JP3598032B2 - 縦型熱処理装置及び熱処理方法並びに保温ユニット - Google Patents

Description

【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並びに保温ユニットに関する。
【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１２に減圧ＣＶＤを行う装置について概略図を示す。１はウエハボートであり、このウエハボート１は多数枚のウエハＷを棚状に保持して図示しないエレベータにより、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１０により気密に塞がれる。反応容器内は、反応管１１を囲むヒータ１３により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】
しかしながら上述の縦型熱処理装置は次のような課題がある。
【０００５】
（１）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１６の昇温が遅れ、処理雰囲気から保温ユニット１６側に熱が流れてしまう。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おり、更にまた十分に長いリカバリータイムをとらないとバッチ処理毎の再現性が悪い。
【０００６】
（２）また保温ユニット１６の表面積が大きいので、この保温ユニット１６を介して反応容器内へ持ち込まれる水分量が多く、この水分が熱処理時に保温ユニット１６から離脱してウエハＷ上に形成された薄膜内に取り込まれ、膜質の低下の原因になっている。そして熱処理を行う前に、ウエハＷに付着した水分などの不純物を除去するために例えば水素ガスなどを反応容器内に流して表面処理を行っている場合もあるが、保温ユニット１６から離脱した水分がウエハＷに吸着するので、表面処理の効率が悪い。
【０００７】
（３）更にまたガス供給管１５を通じて反応容器内に導入された成膜ガスは保温ユニット１６の横を通って上昇していくが、保温ユニット１６の温度が低いので特にガス流量が大きい場合には、ウエハＷの置かれている処理雰囲気に達する未反応ガスの量が多くなる。このため処理雰囲気の中で分解するガスの量が多くなり、場所によって活性種の生成量が変わってくるので、このことがウエハＷの膜厚に反映され、ウエハＷ間、及びウエハＷ面内における膜厚の均一性を悪くしている一因になっている。
【０００８】
（４）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。従ってウエハボート１におけるウエハの収納可能枚数を多くしても、１バッチ処理当りの製品ウエハＷの処理枚数が少なくなってしまい、結局スループットの向上の妨げとなっている。
【０００９】
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、スループットの向上を図ることのできる縦型熱処理装置、熱処理方法及び前記装置に用いられる保温ユニットを提供することにある
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、蓋体の上に位置する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、
前記蓋体の上に設けられた保温ユニットと、
前記蓋体及び前記保温ユニットの中央部を貫通し、前記保持具を支持して鉛直軸のまわりに回転させるための回転軸と、
この回転軸の下端部側に接続され、当該回転軸を回転させるための駆動部と、
前記回転軸側に設けられた下向きの突起部と蓋体側に設けられた上向きの突起部とを重なり合うように配置して形成され、回転軸の軸受け部に反応ガスが回り込みにくくするためのラビリンスと、を備え、
前記保温ユニットは、
上面部に設けられ、高純度の炭素素材からなる抵抗発熱線を石英プレートの中に封入してなる発熱体ユニットと、
この発熱体ユニットの下面側に設けられ、前記蓋体を貫通する石英からなる管状体と、
この管状体の中を通して蓋体の外に引き出され、前記発熱体ユニットに給電するための高純度の炭素素材からなる給電路部材と、
前記発熱体ユニットの下面側に設けられ、当該発熱体ユニットを支持する石英からなる支柱と、
を備えたことを特徴とする。
【００１１】
