JP2668001B2

JP2668001B2 - 熱処理方法及びその装置

Info

Publication number: JP2668001B2
Application number: JP1044753A
Authority: JP
Inventors: 昇布施; 禎雄坂本; 一二青木
Original assignee: Tokyo Electron Sagami Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Sagami Ltd
Priority date: 1988-02-26
Filing date: 1989-02-23
Publication date: 1997-10-27
Anticipated expiration: 2012-10-27
Also published as: KR0139816B1; JPH02138728A; KR890013712A; US4954684A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）この発明は、熱処理方法及びその装置に関する。

（従来の技術）被処理体例えば半導体ウェハに酸化処理又は拡散処理
等の熱処理を施す場合には、石英ボードに複数のウェハ
を搭載し、このボードを熱処理炉のプロセスチューブ内
に搬入して行なう。このようなウェハの熱処理用の炉と
しては、従来より、プロセスチューブの長手方向を水平
にした横型炉が用いられている（USP3,828,722）。

しかしながら、近時のウェハの大型化、及び搭載する
ウェハ数の増大（例えば150枚）に伴い、熱処理炉を大
型化せざるを得ず、横型炉では以下のような不都合が生
じるようになってきた。すなわち、横型炉ではプロセス
チューブを水平にして設置するため、その長さに応じた
設置面積が必要となり、炉の大型化に伴って設置面積の
増大化を招き、単位面積あたりのコストが高いクリーン
ルームでの設置に適さない。また、横型炉ではウェハを
搭載したボートの自重が直接プロセスチューブにかかる
ため、ウェハ数の増加に伴う重量増加によりプロセスチ
ューブの強度がもたなくなると共に、搬出・搬入方向が
ボートの自重が作用する方向と異なるので、搬入用のフ
ォークの曲り等に起因してボートが直接プロセスチュー
ブに接触する可能性が高くパーティクルが発生しやす
い。

このような不都合を回避するため、近時、半導体ウェ
ハの熱処理炉として縦型のものが多用されるようになっ
てきている（実開昭61−183525、特開昭58−60552
等）。縦型炉においては、プロセスチューブが鉛直に配
設され、例えばプロセスチューブの下端開口部から半導
体ウェハを搭載したボートを搬入して、プロセスチュー
ブの周囲に配設されたヒータによりプロセスチューブ内
を加熱すると共に、プロセスチューブ内に反応ガスを導
入してウェハを熱処理する。

このような縦型炉では、前述の横型炉よりも設置面積
を狭くすることができ、しかもボートをプロセスチュー
ブに非接触の状態でプロセスチューブ内に設置すること
ができるので、前述した横型炉における不都合を回避す
ることができる。さらに、縦型炉は横型炉に比較すると
ウェハに対する温度の均一性、及びプロセスチューブ内
のガス分布の均一性が高く、熱処理工程の歩留が高い。
従って、ウェハの大型化に伴ってプロセスチューブの径
が増大しても適用可能であり、自動化も容易であるとい
う大きな利点を有している。

このような縦型炉を、例えばシリコンエピタキシャル
成長炉に適用する場合には、エピタキシャル成長処理に
おいてプロセスチューブ内を約1000℃に保持する。処理
終了後、ウェハをプロセスチューブ外に搬出する際に、
1000℃程度の高温状態から即座にプロセスチューブ外に
取出すとウエハ表面に不要の酸化膜が形成されたり、成
長したエピタキシャル膜に悪影響を及ぼす虞があるた
め、ウェハを一旦800℃程度まで冷却してから取出す必
要がある。このため、プロセスチューブ周囲のヒータの
出力を低下させるか又はヒータ電源をOFFにして、プロ
セスチューブ内でウェハを800℃まで冷却している。

（発明が解決しようとする課題）しかし、縦型炉は前述したようにウェハの大型化に対
応して用いられているものであるため、通常、ヒータの
熱容量が大きい。従って、たとえヒータ電源をOFFにし
たとしても、炉自体が冷却されにくいため、プロセスチ
ューブ内のウェハの温度が約1000℃から800℃まで低下
するのにエピタキシャル成長処理時間の数倍という長時
間を要する。このため、エピタキシャル成長処理自体が
例えば10分程度で終了したとしても、１サイクルの熱処
理全体に要する時間が１時間を超えるような長時間が必
要となり、スループットを向上させることができない。

