JP2003059837A - 熱処理装置及び熱処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数ゾーンに分割された熱処理雰囲気内で基
板の処理を行うにあたり、各ゾーン毎の温度を速やかに
安定させると共に、スループットの向上を図ること。 【解決手段】 反応容器の側方に上下に３分割したヒー
タを設け、各ヒータ毎にに別個の制御部を用意する。各
制御部には各々が受け持つ熱処理雰囲気（ゾーン）の温
度を検出できるように、反応管の内外に設けた内部熱電
対と外部熱電対とが接続されるが、中段の外部熱電対は
上下段に対応する制御部にも接続する。上下段の制御部
には、中段における外部熱電対による温度検出値を温度
目標値として演算し、ヒータの制御信号を出力する第１
の演算部が備えられており、反応管に基板を搬入する際
に、中段の温度検出値と温度目標値に基づき温度制御を
行う中段の制御部に追従させた温度制御を行うことが可
能となっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ等の
基板に対して熱処理を行う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工程において用い
られる、多数枚の半導体ウエハ（以下ウエハという）に
対して例えばＣＶＤ（chemical vapor deposition）に
よる成膜処理や酸化、拡散処理といった熱処理を一括し
て行う縦型熱処理装置がある。この装置はウエハボート
と呼ばれる保持具に多数枚のウエハを棚状に保持させ、
その後例えば縦型の熱処理炉内に前記保持具を例えば下
方側から搬入し、処理雰囲気を所定の温度の加熱雰囲気
にして、熱処理を行うものである。一般に熱処理炉は、
被加熱ゾーンを上下に複数に分割し、各ゾーン毎に温度
制御することができるように、複数の加熱手段及び各々
に対応する温度制御手段を備えた構成とされている。

【０００３】ところで本発明者は、加熱手段としてカー
ボンワイヤヒータを使用した図８に示すような縦型熱処
理装置を検討している。図８中、１０１は下方側が開口
する反応容器であり、その周囲には例えば上下３段に分
割されたヒータ２００が設けられている。ヒータ２００
は、熱処理領域の大部分を加熱するメインヒータ２０
２、及びその上下に設けられるサブヒータ２０１，２０
３により構成されている。この装置では、多数枚のウエ
ハＷを棚状に保持するウエハボート１０３が、開口部１
０２を介して反応管１０１内に搬入されると、該ウエハ
ボート１０３の下端に設けられる蓋体１０４が開口部１
０２を塞ぎ、反応管１０１内を所定温度に加熱して所定
の熱処理が行われる。

【０００４】また、各ヒータ２００が受け持つ熱処理雰
囲気の温度を夫々検出するように、反応管１０１の内側
には内部熱電対３００（３０１〜３０３）が、また各ヒ
ータ２００の近傍部位には外部熱電対４００（４０１〜
４０３）が夫々設けられており、各熱電対３００、４０
０から得られる温度検出値を各ヒータ２００（２０１〜
２０３）毎に設けられる制御部５００（５０１〜５０
３）へ取り込むように構成されている。即ち、制御部５
００（５０１〜５０３）は前記温度検出値と各段毎に設
定される温度目標値とに基づいて、対応するヒータ２０
０（２０１〜２０３）毎に別個の発熱量制御を行うこと
が可能となっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ウエハボー
ト１０３の搬入時において下部側のサブヒータ２０３近
傍は、開口部１０２を介して反応管１０１内へ流入する
外部雰囲気の影響を受け、メインヒータ２０２近傍に比
べて温度が低くなっている。このような状況下で開口部
１０２から冷えた（反応管１０１内の雰囲気よりも温度
の低い）ウエハＷ及びウエハボート１０３が搬入される
と、先ずサブヒータ２０３近傍の温度が更に低下し、そ
してウエハボート１０３が上昇するにつれてメインヒー
タ２０２近傍及び上部側のサブヒータ２０１近傍も影響
を受けて温度が低下する。

【０００６】従ってヒータ２００近傍の温度は上部側ほ
ど高くなり、またウエハＷ及びウエハボート１０３の温
度はその位置が上昇するにつれてヒータ２００により温
められて徐々に高くなっていくので、ヒータ２００近傍
における上下方向の温度分布はウエハボート１０３の位
置に応じて刻一刻と変化することとなる。このため下端
部側のサブヒータ２０３近傍の温度がウエハボート１０
３の搬入により急激に低下するので制御部５０３はサブ
ヒータ２０３への投入電力を大きくするように作用す
る。これに対してメインヒータ２０２近傍の温度はウエ
ハボート１０３の投入により低下するがその程度はサブ
ヒータ２０３近傍よりも少ないので制御部５０２による
電力の投入量はそれほど大きくない。このようにメイン
ヒータ２０２の温度制御とサブヒータ２０３の温度制御
とが互いに異なったものとなり、しかもヒータ２００近
傍における上下方向の温度分布の変化に応じてその異な
り方も変化し、更に双方のゾーンの温度変化が互いに影
響し合うこととなる。

