JP2002299257A - 熱処理方法および縦型熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被処理体の温度を高い忠実度で検出すること
ができ、従って、被処理体について、所望の熱処理を安
定的に行うことができる熱処理方法および縦型熱処理装
置を提供すること。 【解決手段】 熱処理方法は、複数の被処理体が高さ方
向に多段に載置された保持具を処理容器内に収容し、加
熱手段によって加熱することにより所定の熱処理を行う
方法であって、予め、被処理体の熱処理が行われるべき
加熱手段の目標発熱量を取得するための特定の目標発熱
量取得操作が行われる。縦型熱処理装置は、処理容器内
に制御用温度検出器と補正用温度検出器とを有し、補正
用温度検出器は、高さ方向に伸びる保護管本体部と、こ
の保護管本体部より水平方向に伸びる複数の支管部とよ
りなる保護管を備え、各々の支管部には熱電対が配設さ
れてなり、各々の支管部が、互いに異なる高さ位置の被
処理体間に挿入された状態とされている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱処理方法および
縦型熱処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、半導体デバイスの製造プロセス
においては、被処理体としての半導体ウエハに対して、
酸化、拡散、成膜などの処理を行うために、各種の熱処
理装置が用いられており、例えば複数の被処理体の熱処
理を一度に行うことができるバッチ式の縦型熱処理装置
が知られている。

【０００３】このような縦型熱処理装置においては、複
数の被処理体が高さ方向に所定間隔で載置された被処理
体保持具を処理容器内に収容し、この処理容器の周囲に
設けられた筒状ヒータによって、処理容器内に設けられ
た温度検出器により検出された温度データに基づいて設
定された発熱量で加熱することにより、被処理体につい
て所定の熱処理が行われる。

【０００４】半導体ウエハに対して熱処理を行うに際し
ては、均一な膜質及び特性の良好な成膜等を達成するた
めに、各々の半導体ウエハの面内の温度の均一性が高い
ことに加え、互いに異なる高さ位置に載置されている半
導体ウエハ間での温度の均一性が高いことが要求されて
おり、このような要求に対して、処理容器内を上下方向
に複数の加熱領域（ゾーン）に区分し、各々の加熱領域
に応じた発熱量で加熱することにより、被処理体の熱処
理がなされている。

【０００５】上記のような熱処理装置においては、温度
検出器は、例えば石英ガラスよりなり、処理容器内を上
方向に伸びる直管状の保護管と、この保護管内において
処理容器の各々の加熱領域に対応する位置に配設された
熱電対とにより構成されており、これにより、処理容器
内の各々の加熱領域に対応した位置の温度が検出され、
検出された温度データに基づいて筒状ヒータの発熱量が
調整される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】而して、上記の縦型熱
処理装置においては、半導体ウエハと離れた位置で温度
検出が行われるため、実際に温度検出器により検出され
る温度と半導体ウエハの温度との間には不可避的に誤差
が生じ、その結果、筒状ヒータの温度制御を正確に行う
ことが困難である、という問題がある。

【０００７】本発明は、以上のような事情に基づいてな
されたものであって、その目的は、被処理体の温度を高
い忠実度で検出することができ、従って、被処理体につ
いて、所望の熱処理を安定的に行うことができる熱処理
方法およびこのような方法が確実に実行される縦型熱処
理装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の熱処理方法は、
複数の被処理体を高さ方向に所定間隔で保持する被処理
体保持具を処理容器内に収容し、処理容器に設けられた
加熱手段によって加熱することにより、被処理体につい
て所定の熱処理を行う熱処理方法であって、熱処理され
るべき被処理体について処理を行うに際して、予め、下
記（１）〜（３）に示す工程を含む、被処理体の熱処理
が行われるべき加熱手段の目標発熱量を取得する目標発
熱量取得操作を行うことにより、加熱手段の目標発熱量
を設定する工程を有することを特徴とする。

【０００９】（１）被処理体の温度が目標加熱温度とな
るよう設定された基準発熱量で加熱手段を作動させた状
態において、処理容器内において高さ方向に伸びるよう
配置された温度制御用の温度検出器により、被処理体が
目標加熱温度となるよう加熱手段の発熱量を制御するに
際して参照される被処理体の制御対象温度を検出する工
程。 （２）被処理体間に挿入された状態で配置された温度補
正用の温度検出器により、目標加熱温度と実質的に一致
する被処理体の制御目標温度を検出する工程。 （３）温度制御用の温度検出器により検出される被処理
体の制御対象温度と、温度補正用の温度検出器により検
出された被処理体の制御目標温度とを対比して、制御対
象温度が制御目標温度となるよう、制御目標温度と制御
対象温度との温度差に応じて基準発熱量を補正すること
により、被処理体を熱処理すべき加熱手段の目標発熱量
を決定する工程。

