JP4276813B2 - 熱処理装置および半導体製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱処理技術、特に、被処理物を処理室に収容してヒータによって加熱した状態で処理を施す熱処理技術に関し、例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）が作り込まれる半導体ウエハ（以下、ウエハという。）に酸化処理や拡散処理、イオン打ち込み後のキャリア活性化や平坦化のためのリフローやアニールおよび熱ＣＶＤ反応による成膜処理等（以下、熱処理という。）に使用される熱処理装置（furnace ）に利用して有効なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣの製造方法におけるウエハの熱処理には、バッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置（以下、縦形熱処理装置という。）が、広く使用されている。縦形熱処理装置は、ウエハが搬入される処理室を形成するインナチューブおよびこのインナチューブを取り囲むアウタチューブから構成され縦形に設置されたプロセスチューブと、プロセスチューブの外部に敷設されてプロセスチューブ内を加熱するヒータとを備えており、複数枚のウエハがボートによって長く整列されて保持された状態でインナチューブ内に下端の炉口から搬入（ボートローディング）され、ヒータによって処理室が加熱されることにより、ウエハに熱処理が施されるように構成されている。
【０００３】
従来のこの種の縦形熱処理装置として、熱放出量の大きい処理室の下部に補助加熱用のサブヒータを設置して短時間で処理室の垂直方向の温度の回復と安定とを確保することにより、ウエハの処理時間の短縮を図ったものがある。しかしながら、この縦形熱処理装置においては、ボートを回転することができないため、ウエハ面内の膜厚の均一性の低下を招くという問題点がある。そこで、垂直方向の温度の安定を確保しつつウエハ面内の温度分布の均一性も確保するために、例えば、特開２００１−１５６００５号公報および特開２００１−２１０６３１号公報には、サブヒータを装備しつつボートが回転可能な縦形熱処理装置が、提案されている。
【０００４】
すなわち、前者には次のような縦形熱処理装置が開示されている。反応容器（プロセスチューブ）の下端を塞ぐ蓋体（シールキャップ）と保持具（ボート）との間には保温ユニットが蓋体に固定されて設置されており、この保温ユニットの中央部には保持具を回転させるための回転軸が貫通されている。保温ユニットの上面部には発熱体ユニット（サブヒータ）が設置されており、発熱体ユニットの給電路部材は回転軸の中心線上に敷設されている。
【０００５】
また、後者には次のような縦形熱処理装置が開示されている。ボートを回転させるターンテーブルの上に保温筒が設置されており、サブヒータが保温筒の上部に面状に形成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開２００１−１５６００５号公報の縦形熱処理装置には、次のような問題点がある。サブヒータの中央部にボート回転軸を挿通させるための貫通孔が開設された状態になることにより、サブヒータはボート上のウエハの中央部を加熱することができなくなるため、ウエハ面内の温度分布の均一性が低下してしまう。また、ボート回転軸は保温筒の内部を貫通させてボートを支持する状態になるため、ボート回転軸が細長くなり、重いボートを安定して支持することができない。そこで、ボート回転軸を太くすると、ウエハ面内の温度分布の均一性が低下してしまう。
【０００７】
他方、特開２００１−２１０６３１号公報の縦形熱処理装置においては、保温筒が回転する構造になっているため、スリップリング等が必要になるという問題点がある。
【０００８】
本発明の目的は、従来の技術のこれらの問題点を解決し、垂直方向の温度の安定を確保しつつ水平面内の温度分布の均一性も確保することができる熱処理装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記した課題を解決するための手段は、処理室を形成し縦形に設置されたプロセスチューブと、このプロセスチューブの外部に敷設されて前記処理室を加熱するヒータと、複数枚の被処理基板を保持して前記処理室に搬入搬出するボートと、このボートを回転させるボート回転装置とを備えており、