【０００７】このような温度制御状態が異なる現象は、
上端部側のサブヒータ２０１とメインヒータ２０２との
間でも起こり、この結果ウエハボート１０３の搬入（ロ
ーディング）終了後における各ヒータ２００近傍の温度
の安定化に時間が掛かってしまうという問題が生じてい
た。ウエハボート１０３の搬入後、通常反応管１０１内
部を所定のプロセス温度まで昇温するが、昇温前に反応
管１０１内の温度が安定していないと昇温後の温度の安
定化に時間がかかってしまうため、結局スループットが
低下することとなってしまう。

【０００８】本発明はこのような事情に基づいてなされ
たものであり、その目的は、複数ゾーンに分割された熱
処理雰囲気内で基板の処理を行うにあたり、各ゾーン毎
の温度を速やかに安定させることができ、スループット
の向上を図ることができる技術を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、熱処理雰囲気
が複数のゾーンに分割された反応容器内に複数の基板を
搬入し、前記反応容器内に処理ガスを導入して熱処理を
行う熱処理装置において、前記複数のゾーンを夫々加熱
するための複数の加熱手段と、各ゾーン毎に設けられた
温度検出部と、温度目標値と各温度検出部の温度検出値
とに基づいて各加熱手段を独立して制御する制御部と、
を備え、一のゾーンに対応する制御部は、前記基板の搬
入時には、他のゾーンに対応する温度検出部の温度検出
値を温度目標値として演算を行い、その演算結果を加熱
手段の制御信号として出力する第１の演算部を備えてい
ることを特徴とする。

【００１０】具体例を示すと、反応容器は縦型に構成さ
れると共に基板は保持具に搭載されて反応容器の下方側
から搬入され、熱処理雰囲気は、上下方向に例えば少な
くとも３段に分割され、前記一のゾーンは例えば最下段
ゾーンであり、前記他のゾーンは、最上段以外のゾーン
である。温度検出部は、例えば加熱手段の温度を検出す
る第１の温度検出部を含み、前記他のゾーンに対応する
温度検出部の温度検出値は第１の温度検出部の温度検出
値である。また温度検出部は、例えば反応容器内の温度
を検出する第２の温度検出部を含み、前記他のゾーンに
対応する温度検出部の温度検出値は第２の温度検出部の
温度検出値である。

【００１１】本発明によれば、基板を反応容器内に搬入
するときに、一のゾーンの温度制御が他のゾーンの温度
制御に追従するため、基板を搬入した後、速やかに反応
容器内の温度が安定し、例えばその後反応容器内の温度
をプロセス温度まで昇温すると、速やかにプロセス温度
に安定する。なお本発明は、基板搬入時の各ゾーンの温
度とプロセス時の各ゾーンの温度とが同じ場合も適用で
きる。

【００１２】制御部についての具体例を示すと、一のゾ
ーンに対応する制御部は、基板の搬入時には、他のゾー
ンに対応する温度検出部の温度検出値を温度目標値とし
て演算を行い、その演算結果を加熱手段の制御信号とし
て出力する第１の演算部と、基板を熱処理するときに
は、当該一のゾーンに設定された専用の温度目標値と当
該一のゾーンに対応する温度検出部の温度検出値とに基
づいて演算を行い、その演算結果を加熱手段の制御信号
として出力する第２の演算部と、を備えたことを特徴と
する。

【００１３】また本発明の他の具体例を示すと、加熱手
段の温度を検出する第１の温度検出部、及び反応容器内
の温度を検出する第２の温度検出部が設けられ、一のゾ
ーンに対応する制御部は、基板の搬入時には、他のゾー
ンに対応する第１の温度検出部または第２の温度検出部
の温度検出値を温度目標値として演算を行い、その演算
結果を加熱手段の制御信号として出力する第１の演算部
と、基板を熱処理するときには、当該一のゾーンに設定
された専用の温度目標値と当該ゾーンに対応する第１の
温度検出部及び第２の温度検出部の各温度検出値とに基
づいて演算を行い、その演算結果を加熱手段の制御信号
として出力する第２の演算部と、を備えたことを特徴と
する。

