JP3641193B2 - Vertical heat treatment apparatus, heat treatment method, and heat insulation unit - Google Patents

Vertical heat treatment apparatus, heat treatment method, and heat insulation unit Download PDF

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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14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】
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。
【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。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。
【0006】
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。
【0007】
そこで本発明者は、このような課題を解決するために保温ユニットに発熱体ユニットを設けることを検討しているが、その実現にあたっては、発熱体ユニットの温度制御をどのようしして行うのか、発熱体ユニットからの蓋体側への放熱をいかにして抑えるか、更には保持具を回転させる場合どのような構造が適切か、などといった問題が積まれている。
【0008】
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、縦型熱処理装置の処理雰囲気の温度を速やかに安定させかつ処理雰囲気からの外部への放熱を抑えることにあり、更にその実現手段として発熱体ユニットを用いる場合の適切な構成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、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を対象としている。
【0010】
本発明は、前記蓋体と保持具との間にて、保持具の底部に対向するように設けられ、抵抗発熱体をセラミックスの中に封入してなる面状の発熱体ユニットと、
この発熱体ユニットの下方側に設けられ、石英板の一面に黒色膜層が形成された遮熱板と、を備えたことを特徴とする。遮熱板は石英板の一面に黒色膜層が形成される代わりに、石英板体の中に黒色膜層が封じ込められて構成されているものであってもよい。
【0011】
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ているので、反応容器内の処理雰囲気から下部側へ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と共に、断熱効果及び熱応答性が向上する。
【0015】
更に他の発明は、保持具を回転させる構造とする場合、発熱体ユニットの中央部に貫通されると共に上部側と下部側とに分割可能に構成され、保持具を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に接続された回転駆動部と、を備えた構成とすることができる。
【0016】
更に他の発明は、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る保温ユニットにおいて、
前記蓋体の上に載置されるリング状の底面部及びリング状の上面部を第1の保護管で連結して対向させると共に第1の保護管の上下を夫々上面部及び底面部に開口させてなる断熱ユニットと、
空洞のリング状体の下面を開口した形状であって、その下端部が前記断熱ユニットの上面部に接した状態で着脱自在に載置されることによりその内部空間がその外部空間から区画されるカバー体と、
前記カバー体内に配置され、リング状の石英プレート内に高純度の炭素素材よりなるヒータ線を封入してなる発熱体ユニットと、
前記石英プレートの下面側に接続され、前記ヒータ線に給電するための給電線が挿入された第3の保護管と、を備え、
前記第3の保護管は第1の保護管内に挿入され、当該第1の保護管の下方から伸び出し、
前記断熱ユニット、カバー体、発熱体ユニットの各々の中央部の開口は、保持具を回転させるための回転軸が貫通するためのものであることを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の縦型熱処理装置の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。先ずこれらの図を用いて装置の概要について簡単に説明する。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。
【0018】
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。
【0019】
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4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。
【0020】
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20(図2参照)が構成される。
【0021】
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。
【0022】
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〜図5を参照しながら説明する。保温ユニット4は、セラミックス製例えば石英製の断熱ユニット40を備えており、この断熱ユニット40は各々円形の上面部41及び底板部42(図5では底板部42の外周部が省略してある)と、これら上面部41及び底板部42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43 (図4参照)と、を備えている。これら3本の支柱部43の各々には上下に多数の溝44(図5参照)が形成されており、これら3本の支柱部43の溝44内に断熱部材である石英フィン45(図4では示していない)が挿入されて石英フィン45が多段に配列されている。石英フィン45はこれよりも上方側の熱が蓋体32側に放熱するのを抑えるためのものである。なお断熱部材としては石英フィン45に限らず発泡石英のブロック体などであってもよい。
【0023】
更に前記断熱ユニット40の上面部41と底面部42との間には、第1の保護管46及び第2の保護管47が周方向に間隔をおいて設けられ、両保護管46、47の両端は夫々上面部41及び底面部42に開口している。
【0024】
前記断熱ユニット40の上面部41の上には、蓋体32側への放熱を抑えるための遮熱板48(図4では示していない)が載置されている。この遮熱板48は例えば図6に示すように例えば透明な石英板48aの中に例えばカ−ボンからなる黒色膜層48bが封入されて構成されている。この黒色膜層48bはチタン膜や炭化ケイ素膜などであってもよく、また石英板48aの中に封じ込まれていなくとも、石英板48aの一面側に形成されていてもよい。
【0025】
前記遮熱板48の上側には隙間を介して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、この例では図7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。
【0026】
前記発熱体ユニット5の石英プレ−ト51の周縁部下面側には、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7(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。なお図では詳しく表していないが、給電線54は各々細い石英管内に封入された状態で保護管53内を通っている。そしてこの第3の保護管53は前記断熱ユニット40の上面部41に開口している前記第1の保護管46内に挿入され、更に蓋体32を貫通して当該蓋体32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。
【0027】
また前記断熱ユニット40の上面部41及び底面部42、石英フィン45、遮熱板48並びに発熱体ユニット5の中央には、ウエハボ−ト21を回転させるための後述の回転軸が貫通する孔部41a,42a,45a,48a及び5aが夫々形成されている。前記上面部41の上には、発熱体ユニット5及び遮熱板48を覆う、中央部に孔部55aが形成された例えば円筒状(リング状)の石英製のカバ−体55が載置されている(着脱自在に設けられている)。従って発熱体ユニット5は、このカバ−体55及び前記上面部41により囲まれる空間内に置かれることになり、処理雰囲気から隔離されるので、反応生成物が付着しにくくなる。
【0028】