保温ユニットは、例えば発熱体ユニットの他に断熱部材を備えている。この発明によれば、反応容器内の処理雰囲気から保温ユニットを介して外部に放熱される放熱量が少なくなるので、処理雰囲気を目標温度に速やかに安定させることができ、また温度が安定する処理領域を広く確保することができる。更にこのように保温ユニットを蓋体に設ける構造とすれば、給電路部材の引き出しを容易に行うことができる。
【００１２】
他の発明は、上述の本発明に係る縦型熱処理装置を用い、保持具の下方側から上方側に向けて成膜ガスを供給すると共に、前記保持具の下方側における成膜ガスの通過領域の温度を被処理体が置かれる雰囲気温度よりも高くして、被処理体に対して成膜処理を行うことを特徴とする熱処理方法である。
この発明によれば、成膜ガスの分解が促進されるので、均一性の高い処理を行うことができる。この場合例えば保持具の下方側に発熱体ユニットを備えた保温ユニットを設け、この発熱体ユニットにより保持具の下方側における成膜ガスを加熱する構成を採用できる。
【００１３】
更に他の発明は、蓋体の上に位置する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用いられ、前記蓋体の上に設けられる保温ユニットにおいて、
上面部に設けられ、高純度の炭素素材からなる抵抗発熱線を石英プレートの中に封入してなる発熱体ユニットと、
この発熱体ユニットの中央部に形成され、保持具を回転させるための回転軸が貫通するための孔部と、
前記発熱体ユニットの下面側に設けられ、前記蓋体を貫通するように伸びる石英からなる管状体と、
この管状体の中を通して蓋体の外に引き出され、前記発熱体ユニットに給電するための高純度の炭素素材からなる給電路部材と、
前記発熱体ユニットの下面側に設けられ、当該発熱体ユニットを支持する石英からなる支柱と、
を備えたことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の縦型熱処理装置に適用した実施の形態を示す全体構成図、図２は縦型熱処理装置の概観図である。図１中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３が設けられている。
【００１５】
前記内管２ａは上端が開口されており、マニホールド３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３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３により反応容器が構成されている。３１はベースプレートである。
【００１６】
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２１に棚状に載置されている。ウエハボート２１は図２に示すように天板２２及び底板２３の間に複数本の支柱２４を設け、この支柱２４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２１は蓋体３２の上に保温ユニット４の設置領域を介して保持されている。この保温ユニット２に関しては後で詳述する。前記蓋体３２は、ウエハボート２１を反応管２内に搬入、搬出するためのボートエレベータ３３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３の下端開口部、即ち反応管２とマニホールド３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。
【００１７】
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加熱体よりなるヒータ２５が設けられている。図１には示していないが、ヒータ２５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２６（図２参照）が構成される。なお例えば加熱炉２６あるいは他の発熱部分からクリーンルームへの放熱量を抑えるために加熱炉あるいは他の発熱部分の周囲に冷却水を循環させるための冷却水系統が一般に設けられ、各系統ライン毎に流量計と給断（オン、オフ）バルブが介装されている。この場合停電等により断水などが起こると、冷却水の流れが止まり、冷却水の温度が急上昇し、圧力も急激に上昇して上流側へ冷却水が逆流し、流量計が破損するため、これを防止するために流量調節可能型逆止弁（リリーフバルブ）が各循環系統に設けられている。
【００１８】
説明を図１に戻すと、前記マニホールド３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３４を示してあり、このガス供給管３４はバルブＶ１、流量計ＭＦＣ及びバルブＶ２を介してガス供給源３５に接続されている。またマニホールド３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３６が接続されており、真空ポンプ３７により反応管内を所定の減圧雰囲気に維持できるようになっている。