【００１４】前記一のゾーンに対応する制御部の第１の
演算部は、他のゾーンに対応する温度検出部の温度検出
値に補正値を加算した値と当該一のゾーンに対応する温
度検出部の温度検出値との偏差分に基づいて演算を行
い、その演算結果を加熱手段の制御信号として出力する
構成とすることができる。この場合補正値は、例えば基
板を熱処理するときに一のゾーンに設定された専用の温
度目標値と他のゾーンに対応する温度目標値との差分で
ある。また第１の演算部は、前記偏差分に所定の割合を
掛けた値に基づいて演算を行うようにしてもよい。

【００１５】本発明方法は、熱処理雰囲気が複数のゾー
ンに分割された反応容器内に複数の基板を搬入し、前記
複数のゾーンに夫々対応する複数の加熱手段により各ゾ
ーンの加熱を行うと共に、前記反応容器内に処理ガスを
導入して熱処理を行う熱処理方法において、各ゾーンに
対応する温度を検出する工程と、温度目標値と各ゾーン
毎の温度検出値とに基づき各加熱手段を制御する工程
と、前記基板の搬入時には、一のゾーンにおける温度目
標値として他のゾーンに対応する温度検出値を用いて加
熱手段を制御する工程と、を含むことを特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は本発明を縦型熱処理装置に
適用した実施の形態の全体構成図である。先ずこの縦型
熱処理装置の全体構成について簡単に述べておくと、こ
の装置は、例えば両端が開口している内管１ａ及び上端
が閉塞している外管１ｂからなる例えば石英製の二重構
造の反応管１を備えている。反応管１の周囲には筒状の
断熱体２１がベース体２２に固定して設けられ、この断
熱体２１の内側には加熱手段である例えば抵抗発熱体か
らなるヒータ３及び天井ヒータ３１が設けられている。
ヒータ３は例えば上下に３段分割（３ａ，３ｂ，３ｃ）
して断熱体２１の側壁に設けられ、天井ヒータ３１は天
井部に設けられている。

【００１７】ヒータ３（３ａ〜３ｃ）のうち中段のヒー
タ３ｂは、図１に示すように大部分の熱処理雰囲気を形
成するいわばメインヒータであり、その上下に配置され
るヒータ３ａ及び３ｃは、夫々反応管１の上端部及び下
端部の熱処理雰囲気を形成するメインヒータ３ｂよりも
小型のいわばサブヒータである。ヒータ３の素材として
は、例えば線径１０ミクロン前後の高純度のカーボンフ
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
カーボンワイヤをセラミックス例えば外径が十数ミリの
透明な石英管の中に封止したものを用いることができ
る。なおヒータ３はこれに限定されるものではなく例え
ば鉄−タンタル−カーボン合金などの金属体であっても
よい。

【００１８】内管１ａ及び外管１ｂは下部側にて筒状の
マニホ−ルド２３の上に支持され、このマニホ−ルド２
３には、内管１ａの内側の下部領域に供給口が開口する
ようにガス供給管２４が設けられると共に、内管１ａと
外管１ｂとの間から排気するように図示しない真空ポン
プに一端側が接続された排気管２５が接続されている。
この例では内管１ａ、外管１ｂ及びマニホ−ルド２３に
より反応容器が構成される。

【００１９】更にマニホ−ルド２３の下端開口部を塞ぐ
ように蓋体１１が設けられており、この蓋体１１はボ−
トエレベ−タ１２の上に設けられている。蓋体１１の上
には保温ユニット１３と、ボートエレベータ１２に設け
られる駆動部１４と接続し、保温ユニット１３内部を貫
通して設けられる回転軸１５と、この回転軸１５により
その下端を回転自在に保持される基板保持具をなすウエ
ハボート１６とが設けられている。ウエハボート１６は
多数の基板であるウエハＷを棚状に保持できる構成とさ
れており、また保温ユニット１３は石英フィンなどの断
熱ユニット１３ａ及び発熱体ユニット１３ｂ等を組み合
わせた構成とされている。

【００２０】蓋体１１には、熱電対用の細い石英管４０
が内管１１ａ内の熱処理雰囲気に立ち上げられて貫通し
ており、この石英管４０内には、例えば３段に分割され
た各ヒータ３（３ａ，３ｂ，３ｃ）が受け持つ熱処理雰
囲気の温度を夫々検出するように内部温度検出部である
３個の内部熱電対（第２の温度検出部）４（４ａ，４
ｂ，４ｃ）が設けれている。また内管１ａと外管１ｂと
の間におけるヒータ３（３ａ，３ｂ，３ｃ）の近傍に
は、夫々ヒータ３（３ａ，３ｂ，３ｃ）の温度を夫々検
出する外部温度検出部である外部熱電対（第１の温度検
出部）５（５ａ，５ｂ，５ｃ）が設けられている。