この発明は、上述した従来技術を解決するためになさ
れたものであり、その目的は、１サイクルの熱処理全体
の時間が短く、スループットが高い熱処理方法及びその
装置を提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）請求項１に記載の発明に係る熱処理装置は、複数枚の
被処理体をそれぞれ離間して上下方向に配列したボート
と、前記ボートが搬入出される縦型プロセスチューブ
と、前記縦型プロセスチューブ内に反応温度ゾーンを形
成する第１の加熱手段と、前記縦型プロセスチューブ内
に冷却温度ゾーンを形成する第２の加熱手段と、前記ボ
ートを、前記プロセスチューブ内の前記反応温度ゾーン
及び前記冷却温度ゾーンと、前記プロセスチューブ外と
にそれぞれ移動させる移動手段と、前記反応温度ゾーン
に設定されるプロセス温度に従って、前記第１の加熱手
段と前記第２の加熱手段との間の離間距離を可変する離
間距離可変手段と、を有することを特徴とする。

請求項２に記載の発明に係る熱処理方法は、複数枚の
被処理体をそれぞれ離間して上下方向に配列したボート
を収容する縦型のプロセスチューブ内を反応ガス雰囲気
として、加熱下で被処理体を反応処理するに際し、プロ
セスチューブの周囲に加熱手段を配置した状態で被処理
体を反応処理する工程と、プロセスチューブの周囲より
加熱手段を離隔させ、プロセスチューブ内にて被処理体
を冷却する工程と、離隔された加熱手段を保温する工程
と、予め定められた温度に冷却後にボートをプロセスチ
ューブ内より搬出する工程と、を有することを特徴とす
る。

請求項３に記載の発明に係る熱処理装置は、長手方向
を鉛直にして配設され、被処理体を収容して所定条件で
処理するためのプロセスチューブと、熱処理の際にプロ
セスチューブの周囲に設けられ、プロセスチューブ内の
被処理体を加熱するための加熱手段と、プロセスチュー
ブの周囲より前記加熱手段を離隔させる離隔手段と、離
隔された前記加熱手段を保温する保温部材と、を具備し
たことを特徴とする。

（作用）請求項１に記載の発明によれば、プロセス温度に従
い、第１の加熱手段と第２の加熱手段との離間距離を可
変でき、反応温度ゾーン及び冷却温度ゾーンに対して高
い均熱性を確保できる。

すなわち、第１の加熱手段によりプロセス温度を設定
し、第２の加熱手段により冷却温度ゾーンの温度を設定
すると、各ゾーンの幅は、略均一な温度に保持される
が、これら２つのゾーンの間では所定の温度勾配を有す
る。そして、各ゾーンの幅は、前記離間距離を可変する
ことで適宜設定できる。

このようにして、第１の加熱手段と第２の加熱手段と
の間の距離を可変することにより、特に、両ゾーンの温
度差が大きい場合には、均熱性を良好に保つことがで
き、両ゾーンに対する高い均熱性を確保することができ
る。

請求項２に記載の発明によれば、例えば冷却工程中
に、プロセスチューブより離隔された加熱手段を保温し
ておくことで、次のサイクルの加熱時間を短縮できる。
すなわち、従来は、加熱手段によりプロセスチューブを
プロセス温度に加熱後、プロセスチューブ内が所定の温
度になるまで、ヒータをOFFにして冷却していた。これ
に対し請求項２では、加熱手段の温度をプロセス温度よ
りも若干低い程度の温度に保温しておくことができる。
従って、１サイクル終了後プロセスチューブの温度を再
びプロセス温度まで上昇、安定化させる時間を減らし
て、次のサイクルにおけるプロセスチューブの加熱時間
を著しく短縮することができる。

また、プロセスチューブ内での被処理体の反応処理終
了後に、加熱手段をプロセスチューブの周囲より離隔さ
せることが可能となり、ボート上の被処理体を例えば冷
却温度ゾーンに設定でき、この設定により容易に被処理
体の冷却を実行できる。そして、プロセスチューブ内の
被処理体の冷却時間を従来よりも大幅に短縮することが
できる。このようにして、加熱及び冷却時間を短縮で
き、１サイクルの工程時間を短縮して、全製造時間の短
縮が図れる。

請求項３に記載の発明によれば、保温部材により、離
隔された加熱手段の温度をプロセス温度より若干低い温
度に保温できるので、再びこの保温された加熱手段を用
いてプロセスチューブを加熱する次のサイクルでは、プ
ロセス温度まで上昇する時間を大幅に短縮できる。この
ため、温度制御によって加熱手段を、各サイクル毎にそ
の都度反応温度から冷却温度にクールダウンする必要が
なく、一サイクルの熱処理時間が大幅に短縮され、被処
理体のスループットを向上することができる。