【００１９】
次に前記保温ユニット４及びこれに関連する部位について図３を参照しながら説明する。保温ユニット４は上面部をなす面状例えば円形板状の発熱体ユニット５により構成されており、この発熱体ユニット５の中央部には孔部５０が形成されている。発熱体ユニット５の下方側には、その内部空間が前記孔部５０に対向するように例えば石英よりなる軸管４１が垂直に設けられている。この軸管４１の上端部には断熱部材である円形のフィン４２が発熱体ユニット５との間に間隙を介してほぼ水平に設けられると共に、当該フィン４２の中央部には、軸管４１の内部空間に連通する孔部４３が形成されている。前記フィン４２は、ウエハ処理領域の熱が外部に放熱されるのを抑える断熱の役割及び発熱体ユニット５からの輻射熱を反射させる役割を持つものであり、例えば不透明石英や炭化珪素（Ｓｉｃ）などにより構成される。前記軸管４１の下方側には、この軸管４１の内部空間に連通するように中央部に孔部４０が形成された円形状の断熱部材４４が蓋体３２の上に支持部材４５（図２参照）を介して支持固定されて設けられている。なお支持部材４５は例えば周方向のほぼ３等分した位置に設けられている。断熱部材４４は、これよりも上方側の熱が蓋体３３側に放熱するのを抑える役割を持つものであり、例えば石英よりなるブロックや、フィンを複数段積み重ねたものなどを用いることができる。
【００２０】
前記発熱体ユニット５の孔部５０、フィン４２の孔部４３、軸管４１の内部空間及び断熱部材４４の孔部４０はウエハボート２１を鉛直軸のまわりに回転させるための第１の回転軸６Ａを貫通させるための貫通孔を形成するものである。第１の回転軸６Ａは上部にテーブル６１が設けられ、このテーブル６１の上にウエハボート２１が搭載される。第１の回転軸６Ａの下部は伝達部６２を介して第２の回転軸６Ｂに接続されており、第２の回転軸６Ｂは蓋体３２を気密に貫通して、ボートエレベータ３３に設けられた駆動部６３に接続されている。駆動部６３は例えば回転軸６Ｂに接続されるプーリやこのプーリをベルトを介して駆動するモータなどからなる。
【００２１】
伝達部６２は、第２の回転軸６Ｂの上端部に形成されたテーブル６４の上に、第１の回転軸６Ａの下端部に形成された円板状の受け部６５が載置され、第２の回転軸６Ｂの回転が第１の回転軸６Ａに伝達される部分である。また例えば前記受け部６５の周縁部の下面には、断面が櫛歯状で、下側に突出している複数の突起部６６が形成されると共に、蓋体３２の上面には断面が櫛歯状で、上側に突出している複数の突起部６７が形成されており、これら突起部６６、６７同士が交互に重なり合うことによりラビリンスが形成され、反応容器内のガスが第２の回転軸６Ｂの軸受け部分に入り込みにくいようになっている。
【００２２】
前記発熱体ユニット５は、金属不純物の少ない抵抗発熱体をセラミック例えば石英の中に封入されて構成されるものであり、この例では図３及び図４に示すように例えば厚さ８ｍｍ程度の石英製の円板状体（石英プレート）５１中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。また互に隣り合うヒータ線５２、５２の間に石英を介在させてもよく、この場合石英よりなる渦巻状の区画壁の間にヒータ線５２が配線されることになる。発熱体ユニット５は、保温効果を大きくするためにウエハＷと同じかそれよりも大きいサイズであることが好ましい。また発熱体ユニット５の周縁部の下面側には例えば周方向に３等分した部位に石英よりなる支柱７１〜７３（ただし図では２本の支柱しか見えない）が設けられ、これら支柱７１〜７３は蓋体３２に固定されている。
【００２３】
そして３本の支柱７１〜７３のうちの１本の支柱７１は管状体により構成されており、ヒータ線５２の両端部が例えば発熱体ユニット５の周縁部の一ヶ所に寄せられ、このヒータ線５２に接続された一対の給電路部材、例えば前記ヒータ線５２と同じ材質の給電線を細い石英管の中に通し、更にこの石英管を管状体（支柱７１）の中を通すことにより、前記給電線５３、５４が蓋体３２の外に配線されている。従ってこの給電線５３、５４に外部の電源部を接続することによりヒータ線５２が発熱することになる。なお残りの２本の支柱７２、７３は管状体であってもロッド体であってもよく、蓋体３２の上面に支持される。
【００２４】