一方前記ウエハボ−ト21は、前記カバ−体55及び断熱ユニット4の中央の孔部55a,48a,41a,45a,42a内を通って蓋体32の下側まで貫通している回転軸26の上にテ−ブル27を介して搭載されている。この回転軸26は図3及び図8に示すように上下に分離できるように、下端に凹部SAが形成された上側回転軸26Aと、上端に凸部SBが形成された下側回転軸26Bとから構成されており、凹部SAと凸部SBとが嵌合している。上側回転軸26A及び下側回転軸26Bは例えば夫々石英及び金属で作られており、両者の材質の熱膨張係数を考慮して、プロセス温度において両者が密な嵌合状態となってガタツキがないように寸法を設定しておく。また図8に同時に示すように例えば下側回転軸26Bの中に温度調整手段例えばヒ−タ28を埋設し、ヒ−タ28の発熱量を調整して下側回転軸26Bの温度を制御し、これにより金属の熱膨張を調整するようにしてもよい。
【0029】
前記断熱ユニット4に設けられた第2の保護管47内には、熱電対及びその導線を石英管内に封入してなる第1の温度検出ユニット60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と遮熱板48との間に位置している。この第1の温度検出ユニット60内の先端部の熱電対のセンサ部は第1の温度検出部61をなすものである。第1の温度検出ユニット60の基端側は蓋体32を気密に貫通している。
【0030】
更に前記蓋体32には、熱電対及びその導線を石英管内に封入してなる第2の温度検出ユニット70が気密に挿入されて立ち上げられており、その先端部はL字型に屈曲されてウエハWの近傍例えばウエハボ−ト21の下方側近傍に位置している。この第2の温度検出ユニット70内の先端部の熱電対のセンサ部は第2の温度検出部71をなすものである。なお前記温度検出ユニット60(70)を蓋体32に固定するにあたっては、図9に示すように温度検出ユニット60(70)の石英管に例えば突起60aを形成する一方、蓋体32の貫通穴60bを前記突起60aを含む石英管の横断面形状に適合する形状とし、こうすることによって石英管の回転防止と位置決めを行うようにしている。
【0031】
図10は発熱体ユニット5の温度制御系を示す図であり、発熱体ユニット5の温度制御を行う制御部62は、第1の温度検出部61及び第2の温度検出部71の両方の温度検出信号に基づいて発熱体ユニット5の供給電力を制御するように構成されている。図では制御部62は略解的に記載してあるが、実際には発熱体ユニット5の電源部、及び供給電力を例えば位相制御する制御回路、並びに前記両方の温度検出信号に基づいて位相制御信号を作成する演算部などを含んでいる。即ちこの実施の形態では、発熱体ユニット5の温度制御は、発熱体ユニット5の近傍の温度とウエハWの近傍の温度とに基づいて行われる。
【0032】
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。
【0033】
一方ウエハボ−ト21が反応容器の下方側にて待機している間は、ロ−ディングエリア(搬入、搬出を行う部屋)にて発生しているファンフィルタからの風の影響を避けるために例えば第2の温度検出部71を使用せずに第1の温度検出部61だけを用いて発熱体ユニット5の温度制御が行われ、発熱体ユニット5は例えば100℃付近に維持される。そしてウエハボ−ト21の搬入が開始されると、発熱体ユニット5は昇温を開始し(温度設定値を高くし)、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少し高い温度まで昇温する。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。ウエハボ−ト21が反応容器内に搬入された後は、第1の温度検出部61及び第2の温度検出部71の両方の温度検出値に基づいて発熱体ユニット5の温度制御が行われる。具体的には、温度検出部61及び71の検出値を夫々T6、T7とすると、比率をAとし、T6・A+T7(1−A)を比制御温度とする。そして比率Aの値を調整したり、温度設定値を調整することによりウエハWについて適切な温度制御を行うようにする。
【0034】
その後温度安定化のための時間(リカバリータイム)だけ処理を行わずに待機し、しかる後、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(SiH2 Cl2 )ガスと一酸化二窒素(N2 O)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26を回転させてウエハボート21を回転させる。
【0035】
ここで発熱体ユニット5の表面近傍の温度は例えばおよそ840℃に設定されるため、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。このため反応容器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。その後、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℃になった時点にてウエハボート21を下降させる。
【0036】
上述実施の形態によれば次のような効果がある。
【0037】
(1)ウエハボ−ト21と蓋体32との間に発熱体ユニット5を設けているため、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早い。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ための時間(リカバリ−タイム)が短くて済み、スル−プットの向上が図れる。またバッチ処理毎のリカバリ−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。
【0038】
(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−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を得なかった領域にも製品ウエハを載置することができ、1バッチ当たりの処理枚数を多くできるので、この点からもスル−プットが向上する。
【0039】
(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ので、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−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。
【0040】
(4)ウエハボ−ト21が反応容器内に搬入された後は、発熱体ユニット5の近傍の温度検出値とウエハWの近傍の温度検出値とに基づいて発熱体ユニット5の温度を制御しているため、ウエハWを速やかに昇温させながら発熱体ユニット5に無理な負荷がかかるおそれもない。例えば発熱体ユニット5の近傍の温度のみを検出する場合には、ウエハWの温度が低いにもかかわらず発熱体ユニット5による昇温制御が不十分であったり、逆にウエハWの近傍の温度のみを検出する場合には、発熱体ユニット5の負荷は限界近くまできているのにもかかわらずウエハWの温度を上げるために更に昇温しようとして使用寿命を短くするといったおそれがあるので、片方の温度検出値を用いる場合に比べてこの実施の形態の温度制御の方が優れている。
【0041】
(5)更にまたウエハボ−ト21が反応容器の下方側のロ−ディングエリアで待機しているときには、カバ−体55で覆われて風の影響のない第1の温度検出部61の温度検出値に基づいて発熱体ユニット5が制御されるので、安定した温度制御ができる。この温度制御が不安定だと発熱体ユニット5が反応容器内に入ったときに反応容器内の温度安定領域の昇温のスタ−ト温度が変わり、このためカ−ブも変わってくるので処理の再現性が悪くなる。またロ−ディングエリアにおいて発熱体ユニット5の温度が一時的に高くなって搬送機構などのメカ系に熱による悪影響を及ぼす場合もある。
【0042】
(6)発熱体ユニット5の下方側に遮熱板48を設けているので、発熱体ユニット5からの熱が下方側に逃げていくのを抑えることができ、高い保温性が得られ、断熱ユニット40を小さくすることができ、あるいはなくすことができる。従って断熱ユニット40の熱容量が小さくなるので下段側のウエハWの昇温が早くなり、スル−プットを向上することができる。また発熱体ユニット5の投入パワ−を小さくできるので、効率よく加熱できる。
【0043】
(7)ウエハボ−ト21の回転軸26を上下に分離できるように構成することにより、例えば石英製の上側回転軸26Aを洗浄したり交換したりするときに上方へ抜き出すことができ、分解作業が容易である。
【0044】
以上において、ウエハボ−ト21がロ−ディングエリアにあるときには第1の温度検出部61のみで発熱体ユニット5の温度制御を行うことが好ましいが、第2の温度検出部71を併用してもよい。また第1の温度検出部61は発熱体ユニット5と一体に設けるようにしてもよく、この場合発熱体ユニット5の中に設けるようにしてもよいし、発熱体ユニット5の石英プレ−ト51の外面に第1の温度検出ユニット60の石英管を溶接するなどしてもよい。第1の温度検出ユニットは第1の温度検出部61に加えて、過昇温防止用の温度検出部を内蔵するようにしてもよい。なお温度検出部61、71及び過昇温防止用の温度検出部としては放射温度計などを用いてもよい。
【0045】
更に発熱体ユニット5の温度制御を行うにあたって、プロセス時には上述のように第1の温度検出部61及び第2の温度検出部71の両方を用いることが好ましいが、本発明は、第1の温度検出部61のみを用いる場合も含むものとする。