【００１０】ここに、「実質的に一致する」とは、温度
差が±０．５〜±１．０℃の範囲内にある状態をいう。

【００１１】本発明の熱処理方法においては、目標発熱
量取得操作は、加熱手段が基準発熱量で作動されて温度
制御用の温度検出器により検出される制御対象温度が実
質的に安定した状態において行われることが好ましい。
また、目標発熱量取得操作においては、温度補正用の温
度検出器による被処理体の温度検知が、互いに異なる高
さ位置の被処理体間で行われることが好ましく、さら
に、温度補正用の温度検出器による被処理体の温度検知
が、当該被処理体の中央位置において行われることが好
ましい。また、被処理体を処理する際には、温度補正用
の温度検出器が被処理体間に存在しない状態で行われる
ことが好ましい。

【００１２】本発明の縦型熱処理装置は、複数の被処理
体が水平となる状態で高さ方向に所定間隔で保持された
被処理体保持具を処理容器内に収容し、処理容器に設け
られた加熱手段によって加熱することにより、被処理体
について所定の熱処理を行う縦型熱処理装置において、
処理容器内には、被処理体の温度が当該被処理体の処理
が行われるべき目標加熱温度となるよう加熱手段の発熱
量を制御するに際して参照される制御対象温度を検出す
る温度制御用の温度検出器と、加熱手段の発熱量を補正
するに際して参照される、目標加熱温度と実質的に一致
する制御目標温度を検知する温度補正用の温度検出器と
が設けられており、温度補正用の温度検出器は、高さ方
向に伸びる直管状の保護管本体部と、この保護管本体部
より、互いに高さ方向に離間した状態で、各々、保護管
本体部の管軸方向と直交する方向に伸びる複数の支管部
とよりなる保護管を備え、各々の支管部には、熱電対が
配設されてなり、各々の支管部が、互いに異なる高さ位
置の被処理体間に挿入された状態で配置されるよう設け
られていることを特徴とする。

【００１３】本発明の縦型熱処理装置においては、温度
補正用の温度検出器は、被処理体の熱処理を行うに際し
て、各々の支管部が被処理体間に存在しないよう、保護
管本体部の管軸を中心に回転可能に設けられた構成とす
ることができる。また、少なくとも温度補正用の温度検
出器には、保護管の基端側部分に、保護管の全周にわた
って形成された環状溝が形成されていることが好まし
い。さらに、少なくとも温度補正用の温度検出器は、保
護管内が減圧状態とされていると共に、保護管の基端側
部分が気密に封止された構成とすることができる。

【００１４】

【作用】本発明によれば、熱処理が行われるべき被処理
体について処理を行うに際して予め実施される目標発熱
量取得操作において、被処理体間に配置される温度補正
用の温度検出器によって被処理体の温度が高い忠実度で
検出されるので、温度補正用の温度検出器による制御目
標温度が被処理体を熱処理すべき目標加熱温度に実質的
に一致させた状態において、温度補正用の温度検出器に
よる制御目標温度と温度制御用の温度検出器による制御
対象温度との温度差に応じて加熱手段の基準発熱量が補
正されることにより、加熱手段の発熱量の制御を正確に
行うことができる。

【００１５】また、温度補正用の温度検出器が、熱電対
が保護管内に配設された状態とされているので、被処理
体に対する金属汚染やパーティクルなどを生じさせるこ
となしに被処理体の温度を検出することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明について、図面を参
照しながら、ＣＶＤ法により被処理体に対して成膜処理
を行うための縦型熱処理装置を例に挙げて説明する。図
１は、本発明の縦型熱処理装置の一例における構成の概
略を示す説明用断面図である。この縦型熱処理装置にお
いては、高さ方向（図１において、上下方向）に伸びる
よう配置された、上端が開放されている直管状の内管１
１Ａと、その周囲に所定の間隔を隔てて同心状に配置さ
れた、上端が閉塞されている外管１１Ｂとからなる二重
管構造を有する処理容器（プロセスチューブ）１１を備
えており、処理容器１１の下方空間は、後述する被処理
体保持具としてのウエハボート１７に対して、被処理体
である半導体ウエハの移載等が行われるローディングエ
リアＬとされている。そして、内管１１Ａおよび外管１
１Ｂは、いずれも耐熱性および耐食性に優れた材料、例
えば高純度の石英ガラスにより形成されている。

