られており、温度コントロ−ラ６−１〜６−４は実際に
は外部温度検出部ＴＣ１〜ＴＣ４の温度検出値の他に前
記内部温度検出部の温度検出値も取り込んで温度制御を
行っている。

【００２５】更にこの実施の形態ではウエハボ−ト２２
の下部側の発熱体ユニット５に対応して温度コントロ−
ラ６（６−５）及び電力制御部７（７−５）が設けられ
ている。温度コントロ−ラ６（６−５）には、既述の温
度検出部５５にて検出された温度検出値と温度設定値と
が入力されるが、温度設定値としては、最下段のヒ−タ
４−４により囲まれる領域に設けられた温度検出部の温
度検出値、この例では前記温度検出部ＴＣ４の温度検出
値が用いられる。温度検出部ＴＣ４及び５５は、夫々特
許請求の範囲における第１の温度検出部及び第２の温度
検出部に相当する。温度検出部ＴＣ４の位置は、図５で
は記載エリアの制限から正確ではないが、実際には例え
ばウエハボ−ト２２上の最下段のウエハＷよりも高い位
置にある。

【００２６】図６は前記温度コントロ−ラ６−５の構成
を示すブロック図である。図６中の８１はオフセット温
度テ−ブルであり、温度検出部ＴＣ４の温度検出値とオ
フセット温度との関係が記憶され、温度検出値に応じた
オフセット温度が読み出される。８２は偏差回路部であ
り、前記温度検出値から前記オフセット温度を差し引い
た値が出力される。８３は遅れ時間テ−ブルであり、温
度検出部ＴＣ４の温度検出値と遅れ時間との関係が記憶
され、温度検出値に応じた遅れ時間が読み出される。８
４は、偏差回路部８２の出力を前記遅れ時間だけ遅らせ
て出力させる例えば一次遅れ回路部や無駄時間回路部な
どからなる遅延回路部である。

【００２７】これらの構成要素は、温度検出部ＴＣ４の
温度検出値に基づいて発熱体ユニット５の設定温度を作
成するものであり、ここでその趣旨に関してふれてお
く。従来のように発熱体ユニットを備えない保温ユニッ
ト例えば保温筒の温度は、ボトムゾ−ン温度（ヒ−タ４
−４で囲まれた温度）との間の熱伝達、熱輻射の関係か
ら成り立っており、発熱体ユニット５を前記ボトムゾ−
ン温度と関連付けて温度制御を行うと、発熱体ユニット
５は、最下段のゾーンに位置する加熱されたウエハＷか
らの熱の逃げを防ぐための断熱性能が良好で断熱性能が
可変な保温ユニットとしてとらえることができる。この
実施の形態ではこのような観点から制御系を組んでいる
が、通常の保温ユニットの温度は熱の逃げからボトムゾ
−ンのヒ−タ（最下段のヒ−タ）４−４の温度よりも低
い温度にとどまる場合もあるため、最下段のヒ−タ４−
４の温度と発熱体ユニット５の温度との間に温度差を作
るために、温度検出部ＴＣ４の温度検出値にオフセット
温度を加えるようにしている。また通常の保温ユニット
はヒ−タの熱で暖まるというパッシブな動きとなるため
に少し遅れた昇降温となるので、遅延回路部８４を設け
て前記温度検出部ＴＣ４の温度検出値を遅らせて後述の
ＰＩＤ演算回路部に入力するようにしている。

【００２８】またウエハボ−ト２２が反応容器の外にあ
る場合あるいはロ−ディング、アンロ−ディング中の場
合に、発熱体ユニット５をボトムゾ−ン温度（ヒ−タ４
−４で囲まれた温度）よりも低くすることができるよう
に、前記温度コントロ−ラ６−５は、スタンバイのため
の設定温度を複数用意したスタンバイ温度テ−ブル８５
を備えている。スタンバイ温度は複数用意することに限
られないが、複数のプロセスレシピを扱う装置では複数
のスタンバイ温度を必要とすることもあるので、この例
ではスタンバイ温度テ−ブル８５を用意して、例えば温
度コントロ−ラ４−４の外部に設けられた温度選択部８
６からの信号に基づいてスタンバイ温度が出力されるよ
うに構成している。