更にまた発熱体ユニット5は抵抗発熱体52(発熱領域)を複数の領域に分割し、分割領域毎に温度制御(いわゆるゾ−ン制御)を行うようにしてもよい。図11は抵抗発熱体52の分割のパタ−ンの例を示すものであり、図11(a)は発熱体ユニット5を周方向に4分割したもの、図11(b)は発熱体ユニット5を同心円状に分割したもの、図11(c)は発熱体ユニット5を同心円状にかつ周方向に4分割したものを表している。同心円状に分割する例として、図示の便宜上抵抗発熱体52をリング状に記載しているが、実際には例えば同心円状に4分割し、各分割領域ごとに抵抗発熱体5を所定の配置パタ−ンで配置すればよい。
【0046】
図12は、発熱体ユニット5は発熱領域をP1〜P4の4個に分割した場合の制御系の一例を示すものであり、52−1〜52−4は各分割領域P1〜P4に割り当てられた抵抗発熱体、Q1〜Q4は各分割領域P1〜P4に割り当てられた第1の温度検出部、81〜84は各分割領域P1〜P4に割り当てられた制御部である。この例では各制御部81〜84が温度設定値と第1の温度検出部Q1〜Q4の温度検出値と第2の温度検出部の温度検出値とに基づいて抵抗発熱体P1〜P4の発熱量を制御している。このような例によれば、周方向の保温性を均一化でき、あるいは外側の発熱量を大きくして面内の保温性の均一化を図れるなど、きめ細かな温度制御ができる。
【0047】
本発明では、発熱体ユニット5が過昇温した場合に火災を防止し、人的、物的な事故を防ぐための安全対策として図13に示すように例えば発熱体ユニット5の下面側や蓋体32の下面側やロ−ディングエリア内に過昇温防止用の温度検出部91、92、93を設け、その温度検出信号に基づいて発熱体ユニット5の給電を止めるようにすることが好ましい。なお94、95は加熱炉20のヒ−タの過昇温防止用の温度検出部である。
【0048】
以上において本発明は、減圧CVD装置に適用することに限らず、いわゆる酸化、拡散炉にも適用することができる。
【0049】
【発明の効果】
本発明によれば、反応容器の蓋体と被処理体の保持具との間に発熱体ユニットを設けているので、温度安定化に要する時間を短くできる。そして発熱体ユニットの近傍の温度と被処理体の近傍の温度とを検出し、それらの温度検出値に基づいて発熱体ユニットを制御することにより、被処理体を速やかに昇温させることができ、また発熱体ユニットに無理な負荷がかかるおそれもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の縦型熱処理装置の実施の形態の全体構成を示す縦断側面図である。
【図2】上記の装置の概観を示す斜視図である。
【図3】この実施の形態に用いられる発熱体ユニット及び断熱ユニットを含む保温ユニットを示す断面図である。
【図4】保温ユニット及び回転軸を示す分解斜視図である。
【図5】断熱ユニットを示す横断平面図である。
【図6】遮熱板を示す断面図である。
【図7】 発熱体ユニットの断面及び平面を示す説明図である。
【図8】回転軸が分解された様子を示す概略説明図である。
【図9】温度検出ユニットの石英管を蓋体に装着する構造を示す斜視図である。
【図10】発熱体ユニットの温度制御系を示す説明図である。
【図11】発熱体ユニットの抵抗発熱体を分割した例を示す平面図である。
【図12】発熱体ユニットにおける分割された抵抗発熱体を制御するための制御回路を示す説明図である。
【図13】処理雰囲気を加熱するためのヒ−タ及び発熱体ユニットの過昇温を防止するためのセンサ−の配置の一例を示す説明図である。
【図14】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 ウエハボ−ト
26 回転軸
26A 上側回転軸
26B 下側回転軸
3 マニホ−ルド
32 蓋体
4 保温ユニット
40 断熱ユニット
46 第1の保護管
45 石英フィン
47 第2の保護管
48 遮熱板
5 発熱体ユニット
53 第3の保護管
55 カバ−体
61 第1の温度検出部
62 制御部
71 第2の温度検出部
P1〜P4 分割領域
Q1〜Q4 第1の温度検出部
81〜84 制御部
91〜95 過昇温防止用の温度検出部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a vertical heat treatment apparatus and a heat treatment method.And thermal insulation unitAbout.
[0002]
[Prior art]
A vertical heat treatment apparatus is known as one of semiconductor device manufacturing apparatuses. This heat treatment apparatus is of a batch type in which a large number of wafers are heat treated at once, and FIG. 14 shows a schematic view of an apparatus for performing low pressure CVD. Reference numeral 1 denotes a wafer boat. The wafer boat 1 holds a large number of wafers W in a shelf shape and is carried into a reaction vessel comprising a double-structured reaction tube 11 and a cylindrical manifold 12 by an elevator (not shown). The At this time, the reaction vessel is airtightly closed by the lid 10. The inside of the reaction vessel is heated to a predetermined temperature by a heater 13 surrounding the reaction tube 11 and is reduced to a predetermined pressure by an exhaust tube 14. Then, a film forming gas is supplied from the lower side of the reaction vessel through the gas supply pipe 15, is decomposed into thin film components and is deposited on the wafer W, and the remaining gas is supplied from the ceiling of the inner pipe 11a to the inner pipe 11a and the outer pipe. It descends the space between 11b.
[0003]
Under the wafer boat 1, for example, a thermal insulation unit 16 in which quartz wool or the like is accommodated in a cylindrical body made of quartz is interposed to insulate the atmosphere in which the wafer W is placed from the outside of the lid body 10 to keep the thermal insulation. Further, several dummy wafers W called side wafers are placed on the lower end side of the wafer boat 1 without placing the product wafers W.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the heat capacity of the heat retaining unit 16 is set to be large so that the heat of the atmosphere in which the wafer W is placed is not released outside as much as possible. For this reason, when the temperature of the processing atmosphere is raised to the target processing temperature to stabilize the temperature, the temperature rise of the heat retaining unit 16 is delayed, and heat flows from the processing atmosphere to the heat retaining unit 16 side. As a result, the time during which the temperature stabilizes (recovery time) is long, which causes a decrease in throughput. Furthermore, unless a sufficiently long recovery time is taken, the reproducibility for each batch process is poor.