（実施例）以下、本発明方法及びその装置の一実施例につき、図
面を参照して説明する。

第１図は、この発明の一実施例に係る熱処理炉を示す
断面図である。この熱処理炉は、ハウジング10と、長手
方向を鉛直にして設けられ、熱処理に際して半導体ウェ
ハＷを搭載したボート１（詳細は後述する）を挿入する
ためのプロセスチューブ20と、鉛直方向に移動可能に設
けられ、熱処理に際してはプロセスチューブ20の周囲に
位置し、プロセスチューブ20内のウェハＷを加熱するた
めのヒータ30と、プロセスチューブ20に対するボート１
の搬入・搬出を行なうための第１の昇降装置40と、ボー
ト１をプロセスチューブ20の直下からハウジング10外に
搬出し、又はハウジング10外からプロセスチューブ20の
直下に搬入するためのハンドラー装置50と、ヒータ30を
熱処理位置とその上方の離脱位置との間で移動させるた
めの位置変化手段例えば第２の昇降装置60と、ヒータ30
を離脱位置とその側方の退避位置との間での回動移動さ
せるための回動装置70と、ヒータ30を退避位置に保持す
るための保持機構80を備えている。

熱処理されるべき複数のウェハＷはボート１に搭載さ
れ、ウェハＷが搭載されたボート１は第２図に示すよう
な状態でプロセスチューブ20内に設置される。ボート１
は石英製であり、両端部に設けられた上板2a及び下板2b
と、これら端板2a及び2bを連結する４本の支持棒３とを
備えている。これら支持棒３には、夫々複数のウェハを
配列支持するための複数の溝（図示せず）が等間隔で形
成されている。なお、上板2aの上面には、ボート１をク
ランプするためのピン４が設けられ、下板2bの外側には
これと離隔してフランジ５が設けられている。このボー
ト１は長手方向を鉛直にして保温筒６の上に載置された
状態でプロセスチューブ20の下端の開口部からその内に
挿入される。この保温筒６は、熱処理に際してボート１
をプロセスチューブ内の均熱領域に位置させると共に、
プロセスチューブ20内の保温機能及びプロセスチューブ
からのガス逃げ防止の機能を有している。なお、この保
温筒６は、回転可能に構成することもでき、これにより
ボート１を直結して回転することができる。この場合に
は、プロセスチューブ20内の温度の均一性及びガス濃度
の均一性を一層向上させることができる。

プロセスチューブ20は、第２図に示すように、外筒21
と内筒22とを有しており、内筒22は複数の貫通孔23が形
成されていて、外筒21と内筒22との間はガス通路24とな
っている。また、プロセスチューブ20の下端からは、内
筒22の内側に沿って上方に向けてガス導入管25が挿入さ
れている。このガス導入管25から内筒22の内側にプロセ
スガスを導入することができる。

外筒21下端部には、ガス導入管24導入部と反対側に、
外側に向けてガス排出管26が設けられている。そして、
排出管26に接続された真空ポンプ（図示せず）により、
処理済みの廃ガスが内筒22の内部から孔23、通路24及び
ガス排出管26を通って、炉外に排出される。

なお、図面では省略されているが、プロセスチューブ
20の下には、プロセスチューブ20と保温筒６とを密閉す
るための手段が設けられている。

第１の昇降装置40は、鉛直方向に延在するボールスク
リュー41と、ボールスクリューを回転させるためのモー
タ42と、ボールスクリュー41に螺合され、ボールスクリ
ュー41の回転によりガイド47にガイドされつつ上下動す
る移動部43を備えている。移動部43はその下端部に水平
面内で回転可能に設けられた支持部材44を有しており、
支持部材44上に保温筒６が載置される。また、移動部43
はモータ45を有しており、このモータ45により支持部材
44を水平面内で回動させることができる。これら移動部
43及び保温筒６は、第１図中実線で示される挿入位置と
２点鎖線で示される退避位置との間で移動する。なお、
支持部材44及び保温筒６は退避位置にある場合にモータ
45により回動される。これにより、保温筒６がハンドラ
ー装置50の動作を妨げることが防止される。