次に上述実施の形態の作用について説明する。ここでは具体的な処理の一例としてＨＴＯ（Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｏｘｉｄｅ）と呼ばれる酸化膜を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ート２１に棚状に保持して、ボートエレベータ３３を上昇させることにより反応容器内に搬入する。ウエハボート２１の搬入時には反応容器の処理雰囲気は例えば６００℃程度に維持されており、ウエハボート２１が搬入されて反応容器の下端開口部（詳しくはマニホールド３の下端開口部）が蓋体３２により塞がれた後、ヒータ２５により処理雰囲気を例えば８００℃前後まで昇温させると共に、排気管３６を通じて真空ポンプ３７により反応容器内を所定の真空度まで減圧する。
【００２５】
一方保温ユニット４の発熱体ユニット５についても例えばウエハボート２１の搬入途中から昇温を開始し、発熱体ユニット５の温度を例えば成膜時の処理雰囲気の温度よりも高い８４０℃付近まで昇温する。ここで図５に処理雰囲気の温度（ウエハＷが置かれる雰囲気であって、例えばウエハＷの配列領域における中央の高さ位置の温度）と発熱体ユニット５の温度との各経時変化の様子を夫々実線ａ、及び鎖線ｂとして模式的に示しておくと、図４において時刻ｔ１はウエハボート２１の搬入（ローディング）終了時点であり、時刻ｔ２は処理雰囲気が目標温度に到達した時点である。発熱体ユニット５は例えば１００℃付近で待機し、ここから例えば目標温度８４０℃付近まで昇温する。発熱体ユニット５及び処理雰囲気が各々目標温度に到達する時点は例えばほぼ同じタイミングである。ここでいう発熱体ユニット５の温度とは発熱体ユニット５の表面近傍である数ミリ離れた部位に温度センサーを置いて測定した温度である。
【００２６】
その後温度安定化のための時間（リカバリータイム）として時刻ｔ３まで処理を行わずに待機し、時刻ｔ３になった後、２本のガス供給管３４（既述のように図１では１本しか示していない）からジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）ガスと一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）ガスとを反応容器（反応管１とマニホールド３）内に供給しながら反応容器内の圧力を例えば所定の真空度に維持する。またこのとき回転軸６Ａ、６Ｂを回転させてウエハボート２１を回転させる。
【００２７】
ここで発熱体ユニット５の表面近傍の温度はおよそ８４０℃であるため、発熱体ユニット５の周囲及びそれよりも少し下方側は処理雰囲気の温度８００℃付近よりも高くなっている。このため反応管１の下部側に供給されたジクロロシランガス及び一酸化窒素ガスは保温ユニット４の横を通るときに分解が進み、分解が進んだ状態で処理雰囲気内に拡散していき、ウエハＷ上に活性種が堆積されてシリコン酸化膜が成膜される。そして時刻ｔ４からヒータ２５の電力をコントロールして反応容器内を降温すると共に、発熱体ユニット５の供給電力をゼロにして発熱体ユニット５を降温させ、例えば処理雰囲気の温度が６００℃になった時点（時刻ｔ５）にてウエハボート２１を下降させる。
【００２８】
上述の実施の形態によれば次のような効果がある。
（１）保温ユニット４は上面部に発熱体ユニット５を備え、反応容器内の処理雰囲気を昇温する工程及び目標温度に安定化する工程において、発熱体ユニット５を発熱させているため、処理雰囲気から保温ユニット４を介して外部に放熱される熱量が少なくなる。そして保温ユニット４は発熱体ユニット５を備えていることから保温性がよく、このため熱容量は小さくてよいので、保温ユニット４全体が温まる速度も速い。このようなことから処理雰囲気の温度を目標温度に到達した後、その温度に安定させる時間つまり温度の安定化時間（リカバリータイム）が短くて済み、スループットの向上が図れる。またバッチ処理毎のリカバリータイムのばらつきも小さくなるので処理の再現性がよくなる。
【００２９】
（２）上述のように保温ユニット４の保温効果が大きいことから温度の均一性の高い領域が下方まで広がり、このためウエハボート２１の下部において今まで温度が低いためサイドウエハを載置せざる得なかった領域にも製品ウエハＷを載置することができ、１バッチ当りの処理枚数を多くできるので、この点からもスループットが向上する。
【００３０】
（３）ガス供給管３４を通じて反応容器内に供給された成膜ガスは発熱体ユニット５により加熱され、処理雰囲気に到達する前にある程度分解されるため、処理雰囲気における未反応ガスの量が少なくなる。この結果ウエハボート２１に配列された各ウエハＷの間において、また各ウエハＷの面内において活性種の濃度の均一性が高くなり、ウエハＷ間及びウエハＷ面内における膜厚の均一性が高くなる。