【００２１】そして、各段のヒータ３（３ａ，３ｂ，３
ｃ）に対応して、電力を供給する電力供給部２０（２０
ａ，２０ｂ，２０ｃ）、及び夫々の電力供給部２０（２
０ａ，２０ｂ，２０ｃ）の供給電力を制御して各ヒータ
３（３ａ，３ｂ，３ｃ）の発熱量を制御するための制御
部６，７，８が設けられている。詳細は後述するが関連
部位の配線構成について簡単に説明しておくと、内部熱
電対４（４ａ，４ｂ，４ｃ）及び外部熱電対５（５ａ，
５ｂ，５ｃ）は各々が対応する各段の制御部６，７，８
のいずれかへと接続され、ヒータ３ｂが受け持つ中段に
設けられる外部熱電対５ｂから延びる信号線は、途中で
分岐して制御部７のみならず制御部６及び８へも接続さ
れる。また断熱体２１の天井部に設けた天井ヒータ３１
においても、ヒータ３（３ａ，３ｂ，３ｃ）と同様に熱
電対３２が設けられており、制御部３３から電力供給部
３４を介してヒータ３１に対する給電量をコントロール
することで、発熱量の調節を行う構成とされている。

【００２２】ヒータ３（３ａ，３ｂ，３ｃ）及びこれに
接続する制御部６，７，８において、上記のような配線
構造としている理由は、ヒータ３を各段毎に別個に制御
する場合と、メインヒータをなすヒータ３ｂに対応する
外部熱電対５ｂの温度検出値を他の部位で利用して、ヒ
ータ３ａ及び３ｃではいわゆる追従制御を行う場合とで
切り替える運用を可能とするためであり、以下図２を参
照しながら本実施の形態の要部をなすヒータ３の制御系
の構成について説明を行う。

【００２３】先ず制御部６，８は上述したように２つの
演算方法を使い分ける必要があることから制御部６には
第１の演算部６１及び第２の演算部６２が、制御部８に
は第１の演算部８１及び第２の演算部８２が、夫々設け
られており、演算方法を切り替える必要のない制御部７
には第２の演算部７２のみが設けられている（７１は便
宜的に欠番とする）。即ち、制御部６，８にのみ設けら
れる第１の演算部６１，８１は、制御部６，８が制御部
７に追従（正確には制御部７が受け持つゾーン（熱処理
雰囲気）から得られる温度検出値に追従）する演算を行
う際に使用されるものであるため、上述した外部熱電対
５ｂから延びる信号線は、制御部６では第１の演算部６
１へ、制御部８では第１の演算部８１へと夫々接続され
る。

【００２４】一方、第２の演算部６２，７２，８２で
は、対応するゾーン毎に設けられる内部熱電対及び外部
熱電対から得られる温度検出値と、夫々別個に各ゾーン
専用に設定される温度目標値とに基づいて演算が行われ
るため、第２の演算部６２（７２，８２）には内部熱電
対４ａ（４ｂ，４ｃ），外部熱電対５ａ（５ｂ，５ｃ）
及び目標値出力部６３（７３，８３）が接続される。そ
して第１の演算部６１，８１または第２の演算部６２，
７２，８２にて出力される演算結果は、制御信号として
電力供給部２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）へと出力さ
れる構成とされているが、制御部６（８）では切り替え
部６４（８４）により第１の演算部６１（８１）または
第２の演算部６２（８２）のいずれを使用するか選択で
きるようになっている。

【００２５】ここで第１の演算部６１，８１の構成を説
明するが、これらは同じであるため、第１の演算部８１
を例にとって図３を参照しながら説明する。図中８１１
は比較演算部、８１２は補正値出力部であり、比較演算
部８１１では、中段ゾーンに設けられる外部熱電対５ｂ
の温度検出値を温度目標値とし、この温度目標値から補
正値出力部８１２から出力される補正値を加算し、更に
下段ゾーン設けられる外部熱電対５ｃの温度設定値を差
し引く。前記補正値は中段ゾーン及び下段ゾーンにおけ
るプロセス時の目標温度の差を補正するためのいわば静
的な補正要素であり、具体的には例えば後述する第２の
演算部７２，８２にて用いる目標値出力部７３，８３か
ら出力される双方の温度目標値の差分値である。