ハンドラー装置50は、プロセスチューブ20を挟んで第
１の昇降装置40と反対側に設けられており、鉛直方向に
延在するボールスクリュー51と、このボールスクリュー
51を回転させるためのモータ52と、ボールスクリュー51
に螺合させ、ボールスクリュー51の回転によりガイド91
にガイドされつつ上下動する移動部材53と、移動部材53
の先端に設けられたハンドラー57と、ボート１を搬送す
るための搬送部59を有している。ハンドラー57はボート
１がプロセスチューブ20から搬出された際、又はプロセ
スチューブ20に搬入する際にボート１を掴むものであ
り、ボート１を載置する載置部とボートを挟む挟持アー
ム（いずれも図示せず）とを有していて、軸58を中心と
して回転可能であり、水平方向に移動可能である。移動
部材53は、水平方向に移動可能な水平移動部54とこの水
平移動部54をガイドする水平ガイド部材55と、モータ56
とを有しており、モータ56により、ハンドラー57を水平
移動部54と共に水平方向に移動させ、また軸58と共に回
転させる。なお、この場合の移動機構は図示していない
が、水平移動は例えばラックアンドピニオン機構により
行うことができ、回転ははすば歯車機構により行うこと
ができる。

搬送部59は、ボールスクリュー51及びガイド91を支持
しており、レール92に沿って移動可能に設けられてい
て、ボート１をこの熱処理炉から他の処理装置に、又は
他の装置からこの熱処理炉に搬送することができる。

ヒータ30は、第３図に示すように、例えばステンレス
鋼でつくられたカバー31と、例えば螺旋状に形成された
電気抵抗式のヒータ素線32と、カバー31とヒータ素線32
との間に介在された断熱部材34と素線32を支持するため
の支持部材33とを備えており、図示しない電源から、得
ようとする温度に応じた電力が供給される。

第２図の昇降装置60は前述のハンドラー装置50の上方
に設けられており、鉛直方向に沿って延在するボールス
クリュー61と、ボールスクリュー61を回転させるための
モータ62と、ボールスクリュー61に螺合され、ボールス
クリュー61の回転によりガイド67にガイドされつつ上下
動すると共にヒータ30を移動可能に支持するヒータ支持
部材63とを備えている。従って、モータ62を回転させる
ことにより、プロセスチューブ20の外側のプロセス位置
と、その上方の２点鎖点で示す離脱位置との間でヒータ
30を移動することができる。

回動装置70は、プロセスチューブ20の直上に設けられ
ており、ヒータ30は載置するための載置部71と、載置部
71を水平面内で回動させるためのモータ72とを有してい
る。そして、載置部71は、ヒータ30を第２の昇降装置60
により上昇させる際には載置部71がヒータ30の移動の妨
げにならない位置に位置され、ヒータ30が離脱位置に達
した時点でヒータ30の直下に位置されてヒータ30を支持
する。また、この状態でヒータ30を第２の昇降装置60の
支持部材63から取外され、モータ72によって載置部71を
回動させることによりヒータ30を退避位置まで移動させ
る。

保持機構80は、第２の昇降装置60と反対側に設けられ
ており、鉛直方向に沿って延在するボールスクリュー81
と、ボールスクリュー81を回転させるためのモータ82
と、ボールスクリュー81に螺合され、ボールスクリュー
81の回転によりガイド87にガイドされつつ上下動する移
動部83と、移動部83に固定され、ヒータを支持すると共
に保温する支持／保温部材84と、支持／保温部材84の上
方に設けられ、ヒータ30が退避位置に移動された際にヒ
ータ30をクランプするためのアーム85とを備えている。
そして、ヒータ30をクランプアーム85でクランプした状
態で、回動装置70の載置部71をヒータ30の下から移動さ
せ、支持／保温部材84を２点鎖線で示す退避位置から上
昇させて、ヒータ30を支持及び保温する。

次に、このように構成された縦型熱処理炉におけるシ
リコンエピタキシャル成長処理の１サイクルのシーケン
スについて説明する。

先ず、他の処理装置にて処理後のウェハをボート１に
搭載し、このボート１を例えば略水平状態でハンドラー
装置50のハンドラー57に支持させ、この状態で搬送部59
をレール92に沿って移動させ、ボート１を他の処理装置
からこの実施例の熱処理炉まで搬送する。そして、プロ
セスチューブ20直下までボート１を移動させると共に、
ボート１を垂直になるまで回転させる。その後、支持部
材44上に保温筒６を載置し、これらをプロセスチューブ
20の直下まで回動させてボート１を保温筒６上に載置す
ると共に、ハンドラー57のボート１の支持を解除し、ハ
ンドラー57を側方に退避させる。その後、支持部材44と
保温筒６とを第１の昇降装置40により上昇させてボート
１をプロセスチューブ20内に挿入する。ボート１は長手
方向を鉛直にして載置されるから、ウェハＷは水平に配
置される。