前記ボート回転装置は固定された内軸とこの内軸に同心円に配置されて回転される外軸とを備えており、前記内軸の上端にはサブヒータが設置され、前記外軸には前記ボートと断熱部とが設置されていることを特徴とする。
【００１０】
前記した手段によれば、サブヒータは固定軸である内軸の上端に設置されているため、ボートに水平に保持された被処理基板の全面を均一に加熱することができ、また、サブヒータの給電配線はスリップリングを要せずに電源に接続することができる。他方、ボートを回転させる外軸は外径を大きく設定することができるため、重量の大きいボートであっても安定して回転させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
【００１２】
本実施の形態において、図１に示されているように、本発明に係る熱処理装置は、ＩＣの製造方法における熱処理工程を実施する縦形熱処理装置（バッチ式縦形熱処理装置）１０として構成されている。縦形熱処理装置１０は中心線が垂直になるように縦に設置されたプロセスチューブ１１を備えており、プロセスチューブ１１はインナチューブ１２とアウタチューブ１３とから構成されている。インナチューブ１２は石英ガラスまたは炭化シリコン（ＳｉＣ）が使用されて円筒形状に一体成形され、アウタチューブ１３は石英ガラスが使用されて円筒形状に一体成形されている。インナチューブ１２は上下両端が開口した円筒形状に形成されており、インナチューブ１２の筒中空部はボートによって長く整列した状態に保持された複数枚のウエハが搬入される処理室１４を形成している。インナチューブ１２の下端開口はウエハを出し入れするための炉口１５を構成しており、インナチューブ１２の内径は取り扱うウエハの最大外径（例えば、三百ｍｍ）よりも大きくなるように設定されている。
【００１３】
アウタチューブ１３は内径がインナチューブ１２の外径よりも大きく上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されており、インナチューブ１２にその外側を取り囲むように同心円に被せられている。インナチューブ１２とアウタチューブ１３との間の下端部は多段の円筒形状に構築されたマニホールド１６によって気密封止されており、マニホールド１６はインナチューブ１２およびアウタチューブ１３の交換等のためにインナチューブ１２およびアウタチューブ１３にそれぞれ着脱自在に取り付けられている。マニホールド１６が縦形熱処理装置１０の筐体（一部のみが図示されている。）２に支持されることにより、プロセスチューブ１１は垂直に据え付けられた状態になっている。
【００１４】
マニホールド１６の側壁の上部には排気管１７が接続されており、排気管１７は排気装置（図示せず）に接続されてプロセスチューブ１１の内部を排気し得るようになっている。排気管１７はインナチューブ１２とアウタチューブ１３との間に形成された隙間に連通した状態になっており、インナチューブ１２とアウタチューブ１３との隙間によって排気路１８が、横断面形状が一定幅の円形リング形状に構成されている。排気管１７がマニホールド１６に接続されているため、排気管１７は円筒形状の中空体を形成されて垂直に延在した排気路１８の最下端部に配置された状態になっている。また、マニホールド１６の側壁の下部にはガス導入管１９がインナチューブ１２の炉口１５に連通するように接続されており、ガス導入管１９には原料ガス供給装置やキャリアガス供給装置およびパージガス供給装置（いずれも図示せず）が接続されている。ガス導入管１９によって炉口１５に導入されたガスはインナチューブ１２の処理室１４を流通して排気路１８を通って排気管１７によって外部へ排気されるようになっている。
【００１５】
図１に示されているように、プロセスチューブ１１の外側は断熱槽２１によって全体的に被覆されており、断熱槽２１の内側にはプロセスチューブ１１の内部を加熱するヒータ２２が、アウタチューブ１３の周囲を包囲するように同心円に設備されている。断熱槽２１はステンレス鋼等の薄板から円筒形状に形成されたカバーの内部にガラスウール等の断熱材が封入されて、プロセスチューブ１１の外径よりも大径で長さが同程度の円筒形状に形成されており、筐体２に支持されることによって垂直に据え付けられている。ヒータ２２はニクロム線等の線形の電気抵抗体によって形成されて、断熱槽２１の内周面に螺旋状に巻装されている。ヒータ２２は上側から順に、第一ヒータ部２２ａ、第二ヒータ部２２ｂ、第三ヒータ部２２ｃ、第四ヒータ部２２ｄおよび第五ヒータ部２２ｅに五分割されており、これらヒータ部２２ａ〜２２ｅは温度コントローラ２３によって互いに連携および独立してシーケンス制御されるように構成されている。