【００１７】この処理容器１１における外管１１Ｂの下
端部には、上端にフランジ部分１２Ａを有する短円筒状
のマニホールド１２が設けられており、当該フランジ部
分１２Ａには、例えばＯリングなどのシール手段（図示
せず）を介して外管１１Ｂの下端部に設けられた下端フ
ランジ部分１１１がフランジ押え１３によって接合され
て、処理容器１１の外管１１Ｂが固定された状態とされ
ている。処理容器１１における内管１１Ａは、外管１１
Ｂの下端面より下方に延出して、マニホールド１２内に
挿入された状態で、このマニホールド１２の内面に設け
られた環状の内管支持部１４により支持されている。

【００１８】この縦型熱処理装置の処理容器１１の縦断
面において、マニホールド１２の一方の側壁には、処理
容器１１内に処理ガスや不活性ガスを導入するためのガ
ス供給配管１５が、当該マニホールド１２の側壁を気密
に貫通して、内管１１Ａ内を上方に伸びるよう設けられ
ており、このガス供給配管１５には、図示しないガス供
給源が接続されている。また、マニホールド１２の他方
の側壁には、処理容器１１内を排気する排気部１６が設
けられており、この排気部１６には、例えば真空ポンプ
および圧力制御機構を有する排気機構（図示せず）が接
続され、これにより、処理容器１１内が所定の圧力に制
御される。

【００１９】処理容器１１の下方には、上下方向に駆動
されて被処理体保持具であるウエハボート１７を処理容
器１１内に搬入、搬出する昇降機構２１が設けられてお
り、この昇降機構２１は、処理容器１１の下端開口１１
Ｃを開閉する円板状の蓋体２０を備えている。ウエハボ
ート１７は、例えば高純度の石英ガラスよりなり、複数
枚例えば１００〜１５０枚程度の半導体ウエハが水平と
なる状態で上下に所定間隔（ピッチ）、例えば５．２〜
２０．８ｍｍで多段に載置される。

【００２０】昇降機構２１における蓋体２０には、処理
容器１１と平行に上方に伸びる柱状の支持部材２２が蓋
体２０を貫通する状態で設けられており、この支持部材
２２には、その上部にウエハボート１７が載置される円
板状のボートサポート２２Ａが一体に設けられていると
共に、蓋体２０の下部に設けられた回転駆動手段２３に
接続されている。また、蓋体２０の上部には、例えば石
英よりなる保温筒２４が、支持部材２２が挿通された状
態で設けられている。

【００２１】処理容器１１の外側には、処理容器１１内
に収容された半導体ウエハを所定の処理温度に加熱する
ための加熱手段としての筒状ヒータ３０が処理容器１１
の周囲を取り囲む状態で設置されている。筒状ヒータ３
０には、線状の抵抗発熱体が内面に螺旋状または蛇行状
に配設された円筒状の断熱材（図示せず）が設けられて
おり、この抵抗発熱体は、後述する温度検出器４０によ
り検出された半導体ウエハの温度データに基づいて、当
該半導体ウエハが予め設定された温度状態となるよう供
給すべき電力の大きさを制御する制御部３１に接続され
ている。

【００２２】この筒状ヒータ３０は、処理容器１１内を
高さ方向に複数、図示の例では３つの加熱領域（ゾー
ン）Ｚ１〜Ｚ３に分けて、各々の加熱領域について独立
して温度制御が可能な状態、すなわちゾーン制御が可能
な状態とされている。

【００２３】処理容器１１の上方には、処理容器１１内
におけるウエハボート１７と対向する状態で筒状ヒータ
３０の上端面と平行に配置された面状ヒータ３２が設け
られており、これにより、処理容器１１の上方からの放
熱が有効に防止され、半導体ウエハをその面内において
高い均一性で加熱処理することができる。面状ヒータ３
２は、例えば線状の抵抗発熱体が板状の基材上に配線さ
れてなり、この抵抗発熱体は、制御部３１に接続されて
いる。

【００２４】この縦型熱処理装置の処理容器１１内に
は、半導体ウエハが目標加熱温度となるよう筒状ヒータ
３０および面状ヒータ３２の発熱量を制御するに際して
参照される半導体ウエハの制御対象温度を検出する温度
制御用の温度検出器４０（以下、単に「制御用温度検出
器」という。）が配置されている。具体的には、制御用
温度検出器４０は、マニホールド１２の下部壁を気密に
貫通する状態で、処理容器１１内における所定の位置に
収容されたウエハボート１７と内管１１Ｂとの間に形成
される略環状の空間内を、内管１１Ｂと平行に高さ方向
に伸びるよう配置されており、内管１１Ｂの上端面より
延出する先端側部分が、処理容器１１の中心位置に向か
ってウエハボート１７に保持された半導体ウエハと平行
に伸びる状態とされている。