この場合に、ボート１の搬入方向がボート１の自重が
作用する方向と一致しているので、横型炉のようにフォ
ークの曲り等に起因してボートがプロセスチューブに接
触するということがない。従って、不純物の発生がな
く、半導体ウェハの歩留が極めて高い。なお、このボー
ト１を搬入する工程において、ヒータ30はプロセス位置
に設置されている。

この工程において、ボート１が熱処理炉に到着してか
らプロセスチューブ20内に搬入されるまでの時間は、５
分間程度である。

次に、ガス導入管25からプロセスチューブ20内に不活
性ガス例えばN₂ガスを導入し、プロセスチューブ20内を
パージする。このパージに際しては、N₂ガスを導入しつ
つ、プロセスチューブ20内を貫通孔23、通路24及び排出
管26を介して排気する。これを５分間程度行なうことに
より、プロセスチューブ20内がN₂ガスで完全にパージさ
れる。

そして、ヒータ30のヒータ素線32に電力を投入してプ
ロセスチューブ20内を加熱し、プロセスチューブ20内の
温度をシリコンエピタキシャル成長に最適な温度、例え
ば1000℃まで昇温する。

ここで、必要に応じてこの温度でアニールしつつ、ガ
ス導入管25からエッチングガスを導入して気相エッチン
グを実施する。この際にプロセスチューブ20内でエッチ
ングに供された後の廃ガスは、孔23、通路24及びガス排
出管26を通過して熱処理炉外に排出される。この処理に
要する時間は10分間程度である。

次いで、ガス導入管25からプロセスガスを導入し、ウ
ェハに対するシリコンエピタキシャル成長処理を行な
う。処理終了後、真空ポンプを駆動することにより廃ガ
スがガス排出管26から炉外に排気される。この処理は、
エピタキシャル成長膜の厚みが５μｍの場合に10分間程
度である。

そして、シリコンエピタキシャル成長処理が終了した
後、第２の昇降装置60によってヒータ30をプロセス位置
からその上方の離脱位置に移動させ、プロセスチューブ
20とヒータ30とを離隔する。すなわち、モータ62により
ボールスクリュー61を回転させ、ヒータ支持部材63をガ
イド67に沿って上昇させることによりヒータ30を上昇さ
せる。

これにより、プロセスチューブ20の周囲からヒータ30
が完全に離脱されるので、プロセスチューブ20の外側が
直接外気に接触することが可能になる。すなわち、プロ
セスチューブ20内の冷却に際してヒータ30の熱の影響を
受けないので、プロセスチューブ20内の冷却速度を従来
よりも著しく大きくすることができる。

このプロセスチューブ20内を冷却する工程では、プロ
セスチューブ20内を約1000℃から約800℃まで冷却す
る。この冷却に要する時間は約20分間であり、従来約40
分間かかっていたのに比べ、半分程度の時間まで短縮で
きる。

ここで、プロセスチューブ20の冷却速度を大きくする
ことのみを目的とするならばヒータ30を離脱位置に移動
するだけでよいが、この実施例においては、冷却工程の
実施中に、次のサイクルの加熱時間を短縮するために、
ヒータ30を更に退避位置に移動させてヒータ30の保温を
行なう。この場合には、先ず、ヒータ30を支持部材63か
ら取外し、回動装置70のモータ72によって載置部71を回
動させることによりヒータ30を退避位置まで移動させ
る。次に、保持機構80によりヒータ30を退避位置に保持
する。すなわち、ヒータ30をクランプアーム85でクラン
プした状態で、第２の昇降装置70の載置部71をヒータ30
の下から移動させ、支持／保温部材84を２点鎖線で示す
退避位置から上昇させて、この部材84によりヒータ30を
支持する。

このように支持／保温部材84によってヒータ30が支持
されることにより、ヒータ30の下端開口部が塞がれるこ
とになり、ヒータ30が保温される。従来は、ヒータによ
りプロセスチューブを1000℃に加熱後、プロセスチュー
ブ内が800℃になるまでヒータをOFFにして冷却していた
が、上述のようにすることによりヒータの温度を1000℃
よりも若干低い程度の温度に保持しておくことができ
る。従って、次のサイクルにおけるプロセスチューブの
加熱時間を著しく短縮することができる。従来は、１サ
イクル終了後、プロセスチューブの温度を再び1000℃ま
で上昇、安定化させるのに20分間程度費やしていたが、
この実施例においては半分の10分間程度で行なうことが
できる。