【００１６】
図１に示されているように、シールキャップ３０の外周辺部の一箇所には保護管２４がボート５０に干渉しないように上下方向に貫通されて垂直に固定されており、ボート５０の処理室１４への搬入時には、保護管２４はインナチューブ１２の内周面とボート５０の外周面との間に位置する状態になっている。保護管２４には五本の熱電対２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄおよび２５ｅが纏めて封入されている。五本の熱電対２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄおよび２５ｅは温度コントローラ２３にそれぞれ接続されており、各熱電対２５ａ〜２５ｅは温度計測結果を温度コントローラ２３にそれぞれ送信するようになっている。温度コントローラ２３は各熱電対２５ａ〜２５ｅからの計測温度に基づいて各ヒータ部２２ａ〜２２ｅをフィードバック制御するようになっている。すなわち、温度コントローラ２３は各ヒータ部２２ａ〜２２ｅの目標温度と各熱電対２５ａ〜２５ｅの計測温度との誤差を求めて、誤差がある場合には誤差を解消させるフィードバック制御を実行するようになっている。
【００１７】
図１に示されているように、シールキャップ３０はマニホールド１６の下端開口を垂直方向下側から開閉するように構成されている。すなわち、シールキャップ３０はマニホールド１６の内径以上の外径を有する円盤形状に構築されており、プロセスチューブ１１の外部に垂直に設備されたボートエレベータ（図示せず）によって垂直方向に昇降されるように構成されている。シールキャップ３０の中心線上にはボート５０を回転させるボート回転装置３１が設置されている。
【００１８】
図２および図３に詳示されているように、ボート回転装置３１は上端が開口で下端が閉塞の略円筒形状に形成されたハウジング３２を備えており、ハウジング３２はシールキャップ３０の下面に同心円に配置されて固定されている。ハウジング３２の内部には細長い円筒形状に形成された内軸３３が垂直方向に配置されて、ハウジング３２の閉塞壁によって固定的に支持されている。ハウジング３２の内部には内軸３３の外径よりも大径の円筒形状に形成された外軸３４が同心円に配置されており、外軸３４は内軸３３との間に介設された上下で一対の内側ベアリング３５、３６と、ハウジング３２との間に介設された上下で一対の外側ベアリング３７、３８とによって回転自在に支承されている。上側の内側ベアリング３５の上には内側磁性流体シール３９が設置されており、上側の外側ベアリング３７の上には外側磁性流体シール４０が設置されている。ハウジング３２の閉塞壁下面には外軸３４の下端部をシールするキャップ４１が固定されている。外軸３４の外周における上側の外側ベアリング３７と下側の外側ベアリング３８との間にはウオームホイール４２が同心円に固定されており、ウオームホイール４２には電動モータ４４によって回転駆動されるウオーム軸４３が噛合されている。
【００１９】
内軸３３の上端にはサブヒータ４５が垂直に立脚されて固定されている。サブヒータ４５はセラミックが使用されて垂直の支柱部４６ａと水平の収納部４６ｂとを有する中空体に成形されたケース４６を備えており、ケース４６の垂直の支柱部４６ａの下端面が内軸３３の上端面に当接されてボルト４６ｃによって固定されている。ケース４６の収納部４６ｂはウエハ１の外径よりも若干小径の中空円盤形状に形成されており、支柱部４６ａの上端において同心円に配置されて水平に支持された状態になっている。収納部４６ｂの内部には、金属汚染を防止可能な二珪化モリブデン等の抵抗発熱体が使用されて線形状に形成された抵抗発熱線（以下、ヒータ素線という。）４７が、図３に示されているように多重の同心円形状に敷設されている。ヒータ素線４７の両端部は収納部４６ｂの中央部において垂直方向下向きに屈曲されて支柱部４６ａの内部に引き込まれるとともに、内軸３３の上端部まで導出されており、その内軸３３の上端部においてヒータ素線４７の両端部には一対の給電配線４８、４８がジョイント４９、４９によってそれぞれ接続されている。給電配線４８は内軸３３の下端開口から外部へ引き出されて電源（図示せず）に接続されている。
【００２０】