[0005]
Further, the heat retaining unit 16 blocks the heat flow between the processing atmosphere and the outside of the reaction vessel. However, since the lower part of the wafer placement area of the wafer boat 1 has a large amount of heat radiation, Side wafers (dummy wafers) are placed from the lowermost stage to several upper stages, and thus the area for placing the product wafer W must be narrowed. Therefore, even if the number of wafers that can be stored in the wafer boat 1 is increased, the number of processed product wafers W per batch processing is reduced, which eventually hinders improvement in throughput.
[0006]
Furthermore, the film forming gas introduced into the reaction vessel through the gas supply pipe 15 rises along the side of the heat insulating unit 16, but the temperature of the heat insulating unit 16 is low. The amount of unreacted gas reaching the processing atmosphere where W is placed increases. For this reason, the amount of gas to be decomposed in the processing atmosphere increases, and the amount of active species generated varies depending on the location. This is reflected in the film thickness of the wafer W, and between wafers W and within the wafer W surface. This is one of the causes of the poor uniformity of film thickness.
[0007]
In order to solve such problems, the present inventor is considering the provision of a heating element unit in the heat retaining unit. In realizing this, how should the temperature control of the heating element unit be performed? There are problems such as how to suppress the heat radiation from the heating element unit to the lid, and what kind of structure is appropriate when the holder is rotated.
[0008]
The present invention has been made under such circumstances, and its purpose is to quickly stabilize the temperature of the processing atmosphere of the vertical heat treatment apparatus and to suppress heat radiation from the processing atmosphere to the outside. An object of the present invention is to provide an appropriate configuration when a heating element unit is used as the means for realizing the above.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention allows a holder supported on a lid to hold a large number of objects to be processed in a shelf shape, carries the holder into the reaction vessel from below, and lowers the lower end of the reaction vessel with the lid. The present invention is intended for a vertical heat treatment apparatus that hermetically seals and heat-treats the object to be processed in a heated atmosphere inside the reaction vessel.
[0010]
  The present invention provides a planar heating element unit provided between the lid and the holder so as to face the bottom of the holder, and encapsulating a resistance heating element in ceramics,
And a heat shield plate provided on the lower side of the heating element unit and having a black film layer formed on one surface of the quartz plate. Instead of forming the black film layer on one surface of the quartz plate, the heat shield plate may be configured by enclosing the black film layer in a quartz plate body.
[0011]
  According to this invention, since the heating element unit is provided on the lower side of the holder, the amount of heat dissipated from the processing atmosphere in the reaction vessel to the lower side is reduced, so that the processing atmosphere is quickly stabilized at the target temperature. It is possible to secure a wide processing area where the temperature can be stabilized.At the same time, the heat insulation effect and the thermal responsiveness are improved.
[0015]
According to still another aspect of the present invention, when the holder is configured to rotate, it is configured to penetrate the central portion of the heating element unit and be divided into an upper side and a lower side, and rotate the holder around the vertical axis. Therefore, it is possible to provide a configuration including a rotation shaft for rotation and a rotation drive unit connected to the lower end of the rotation shaft.
[0016]
  MoreIn another invention, a plurality of objects to be processed are held in a shelf shape on a holder supported on a lid, and the holder is carried into the reaction vessel from below and the lower end of the reaction vessel is covered by the lid. In a heat retaining unit used in a vertical heat treatment apparatus that heat-treats an object to be processed with the inside of the reaction vessel being heated in a heated atmosphere,
  A ring-shaped bottom surface portion and a ring-shaped top surface portion placed on the lid are connected to and opposed to each other by a first protective tube, and upper and lower portions of the first protective tube are opened to the upper surface portion and the bottom surface portion, respectively. A heat insulating unit,
  The hollow ring-shaped body has a shape in which the lower surface is opened, and the inner space is partitioned from the outer space by being detachably mounted with its lower end in contact with the upper surface of the heat insulating unit. A cover body;
  A heating element unit that is disposed in the cover body and encloses a heater wire made of a high-purity carbon material in a ring-shaped quartz plate;
  A third protective tube connected to the lower surface side of the quartz plate and inserted with a power supply line for supplying power to the heater wire,
  The third protective tube is inserted into the first protective tube and extends from below the first protective tube;
  The opening at the center of each of the heat insulating unit, the cover body, and the heating element unit is for a rotating shaft for rotating the holder to pass therethrough.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an embodiment of a vertical heat treatment apparatus of the present invention, and FIG. 2 is an overview of the vertical heat treatment apparatus. First, the outline of the apparatus will be briefly described with reference to these drawings. In FIG. 1, reference numeral 2 denotes a reaction tube having a double tube structure made of, for example, quartz made of an inner tube 2 a and an outer tube 2 b, and a metal tubular manifold 3 is provided on the lower side of the reaction tube 2. ing.
[0018]
The inner pipe 2 a has an upper end opened and is supported on the inner side of the manifold 3. The outer tube 2 b is closed at the upper end, and the lower end is airtightly joined to the upper end of the manifold 3. In this example, a reaction vessel is constituted by the inner tube 2a, the outer tube 2b, and the manifold 3. 31 is a base plate.
[0019]
In the reaction tube 2, a large number of, for example, 126 wafers W to be processed are placed in a shelf shape on a wafer boat 21 that is a holder in a horizontal state and spaced apart vertically. As shown in FIG. 2, the wafer boat 21 is configured by providing a plurality of support columns 24 between the top plate 22 and the bottom plate 23, and forming grooves for holding the peripheral edge of the wafer W in the support columns 24. The wafer boat 21 is held on the lid 32 through the installation area of the heat retaining unit 4. The heat retaining unit 4 will be described later in detail. The lid 32 is mounted on a boat elevator 33 for carrying the wafer boat 21 into and out of the reaction tube 2, and when it is at the upper limit position, the lower end opening of the manifold 3, that is, the reaction tube 2 and the manifold. 3 has the role of closing the lower end opening of the reaction vessel.
[0020]
A heater 25 made of, for example, a resistance heating body is provided around the reaction tube 2 so as to surround the reaction tube 2. Although not shown in FIG. 1, a heat insulating layer is provided around the heater 25, and an exterior body is provided on the outer side thereof, and these constitute the heating furnace 20 (see FIG. 2).
[0021]
A plurality of gas supply pipes are provided around the manifold 3 so that a plurality of processing gases can be supplied into the inner pipe 2a. In FIG. 1, one of the gas supply pipes 34 is shown, and this gas supply pipe 34 is connected to a gas supply source 35 via a valve V1, a flow meter MFC and a valve V2. Further, an exhaust pipe 36 is connected to the manifold 3 so that the space between the inner pipe 2a and the outer pipe 2b can be exhausted, and the inside of the reaction tube can be maintained in a predetermined reduced pressure atmosphere by a vacuum pump 37. Yes.