【００３１】
（４）保温ユニット４の熱容量が小さくてよいことから、ウエハボートを反応容器から搬出するとき（アンロード時）の保温ユニット４の降温速度が早く、このため反応容器の下方側のローディングエリアに設けられたロボットやセンサに対する、保温ユニット４からの熱的ダメージを低減できる。
【００３２】
（５）保温ユニット４を蓋体３２に固定し、ウエハボート２１を回転させるための回転軸（回転軸６Ａ及び６Ｂ）を保温ユニット４の中を貫通させた構造としているので、発熱体ユニット５のヒータ線５２の給電線５３、５４を外部に容易に引き出すことができる。なお本発明では保温ユニット４を蓋体３２に固定することに限定されるものではないが、保温ユニット４を従来のように回転させるようにすると、給電線５３、５４を外部に引き出すためにスリップリングなどを用いなければならないので、上述の実施の形態の構造の方が得策である。
【００３３】
次いで本発明の他の実施の形態について述べる。上述の実施の形態は減圧ＣＶＤ法により成膜処理を行う装置であったが本発明はいわゆる酸化、拡散炉にも適用できる。図６は酸化ガスによりウエハＷ上のシリコン膜を酸化するための縦型熱処理装置である。図６において図１の装置と対応する部分に関しては符号の繁雑化を避けるために同一の符号を付してある。この縦型熱処理装置が図１の装置と異なる点はマニホールド３を用いずに内管８ａ、外管８ｂからなる二重管構造の反応管８により反応容器が構成されている点、酸化ガス例えば酸素ガスをガス供給管８１を通じて内管８ａと外管８ｂとの隙間に供給し、内管８ａの天井部の孔部８０を通り、内管８ａの下部側から排気管８２を通じて排気している点、処理圧力がほぼ常圧である点、及び処理雰囲気の温度が減圧ＣＶＤの場合よりも一般に高い点などが挙げられる。なお図６中８３は均熱管である。
【００３４】
更に熱処理の種類によっては、例えばエピタキシャル成長膜を成膜する場合などにはウエハＷ上に付着している水分量によって膜質が左右される。本発明では上述のように保温ユニット４の熱容量が小さくてよいので、保温ユニット４の構成部品の表面積が小さくて済み、保温ユニット４を介して外部から反応容器内へ持ちこまれる水分の量が少なくなる。このため膜質の向上が図られる。また既述のように昇温前や昇温途中にウエハＷに対して表面処理を行う場合があるが、この場合にも持ち込み水分の量が少ないことからウエハＷの表面処理の効率の向上を期待できる。
【００３５】
また保温ユニット４の他の例を図７、図８に示しておく。図７に示す保温ユニット４は既述の保温ユニット４において、発熱体ユニット５の下方側に断熱部材である例えば石英よりなるフィン９１を多段に積層して構成したものである。
【００３６】
図８に示す保温ユニット４は、上面部のみならず側面部を筒状の発熱体ユニット９２で構成したものである。筒状の発熱体ユニット９２は例えば２重構造の石英管の間に上述の抵抗発熱線を介在させ上縁及び下縁を封止処理して作ることができる。この場合筒状の発熱体ユニット９２で囲まれた領域内には例えば石英ブロックや石英フィンなどを配置してもよい。また保温ユニット４は上面部には発熱体ユニット５を設けずに側面部のみ発熱体ユニット９２で構成するようにしてもよいし、底面部のみに発熱体ユニット５を設けてもよく、あるいは上面部には既述のようなフィンを配置し、その下方側に発熱体ユニット５を配置するようにしてもよい。更に発熱体ユニット５の表面には例えばＣＶＤなどにより保護膜を形成するようにしてもよいし、薄い保護プレートで当該表面を覆うようにしてもよい。なお保温ユニット４の材質は石英に限らず炭化珪素（ＳｉＣ）などのセラミックであってもよい。また本発明は、ウエハボート２１を回転させない装置に対して適用してもよい。
【００３７】
【実施例】
（実施例１）
図１に示す縦型熱処理装置を用いて２００ｍｍウエハ（８インチウエハ）にシリコン酸化膜を成膜した。ウエハボートとしては１２６枚収納容量のあるものを用い、ウエハボートのローディング時における処理雰囲気の温度は６００℃に設定し、８００℃付近まで昇温して５．５ｎｍの膜厚を目標にして８０分間処理を行った。成膜ガスとしては、ジクロロシランガス及び一酸化二窒素ガスを夫々２００ｓｃｃｍ及び４００ｓｃｃｍの流量で供給し、反応容器内の圧力を所定の真空度に維持した。また保温ユニット４の発熱体ユニット５の表面近傍の温度を既述の実施の形態で説明したように８４０℃付近まで昇温した。
【００３８】