外軸３４の上端部には外向きフランジ形状のボート受け部３４ａが水平に突設されており、ボート受け部３４ａの上にはボート５０が垂直に設置されている。ボート５０は上下で一対の端板５１、５２と、両端板５１と５２との間に架設されて垂直に配設された三本の保持部材５３とを備えており、三本の保持部材５３には多数条の保持溝５４が長手方向に等間隔に配されて互いに対向して開口するように刻設されている。ボート５０は三本の保持部材５３の保持溝５４の間にウエハ１の周辺部をそれぞれ挿入されることにより、複数枚のウエハ１を水平にかつ互いに中心を揃えた状態に整列させて保持するようになっている。
【００２１】
図２および図３に示されているように、三本の保持部材５３におけるサブヒータ４５の収納部４６ｂの下方に位置する複数段（本実施の形態では六段）の保持溝５４の間には、石英が使用されてウエハ１の外径と略等しい外径の円板形状に形成された断熱板５５がそれぞれ一枚ずつ挿入されている。図５に詳示されているように、各断熱板５５には長孔形状の切欠部５６が半径方向に切設されている。切欠部５６の幅はサブヒータ４５の支柱部４６ａを逃げ得るように支柱部４６ａの外径よりも若干大きく設定されており、切欠部５６の長さは断熱板５５の半径よりも幅の分だけ長くなるように設定されている。そして、六段の保持溝５４の間にそれぞれ挿入された状態において、各段の断熱板５５の切欠部５６は互いに重なり合わないように周方向に互いにずらされている。このように各段の断熱板５５の切欠部５６が周方向にずらされていることにより、各段の断熱板５５の切欠部５６の悪影響が防止されている。これらの断熱板５５によってボート５０の下端部には断熱部が構成されている。
【００２２】
次に、前記構成に係る縦形熱処理装置を使用した場合の本発明の一実施の形態であるＩＣの製造方法の熱処理工程を説明する。
【００２３】
予め、ボート５０には被処理基板としてのウエハ１が複数枚、ウエハ移載装置（図示せず）によって装填される。図１に示されているように、複数枚のウエハ１を整列保持したボート５０はシールキャップ３０の上にウエハ１群が並んだ方向が垂直になる状態で載置され、ボートエレベータによって差し上げられてインナチューブ１２の炉口１５から処理室１４に搬入（ボートローディング）されて行き、シールキャップ３０に支持されたままの状態で処理室１４に存置される。
【００２４】
本実施の形態においては、ボート５０が処理室１４に搬入されて行く途中または搬入が完了した後に、電力がサブヒータ４５のヒータ素線４７に給電配線４８、４８によってそれぞれ供給されることにより、ボート５０の下部領域に保持されたウエハ１群がサブヒータ４５によって補助的に加熱される。また、電動モータ４４やウオーム軸４３およびウオームホイール４２によって外軸３４が回転駆動されることにより、ボート５０がボート回転装置３１によってウエハ１群および断熱板５５に慣性力を付与しない程度の速度で緩やかに回転される。
【００２５】
ここで、ボート５０の処理室１４への搬入途中または搬入後にサブヒータ４５によって補助的に加熱を実行する理由を説明する。プロセスチューブ１１の外部に敷設されて処理室１４を全体的に加熱するヒータ（以下、メインヒータという。）２２は、殆どの場合、予め設定した処理温度に速く到達するようにボート５０の処理室１４への搬入前に、例えば、処理温度よりも１５０℃〜２００℃程度低いスタンバイ温度で処理室１４を加熱している。したがって、ボート５０の上部領域のウエハ１群は下部領域のウエハ１群と比べて早くスタンバイ温度の処理室１４へ搬入されることになる。その結果、上部領域のウエハ１と下部領域のウエハ１との間では熱履歴が相違してしまうため、同一の縦形熱処理装置１０によって熱処理したにもかかわらず、ボート５０の全長では熱処理の状態が相違してしまう。そこで、本実施の形態においては、ボート５０の処理室１４への搬入途中または搬入後にサブヒータ４５による加熱を実行して、ボート５０の下部領域のウエハ１群を下方から補助的に加熱することにより、上部領域のウエハ１と下部領域のウエハ１との間での熱履歴を一致させる制御を実行している。ちなみに、サブヒータ４５による加熱開始のタイミングは、ボート５０の処理室１４への搬入速度や処理室１４の内外の温度差等に依存する上部領域のウエハ１と下部領域のウエハ１との間での熱履歴の差異に対応して適宜に選定することが望ましい。
【００２６】
このボート５０の下部領域のウエハ１群を下方から加熱するサブヒータ４５のヒータ素線４７は支柱部４６ａの上端に水平に支持された収納部４６ｂに全体にわたって同心円状に敷設されているため、ウエハ１の面内を全体にわたって均一に加熱する。この際、ヒータ素線４７の両端部は中心において下方に屈曲されて支柱部４６ａにも敷設された状態になっているため、ウエハ１の面内の中央部も効果的に加熱することができる。ちなみに、ヒータ素線４７の両端部が内軸３３の内部に引き込まれてジョイント４９によって給電配線４８に接続されているため、給電配線４８およびジョイント４９は処理室１４の高温雰囲気から内軸３３によって保護された状態になっている。