【００２５】制御用温度検出器４０は、図２にも示すよ
うに、例えば透明石英ガラスよりなり、先端側部分が水
平方向（図２において右方向）に伸びるよう屈曲する全
体が略Ｌ字状の保護管４１と、この保護管４１内におい
て、面状ヒータ３２による加熱領域に対応する位置（例
えば面状ヒータ３２の中心位置に相当する位置）および
筒状ヒータ３０による加熱領域Ｚ１〜Ｚ３の各々に対応
する位置に配設された複数（この実施例においては合計
４つ）の熱電対４２とにより構成されている。

【００２６】保護管４１は、その先端部分が閉じた状態
とされていると共に、その基端側部分が、例えば接着剤
などの封止材４５により封止されており、この封止部を
介して、熱電対４２の金属素線が外部に引き出されてい
る。そして、熱電対４２の金属素線は、補償導線を介し
て制御部３１の入力端子に接続されている。保護管４１
の基端側部分は、気密に封止されていてもよく、また、
保護管４１内には、熱電対４２の酸化を防止するため
に、例えば窒素ガス（Ｎ₂ ガス）などの不活性ガスが充
填された構成とすることができる。

【００２７】熱電対４２の各々の金属素線には、例えば
アルミナセラミックスよりなる絶縁部材４４が金属素線
が挿通された状態で設けられており、この絶縁部材４４
は、長さが例えば３ｍｍ程度のスリーブ状のビーズ４４
Ａの複数が互いに長さ方向に連なる状態で構成されてい
る。なお、図２においては、便宜上、各々の絶縁部材を
一の絶縁部材として示してある。

【００２８】この縦型熱処理装置の処理容器１１内に
は、筒状ヒータ３０および面状ヒータ３２の基準発熱量
を補正するに際して参照される、目標加熱温度と実質的
に一致する半導体ウエハの制御目標温度を検出する温度
補正用の温度検出器（以下、単に「補正用温度検出器」
という。）５０が設けられている。

【００２９】補正用温度検出器５０は、図３に示すよう
に、先端側部分に水平方向（図２において右方向）に伸
びる第１の支管部５３Ａを有する全体が略Ｌ字状の保護
管本体部５２と、この保護管本体部５２より、第１の支
管部５３Ａと互いに高さ方向に離間する状態で、各々、
保護管本体部５２の管軸方向と直交する水平方向に伸び
る複数（図示の例では２つ）の支管部５３Ｂ、５３Ｃと
よりなる保護管５１を備え、各々の支管部５３Ａ、５３
Ｂ、５３Ｃの先端部には、熱電対５４が配設されてい
る。

【００３０】熱電対５４の金属素線の各々には、例えば
アルミナセラミックスよりなる絶縁部材５６が金属素線
が挿通された状態で設けられており、この絶縁部材５６
は、長さが例えば３ｍｍ程度のスリーブ状のビーズ５６
Ａの複数がその長さ方向に連なる状態で構成されてい
る。なお、図３においては、便宜上、各々の絶縁部材を
一の絶縁部材として示してある。

【００３１】各々の支管部５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃは、
その先端部分が閉じた状態とされていると共に、保護管
本体部５２の基端側部分が封止されており、この封止部
を介して、熱電対５４の金属素線が外部に引き出されて
いる。そして、熱電対５４の金属素線は、補償導線を介
して制御部３１の入力端子に接続されている。また、保
護管本体部５２の基端側部分が気密に封止されていても
よく、保護管５１内には、熱電対４２の酸化を防止ため
に、例えば窒素ガス（Ｎ₂ ガス）などの不活性ガスが充
填された構成とすることもできる。

【００３２】具体的には、図４に示すように、保護管５
１の基端側部分においては、例えばセメントなどの封止
材５７が保護管５１内に充填されて気密な封止構造が形
成されており、保護管５１の端部に連続して外方に伸び
る端部構造体６０が、絶縁部材５６が挿通された状態で
設けられている。この端部構造体６０は、内面に熱収縮
チューブ６２が設けられた例えば石英ガラスよりなる補
助管６１内に、例えばテフロン（登録商標）よりなるス
リーブ状絶縁部材６３が挿入されて構成されている。ま
た、保護管５１の基端側部分、具体的には、処理容器１
１の内部に位置される個所と処理容器１１の外部に位置
される個所との境界部分には、その全周にわたって環状
溝５８が形成されており、この環状溝５８に、マニホー
ルド１２の下部壁が嵌合された状態とされて、補正用温
度検出器５０が処理容器１１内に配置される。

【００３３】以上において、補正用温度検出器５０は、
基本的に、半導体ウエハについて所定の熱処理を行うに
際して予め実施される、筒状ヒータ３０および面状ヒー
タ３２の目標発熱量を設定する目標発熱量取得操作を行
う場合に用いられるものであり、例えば、補正用温度検
出器５０は、上方に伸びる保護管本体部５２の管軸を中
心として回動自在とされており、目標発熱量取得操作を
実施する場合には、保護管本体部５２の管軸を中心とし
て回動されることにより、各々の支管部５３Ａ、５３
Ｂ、５３Ｃが、ウエハボート１７によって保持された対
応する高さ位置の半導体ウエハ間に挿入された状態とさ
れる。