[0022]
Next, the said heat retention unit 4 and the site | part relevant to this are demonstrated, referring FIGS. 3-5. The heat retaining unit 4 includes a heat insulating unit 40 made of ceramic, for example, quartz. The heat insulating unit 40 has a circular upper surface portion 41 and a bottom plate portion 42 (in FIG. 5, the outer peripheral portion of the bottom plate portion 42 is omitted). And three struts 43 (see FIG. 4) that connect the upper surface part 41 and the bottom plate part 42 and are provided at intervals in the circumferential direction. A large number of grooves 44 (see FIG. 5) are formed on each of the three support columns 43, and quartz fins 45 (FIG. 4) serving as heat insulating members are formed in the grooves 44 of the three support columns 43. The quartz fins 45 are arranged in multiple stages. The quartz fin 45 is for suppressing heat from the upper side from radiating to the lid 32 side. The heat insulating member is not limited to the quartz fin 45 but may be a foamed quartz block.
[0023]
Further, a first protective tube 46 and a second protective tube 47 are provided between the upper surface portion 41 and the bottom surface portion 42 of the heat insulating unit 40 at intervals in the circumferential direction. Both ends open to the upper surface portion 41 and the bottom surface portion 42, respectively.
[0024]
On the upper surface portion 41 of the heat insulating unit 40, a heat shield plate 48 (not shown in FIG. 4) for suppressing heat radiation to the lid 32 side is placed. For example, as shown in FIG. 6, the heat shield plate 48 is configured by sealing a black film layer 48b made of carbon, for example, in a transparent quartz plate 48a. The black film layer 48b may be a titanium film, a silicon carbide film, or the like, and may be formed on one side of the quartz plate 48a even if it is not enclosed in the quartz plate 48a.
[0025]
For example, a planar heating element unit 5 is provided above the heat shield plate 48 through a gap. The heating element unit 5 is configured by enclosing a resistance heating element with few metal impurities in ceramics such as quartz. In this example, as shown in FIG. 7, for example, a quartz circle having a thickness of about 8 mm is used. A heater wire 52 made of a high-purity carbon material is spirally arranged in a plate-like body (quartz plate) 51. Further, quartz may be interposed between the heater wires 52 and 52 adjacent to each other. In this case, the heater wire 52 is wired between spiral partition walls made of quartz. The heating element unit 5 is preferably the same size or larger than the wafer W in order to increase the heat retaining effect.
[0026]
A third protective tube 53 is connected to the lower surface of the peripheral edge of the quartz plate 51 of the heating element unit 5, and the power supply line 54 for supplying power to the heater wire 52 is shown in FIG. As shown in FIG. 3, the third protective tube 53 is connected to the connection portion, and is inserted into the protective tube 53 from there. Although not shown in detail in the figure, each of the feeder lines 54 passes through the protective tube 53 in a state of being enclosed in a thin quartz tube. The third protective tube 53 is inserted into the first protective tube 46 opened in the upper surface portion 41 of the heat insulating unit 40, and further penetrates the lid body 32 to the lower surface side of the lid body 32. Is fixed. Therefore, the third protective tube 53 also serves as a support for the heating element unit 5.
[0027]
Further, in the center of the upper surface portion 41 and the bottom surface portion 42 of the heat insulating unit 40, the quartz fin 45, the heat shield plate 48, and the heating element unit 5, a hole through which a rotation shaft, which will be described later, for rotating the wafer board 21 passes. 41a, 42a, 45a, 48a and 5a are formed, respectively. On the upper surface portion 41, for example, a cylindrical (ring-shaped) quartz cover body 55 having a hole portion 55 a formed in the center portion, which covers the heating element unit 5 and the heat shield plate 48, is placed. (Removably provided). Accordingly, the heating element unit 5 is placed in a space surrounded by the cover body 55 and the upper surface portion 41 and is isolated from the processing atmosphere, so that reaction products are less likely to adhere.
[0028]
On the other hand, the wafer boat 21 passes through the holes 55a, 48a, 41a, 45a, 42a in the center of the cover body 55 and the heat insulating unit 4 and penetrates to the lower side of the cover body 32. It is mounted via a table 27 on the top. As shown in FIGS. 3 and 8, the rotary shaft 26 can be separated vertically, and an upper rotary shaft 26 </ b> A having a concave portion SA formed at the lower end and a lower rotary shaft 26 </ b> B formed with a convex portion SB at the upper end. The concave portion SA and the convex portion SB are fitted. The upper rotating shaft 26A and the lower rotating shaft 26B are made of, for example, quartz and metal, respectively, and in consideration of the thermal expansion coefficients of both materials, the two are in a close fitting state at the process temperature, and there is no backlash. Set the dimensions as follows. Further, as shown in FIG. 8, for example, a temperature adjusting means such as a heater 28 is embedded in the lower rotating shaft 26B, and the heat generation amount of the heater 28 is adjusted to control the temperature of the lower rotating shaft 26B. Thus, the thermal expansion of the metal may be adjusted.
[0029]
In the second protective tube 47 provided in the heat insulation unit 4, a first temperature detection unit 60 is inserted, in which a thermocouple and its conducting wire are enclosed in a quartz tube, and its tip is L-shaped. It is bent into a mold and located between the heating element unit 5 and the heat shield plate 48. The sensor portion of the thermocouple at the tip in the first temperature detection unit 60 constitutes the first temperature detection portion 61. The base end side of the first temperature detection unit 60 penetrates the lid body 32 in an airtight manner.
[0030]
Further, a second temperature detection unit 70 in which a thermocouple and its conducting wire are enclosed in a quartz tube is inserted into the lid 32 in an airtight manner, and its tip is bent into an L shape. In the vicinity of the wafer W, for example, in the vicinity of the lower side of the wafer boat 21. The sensor part of the thermocouple at the tip in the second temperature detection unit 70 constitutes the second temperature detection part 71. In fixing the temperature detection unit 60 (70) to the lid body 32, for example, a protrusion 60a is formed on the quartz tube of the temperature detection unit 60 (70) as shown in FIG. The shape of 60b is adapted to the cross-sectional shape of the quartz tube including the projection 60a, thereby preventing rotation and positioning of the quartz tube.
[0031]
FIG. 10 is a diagram showing a temperature control system of the heating element unit 5, and the control unit 62 that controls the temperature of the heating element unit 5 is the temperature of both the first temperature detection unit 61 and the second temperature detection unit 71. The power supply of the heating element unit 5 is controlled based on the detection signal. Although the control unit 62 is schematically illustrated in the figure, in practice, the power source unit of the heating element unit 5, the control circuit for controlling the phase of the supplied power, for example, and the phase control signal based on both the temperature detection signals The calculation part etc. which create are included. That is, in this embodiment, the temperature control of the heating element unit 5 is performed based on the temperature near the heating element unit 5 and the temperature near the wafer W.