【００２７】
また、サブヒータ４５は固定軸である内軸３３に支持され、ボート５０は回転軸である外軸３４に支持されているため、サブヒータ４５はウエハ１の面内の周方向について均一に加熱することになる。この際、サブヒータ４５のケース４６の収納部４６ｂの外径はウエハ１の外径よりも小径に設定されているため、ボート回転装置３１によるボート５０の回転すなわち三本の保持部材５３の公転と干渉することはない。また、ボート５０の三本の保持部材５３に保持された複数枚の断熱板５５もボート５０と共に回転することになるが、断熱板５５の切欠部５６の幅はサブヒータ４５の支柱部４６ａの外径よりも大きく設定されているため、サブヒータ４５に干渉することはない。ちなみに、内軸３３の外側で回転する外軸３４は大径に設定することができるため、重量の大きいボート５０であっても安定して支持するとともに、回転させることができる。
【００２８】
ボート５０の処理室１４への搬入が完了したら、プロセスチューブ１１の内部が排気管１７によって排気されるとともに、プロセスチューブ１１の内部が予め設定された処理温度すなわち温度コントローラ２３のシーケンス制御の目標温度（例えば、６００〜１３００℃）にメインヒータ２２の各ヒータ部２２ａ〜２２ｅによって加熱される。この際、メインヒータ２２の各ヒータ部２２ａ〜２２ｅの加熱によるプロセスチューブ１１の内部の実際の上昇温度と、各ヒータ部２２ａ〜２２ｅのシーケンス制御の目標温度との誤差は、各熱電対２５ａ〜２５ｅの測温結果に基づくフィードバック制御によってそれぞれ補正される。
【００２９】
ところで、本実施の形態においては、処理室１４の上下方向の温度分布の均一性を高めるために、メインヒータ２２をヒータ部２２ａ〜２２ｅに五分割され、かつ、五本の熱電対２５ａ〜２５ｅを配置することにより、所謂ゾーン制御が実行されるように構成されている。そこで、例えば、下部領域のウエハ１群に対応した最下段の熱電対２５ｅの計測温度とそれ以外の熱電対２５ａ〜２５ｄの計測温度との差が所定の期間以上一定の範囲になった際に、サブヒータ４５によるボート５０の下部領域のウエハ１群を下方から補助的に加熱する作動を自動的に停止させる制御を実行させることができる。
【００３０】
以上の温度制御によって処理室１４の全体が予め設定された処理温度に安定すると、処理ガスが処理室１４へガス導入管１９から導入される。処理室１４に導入された処理ガスは処理室１４を上昇した後にインナチューブ１２の上端開口から排気路１８へ流れ込み、排気路１８を通じて排気管１７から排気される。処理ガスは処理室１４を流れる際に、ウエハ１群に接触することによりウエハ１の表面に熱処理を施す。この際、ウエハ１の面内の温度分布や熱処理状態の分布の均一性を高めるために、ボート５０はボート回転装置３１によって緩やかに回転され続ける。
【００３１】
本実施の形態においては、ボート５０の下端部領域であるサブヒータ４５の下方には複数枚の断熱板５５が水平に並べられて介設されていることにより、ボート５０の下端部領域のウエハ１群はメインヒータ２２によって加熱制御され難い炉口１５から離間した状態になっているため、下端部領域のウエハ１群の温度のボート５０の全体のウエハ１群に対する均一性は高くなる。ここで、各断熱板５５には切欠部５６がそれぞれ切設されているため、水平面内の温度分布が低下するが、各段の断熱板５５における切欠部５６は重なり合わないように周方向の位置をずらされてるため、ボート５０の下端部領域のウエハ１群に対する断熱板５５の切欠部５６の存在の影響は解消される。
【００３２】
熱処理がウエハ１群に実施されて予め設定された熱処理時間が経過すると、メインヒータ２２のヒータ部２２ａ〜２２ｅの加熱作用が温度コントローラ３３のシーケンス制御によって停止されて、プロセスチューブ１１の内部の温度が予め設定されたスタンバイ温度に降下されて行く。この際も、メインヒータ２２の各ヒータ部２２ａ〜２２ｅによる処理室１４の実際の下降温度とシーケンス制御の目標温度との誤差は、各熱電対２５ａ〜２５ｅの測温結果に基づくフィードバック制御によってそれぞれ補正される。
【００３３】
そして、予め設定されたスタンバイ温度になるか、または、予め設定された降温時間が経過すると、シールキャップ３０が下降されて炉口１５が開口されるとともに、ボート５０に保持された状態でウエハ１群が炉口１５からプロセスチューブ１１の外部に搬出（ボートアンローディング）される。