【００２６】比較演算部８１１の出力側には、その出力
値（偏差分）ｑ１に対して所定の係数ｋを乗じる乗算部
８１３が設けられる。この演算は、既述のように制御部
８が対応する下段ゾーンは反応管１ａの下方側開口部に
最も近く、ウエハボート１６と共に流入してくる冷たい
空気の影響を受けやすいため、中段ゾーンに比して昇温
に要する加熱出力が多くなるということを考慮し、当該
出力の増加分を出力値に反映するために行ういわば動的
な補正であり、係数ｋの値は例えば１．２（冷気の影響
が小さい上段ゾーンに対応する第１の演算部６１では例
えば０．８）が用いられる。この出力値に対しては積分
要素Ｉ１、比例要素Ｐ１、微分要素Ｄ１についての各種
演算（ＰＩＤ演算）が行われ、混合部８１４を介して前
記偏差分ｑ１に応じた電力供給を行うための出力値Ｂ１
が出力される構成となっている。

【００２７】次に第２の演算部６２，７２，８２の構成
を説明するが、上述した第１の演算部の場合と同様にい
ずれも同様の構成であるため、第２の演算部８２を例に
とって図４を参照しながら説明する。この第２の演算部
８２は、内部熱電対４ｃにおける温度検出値をメジャー
ループに、外部熱電対５ｃの温度検出値をマイナールー
プに組み込んだカスケード制御を行って制御信号Ｂ２を
得るものであり、８２１〜８２４は比較演算部、Ｉ１は
積分要素、Ｐ２は比例要素、Ｄ２は積分要素を示す。

【００２８】ところで、これまで説明してきた制御部６
は、実際にはＣＰＵ、プログラムを格納したＲＯＭ及び
温度設定値を記録したメモリなどにより構成され、また
は各演算プログラムによりソフト的に行われるものであ
るが、本実施の形態ではこのような演算をハード構成で
行ってもよい。また切り替え部８４（６４）における第
１の演算部８１（６１）から第２の演算部８２（６２）
への切り替えのタイミングは、例えばウエハボート１６
を搬入した後昇温前に反応容器内の温度が安定したこと
を検出したとき、或いはウエハボート１６を搬入した後
所定時間が経過した後などとすることができ、その逆の
切り替えのタイミング例えばプロセス後に反応容器内が
所定の温度に降温したときなどとすることができる。

【００２９】次に上述実施の形態の作用について説明す
る。上記の装置におけるウエハＷに対する加熱は、該反
応管１の側方側に設けられるヒータ３と上部側に設けら
れる天井ヒータ３１とで行われるが、本実施の形態にお
ける要部は分割して設けられるヒータ３（３ａ，３ｂ，
３ｃ）の制御方式にあることから、この点に着目しなが
ら図５も参照して説明を行う。先ず基板であるウエハＷ
を棚状に搭載したウエハボート１６は、図５のｔ１時点
においてボ−トエレベ−タ１２を上昇させることで反応
容器（反応管１及びマニホ−ルド２３）内へと搬入され
始める。このとき反応管１内は既に所定の温度例えば６
００℃程度となるように加熱されており、上下段ゾーン
に対応する制御部６，８では、既述のように中段ゾーン
の温度制御に追従するように切り替え部６４，８４にて
第１の演算部６１，８１が選択されている。

【００３０】先ずウエハボート１６の上端部が反応容器
内に進入し始めると、ウエハボート１６及びウエハＷは
それまで反応容器の外に位置していたので冷えており、
このためサブヒータ３ｃの受け持ち範囲である反応容器
の下段ゾーンの温度が一旦低くなる。またメインヒータ
３ｂの受け持ち範囲である中段ゾーンの温度も冷たいウ
エハボート１６の影響を受けて、下段ゾーンよりも程度
は小さいが低くなる。そしてウエハボート１６が中段ゾ
ーンに到達すると、この中段ゾーンの温度も低下する
が、ウエハボート１６及びウエハＷは反応容器内を上昇
するにつれて徐々に温められていくため、ウエハボート
１６の搬入前の中段ゾーンの温度よりも低くなるとはい
っても下段ゾーン程低くはならない。

【００３１】こうしてウエハボート１６が反応容器内に
搬入されると、下段ゾーンが一番冷やされ、中段ゾーン
も冷やされ、上段ゾーンがわずかに冷却されることにな
る。下段ゾーンに対応する制御部８では外部熱電対５ｃ
の温度が低くなるのでサブヒータ３ｃへの供給電力を急
激に大きくしようとするが、温度目標値である中段ゾー
ンの温度検出値も低下するのでこの低下に応じてサブヒ
ータ３ｃへの電力供給量の増加が少し抑えられる。その
後は中段ゾーンの温度検出値の上昇に伴い、下段のサブ
ヒータ３ｃの温度が高くなっていく。そして中段ゾーン
では外部熱電対５ｂの温度が温度目標値を越えてオーバ
シュートした状態となり、以後は外部熱電対５ｂの温度
が温度目標値に向かって低下し、この温度の動きに追従
して下段のサブヒータ３ｃへの電力供給量が制御され、
サブヒータ３ｃの温度が中段のサブヒータ３ｃの温度の
収束に合わせて温度目標値に収束していく。