[0032]
Next, the operation of the above embodiment will be described. Here, an example of forming an oxide film called HTO (High Temperature Oxide) by CVD processing is given as an example of specific processing. First, a predetermined number of wafers W to be processed are held in a shelf shape on the wafer boat 21, and the boat elevator 33 is lifted to carry it into the reaction vessel. When the wafer boat 21 is loaded, the processing atmosphere of the reaction vessel is maintained at, for example, about 600 ° C. The wafer boat 21 is loaded and the lower end opening of the reaction vessel (specifically, the lower end opening of the manifold 3) is covered by the lid 32. After the blockage, the temperature of the processing atmosphere is raised to, for example, about 800 ° C. by the heater 25 and the inside of the reaction vessel is depressurized to a predetermined degree of vacuum by the vacuum pump 37 through the exhaust pipe 36.
[0033]
On the other hand, while the wafer boat 21 is waiting on the lower side of the reaction vessel, in order to avoid the influence of the wind from the fan filter generated in the loading area (the room for carrying in and out), for example, The temperature control of the heat generating unit 5 is performed using only the first temperature detecting unit 61 without using the second temperature detecting unit 71, and the heat generating unit 5 is maintained at around 100 ° C., for example. When the loading of the wafer board 21 is started, the heating element unit 5 starts to raise the temperature (the temperature setting value is increased), and the temperature of the heating element unit 5 is set to be higher than the temperature of the processing atmosphere at the time of film formation, for example. Raise the temperature to a slightly higher temperature. The time when the heating element unit 5 and the processing atmosphere reach the target temperature is approximately the same timing, for example. After the wafer boat 21 is carried into the reaction vessel, the temperature control of the heating element unit 5 is performed based on the temperature detection values of both the first temperature detection unit 61 and the second temperature detection unit 71. Specifically, assuming that the detected values of the temperature detectors 61 and 71 are T6 and T7, respectively, the ratio is A, and T6 · A + T7 (1−A) is the ratio control temperature. Then, the temperature of the wafer W is appropriately controlled by adjusting the value of the ratio A or adjusting the temperature setting value.
[0034]
Thereafter, the process waits for the time for temperature stabilization (recovery time) without performing any treatment, and then, from the two gas supply pipes 34 (only one is shown in FIG. 1 as described above), dichlorosilane. While supplying (SiH2 Cl2) gas and dinitrogen monoxide (N2 O) gas into the reaction vessel (reaction tube 1 and manifold 3), the pressure in the reaction vessel is maintained at a predetermined degree of vacuum, for example. At this time, the rotating shaft 26 is rotated to rotate the wafer boat 21.
[0035]
Here, since the temperature in the vicinity of the surface of the heating element unit 5 is set to, for example, about 840 ° C., the temperature around the heating element unit 5 and a little lower side thereof is higher than the temperature of the processing atmosphere near 800 ° C. For this reason, the dichlorosilane gas and the nitric oxide gas supplied to the lower side of the reaction vessel are decomposed when passing by the heat insulating unit 4 and diffused into the processing atmosphere in the state where the decomposition has progressed. Active species are deposited on the silicon oxide film. Thereafter, the electric power of the heater 25 is controlled to lower the temperature in the reaction vessel, the electric power supplied to the heating element unit 5 is set to zero, and the heating element unit 5 is lowered. For example, when the temperature of the processing atmosphere reaches 600 ° C. The wafer boat 21 is lowered.
[0036]
According to the above embodiment, the following effects are obtained.
[0037]
(1) Since the heating element unit 5 is provided between the wafer boat 21 and the lid 32, the amount of heat radiated to the outside from the processing atmosphere via the heat retaining unit 4 is reduced. Since the heat retaining unit 4 includes the heating element unit 5, the heat retaining property is good. For this reason, since the heat capacity may be small, the heat retaining unit 4 as a whole is heated at a high speed. For this reason, after the temperature of the processing atmosphere reaches the target temperature, a time (recovery time) for stabilizing the temperature to that temperature can be shortened, and the throughput can be improved. Further, since the variation in recovery time for each batch process is reduced, the reproducibility of the process is improved.
[0038]
(2) Since the heat retaining effect of the heat retaining unit 4 is large as described above, a region with high temperature uniformity spreads downward, so that the side wafer is placed on the lower part of the wafer boat 21 because the temperature is low until now. Product wafers can be placed in the unavoidable areas, and the number of processed wafers per batch can be increased, so that throughput is also improved in this respect.
[0039]
(3) Since the film forming gas supplied into the reaction vessel through the gas supply pipe 34 is heated by the heating element unit 5 and decomposed to some extent before reaching the processing atmosphere, the amount of unreacted gas in the processing atmosphere is small. Become. As a result, the uniformity of the concentration of the active species is increased between the wafers W arranged on the wafer board 21 and in the plane of each wafer W, and the film thickness is uniform between the wafers W and in the wafer W plane. Becomes higher.
[0040]
(4) After the wafer boat 21 is loaded into the reaction vessel, the temperature of the heating element unit 5 is controlled based on the temperature detection value near the heating element unit 5 and the temperature detection value near the wafer W. Therefore, there is no possibility that an excessive load is applied to the heating element unit 5 while the temperature of the wafer W is rapidly raised. For example, when only the temperature near the heating element unit 5 is detected, the temperature rise control by the heating element unit 5 is insufficient even though the temperature of the wafer W is low, or conversely the temperature near the wafer W In the case where only the load is detected, there is a possibility that the service life may be shortened by trying to further increase the temperature of the wafer W in order to increase the temperature of the wafer W even though the load of the heating element unit 5 is close to the limit. The temperature control of this embodiment is superior to the case of using one temperature detection value.
[0041]
(5) Furthermore, when the wafer boat 21 is waiting in the loading area below the reaction vessel, the temperature detection of the first temperature detection unit 61 which is covered with the cover body 55 and is not affected by the wind. Since the heating element unit 5 is controlled based on the value, stable temperature control can be performed. If the temperature control is unstable, when the heating element unit 5 enters the reaction vessel, the start temperature of the temperature stable region in the reaction vessel changes, and thus the curve also changes. The reproducibility of becomes worse. In addition, the temperature of the heating element unit 5 temporarily rises in the loading area, which may adversely affect the mechanical system such as the transport mechanism.