【００３４】
ここで、ボート５０の処理室１４からの搬出に際しては、ボート５０の下部領域のウエハ１群が上部領域のウエハ１群と比べて早く処理室１４へ搬出されることになるため、下部領域のウエハ１と上部領域のウエハ１との間では熱履歴が相違してしまう。そこで、本実施の形態においては、ボート５０の処理室１４への搬出途中または搬出開始以前においてサブヒータ４５による加熱を実行して、ボート５０の下部領域のウエハ１群を下方から補助的に加熱することにより、下部領域のウエハ１と上部領域のウエハ１との間での熱履歴を一致させる制御が実行される。ちなみに、サブヒータ４５による加熱開始のタイミングは、ボート５０の処理室１４からの搬出速度や処理室１４の内外の温度差等に依存する下部領域のウエハ１と上部領域のウエハ１との間での熱履歴の差異に対応して適宜に選定することが望ましい。
【００３５】
ところで、最近は自然酸化膜がウエハに形成されるのを防止する方向に進んでおり、処理室の下に窒素雰囲気や真空雰囲気を形成するロードロックチャンバ等が設置されている。しかし、ロードロックチャンバ等が設置されていない場合には、処理室からのボートの搬出が始まると、ウエハは処理室外の雰囲気に晒されてしまうため、ウエハの表面に自然酸化膜が形成されてしまう。この際、搬出されるウエハの温度が高い程、自然酸化膜が形成され易い。そこで、サブヒータ４５の加熱を停止してボート５０の搬出を開始することが考えられる。ところが、サブヒータ４５の加熱を停止してボート５０の搬出を開始すると、ボート５０の上部領域のウエハ１群と下部領域のウエハ１群との熱履歴が相違するため、上部領域のウエハ１群の自然酸化膜の形成具合と、下部領域のウエハ１群の自然酸化膜の形成具合との間でばらつきが発生してしまう。自然酸化膜の形成具合にばらつきが発生すると、それらウエハから取得されるＩＣ（製品）の電気的特性に相違が発生してしまう等の問題点が派生する。つまり、自然酸化膜による影響抑制の観点からも、ボート５０の処理室１４への搬出途中または搬出開始以前においてサブヒータ４５による加熱を実行して、ボート５０の下部領域のウエハ１群を下方から補助的に加熱することにより、下部領域のウエハ１と上部領域のウエハ１との間での熱履歴を一致させる制御を実行することが望ましい。
【００３６】
ボート５０が処理室１４から搬出されると、処理済のウエハ１群がボート５０から脱装（ディスチャージ）される。以上の作用が繰り返されることにより、縦形熱処理装置による熱処理がウエハ１にバッチ処理されて行く。
【００３７】
なお、繰り返し使用された断熱板５５が処理ガスの反応生成物や未反応生成物の付着や堆積によって汚染された場合には、断熱板５５はボート５０およびサブヒータ４５から取り外されて洗浄される。すなわち、断熱板５５は切欠部５６をサブヒータ４５の支柱部４６ａに対して後退させるとともに、外周部をボート５０の保持溝５４から抜き出すことにより、容易に取り外すことができる。ちなみに、サブヒータ４５はボルト４６ｃの締結を解除することにより、内軸３３から取り外すことができる。
【００３８】
前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。
【００３９】
1) ボート回転装置に固定軸である内軸と回転軸である外軸とを設け、サブヒータを固定軸である内軸の上端に設置することにより、ボートに水平に保持されたウエハの全面を下方から均一に加熱することができるとともに、サブヒータの給電配線をスリップリングを要せずに電源に接続することができる。
【００４０】
2) ボート回転装置に固定軸である内軸と回転軸である外軸とを設け、ボートおよび断熱部を外軸に設置することにより、外軸の外径を大きく設定することができるため、重量の大きいボートおよび断熱部であっても安定して回転させることができる。
【００４１】
3) 前記1)および2)により、ボート上のウエハ群における垂直方向の温度の安定を確保しつつウエハ面内の温度分布の均一性も確保することができるため、縦形熱処理装置によるウエハの処理時間を短縮することができるとともに、処理精度や信頼性および製造歩留りを高めることができ、ひいては、ＩＣの品質および信頼性を高めることができる。
【００４２】
4) サブヒータのヒータ素線をケースの支柱部の上端に水平に支持された収納部に全体にわたって同心円状に敷設するとともに、ヒータ素線の両端部を中心において下方に屈曲して支柱部にも敷設することにより、ボートの下部領域のウエハの面内の中央部も効果的に加熱することができるため、ウエハ面内を全体にわたって均一に加熱することができる。