【００２９】そしてこの縦型熱処理装置は、前記蓋体２
３が開いている状態であるか閉じている状態であるかを
検出する開閉センサ８７、信号選択部８８及びＰＩＤ制
御回路部８９を備えており、開閉センサ８７により蓋体
２３が開いている状態を検出したときにはその検出信号
により信号選択部８８は前記スタンバイ温度テ−ブル８
５から出力されたスタンバイ温度を発熱体ユニット５の
設定温度として前記ＰＩＤ制御回路部８９に入力し、開
閉センサ８７により蓋体２３が閉じている状態を検出し
たときにはその検出信号により信号選択部８８は遅延回
路部８４からの設定温度を前記ＰＩＤ制御回路部８９に
入力するように構成されている。ＰＩＤ制御回路部８９
は、信号選択部８８からの設定温度と前記温度検出部５
５からの発熱体ユニット５の温度検出値とが入力され、
その偏差分に基づいてＰＩＤ演算を行い、その演算結果
を図５に示す電力制御部７（７−５）に制御信号として
出力するものである。なおＰＩＤ制御回路部の代わりに
ＩＰＤ制御部あるいは現代制御部を用いてもよい。

【００３０】次に上述の実施の形態の作用について述べ
る。ここでは具体的な処理の一例として窒化シリコン膜
をＣＶＤ処理で成膜する例を挙げる。先ず被処理体であ
るウエハＷを所定枚数ウエハボ−ト２２に棚状に保持し
てボ−トエレベ−タ２４を上昇させることにより反応容
器内に搬入する（ロ−ディングする）。ウエハボ−ト２
２が反応容器内に搬入されていない状態のとき、つまり
ウエハボ−ト２２に対してウエハＷの受け渡しを行って
いるときやロ−ディング中のときは、前記開閉センサ８
７からは蓋体２３が開いている状態を示す検出信号が信
号選択部８８に出力されるので、発熱体ユニット５の設
定信号としてはスタンバイ温度テ−ブル８５から出力さ
れたスタンバイ温度が選択され、このスタンバイ温度に
基づいて発熱体ユニット５の温度が制御される。

【００３１】ウエハボ−ト２２の搬入時には反応管２内
は例えば６００℃程度に維持されており、ウエハボ−ト
２２が搬入されて反応容器の下端開口部（詳しくはマニ
ホ−ルド２１の下端開口部）が蓋体２３により塞がれた
後、反応管２内の温度を安定させてから、ヒ−タ４（４
−１〜４−４）及び発熱体ユニット５により反応管２内
を処理温度例えば７６０℃まで昇温させると共に、排気
管２７を通じて真空ポンプ２８により反応容器内を所定
の真空度まで真空排気する。なお反応管２内は発熱体ユ
ニット５によっても加熱されるが、この加熱は積極的な
加熱というよりも既述のように最下段のゾーンに位置す
るウエハＷからの熱の逃げを防ぐ断熱という意味合いの
方が大きい。

【００３２】そして蓋体２３が閉じられると、開閉セン
サ８７からは蓋体２３が閉じている状態を示す検出信号
が信号選択部８８に出力されるので、発熱体ユニット５
の設定温度としては遅延回路部８４からの出力信号が用
いられる。即ちこの例では最下段のヒ−タ４（４−４）
の温度制御に用いられる温度検出部ＴＣ４の温度検出値
を設定温度として、より詳しくはこの温度検出値に応じ
たオフセット温度を当該温度検出値から差し引いた温度
値を所定時間だけ遅らせて発熱体ユニット５の設定温度
として用いられる。

【００３３】この実施の形態では、オフセット温度は温
度検出部ＴＣ４の温度検出値に応じて変化させることが
でき、また遅延回路部８４による遅延時間も前記温度検
出値に応じて変化させることができるが、それらの値を
固定値としたとき、例えばオフセット温度を５０℃、遅
延時間を５０秒としたときの発熱体ユニット５の温度を
図７に示しておく。図７中実線ａは最下段のヒ−タ４−
４の設定温度、鎖線ｂは当該ヒ−タ４−４による加熱領
域（受け持ち範囲）内のウエハＷの温度、点線ｃは発熱
体ユニット５の温度である。