[0042]
(6) Since the heat shield plate 48 is provided on the lower side of the heat generating unit 5, it is possible to suppress the heat from the heat generating unit 5 from escaping to the lower side, so that high heat retention can be obtained and heat insulation can be achieved. The unit 40 can be made smaller or eliminated. Accordingly, since the heat capacity of the heat insulating unit 40 is reduced, the temperature of the lower wafer W can be raised quickly, and the throughput can be improved. Moreover, since the input power of the heating element unit 5 can be reduced, it can be heated efficiently.
[0043]
(7) By configuring the rotary shaft 26 of the wafer boat 21 so as to be vertically separated, for example, when the upper rotary shaft 26A made of quartz is cleaned or replaced, it can be extracted upward, and disassembly work Is easy.
[0044]
In the above, it is preferable to control the temperature of the heating element unit 5 only by the first temperature detection unit 61 when the wafer board 21 is in the loading area. However, even if the second temperature detection unit 71 is used in combination. Good. The first temperature detector 61 may be provided integrally with the heating element unit 5. In this case, the first temperature detection unit 61 may be provided in the heating element unit 5, or the quartz plate 51 of the heating element unit 5. The quartz tube of the first temperature detection unit 60 may be welded to the outer surface of the first temperature detection unit 60. The first temperature detection unit may include a temperature detection unit for preventing excessive temperature rise in addition to the first temperature detection unit 61. In addition, you may use a radiation thermometer etc. as the temperature detection parts 61 and 71 and the temperature detection part for excessive temperature rise prevention.
[0045]
Furthermore, when performing the temperature control of the heating element unit 5, it is preferable to use both the first temperature detection unit 61 and the second temperature detection unit 71 as described above during the process. The case where only the detection unit 61 is used is also included.
Furthermore, the heating element unit 5 may divide the resistance heating element 52 (heating area) into a plurality of areas and perform temperature control (so-called zone control) for each divided area. FIG. 11 shows an example of the division pattern of the resistance heating element 52. FIG. 11 (a) shows the heating element unit 5 divided into four in the circumferential direction, and FIG. 11 (b) shows the heating element unit 5. FIG. 11C shows the heating element unit 5 that is divided into four concentric circles in the circumferential direction. As an example of concentric division, the resistance heating element 52 is described in a ring shape for convenience of illustration. However, actually, for example, the resistance heating element 52 is divided into four concentric circles, and the resistance heating element 5 is arranged in a predetermined arrangement pattern for each divided region. It may be arranged with-.
[0046]
FIG. 12 shows an example of a control system when the heat generating unit 5 divides the heat generating area into four parts P1 to P4, and 52-1 to 52-4 are assigned to the respective divided areas P1 to P4. The resistance heating elements Q1 to Q4 are first temperature detectors assigned to the divided areas P1 to P4, and 81 to 84 are control parts assigned to the divided areas P1 to P4. In this example, each of the control units 81 to 84 generates heat from the resistance heating elements P1 to P4 based on the temperature set value, the temperature detection values of the first temperature detection units Q1 to Q4, and the temperature detection value of the second temperature detection unit. The amount is controlled. According to such an example, it is possible to perform fine temperature control such that the heat retention in the circumferential direction can be made uniform, or the heat generation outside can be increased to make the heat insulation in the surface uniform.
[0047]
In the present invention, as shown in FIG. 13, as a safety measure for preventing a fire when the heating element unit 5 is overheated and preventing human and material accidents, for example, the lower surface side of the heating element unit 5 and the lid It is preferable to provide temperature detecting portions 91, 92, 93 for preventing an excessive temperature rise in the lower surface side of the body 32 or in the loading area, and to stop the power supply of the heating element unit 5 based on the temperature detection signal. . Reference numerals 94 and 95 denote temperature detectors for preventing overheating of the heater of the heating furnace 20.
[0048]
The present invention is not limited to being applied to a low pressure CVD apparatus, but can be applied to a so-called oxidation and diffusion furnace.
[0049]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the heating element unit is provided between the lid of the reaction vessel and the holder of the object to be processed, the time required for temperature stabilization can be shortened. By detecting the temperature in the vicinity of the heating element unit and the temperature in the vicinity of the object to be processed, and controlling the heating element unit based on the detected temperature values, the object to be processed can be quickly heated. Moreover, there is no possibility that an excessive load is applied to the heating element unit.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a vertical sectional side view showing an overall configuration of an embodiment of a vertical heat treatment apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing an overview of the apparatus.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a heat retaining unit including a heating element unit and a heat insulating unit used in this embodiment.
FIG. 4 is an exploded perspective view showing a heat retaining unit and a rotating shaft.
FIG. 5 is a cross-sectional plan view showing the heat insulating unit.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a heat shield plate.
FIG. 7 is an explanatory view showing a cross section and a plane of a heating element unit.
FIG. 8 is a schematic explanatory view showing a state in which a rotating shaft is disassembled.
FIG. 9 is a perspective view showing a structure in which a quartz tube of a temperature detection unit is attached to a lid.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a temperature control system of the heating element unit.
FIG. 11 is a plan view showing an example in which the resistance heating element of the heating element unit is divided.
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a control circuit for controlling the resistance heating element divided in the heating element unit;
FIG. 13 is an explanatory diagram showing an example of the arrangement of a heater for heating a processing atmosphere and a sensor for preventing an excessive temperature rise of a heating element unit.
FIG. 14 is a vertical sectional side view showing a conventional vertical heat treatment apparatus.
[Explanation of symbols]
2 reaction tubes
21 Wafer boat
26 Rotating shaft
26A Upper rotation axis
26B Lower rotation shaft
3 Manifold
32 Lid
4 Thermal insulation unit
40 Thermal insulation unit
46 First protective tube
45 Quartz fins
47 Second protective tube
48 heat shield
5 Heating unit
53 Third protective tube
55 Cover body
61 1st temperature detection part
62 Control unit
71 2nd temperature detection part
P1-P4 divided area
Q1-Q4 1st temperature detection part
81-84 control unit
91-95 Temperature detector for preventing excessive temperature rise

Claims (11)

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、
前記蓋体と保持具との間にて、保持具の底部に対向するように設けられ、抵抗発熱体をセラミックスの中に封入してなる面状の発熱体ユニットと、
この発熱体ユニットの下方側に設けられ、石英板の一面に黒色膜層が形成された遮熱板と、を備えたことを特徴とする縦型熱処理装置。
A holding tool supported on the lid body holds a large number of objects to be processed in a shelf shape, and the holder is carried into the reaction vessel from below and the lower end of the reaction vessel is hermetically closed by the lid body. In a vertical heat treatment apparatus that heat-treats the object to be processed in a heated atmosphere inside the reaction vessel,
A planar heating element unit provided between the lid and the holder so as to face the bottom of the holder, and encapsulating a resistance heating element in ceramics;
A vertical heat treatment apparatus comprising: a heat shield plate provided on a lower side of the heating element unit and having a black film layer formed on one surface of a quartz plate.