【００３２】また上段のサブヒータ３ａにおいても中段
のメインヒータ３ｂの温度の動きに追従して電力供給量
が制御され、サブヒータ３ａの温度が中段のメインヒー
タ３ｂの温度の収束に合わせて温度目標値に収束してい
く。なおサブヒータ３ｃ（３ａ）が収束する温度は、図
３で示したように中段の温度検出値に補正値を加算する
演算を行っているので、例えば熱処理時（プロセス時）
に中段ゾーンよりも下段ゾーンの温度目標値が例えば１
０℃高ければ、下段のサブヒータ３ｃが収束する温度
は、メインヒータ３ｂの温度よりも１０℃高い値とな
る。

【００３３】そしてｔ２時点にてウエハボート１６の搬
入が完了し、ｔ３時点まで反応容器内の各ゾーンの温度
が安定すると、制御部６，８は第１の演算部６１，８１
から第２の演算部６２，８２に切り替えてヒータ３ａ，
３ｃの電力制御を行い、ｔ３時点から昇温を開始し、所
定のプロセス温度まで加熱した後、ｔ４時点（詳しくは
各ゾーンがプロセス温度に安定した後）においてウエハ
Ｗに対して熱処理を行う。この熱処理の一例としては、
例えば反応容器内を８００℃程度に維持し、所定の成膜
ガスをガス供給管２３から反応容器内に供給すると共に
排気管２５から真空排気して所定の真空度に維持し、ウ
エハＷに対して成膜処理を行うプロセスを挙げることが
できる。なお第１の演算部６１，８１から第２の演算部
６２，８２への切り替えは、昇温途中あるいはプロセス
温度に安定したときであってもよい。ｔ５時点において
ウエハＷ表面に所定の成膜が形成されると、例えば搬入
時の温度である６００℃程度まで降温した後、例えばｔ
６時点において搬入時とは逆の手順でウエハボート１６
の搬出が行われる。

【００３４】これまで述べてきたように、上述実施の形
態によれば複数分割して設けられるヒータ３（３ａ，３
ｂ，３ｃ）の温度制御において、上下段ゾーンの加熱制
御を受け持つ制御部６，８は、ウエハＷの搬入時に中段
ゾーンの温度検出値を温度目標値としてこれと自己のゾ
ーンの温度検出値とに基づいて温度制御を行っているた
め、各ゾーンの温度が速やかに温度目標値に安定する。
例えば下段のサブヒータ３ｃ近傍については、ウエハボ
ート１６の搬入により温度が低下するが、温度目標値で
ある中段のメインヒータ３ｂ近傍の温度も低下するた
め、温度目標値と温度検出値との偏差分が小さくなり、
サブヒータ３ｃの発熱量の増加が緩やかになる。そして
サブヒータ３ｃ近傍の温度は本来の温度目標値を越えて
オーバシュートし、今度はサブヒータ３ｃの発熱量が小
さくなろうとする（温度が低くなろうとする）が、メイ
ンヒータ３ｂ近傍の温度に追従するので、従来のように
温度目標値が一定だった場合に比べて温度の低下が緩や
かになり、この結果温度の上下の振れが抑えられて温度
目標値に速やかにソフトランディングする。また上段の
サブヒータ３ａ近傍についてもメインヒータ３ｂ近傍の
温度に追従するので、温度が温度目標値に速やかに安定
する。

【００３５】更に冷たいウエハボート１６及びウエハＷ
が反応容器内に搬入されるときに、各ゾーンの温度がウ
エハボート１６及びウエハＷから影響を受ける度合いに
応じて制御部６，８の第２の演算部６２，８２の中に、
中段ゾーンにおける制御部７に対する追従割合を組み込
んでいる。例えば上述の例では、上段のゾーンが受ける
影響の度合いは中段のゾーンが受ける影響の度合いより
も小さく、また下段のゾーンが受ける影響の度合いは中
段のゾーンが受ける影響の度合いよりも大きいことか
ら、上段ゾーンにおける制御部７の追従割合は０．８、
下段ゾーンにおける制御部８の追従割合は１．２に夫々
設定している。図６は、中段ゾーンの外部熱電対５ｂの
温度検出値の変化と、追従割合を５％，３０％，１００
％に変えたときの上段ゾーンの各温度検出値とを示した
ものであり、この図から分かるように、上段ゾーンの外
部熱電対５ａの温度検出値の変化幅は追従割合が大きく
なれば増加し、追従割合が小さくなれば減少する。従っ
て上述の実施の形態のようにメインヒータ３ｂに対する
サブヒータ３ａ，３ｃの温度制御の追従する割合を調整
しておくことにより、ウエハボート１６の搬入時の反応
容器内の温度分布に見合った温度制御を上段ゾーン、下
段ゾーンの夫々で行うことができ、この点からも各ゾー
ンの温度が温度目標値に速やかに安定する。「発明が解
決しようとする課題」の項目で述べたようにウエハボー
ト１６の搬入後の各ゾーンの温度安定時間がスループッ
トを大きく左右することから、この実施の形態ではスル
ープットを向上させることができる。