【００３４】図７から分かるように、ロードの期間では
ウエハボ−ト２２が反応容器内に搬入されるにつれてウ
エハＷの温度（ここに記載されたウエハＷ温度はヒ−タ
４−４の加熱領域内のウエハＷの温度を示してある）が
昇温し、ロ−ディングが終了した後、設定温度付近で安
定する。次いで、昇温の期間ではウエハＷの温度は設定
温度の上昇に遅れて昇温し、プロセス温度（７６０℃）
に安定する。これに対して発熱体ユニット５の温度もウ
エハＷの温度と同様の動きをするが、ウエハＷの昇温に
遅れて昇温し、前記オフセット温度に対応する温度分だ
け低い温度にて安定する。この例では外部温度検出部Ｔ
Ｃ４の温度に対して遅れを持たせて発熱体ユニット５の
設定温度としているので、図７に記載された遅れ時間は
厳密には図６の回路で設定した遅れ時間よりは小さい。

【００３５】こうして反応管２内がプロセス温度例えば
７６０℃に安定した後、処理ガス例えばジクロルシラン
（ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ）ガスとアンモニア（ＮＨ3 ）ガスと
を２本のガス供給管２５（既述のように図１では１本し
か示していない）から夫々反応容器内に供給しながら反
応容器内の圧力を所定の真空度に維持し、ウエハＷの表
面に窒化シリコン膜を成膜する。このときウエハボ−ト
２２はモ−タＭにより回転している。こうして窒化シリ
コン膜の成膜処理が所定時間行われた後、処理ガスの供
給を停止して反応管２内の温度を６００℃まで降温し、
ウエハボ−ト２２を反応管２から搬出（アンロ−ド）す
る。

【００３６】上述の実施の形態によれば、ヒ−タ４−４
により囲まれる領域の温度から発熱体ユニット５の温度
設定値を作成しているので、例えば前記遅延時間やオフ
セット温度やＰＩＤ制御回路部８９のパラメ−タなどを
調整することにより、発熱体ユニット５の温度の動き
を、従来使用されていた通常の保温ユニット（発熱体ユ
ニットを備えていない保温ユニット）の動きに近付ける
ことができる。更に通常の保温ユニットよりも断熱性能
を良くしたり、温度リカバリ性能を上げることもでき、
発明が解決しようとする課題の項目で述べたように、発
熱体ユニットの機能を発揮できる。そして発熱体ユニッ
ト５用のレシピを作成しなくてよいので既存の縦型熱処
理装置への追加改造が容易になる。

【００３７】ここで発明が解決しようとする課題の項目
でも触れたが、降温中に成膜を行う例について述べてお
くと、図８はヒ−タ４の設定温度のプロファイルであ
る。この場合例えば反応管２内を７７０℃の温度に昇温
しておき、ここからヒ−タ４の供給電力を小さくするか
オフにして、反応管２内を７５０℃まで降温させ、この
降温中にジクロルシランガスとアンモニアガスとを供給
してウエハＷ上に窒化シリコン膜を成膜する。次いで処
理ガスの供給を停止して反応管２内を７７０℃まで昇温
し、こうして昇降温を繰り返し、例えば３回の降温中の
成膜を行う。

【００３８】図９は、図８の一連の運用の一部について
の温度変化であり、実線ａは最下段のヒ−タ４−４の設
定温度、鎖線ｂは当該ヒ−タ４−４による加熱領域（受
け持ち範囲）内のウエハＷの温度、点線ｃは発熱体ユニ
ット５の温度である。なおこの例では温度検出部ＴＣ４
の温度検出値を発熱体ユニット５の設定温度とするにあ
たりオフセット温度をゼロとしている。

【００３９】このように降温中に成膜を行えば、既述の
ように降温中はウエハＷの周縁部の温度が中央部よりも
低くなるため、周縁部の膜厚が中央部よりも薄くなる傾
向となり、このため周縁部の活性種が中央部よりも多い
ことに基づく膜厚の面内不均一性と相殺されて膜厚の面
内均一性が高くなる。ここで図９を見ても分かるように
発熱体ユニット５の温度の動きは通常の保温ユニットと
同様な動きとなるので、降温中はウエハＷの周縁部の温
度を中央部の温度よりも低くできる。この例ではオフセ
ット温度をゼロとしているが、ゼロに限られるものでは
ない。またプロセスによっては昇温中に熱処理を行う方
が面内均一性の高い処理となる場合もあるので、本発明
では、昇温中に熱処理を行うようにしてもよい。この場
合はウエハＷの周縁部の温度が中央部よりも高くなる
が、同様な理由により発熱体ユニット５を用いながら対
応することができる。

【００４０】以上の説明では、温度検出部ＴＣ４の温度
検出値を発熱体ユニット５の温度設定値として取り扱っ
たが、この温度設定値は、最下段のヒ−タ４−４の発熱
量に対応する温度であればよいので、既述のように反応
管２内に設けられる内部温度検出部の温度検出値を用い
てもよいし、温度コントロ−ラ６−４が読み取った温度
を用いてもよい。