こうして得られたシリコン酸化膜について、トップ、センター、ボトムに位置するウエハＷの各膜厚（平均膜厚）を調べたところ図９の棒グラフ（白抜き）のようになり、また各位置毎のウエハＷの膜厚の面内均一性について調べたところ△印のようになった。なおトップ位置、センター位置、ボトム位置とは、夫々ウエハボートの最上段から数えて６段目、５８段目、１１０段目を示している。
【００３９】
一方比較例として、図１２に示す発熱体ユニットを備えていない従来の筒状体で構成した保温ユニットを用いた他は全く同様にしてウエハＷに成膜を行い、ウエハＷの膜厚及び面内均一性について同様に調べたところ、夫々図９の棒グラフ（斜線）及び□印のようになった。
【００４０】
この結果から分かるように発熱体ユニットを搭載しない保温ユニットを用いた場合にはトップ、センターボトムの各位置の平均膜厚にばらつきがあるが、発熱体ユニットを設けた保温ユニットを用いた場合には平均膜厚がほとんど揃っている。また膜厚の面内均一性についても比較例の場合には６％を越えているのに対し、本発明においてはトップでは５％程度、センター及びボトムでは３％を切っており、本発明装置が有効であることが理解される。なお面内均一性とは、膜厚の最大値、最小値及び平均値を夫々Ｍａｘ、Ｍｉｎ、Ａｖｅとすると、（Ｍａｘ−Ｍｉｎ）／Ａｖｅ×１／２×１００で表わされる値である。
【００４１】
（実施例２）
図６に示す縦型熱処理装置を用いて２００ｍｍウエハに酸化処理を行い、ウエハＷ表面のシリコン膜を酸化した。ウエハボートのローディング時における処理雰囲気の温度は３００℃に設定し、８５０℃まで昇温し、２ｎｍの膜厚の酸化膜を目標として所定時間処理を行った。また比較例として２０枚の石英フィンを積層し、発熱体ユニットを備えない保温ユニットを用いて同様の処理を行い、夫々の場合において温度均一性の高い処理雰囲気をどれだけの広さで確保できるかについて調べた。
【００４２】
比較例の場合はウエハボートの最下段から２３段目までサイドウエハ（処理とは関係のないダミーウエハ）を搭載することにより、下から２４段目のウエハの膜厚の均一性が３．０９％であったが、本発明の場合はウエハボートの最下段から５段目までサイドウエハを搭載することによりウエハの膜厚の均一性が２．８８％であった。従って本発明は、１バッチ処理当りのサイドウエハ（ダミーウエハ）の枚数を少なくすることができる。このことは逆にいえば比較例と比較して膜厚の面内均一性を同等に確保しながら処理可能な領域（製品ウエハを搭載できる領域）が広がるということができる。なおウエハＷ上のパーティクル汚染についても評価してみたが、比較例と同等であり、発熱体ユニットを設けたことがパーティクル汚染に影響のないことが分かった。
【００４３】
またウエハボートのローディングを終了した時点から処理開始時間までについて、反応容器内の温度の安定化を図りながら測定したところ、本発明は比較例に比べて８分程度短縮できることが分かり、温度安定化の時間が短縮されていることが裏付けられる。
【００４４】
（実施例３）
実施例２において、本発明に係る発熱体ユニットの表面近傍の温度と比較例に係る保温ユニットの上部近傍の温度とについて昇温の状態を調べたところ図１０に示す結果が得られた。ａ、ｂは夫々本発明に係る保温ユニット及び比較例の保温ユニットに対応するものである。本発明では保温ユニットの昇温が早く、また目標の処理温度に安定化する時間領域（リカバリ領域）では保温ユニットの温度が安定しているのに対し、比較例では保温ユニットの昇温が遅く、またリカバリ領域においても温度が昇温し続けている。従ってこの結果から本発明によれば温度安定化時間が短くなることが分かる。
【００４５】
（実施例４）
実施例１において、アンロードを開始した時点からの保温ユニットの降温の様子を図１１に示す。ａ、ｂは夫々本発明に係る保温ユニット及び比較例の保温ユニットに対応するものである。この結果から本発明の保温ユニットは発熱体ユニットを備えていることから熱容量が小さくて済むので速やかに降温することが分かる。従ってウエハボートをローディングエリアへ搬出したときに、ロボットやセンサー等に対する熱的ダメージを低減できる。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、温度安定化に要する時間を短くできるので、スループットの向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の全体構成を示す縦断側面図である。