そして、プロセスチューブ20内の温度が800℃程度に
低下した時点で、プロセスチューブ20内に不活性ガス、
例えばN₂ガスを導入してプロセスチューブ20内をパージ
しつつ、ウェハＷを搭載したボート１をプロセスチュー
ブ20から搬出する。この搬出動作は、第１の昇降装置40
及びハンドラー装置50により、上述した搬入動作と逆の
手順で行なえばよい。

なお、第１図に示す第１の昇降装置40及びハンドラー
装置50を用いることにより以下に示すような利点を得る
ことができる。すなわち、搭載するウェハの数が多く長
いボートを使用する場合、及び保温筒６が長い場合等に
も、ボートの搬入・搬出の際に必要なハウジング10の高
さが、これらの装置がない場合に比較して低くてよく、
設置場所に高さ制限がある場合に有利である。

その理由をボート１を搬出する工程を例によって第４
図Ａ〜第４図Ｃを参照しながら詳細に説明する。第４図
Ａに示すように、ボート１の搬出の際に、ボート１の上
部がプロセスチューブ20内に残存している状態で、ハン
ドラー57の下端に設けられた載置部57aにボート１が載
置される。次いで、モータ45により支持部材44及び保温
筒６が回動され、第４図Ｂに示すようにボート１の直下
から退避する。この状態でモータ52を駆動してハンドラ
ー57を下降させ、ボート１をプロセスチューブ20から完
全に露出させる。従って、保温筒６の長さ分だけハウジ
ング10の高さを低くすることができる。

以上のように、１サイクルの熱処理プロセスにおい
て、従来長時間を要していたプロセスチューブの冷却時
間を著しく短縮することができるので、全体の熱処理時
間を短縮することができ、スループットが著しく向上す
る。また、従来は炉が大きくなるほどプロセスチューブ
の冷却時間が長くなっていたが、上述のようにヒータを
プロセスチューブから離隔することにより、大型の炉で
あっても冷却時間を極めて短くすることができる。ま
た、前述したように、ヒータを退避位置で保温すること
により２サイクル目以降の加熱時間を短縮することがで
きるので、冷却時間の短縮と合せて一層スループットが
向上する。

なお、上述の実施例では、ヒータを上方に移動させて
プロセスチューブから離隔させたが、天井の低い場所に
設置する場合には、第５図に示すような分割可能なヒー
タを用いることができる。このヒータ100は、プロセス
チューブ20の周囲に設けられており、断面が半円型の半
割ヒータ100a,100bを有している。各半割ヒータの外周
部にはステンレス製のケース101a,101bが設けられてい
る。半割ヒータ100a,100bは、夫々、プロセスチューブ2
0のすぐ外側を囲むヒータ素線102a,102bを有しており、
ケース101a,101bとの素線102a,102bとの間には、夫々、
断熱材103a,103bが配設されている。また、各ヒータ素
線の対向端部には、夫々２つのヒータ素線支持部104a,1
04bが取付けられている。半割ヒータ100a,100bは、夫
々、支持棒105a,105bに回転可能に支持されており、こ
の支持棒105a,105bを中心として回転することにより開
閉することができる。

このように構成されたヒータ100において、シリコン
エピタキシャル成長処理に際しては、半割ヒータ100a,1
00bを合体させておき、処理終了後に支持棒105a,105bを
中心として半割ヒータ100a,100bを外側に回転させて開
き、ヒータ100をプロセスチューブ20の周囲から離脱さ
せる。従って、上述の実施例と同様にプロセスチューブ
20内の冷却に際し、ヒータの熱の影響を少なくすること
ができるので、プロセスチューブ20の冷却時間を著しく
短縮することができ、スループットを向上させることが
できる。

ヒータをこのように構成すれば、ヒータを上方に退避
させる必要がないので、特に天井高さに制限があるクリ
ーンルーム内に熱処理炉を設置する場合に有効である。

なお、このようなヒータを使用する場合には、ヒータ
を開放したままプロセスチューブから水平方向に退避す
るようにしてもよく、これにより冷却時間を一層短縮す
ることができる。この際に、プロセスチューブから退避
したヒータを、前述の実施例と同様の方法で保温するこ
とにより、次サイクルの熱処理に際してのプロセスチュ
ーブの加熱時間をも短縮することができる。