【００４１】更にまた本発明は、図１０に示すように反
応管２の上方に、例えば前記発熱体ユニット５と同様の
構成の面状の発熱体ユニット（天板ヒ−タ）９を設け、
最上段のヒ−タ４−１に囲まれる領域の温度を検出する
温度検出部例えば前記温度検出部ＴＣ１の温度検出値か
ら既述の発熱体ユニット５の設定温度の作成と同様にし
て温度コントロ−ラ６（６−６）にて当該天板ヒ−タ９
の設定温度を作成し、この設定温度と天板ヒ−タ９の温
度を検出する温度検出部９１の温度検出値とに基づい
て、電力制御部７（７−６）の制御信号を出力するよう
にしてもよい。なお前記温度コントロ−ラ６−６は前記
温度コントロ−ラ６−５と同様の構成であるが、蓋体２
３の開閉により設定信号が切り替わる構成は備えていな
い。

【００４２】天板ヒ−タ９を設けてこうした温度制御を
行えば、加熱炉２０の天井部からの放熱を抑えることが
できると共に、既存の装置に容易に対応でき、また天板
ヒ−タ９の温度の動きも従来の保温筒などの保温ユニッ
トと同様の動きをするため、降温あるいは昇温しながら
熱処理する場合にも対応することができる。

【００４３】なお本発明は減圧ＣＶＤ装置に限らず、い
わゆる酸化、拡散炉にも適用することができる。

【００４４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、縦型熱処
理装置における保持具の下方側に発熱体ユニットを設け
ているので、高い断熱効果が得られ、また最下段に位置
するヒ−タにより囲まれる領域に設けられた温度検出部
の温度検出値から設定温度を作成しているので、既存の
装置へ発熱体ユニットを追加する場合の制御系の対応が
容易であり、また反応容器内の温度を昇温あるいは降温
しながら熱処理する場合にも対応できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかる縦型熱処理装置の
構造を示す縦断側面図である。

【図２】上記縦型熱処理装置の外観を示す斜視図であ
る。

【図３】上記縦型熱処理装置に用いられる保温ユニット
の一部を示す分解斜視図である。

【図４】上記縦型熱処理装置に用いられる発熱体ユニッ
トを示す断面図及び平面図である。

【図５】本実施の形態における温度制御系を示すブロッ
ク図である。

【図６】本実施の形態における発熱体ユニットの温度コ
ントロ−ラを示すブロック図である。

【図７】ヒ−タの設定温度、ウエハの温度及び発熱体ユ
ニットの温度の時間的変化の一例を示す特性図である。

【図８】反応管内を降温させながら熱処理を行うときの
ヒ−タの設定温度の時間的変化を示す特性図である。

【図９】ヒ−タの設定温度、ウエハの温度及び発熱体ユ
ニットの温度の時間的変化の他の例を示す特性図であ
る。

【図１０】本発明の他の実施の形態における温度制御系
を示すブロック図である。

【図１１】従来の縦型熱処理装置を示す縦断側面図であ
る。

【符号の説明】

２ 反応管 ２１ マニホ−ルド ２３ 蓋体 Ｗ 半導体ウエハ ２５ ガス供給管 ２７ 排気管 ３１ 保温ユニット ３２ 断熱ユニット ４（４−１〜４−４） ヒ−タ ＴＣ１〜ＴＣ４ 温度検出部 ５ 発熱体ユニット ５５ 温度検出部 ６（６−１〜６−６） 温度コントロ−ラ ７（７−１〜７−６） 電力制御部 ８１ オフセット温度テ−ブル ８２ 加算部 ８３ 遅れ時間テ−ブル ８４ 遅延回路部 ８５ スタンバイ温度テ−ブル ８７ 開閉センサ ８８ 信号選択部 ８９ ＰＩＤ制御回路部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K030 AA06 AA13 BA40 CA04 CA12 FA10 HA13 KA04 KA24 KA39 KA41 5F045 AB33 AC03 AC12 AD10 AD11 AF03 DP19 DQ05 EK06 EK22 EK27 GB05