【００３６】図７は、図１に示す縦型熱処理装置におい
て、ウエハボート１６が反応容器内に搬入される前のサ
ブヒータ３ａ近傍，メインヒータ３ｂ近傍，サブヒータ
３ｃ近傍の温度が夫々５７５℃，５７３℃，５６０℃に
安定している状態からウエハボート１６の搬入を行った
ときの各ヒータ３ａ〜３ｃ近傍の温度の経時変化をシュ
ミレーションした結果を示すものである。ウエハボート
１６の搬入を開始してから各ヒータ３ａ〜３ｃ近傍の温
度が安定化するまでの時間はおよそ１３分間であり、ウ
エハＷの搬入時に各ゾーンの温度が短時間で安定するこ
とが分かる。

【００３７】なお、第１の演算部６１，８１の説明にお
いて、上下段の各ゾーンにおける中段ゾーンとの誤差調
整を行う演算方法として、予め定めた係数ｋを掛け合わ
せる手法を記載したが、ウエハボート１６の上昇時にお
いて、当該ウエハボート１６の位置に応じてｋを変化さ
せるようにしてもよい。また本実施の形態では、ウエハ
Ｗの搬入時に各制御部６，７，８に夫々対応する内部熱
電対４ａ〜４ｃの温度検出値を取り込み、制御部６，８
においては中段ゾーンの内部熱電対４ｂの温度検出値を
温度目標値として夫々内部熱電対４ａ，４ｃの温度検出
値と比較し、その偏差分に応じてサブヒータ３ａ，３ｃ
の温度制御を行うと共に、制御部７においては専用の温
度目標値と内部熱電対４ｂの温度検出値との偏差分に応
じてメインヒータ３ｂを制御するようにしてもよい。更
にまた本実施の形態は、下段のサブヒータ３ｃについて
のみ、中段ゾーンに対応する温度検出値を温度目標値と
する追従制御を行うようにしてもよい。

【００３８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、複数ゾー
ンに分割された熱処理雰囲気内で基板の処理を行うにあ
たり、各ゾーン毎の温度を速やかに安定させることがで
き、スループットの向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る熱処理装置の実施の形態を示す縦
断面図である。

【図２】本実施の形態にて使用される制御部及びその関
連部位を示すブロック図である。

【図３】前記制御部内に設けられる第１の演算部の内部
構成を示すブロック図である。

【図４】前記制御部内に設けられる第２の演算部の内部
構成を示すブロック図である。

【図５】本実施の形態における温度の経時変化と使用す
る演算部との関係を示す作用説明図である。

【図６】前記第１の演算部における作用を説明するため
に作用説明図である。

【図７】ウエハボート搬入時の各外部熱電対における温
度変化の様子を示す特性図である。

【図８】従来の熱処理装置の全体構造を示す縦断面図で
ある。

【符号の説明】

Ｗ 半導体ウエハ １ 反応管 １６ ウエハボート ２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ） 電力供給部 ２１ 断熱体 ３（３ａ，３ｂ，３ｃ） ヒータ ４（４ａ，４ｂ，４ｃ） 内部熱電対 ５（５ａ，５ｂ，５ｃ） 外部熱電対 ６，７，８ 制御部 ６１，８１ 第１の演算部 ６２，７２，８２ 第２の演算部 ６３，７３，８３ 目標値出力部 ８１２ 補正値出力部 ８１３ 乗算部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K030 CA04 FA10 JA10 KA24 LA15 4K056 AA09 BA01 BB05 CA18 FA04 FA13 4K061 AA01 AA05 BA11 CA08 DA05 FA07 GA02 5F045 BB08 DP19 DQ05 EC02 EK22 EK27 GB05 GB16