【００３４】各々の支管部５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃは、
互いに異なる高さ位置の半導体ウエハ間に挿入されるよ
う形成されていることが好ましく、さらに、熱電対５４
が配設された先端部分が半導体ウエハの中心位置に相当
する位置に達する状態とされていることが好ましい。図
示の例では、保護管５１の上端に連続して水平方向（図
３において左方向）に伸びる第１の支管部５３Ａが、処
理されるべき半導体ウエハのうち最上部に位置されるも
のの上部空間に、補正用温度検出器５０において最下位
置に位置される第３の支管部５３Ｃが、処理されるべき
半導体ウエハのうち最下部に位置されるものの上部空間
に、第１の支管部５３Ａと第３の支管部５３Ｃとの間の
高さレベルに位置される第２の支管部５３Ｂが、処理さ
れるべき半導体ウエハのうち中央部に位置されるものの
上部空間に、それぞれ配置されている。

【００３５】次に、以上の構成からなる縦型熱処理装置
において実施される半導体ウエハに対する熱処理につい
て説明する。先ず、ローディングエリアＬにおいて、半
導体ウエハの移載が行われて半導体ウエハが保持された
状態のウエハボート１７が、蓋体２０が最下位置にある
ときのボートサポート２２Ａ上に載置された後、昇降機
構２１により蓋体２０が上方向に駆動されてウエハボー
ト１７が下端開口１１Ｃから処理容器１１内に搬入され
ると共に、蓋体２０により処理容器１１の下端開口１１
Ｃが気密に閉塞された状態とされて、排気手段が作動さ
れて処理容器１１内が所定の圧力、例えば６×１０^-4Ｐ
ａ程度に減圧される。ここに、例えばウエハボート１７
における最上部および最下部の載置部には、模擬的な半
導体ウエハ（ダミーウエハ）が載置される。

【００３６】次いで、半導体ウエハを熱処理すべき、筒
状ヒータ３０および面状ヒータ３２の目標発熱量を設定
する目標発熱量取得操作が実行される。すなわち、補正
用温度検出器５０が、その保護管本体部５２の管軸を中
心として回動されて、各々の支管部５３Ａ、５３Ｂ、５
３Ｃが互いに異なる高さ位置の半導体ウエハ間に挿入さ
れた後、筒状ヒータ３０および面状ヒータ３２が、半導
体ウエハが所定の目標加熱温度となるよう設定された基
準発熱量で作動されて、制御用温度検出器４０により検
出される制御対象温度が実質的に安定した状態になった
ときにおいて、補正用温度検出器５０による半導体ウエ
ハの温度検知が行われると共に、制御用温度検出器４０
による温度検知が引き続いて行われる。ここに、「実質
的に安定した状態」とは、制御用温度検出器４０による
制御対象温度の変動幅が例えば±０．５〜±１．０℃の
範囲内にある状態をいい、例えば、筒状ヒータ３０およ
び面状ヒータ３２を作動させてから２時間以上経過した
ときには、通常、十分に安定した状態に達する。

【００３７】そして、制御用温度検出器４０の各々の熱
電対４２により検出された各制御対象温度および補正用
温度検出器５０の各々の熱電対５４により検出された各
制御目標温度が制御部３１に入力され、補正用温度検出
器５０により検出される制御目標温度が、半導体ウエハ
を処理すべき目標加熱温度と実質的に一致している場合
に、制御部３１において、各々対応した高さレベルにお
ける温度データが対比される。一方、補正用温度検出器
５０により検出される制御目標温度が半導体ウエハを処
理すべき目標加熱温度と実質的に一致していない場合に
は、筒状ヒータ３０および面状ヒータ３２の基準発熱量
が再設定されて上記の工程が繰り返して行われる。

【００３８】そして、加熱領域Ｚ１に対応する位置に載
置された半導体ウエハについて、補正用温度検出器５０
による制御目標温度に対する制御用温度検出器４０によ
る制御対象温度の温度差に応じて、筒状ヒータ３０によ
る加熱領域Ｚ１に対する基準発熱量が面状ヒータ３２の
発熱量を考慮して補正されて、加熱領域Ｚ１に対応する
位置に載置された半導体ウエハに対して筒状ヒータ３０
の目標発熱量が決定される。以上のような操作が他の加
熱領域Ｚ２、Ｚ３についても行われる。