なお、プロセスチューブと加熱手段としてのヒータと
の相対的位置を変化させて両者を離隔する手段として
は、上述した２つの機構に限らず、種々の機構を採用す
ることができる。例えば、ヒータを下方に退避移動する
ものでもよく、あるいはプロセスチューブをボートと共
に移動させてヒータ内から離隔するものであってもよ
い。

次に、この発明の他の実施例について説明する。この
実施例においては、プロセスチューブの周囲に配設され
たヒータが上下２つに分割されており、プロセスチュー
ブが各ヒータに対応する２つのゾーンを有している熱処
理炉について示す。第６図は、この発明の他の実施例に
係る縦型熱処理炉を示す断面図である。第６図中、第１
図と同じものには同じ符号を付して説明を省略する。プ
ロセスチューブ220は前述のプロセスチューブ20と同様
に石英でつくられており、プロセスチューブ20と同様の
構造を有しているが、プロセスチューブ20よりも長く構
成されており、上部が熱処理温度に設定される熱処理ゾ
ーン220a、下部が冷却温度に設定される冷却ゾーン220b
となっている。ヒータ230は前述したヒータ30と同様に
電気抵抗式であり、上部ヒータ231と下部ヒータ232とを
有してあり、これらはヒータ30と同様に構成されてい
る。そして、上部ヒータ21はプロセスチューブ220の熱
処理ゾーン220aの周囲に設けられており、下部ヒータ23
2は冷却ゾーン220bの周囲に設けられている。実際の処
理に際しては、第７図に示すように、上部ヒータ231に
より熱処理ゾーン220aが、熱処理温度、例えば1050℃に
保持され、冷却ゾーン220bが、冷却温度、例えば800℃
に保持される。これら２つのゾーン内の略均一の温度に
保持されるがこれら２つのゾーンの間のゾーンは、所定
の温度勾配を有する。このゾーンの幅は、上部ヒータ23
1と下部ヒータ232との間の距離ｌを可変することにより
適宜設定することができる。特に、両ゾーンに高い均熱
性が要求され、かつ両ゾーンの温度差が大きい場合に
は、上部ヒータ231と下部ヒータ232との間の距離を調節
して均熱性を良好に保つことが好ましい。

なお、保温筒206は、ボート１をプロセスチューブ220
の上部に位置させるため、前述した保温筒６よりも高さ
が高い。

ボート１のプロセスチューブの搬入に際しては、前述
の実施例の同様に行われる。この場合に、ボート１は最
終的にプロセスチューブ220内の熱処理ゾーン220aに位
置されるが、熱処理ゾーン220aに至る前に、冷却ゾーン
220bで停止させ、又は冷却ゾーン220bを徐々に通過させ
ることにより、ウェハを予熱することも可能である。

これに続くガスパージ工程、昇温加熱工程、アニール
／エッチング工程、及びシリコンエピタキシャル成長工
程は、前述の実施例と同様に実施する。

次に、ボート１をプロセスチューブ220から搬出する
前に、第８図に示すようにボート１を下降させて、800
℃に保持された冷却ゾーン220bに位置させる。この実施
例の場合にも、従来のようにヒータの温度調節によって
プロセスチューブ内を冷却する必要がないので前述の実
施例と同様にプロセスチューブ内の冷却時間を大幅に短
縮することができる。

ボート１の搬出動作も、前述の実施例と同様に行われ
る。この実施例の場合には、プロセスチューブ220に２
つのゾーンを設けるため、プロセスチューブ220及び保
温筒206の長さを長くする必要があり、ボート１の搬出
搬入に際してその移動ストロークが大きくなる。従っ
て、前述のハンドラー装置50及び昇降装置40を用いてボ
ート１の搬出・搬入を行なうことにより、長い保温筒20
6の長さの分の移動ストロークを節約することができ、
極めて有効である。

なお、この実施例においては、熱処理ゾーン及び冷却
ゾーンをいずれも均熱ゾーンとしたが、冷却ゾーンにつ
いては、必ずしも均熱ゾーンである必要はない。但し、
冷却ゾーンを熱処理前の予熱ゾーンとしても用いる場合
には、均熱ゾーンであることが好ましい。また、ボート
１を熱処理ゾーンと冷却ゾーンとの間で移動させたが、
ヒータを移動させるようにすることもできる。更に３ゾ
ーン方式又は５ゾーン方式のヒータの場合には、各ゾー
ンの温度を制御することによって上記２つのゾーンを形
成することができる。