【図２】本発明の一実施の形態の概観を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施の形態で用いられる保温ユニットを示す断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態で用いられる保温ユニットに組み込まれた発熱体ユニットを示す平面図である。
【図５】上述の実施の形態における処理雰囲気及発熱体ユニットの温度変化を示す特性図である。
【図６】本発明の他の実施の形態の全体構成を示す縦断側面図である。
【図７】本発明で用いられる保温ユニットの他の例を示す側面図である。
【図８】本発明で用いられる保温ユニットの更に他の例を示す斜視図である。
【図９】本発明の装置と従来装置とを用いた場合の膜厚の均一性を示す説明図である。
【図１０】本発明に用いられる保温ユニットと従来の保温ユニットとについて昇温速度を測定した結果を示す特性図である。
【図１１】本発明に用いられる保温ユニットと従来の保温ユニットとについて降温速度を測定した結果を示す特性図である。
【図１２】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
２ａ 内管
２ｂ 外管
２１ ウエハボート
２５ ヒータ
３ マニホールド
３２ 蓋体
３４ ガス供給管
３６ 排気管
４ 保温ユニット
４１ 軸管
４３ 孔部
４４ 断熱部材
５ 発熱体ユニット
５１ 石英プレート
５２ ヒータ線
５３、５４ 給電線
６Ａ、６Ｂ 回転軸
６１ テーブル
７１ 支柱（管状体）
７２、７３ 支柱
８ 反応管
８ａ 内管
８ｂ 外管
８１ ガス供給管
８２ 排気管

Claims (6)

1. 蓋体の上に位置する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、
   前記蓋体の上に設けられた保温ユニットと、
   前記蓋体及び前記保温ユニットの中央部を貫通し、前記保持具を支持して鉛直軸のまわりに回転させるための回転軸と、
   この回転軸の下端部側に接続され、当該回転軸を回転させるための駆動部と、
   前記回転軸側に設けられた下向きの突起部と蓋体側に設けられた上向きの突起部とを重なり合うように配置して形成され、回転軸の軸受け部に反応ガスが回り込みにくくするためのラビリンスと、を備え、
   前記保温ユニットは、
   上面部に設けられ、高純度の炭素素材からなる抵抗発熱線を石英プレートの中に封入してなる発熱体ユニットと、
   この発熱体ユニットの下面側に設けられ、前記蓋体を貫通する石英からなる管状体と、
   この管状体の中を通して蓋体の外に引き出され、前記発熱体ユニットに給電するための高純度の炭素素材からなる給電路部材と、
   前記発熱体ユニットの下面側に設けられ、当該発熱体ユニットを支持する石英からなる支柱と、
   を備えたことを特徴とする縦型熱処理装置。
2. 給電路部材は石英管内に通されており、この石英管が前記管状体内に通されていることを特徴とする請求項１記載の縦型熱処理装置。
3. 保温ユニットは、発熱体ユニットの他に断熱部材を備えていることを特徴とする請求項１または２記載の縦型熱処理装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか一の縦型熱処理装置を用い、保持具の下方側から上方側に向けて成膜ガスを供給すると共に、前記保持具の下方側における成膜ガスの通過領域の温度を被処理体が置かれる雰囲気温度よりも高くして、被処理体に対して成膜処理を行うことを特徴とする熱処理方法。
5. 蓋体の上に位置する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用いられ、前記蓋体の上に設けられる保温ユニットにおいて、
   上面部に設けられ、高純度の炭素素材からなる抵抗発熱線を石英プレートの中に封入してなる発熱体ユニットと、
   この発熱体ユニットの中央部に形成され、保持具を回転させるための回転軸が貫通するための孔部と、
   前記発熱体ユニットの下面側に設けられ、前記蓋体を貫通するように伸びる石英からなる管状体と、
   この管状体の中を通して蓋体の外に引き出され、前記発熱体ユニットに給電するための高純度の炭素素材からなる給電路部材と、
   前記発熱体ユニットの下面側に設けられ、当該発熱体ユニットを支持する石英からなる支柱と、
   を備えたことを特徴とする保温ユニット。
6. 給電路部材は石英管内に通されており、この石英管が前記管状体内に通されていることを特徴とする請求項５記載の保温ユニット。

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