【００３９】補正用温度検出器５０が回動されて半導体
ウエハ間に存在しない状態とされた後、回転駆動手段２
３によりウエハボート１７が回転された状態で、ガス供
給配管１５より処理容器１１内に適宜の処理ガスが導入
されて、半導体ウエハに対して成膜処理が行われる。

【００４０】而して、上記の縦型熱処理装置によれば、
半導体ウエハについて熱処理を行うに際して予め実施さ
れる目標発熱量取得操作において、補正用温度検出器５
０によって半導体ウエハの温度が高い忠実度で検出され
るので、補正用温度検出器５０による制御目標温度が半
導体ウエハを熱処理すべき目標加熱温度に実質的に一致
させた状態において、補正用温度検出器５０による制御
目標温度と制御用温度検出器４０による制御対象温度と
の温度差に応じて、基準発熱量を補正することにより、
筒状ヒータ３０および面状ヒータ３２の発熱量を正確に
制御することができ、従って、半導体ウエハについて、
所望の熱処理を安定的に行うことができる。

【００４１】また、制御用温度検出器４０による検知温
度が安定した状態において、目標発熱量取得操作が実施
されるので、補正用温度検出器５０による制御目標温度
と、制御用温度検出器４０による制御対象温度との正確
な温度差を確実に取得することができ、従って、筒状ヒ
ータ３０および面状ヒータ３２の発熱量の制御を正確に
行うことができる。

【００４２】また、補正用温度検出器５０における各々
の支管部５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃが互いに異なる高さ位
置の半導体ウエハ間に配置されるので、それぞれの高さ
位置について独立して温度制御を行うことができ、従っ
て、実際に半導体ウエハを熱処理する際には、半導体ウ
エハが配置される高さ位置にかかわらず、すべての半導
体ウエハに対して、実質的に均一に、しかも所期の温度
状態において、半導体ウエハについて熱処理を行うこと
ができる。さらに、熱電対５４、５４、５４が配設され
た支管部５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃの先端部分が、半導体
ウエハの中心位置に相当する位置に達する状態とされて
いることにより、実質的に半導体ウエハからの放射光の
みを検出することができるので、確実に、半導体ウエハ
の温度を高い忠実度で検出することができる。

【００４３】また、補正用温度検出器５０が、熱電対５
４、５４、５４が支管部５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃ内に配
設された状態、換言すれば、熱電対５４の金属素線等が
処理容器１１内の雰囲気に曝露されていない状態とされ
ているので、例えばパーティクルや半導体ウエハに対す
る金属汚染などが生じることを確実に防止することがで
きる。これにより、半導体ウエハに直接的に熱電対を配
設して半導体ウエハの温度を検出する構成のものであれ
ば、目標発熱量を設定する操作の後の必要とされる石英
治具の交換作業や洗浄処理が不要となり、半導体ウエハ
について所望の熱処理を有利に実施することができる。

【００４４】また、保護管５１の基端側部分に、その全
周にわたる環状溝５８が形成されていることにより、こ
の環状溝５８がマニホールド１２の側壁に嵌合された状
態で処理容器１１内に配置されてストッパとして機能す
るので、処理容器１１内が減圧状態とされたときにも、
補正用温度検出器５０が処理容器１１内に引き込まれる
ことを確実に防止することができる。

【００４５】以上においては、補正用温度検出器５０に
おける保護管５１内が不活性ガス雰囲気とされている
が、保護管内５１を減圧状態として、保護管５１の基端
側部分において、気密に封止された構成とすることがで
きる。この場合には、処理容器１１内が減圧状態とされ
た際に、何らかの原因によって保護管５１が破損した場
合であっても、その破片が処理容器１１内に飛散するこ
とを確実に防止することができる。また、制御用温度検
出器４０についても、同様の構成とすることができる。

【００４６】＜実験例＞以下、図１に示す構成の縦型熱
処理装置による実験例について説明する。ウエハ径が２
００ｍｍの半導体ウエハ２５枚が１５．６ｍｍのピッチ
で上下方向に多段に載置されると共に、最上部および最
下部に模擬的なダミーウエハが載置されたウエハボート
（１７）を処理容器（１１）内に収容し、すべての半導
体ウエハが８００℃（目標加熱温度）となるよう設定さ
れた基準発熱量で筒状ヒータ（３０）および面状ヒータ
（３２）を作動させた。そして、加熱を開始してから２
時間経過した後、制御用温度検出器（４０）および補正
用温度検出器（５０）による温度検知を行ったところ、
制御用温度検出器（４０）により検出された制御対象温
度は８００℃、補正用温度検出器（５０）により検出さ
れた制御目標温度は８０３℃であった。