遮熱板は石英板の一面に黒色膜層が形成される代わりに、石英板体の中に黒色膜層が封じ込められて構成されているものであることを特徴とする請求項1記載の縦型熱処理装置。The heat shield plate instead of black film layer on one surface of the quartz plate are formed, vertically according to claim 1, characterized in that the black film layer is composed enclosed in a quartz plate member Mold heat treatment equipment. 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、
前記保持具の下方において蓋体に固定して設けられ、抵抗発熱体をセラミックス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貫通されると共に上部側と下部側とに分割可能に構成され、保持具を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に接続された回転駆動部と、を備え、たことを特徴とする縦型熱処理装置。
A holding tool supported on the lid body holds a large number of objects to be processed in a shelf shape, and the holder is carried into the reaction vessel from below and the lower end of the reaction vessel is hermetically closed by the lid body. In a vertical heat treatment apparatus that heat-treats the object to be processed in a heated atmosphere inside the reaction vessel,
A heating unit provided by being fixed to the lid below the holder, and enclosing a resistance heating element in ceramics,
It is configured to penetrate the central portion of the heating element unit and be divided into an upper side and a lower side, and a rotating shaft for rotating the holder around the vertical axis;
A vertical heat treatment apparatus, comprising: a rotary drive unit connected to a lower end of the rotary shaft;
上部側及び下部側の回転軸は夫々セラミックス及び金属により構成され、下部側の回転軸の熱膨張を調整して上部側の回転軸と密合させるための温度調整手段を設けたことを特徴とする請求項3記載の縦型熱処理装置。The upper and lower rotary shafts are made of ceramics and metal, respectively, and are provided with temperature adjusting means for adjusting the thermal expansion of the lower rotary shaft and tightly fitting with the upper rotary shaft. The vertical heat treatment apparatus according to claim 3 . 発熱体ユニットの温度を検出し、当該発熱体ユニットの過昇温を防止するための過昇温防止用の温度検出部を設け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。Detecting the temperature of the heat generating unit, according to any of claims 1, characterized in that a temperature detecting portion for preventing excessive temperature rise for preventing excessive temperature rise of the heat generating unit 4 Vertical heat treatment equipment. 抵抗発熱体は炭素素材からな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縦型熱処理装置。The resistance heating body vertical heat treatment apparatus according to any one of 5 claims 1, characterized in that it consists of carbon material. 抵抗発熱体が封入されるセラミックスは石英である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。Vertical heat treatment apparatus according to any one of claims 1, wherein the ceramic resistive heating element is enclosed is quartz 6. 発熱体ユニットの下部側に断熱部材が設けられていることを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載の縦型熱処理装置。The vertical heat treatment apparatus according to any one of claims 1 to 7 , wherein a heat insulating member is provided on a lower side of the heating element unit. 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る保温ユニットにおいて、
前記蓋体の上に載置されるリング状の底面部及びリング状の上面部を第1の保護管で連結して対向させると共に第1の保護管の上下を夫々上面部及び底面部に開口させてなる断熱ユニットと、
空洞のリング状体の下面を開口した形状であって、その下端部が前記断熱ユニットの上面部に接した状態で着脱自在に載置されることによりその内部空間がその外部空間から区画されるカバー体と、
前記カバー体内に配置され、リング状の石英プレート内に炭素素材よりなるヒータ線を封入してなる発熱体ユニットと、
前記石英プレートの下面側に接続され、前記ヒータ線に給電するための給電線が挿入された第3の保護管と、を備え、
前記第3の保護管は第1の保護管内に挿入され、当該第1の保護管の下方から伸び出し、
前記断熱ユニット、カバー体、発熱体ユニットの各々の中央部の開口は、保持具を回転させるための回転軸が貫通するためのものであることを特徴とする保温ユニット。
A holding tool supported on the lid body holds a large number of objects to be processed in a shelf shape, and the holder is carried into the reaction vessel from below and the lower end of the reaction vessel is hermetically closed by the lid body. In a heat retaining unit used in a vertical heat treatment apparatus that heat-treats an object to be treated in a heated atmosphere in the reaction vessel,
A ring-shaped bottom surface portion and a ring-shaped top surface portion placed on the lid are connected to and opposed to each other by a first protective tube, and upper and lower portions of the first protective tube are opened to the upper surface portion and the bottom surface portion, respectively. A heat insulating unit,
The hollow ring-shaped body has a shape in which the lower surface is opened, and the inner space is partitioned from the outer space by being detachably mounted with its lower end in contact with the upper surface of the heat insulating unit. A cover body;
A heating element unit disposed in the cover body and enclosing a heater wire made of a carbon material in a ring-shaped quartz plate;
A third protective tube connected to the lower surface side of the quartz plate and inserted with a power supply line for supplying power to the heater wire,
The third protective tube is inserted into the first protective tube and extends from below the first protective tube;
The heat insulating unit, wherein the central opening of each of the heat insulating unit, the cover body, and the heating element unit is for a rotating shaft for rotating the holder to pass therethrough.
前記断熱ユニットの上面部及び底面部とを連結するようにかつその上下を夫々上面部及び底面部に開口するように設けられた第2の保護管と、
前記カバー体内における発熱体ユニットの下側に設けられ、その導線が前記第2の保護管内に挿入された温度検出部と、を備えたことを特徴とする請求項9記載の保温ユニット。
A second protective tube provided so as to connect the upper surface portion and the bottom surface portion of the heat insulating unit and to open the upper and lower surfaces to the upper surface portion and the bottom surface portion, respectively;
The heat retention unit according to claim 9 , further comprising: a temperature detection unit provided on a lower side of the heating element unit in the cover body, the conductor of which is inserted into the second protective tube.
前記断熱ユニットの上面部及び底面部とを連結するように当該断熱ユニットの周方向に設けられ、上下に溝が間隔をおいて形成された支柱と、
前記支柱の溝内に挿入された断熱部材をなすフィンと、を備えたことを特徴とする請求項9または10記載の保温ユニット。
Support columns provided in the circumferential direction of the heat insulation unit so as to connect the upper surface portion and the bottom surface portion of the heat insulation unit, and grooves formed at intervals above and below,
The heat retaining unit according to claim 9 or 10 , further comprising a fin that forms a heat insulating member inserted into a groove of the support column.
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