なお、上記いずれの実施例においても、プロセスチュ
ーブに対する被処理体の搬出・搬入を下方から行なって
いるが、上方から行なうようにすることもできる。

さらに、この発明はシリコンエピタキシャル成長炉に
限らず、プロセスチューブ内で被処理体を熱処理するた
めの種々の縦型炉に適用することができる。

〔発明の効果〕

請求項１の発明によれば、第１の加熱手段と第２の加
熱手段との間の距離を可変することにより、両ゾーンの
温度差が大きい場合には、均熱性を良好に保つことがで
き、両ゾーンに対する高い均熱性を確保することができ
る。

請求項２の発明によれば、プロセスチューブより離脱
させた加熱手段の温度を下げないように、保温により加
熱手段の温度制御を実行することで、次のプロセス開始
までの加熱時間を大幅に短縮することができる。また、
プロセスチューブ内での被処理体の反応処理終了後に、
プロセスチューブ周囲より加熱手段を引き離すことが可
能となり、プロセスチューブ内の被処理体の冷却時間を
従来よりも大幅に短縮することができる。このように、
冷却時間及び加熱時間の短縮を図ることで、一サイクル
のプロセス時間がより短縮され、スループットの大幅な
向上が期待できる。尚、被処理体を搭載したボートの移
動を必ず伴うプロセスチューブを移動させる場合に比し
て、加熱手段のみの移動で済む。この加熱手段を移動す
る場合には、加熱手段をプロセスチューブの上方に退避
させるものが簡易に実施でき、天井高さ制限のある場合
には、加熱手段を半割型ヒータで構成し、この半割型ヒ
ータを開放するようにすれば良い。

請求項３の発明によれば、加熱手段の温度を保温でき
るので、次のサイクルでは、プロセス温度まで上昇する
時間を大幅に短縮でき、一サイクルの熱処理時間が大幅
に短縮され、被処理体のスループットを向上することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法及びその装置の一実施例を説明する
ための熱処理装置の構成図、第２図は第１図のプロセス
チューブ説明図、第３図は第１図のヒータ説明図、第４
図は第１図熱処理装置によるボート搬出動作説明図、第
５図は第１図ヒータの変形例説明図、第６図は本発明方
法及びその装置の他の実施例説明図、第７図は第６図の
プロセスチューブ内の温度分布説明図、第８図は第６図
の冷却動作説明図である。１……ボート、20……プロセスチューブ 30……ヒータ、40……第１の昇降装置 50……ハンドラー、60……第２の昇降装置 70……回動装置、80……保持装置

フロントページの続き (56)参考文献特開昭63−283124（ＪＰ，Ａ) 実開昭61−92050（ＪＰ，Ｕ) 実開昭60−149130（ＪＰ，Ｕ) 実開昭60−111037（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数枚の被処理体をそれぞれ離間して上下
方向に配列したボートと、前記ボートが搬入出される縦型プロセスチューブと、前記縦型プロセスチューブ内に反応温度ゾーンを形成す
る第１の加熱手段と、前記縦型プロセスチューブ内に冷却温度ゾーンを形成す
る第２の加熱手段と、前記ボートを、前記プロセスチューブ内の前記反応温度
ゾーン及び前記冷却温度ゾーンと、前記プロセスチュー
ブ外とにそれぞれ移動させる移動手段と、前記反応温度ゾーンに設定されるプロセス温度に従っ
て、前記第１の加熱手段と前記第２の加熱手段との間の
離間距離を可変する離間距離可変手段と、を有することを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】複数枚の被処理体をそれぞれ離間して上下
方向に配列したボートを収容する縦型のプロセスチュー
ブ内を反応ガス雰囲気として、加熱下で被処理体を反応
処理するに際し、プロセスチューブの周囲に加熱手段を
配置した状態で被処理体を反応処理する工程と、プロセスチューブの周囲より加熱手段を離隔させ、プロ
セスチューブ内にて被処理体を冷却する工程と、離隔された加熱手段を保温する工程と、予め定められた温度に冷却後にボートをプロセスチュー
ブ内より搬出する工程と、を有することを特徴とする熱処理方法。
【請求項３】長手方向を鉛直にして配設され、被処理体
を収容して所定条件で処理するためのプロセスチューブ
と、熱処理の際にプロセスチューブの周囲に設けられ、プロ
セスチューブ内の被処理体を加熱するための加熱手段
と、プロセスチューブの周囲より前記加熱手段を離隔させる
離隔手段と、離隔された前記加熱手段を保温する保温部材と、を具備したことを特徴とする熱処理装置。