【００４７】そして、制御対象温度が７９８℃となるよ
う、制御目標温度と制御対象温度との温度差３℃に応じ
て基準発熱量を補正して目標発熱量を設定し、設定され
た目標発熱量で筒状ヒータ（３０）および面状ヒータ
（３２）を作動させたところ、補正用温度検出器（５
０）により検出された制御目標温度が８００℃となり、
すべての半導体ウエハについて所期の熱処理を行うこと
ができた。温度安定時における半導体ウエハ、制御用温
度検出器（４０）および補正用温度検出器（５０）の温
度の経時的変化を示すグラフを図５に示す。

【００４８】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、本発明は上記の形態に限定されるものではなく、
種々の変更を加えることができる。例えば、補正用温度
検出器における支管部の数、支管部が挿入される位置お
よびその他の構成は、特に制限されるものではなく、例
えば、一度の処理において処理されるべき被処理体の
数、大きさ（外径寸法）などに応じて適宜変更すること
ができる。また、上記の実施例においては、補正用温度
検出器の支管部が筒状ヒータによる加熱領域の各々に対
応した状態で配置される状態とされているが、筒状ヒー
タによる加熱領域に対応した位置に配置する必要はな
い。

【００４９】保護管本体部の先端側部分および各々の支
管部に配設される熱電対の数および位置についても、特
に制限されるものではなく、例えば、一つの支管部に複
数の熱電対が、支管部内において水平方向に互いに離間
する状態で配設されていてもよい。

【００５０】さらに、目標発熱量取得操作は、実際に処
理すべき被処理体についてではなく、模擬的な被処理体
（ダミーウエハ）について行われてもよい。

【００５１】本発明は、成膜処理に限らず、例えば酸化
処理、拡散処理、アニール処理等を行う熱処理装置に適
用することができる。

【００５２】

【発明の効果】本発明の熱処理方法によれば、熱処理が
行われるべき被処理体について処理を行うに際して予め
実施される目標発熱量取得操作において、被処理体間に
配置される温度補正用の温度検出器によって被処理体の
温度が高い忠実度で検出されるので、温度補正用の温度
検出器による制御目標温度を被処理体を熱処理すべき目
標加熱温度に実質的に一致させた状態において、温度補
正用の温度検出器による制御目標温度と温度制御用の温
度検出器による制御対象温度との温度差に応じて加熱手
段の基準発熱量が補正されることにより、加熱手段の発
熱量の制御を正確に行うことができ、従って、被処理体
について、所望の熱処理を安定的に行うことができる。

【００５３】本発明の縦型熱処理装置によれば、上記の
方法が確実に実行されるので、被処理体の温度を高い忠
実度で検出することができ、その結果、加熱手段の発熱
量の制御を正確に行うことができ、従って、被処理体に
ついて、所望の熱処理を安定的に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の縦型熱処理装置の一例における構成の
概略を示す説明用断面図である。

【図２】制御用温度検出器の構成の一例を示す説明用断
面図である。

【図３】補正用温度検出器の構成の一例を示す説明用断
面図である。

【図４】図３に示す補正用温度検出器の封止構造の一例
を示す説明用断面図である。

【図５】温度安定時における半導体ウエハ、制御用温度
検出器および補正用温度検出器の温度の経時的変化を示
すグラフである。

【符号の説明】

１１ 処理容器（プロセスチューブ） １１Ａ 内管 １１Ｂ 外管 １１Ｃ 下端開口 １１１ 下端フランジ部分 １２ マニホールド １２Ａ フランジ部分 １３ フランジ押え １４ 内管支持部 １５ ガス供給配管 １６ 排気部 １７ ウエハボート ２０ 蓋体 ２１ 昇降機構 ２２ 支持部材 ２２Ａ ボートサポート ２３ 回転駆動手段 ２４ 保温筒 ３０ 筒状ヒータ ３１ 制御部 ３２ 面状ヒータ ４０ 制御用温度検出器 ４１ 保護管 ４２ 熱電対 ４４ 絶縁部材 ４４Ａ ビーズ ４５ 封止材 ５０ 補正用温度検出器 ５１ 保護管 ５２ 保護管本体部 ５３Ａ〜５３Ｃ 支管部 ５４ 熱電対 ５６ 絶縁部材 ５６Ａ ビーズ ５７ 封止材 ５８ 環状溝 ６０ 端部構造体 ６１ 補助管 ６２ 熱収縮チューブ ６３ スリーブ状絶縁部材 Ｌ ローディングエリア Ｚ１〜Ｚ３ 加熱領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/22 Ｈ０１Ｌ 21/22 ５１１Ｑ 21/324 21/324 Ｔ (72)発明者 滝澤 剛 東京都港区赤坂五丁目３番６号 ＴＢＳ放 送センター 東京エレクトロン株式会社内 (72)発明者 アイクマン 香留樹 東京都港区赤坂五丁目３番６号 ＴＢＳ放 送センター 東京エレクトロン株式会社内 Ｆターム(参考） 4K030 FA10 KA04 KA23 KA41 LA15 4K061 AA01 BA11 DA05 FA07 GA02 GA06 5F045 BB08 BB14 DP19 EK05 EK06 EK21 EK27 EK30