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱処理雰囲気が複数のゾーンに分割され
   た反応容器内に複数の基板を搬入し、前記反応容器内に
   処理ガスを導入して熱処理を行う熱処理装置において、 前記複数のゾーンを夫々加熱するための複数の加熱手段
   と、 各ゾーン毎に設けられた温度検出部と、 温度目標値と各温度検出部の温度検出値とに基づいて各
   加熱手段を独立して制御する制御部と、を備え、 一のゾーンに対応する制御部は、前記基板の搬入時に
   は、他のゾーンに対応する温度検出部の温度検出値を温
   度目標値として演算を行い、その演算結果を加熱手段の
   制御信号として出力する第１の演算部を備えていること
   を特徴とする熱処理装置。
2. 【請求項２】 温度検出部は、加熱手段の温度を検出す
   る第１の温度検出部を含み、前記他のゾーンに対応する
   温度検出部の温度検出値は第１の温度検出部の温度検出
   値であ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】 温度検出部は、反応容器内の温度を検出
   する第２の温度検出部を含み、前記他のゾーンに対応す
   る温度検出部の温度検出値は第２の温度検出部の温度検
   出値であ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】 一のゾーンに対応する制御部は、 基板の搬入時には、他のゾーンに対応する温度検出部の
   温度検出値を温度目標値として演算を行い、その演算結
   果を加熱手段の制御信号として出力する第１の演算部
   と、 基板を熱処理するときには、当該一のゾーンに設定され
   た専用の温度目標値と当該一のゾーンに対応する温度検
   出部の温度検出値とに基づいて演算を行い、その演算結
   果を加熱手段の制御信号として出力する第２の演算部
   と、を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいず
   れかに記載の熱処理装置。
5. 【請求項５】 加熱手段の温度を検出する第１の温度検
   出部、及び反応容器内の温度を検出する第２の温度検出
   部が設けられ、 一のゾーンに対応する制御部は、 基板の搬入時には、他のゾーンに対応する第１の温度検
   出部または第２の温度検出部の温度検出値を温度目標値
   として演算を行い、その演算結果を加熱手段の制御信号
   として出力する第１の演算部と、 基板を熱処理するときには、当該一のゾーンに設定され
   た専用の温度目標値と当該ゾーンに対応する第１の温度
   検出部及び第２の温度検出部の各温度検出値とに基づい
   て演算を行い、その演算結果を加熱手段の制御信号とし
   て出力する第２の演算部と、を備えたことを特徴とする
   請求項１記載の熱処理装置。
6. 【請求項６】 一のゾーンに対応する制御部の第１の演
   算部は、他のゾーンに対応する温度検出部の温度検出値
   に補正値を加算した値と当該一のゾーンに対応する温度
   検出部の温度検出値との偏差分に基づいて演算を行い、
   その演算結果を加熱手段の制御信号として出力すること
   を特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の熱処
   理装置。
7. 【請求項７】 補正値は、基板を熱処理するときに一の
   ゾーンに設定された専用の温度目標値と他のゾーンに対
   応する温度目標値との差分であることを特徴とする請求
   項６記載の熱処理装置。
8. 【請求項８】 第１の演算部は、前記偏差分に所定の割
   合を掛けた値に基づいて演算を行うことを特徴とする請
   求項６または７記載の熱処理装置。
9. 【請求項９】 反応容器は縦型に構成されると共に基板
   は保持具に搭載されて反応容器の下方側から搬入され、 熱処理雰囲気は、上下方向に少なくとも３段に分割さ
   れ、前記一のゾーンは最下段ゾーンであり、前記他のゾ
   ーンは、最上段以外のゾーン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熱処理装置。
10. 【請求項１０】 熱処理雰囲気が複数のゾーンに分割さ
    れた反応容器内に複数の基板を搬入し、前記複数のゾー
    ンに夫々対応する複数の加熱手段により各ゾーンの加熱
    を行うと共に、前記反応容器内に処理ガスを導入して熱
    処理を行う熱処理方法において、 各ゾーンに対応する温度を検出する工程と、 温度目標値と各ゾーン毎の温度検出値とに基づき各加熱
    手段を制御する工程と、 前記基板の搬入時には、一のゾーンにおける温度目標値
    として他のゾーンに対応する温度検出値を用いて加熱手
    段を制御する工程と、を含むことを特徴とする熱処理方
    法。
11. 【請求項１１】 一のゾーンにおける温度目標値は、他
    のゾーンに対応する温度検出値に補正値を加算した値と
    す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】 補正値は、基板を熱処理するときに一
    のゾーンに設定された専用の温度目標値と他のゾーンに
    対応する温度目標値との差分であることを特徴とする請
    求項１１記載の熱処理方法。
13. 【請求項１３】 前記基板の搬入時において前記一のゾ
    ーンに対応する加熱手段の制御工程は、温度検出値と、
    温度目標値または温度目標値に補正値を加算した値と、
    の偏差分に所定の割合を掛けた値に基づいて演算を行う
    工程を含むことを特徴とする請求項１０ないし１２のい
    ずれかに記載の熱処理方法。