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蓋体の上に支持された保持具に多数の被
   処理体を棚状に保持させ、前記保持具を縦型の反応容器
   内に下方側から搬入すると共に前記蓋体により反応容器
   の下端を気密に塞ぎ、前記反応容器内を加熱雰囲気にし
   て被処理体に対して熱処理を行う縦型熱処理装置におい
   て、 前記反応容器を囲むようにかつ複数段に分割して設けら
   れたヒ−タと、 これら複数段のヒ−タのうち最下段に位置するヒ−タに
   より囲まれる領域に設けられた第１の温度検出部と、 前記蓋体と保持具との間に設けられた発熱体ユニット
   と、 この発熱体ユニットの近傍に設けられた第２の温度検出
   部と、 前記第１の温度検出部の温度検出値から設定温度を作成
   し、この設定温度と前記第２の温度検出部の温度検出値
   との偏差に応じて前記発熱体ユニットの発熱量を制御す
   る制御部と、を備えたことを特徴とする縦型熱処理装
   置。
2. 【請求項２】 前記第１の温度検出部の温度検出値から
   オフセット温度を差し引いた値を発熱体ユニットの設定
   温度とすることを特徴とする請求項１記載の縦型熱処理
   装置。
3. 【請求項３】 制御部は、第１の温度検出部の温度検出
   値に応じたオフセット温度が選択される手段を備えたこ
   とを特徴とする請求項２記載の縦型熱処理装置。
4. 【請求項４】 制御部は、第１の温度検出部の温度検出
   時から遅れて発熱体ユニットの設定温度を出力する手段
   を備えていることを特徴とする請求項１、２または３記
   載の縦型熱処理装置。
5. 【請求項５】 第１の温度検出部は反応容器内に設けら
   れたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記
   載の縦型熱処理装置。
6. 【請求項６】 第１の温度検出部は反応容器の外に設け
   られたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに
   記載の縦型熱処理装置。
7. 【請求項７】 制御部は、保持具が反応容器内に搬入さ
   れた状態であるときには、前記第１の温度検出部の温度
   検出値から作成した第１の温度を発熱体ユニットの設定
   温度として選択し、保持具が反応容器内に搬入された状
   態でないときには予め設定した第２の温度を発熱体ユニ
   ットの設定温度として選択する手段を備えたことを特徴
   とする請求項１ないし６のいずれかに記載の縦型熱処理
   装置。
8. 【請求項８】 制御部は、複数の温度の中から第２の温
   度を選択できるように構成されていることを特徴とする
   請求項７記載の縦型熱処理装置。
9. 【請求項９】 発熱体ユニットは、金属不純物が少ない
   抵抗発熱体をセラミックスの中に封入してなるものであ
   ることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載
   の縦型熱処理装置。
10. 【請求項１０】 蓋体の上に支持された保持具に多数の
    被処理体を棚状に保持させ、前記保持具を縦型の反応容
    器内に下方側から搬入すると共に前記蓋体により反応容
    器の下端を気密に塞ぐ工程と、 前記反応容器を囲むようにかつ複数段に分割して設けら
    れたヒ−タと、前記蓋体と保持具との間に設けられた発
    熱体ユニットと、により当該反応容器内を加熱雰囲気に
    して被処理体に対して熱処理を行う工程と、 前記複数段のヒ−タのうち最下段に位置するヒ−タによ
    り囲まれる領域に設けられた第１の温度検出部の温度検
    出値から設定温度を作成し、この設定温度と前記発熱体
    ユニットの近傍に設けられた第２の温度検出部の温度検
    出値との偏差に応じて前記発熱体ユニットの発熱量を制
    御する工程と、を含むことを特徴とする熱処理方法。
11. 【請求項１１】 被処理体に対して熱処理を行う工程
    は、反応容器内の温度を降下させながら処理ガスを反応
    容器内に供給して被処理体に対して熱処理を行う工程で
    あることを特徴とする請求項１０記載の熱処理方法。
12. 【請求項１２】 被処理体に対して熱処理を行う工程
    は、反応容器内の温度を昇温させながら処理ガスを反応
    容器内に供給して被処理体に熱処理を行う工程であるこ
    とを特徴とする請求項１０記載の熱処理方法。
13. 【請求項１３】 前記第１の温度検出部の温度検出値か
    らオフセット温度を差し引いた値を発熱体ユニットの設
    定温度とすることを特徴とする請求項１０、１１または
    １２記載の熱処理方法。
14. 【請求項１４】 第１の温度検出部の温度検出時から遅
    れて発熱体ユニットの設定温度を出力することを特徴と
    する請求項１０ないし１３のいずれかに記載の熱処理方
    法。