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の被処理体を高さ方向に所定間隔で
   保持する被処理体保持具を処理容器内に収容し、処理容
   器に設けられた加熱手段によって加熱することにより、
   被処理体について所定の熱処理を行う熱処理方法であっ
   て、 熱処理されるべき被処理体について処理を行うに際し
   て、予め、下記（１）〜（３）に示す工程を含む、被処
   理体の熱処理が行われるべき加熱手段の目標発熱量を取
   得する目標発熱量取得操作を行うことにより、加熱手段
   の目標発熱量を設定する工程を有することを特徴とする
   熱処理方法。 （１）被処理体の温度が目標加熱温度となるよう設定さ
   れた基準発熱量で加熱手段を作動させた状態において、
   処理容器内において高さ方向に伸びるよう配置された温
   度制御用の温度検出器により、被処理体が目標加熱温度
   となるよう加熱手段の発熱量を制御するに際して参照さ
   れる被処理体の制御対象温度を検出する工程。 （２）被処理体間に挿入された状態で配置された温度補
   正用の温度検出器により、目標加熱温度と実質的に一致
   する被処理体の制御目標温度を検出する工程。 （３）温度制御用の温度検出器により検出される被処理
   体の制御対象温度と、温度補正用の温度検出器により検
   出された被処理体の制御目標温度とを対比して、制御対
   象温度が制御目標温度となるよう、制御目標温度と制御
   対象温度との温度差に応じて基準発熱量を補正すること
   により、被処理体を熱処理すべき加熱手段の目標発熱量
   を決定する工程。
2. 【請求項２】 目標発熱量取得操作は、加熱手段が基準
   発熱量で作動されて温度制御用の温度検出器により検出
   される制御対象温度が実質的に安定した状態において行
   われることを特徴とする請求項１に記載の熱処理方法。
3. 【請求項３】 目標発熱量取得操作においては、温度補
   正用の温度検出器による被処理体の温度検知が、互いに
   異なる高さ位置の被処理体間で行われることを特徴とす
   る請求項１または請求項２に記載の熱処理方法。
4. 【請求項４】 目標発熱量取得操作においては、温度補
   正用の温度検出器による被処理体の温度検知が、当該被
   処理体の中央位置において行われることを特徴とする請
   求項１乃至請求項３のいずれかに記載の熱処理方法。
5. 【請求項５】 被処理体を処理する際には、温度補正用
   の温度検出器が被処理体間に存在しない状態で行われる
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記
   載の熱処理方法。
6. 【請求項６】 複数の被処理体が水平となる状態で高さ
   方向に所定間隔で保持された被処理体保持具を処理容器
   内に収容し、処理容器に設けられた加熱手段によって加
   熱することにより、被処理体について所定の熱処理を行
   う縦型熱処理装置において、 処理容器内には、被処理体の温度が当該被処理体の処理
   が行われるべき目標加熱温度となるよう加熱手段の発熱
   量を制御するに際して参照される制御対象温度を検出す
   る温度制御用の温度検出器と、加熱手段の発熱量を補正
   するに際して参照される、目標加熱温度と実質的に一致
   する制御目標温度を検知する温度補正用の温度検出器と
   が設けられており、 温度補正用の温度検出器は、高さ方向に伸びる直管状の
   保護管本体部と、この保護管本体部より、互いに高さ方
   向に離間した状態で、各々、保護管本体部の管軸方向と
   直交する方向に伸びる複数の支管部とよりなる保護管を
   備え、各々の支管部には、熱電対が配設されてなり、 各々の支管部が、互いに異なる高さ位置の被処理体間に
   挿入された状態で配置されるよう設けられていることを
   特徴とする縦型熱処理装置。
7. 【請求項７】 温度補正用の温度検出器は、被処理体の
   熱処理を行うに際して、各々の支管部が被処理体間に存
   在しないよう、保護管本体部の管軸を中心に回動可能に
   設けられていることを特徴とする請求項６に記載の縦型
   熱処理装置。
8. 【請求項８】 少なくとも温度補正用の温度検出器に
   は、保護管の基端側部分に、保護管の全周にわたって形
   成された環状溝が形成されていることを特徴とする請求
   項６または請求項７に記載の縦型熱処理装置。
9. 【請求項９】 少なくとも温度補正用の温度検出器は、
   保護管内が減圧状態とされていると共に、保護管の基端
   側部分が気密に封止されていることを特徴とする請求項
   ６乃至請求項８のいずれかに記載の縦型熱処理装置。