【００４３】
5) ヒータ素線の両端部を内軸の内部に引き込んでジョイントによって給電配線に接続することにより、給電配線およびジョイントを処理室の高温雰囲気から内軸によって保護することができるため、給電配線やジョイントの寿命ひいてはサブヒータ全体としての寿命を延長することができる。
【００４４】
6) ボートの下端部領域であるサブヒータの下方に複数枚の断熱板を水平に並べて介設することにより、ボートの下端部領域のウエハ群をメインヒータによって加熱制御され難い炉口から離間させることができるため、下端部領域のウエハ群の温度のボート全体のウエハ群に対する均一性を高めることができる。
【００４５】
7) 断熱板にサブヒータの支柱部を逃げる切欠部を切設することにより、繰り返しの使用によって汚染された断熱板を交換したり洗浄によって再生使用したりすることができる。
【００４６】
8) 各段の断熱板における切欠部を重なり合わないように周方向の位置をずらすことにより、ボートの下端部領域のウエハ群に対する断熱板の切欠部の存在の影響を解消することができるため、ボートの下端部領域のウエハにおける面内均一性を維持することができる。
【００４７】
9) また、サブヒータを内軸に着脱自在に設置することにより、汚染されたサブヒータを交換したり洗浄によって再生使用したりすることができる。
【００４８】
図６は本発明の第二の実施の形態である縦形熱処理装置の主要部を示す一部省略一部切断正面図である。
【００４９】
本実施の形態が前記実施の形態と異なる点は、ボート回転装置３１の外軸３４の上には断熱筒５７が設置されており、この断熱筒５７の内部にはサブヒータ４５および複数枚の断熱板５５が収容され、断熱筒５７の上にはボート５０が設置されている点、である。
【００５０】
本実施の形態によれば、サブヒータ４５が断熱筒５７によって被覆されているため、サブヒータ４５の加熱効率が若干低下するが、処理ガスの反応生成物や未反応生成物によるサブヒータ４５や断熱板５５の汚染を防止することができるという効果を得ることができる。
【００５１】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
【００５２】
例えば、メインヒータは五分割するに限らず、二〜四または六以上に分割してもよい。
【００５３】
熱電対はメインヒータの分割数に対応して敷設するに限らず、メインヒータの分割数に対応せずに敷設してもよい。また、熱電対は処理室のウエハの近傍に配置するに限らず、インナチューブとアウタチューブとの間やプロセスチューブとヒータとの間に配置してもよい。
【００５４】
熱処理は酸化処理や拡散処理および拡散だけでなくイオン打ち込み後のキャリア活性化や平坦化のためのリフローおよびアニール処理等に限らず、成膜処理等の熱処理であってもよい。
【００５５】
被処理物はウエハに限らず、ホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、光ディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。
【００５６】
本発明は、バッチ式縦形熱処理装置に限らず、バッチ式縦形減圧ＣＶＤ装置等の熱処理装置全般並びに半導体製造装置全般に適用することができる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、垂直方向の温度の安定を確保しつつ水平面内の温度分布の均一性も確保することができるため、熱処理装置による処理時間を短縮することができるとともに、半導体製造方法の処理精度や信頼性および製造歩留りを高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるバッチ式縦形熱処理装置を示す正面断面図である。
【図２】主要部を示す斜視図である。
【図３】その正面断面図である。
【図４】図３のIV−IV線に沿う平面断面図である。
【図５】複数枚の断熱板を示す分解斜視図である。
【図６】本発明の第二の実施の形態である縦形熱処理装置の主要部を示す一部省略一部切断正面図である。
【符号の説明】
１…ウエハ（被処理基板）、２…筐体、１０…縦形熱処理装置（バッチ式縦形熱処理装置）、１１…プロセスチューブ、１２…インナチューブ、１３…アウタチューブ、１４…処理室、１５…炉口、１６…マニホールド、１７…排気管、１８…排気路、１９…ガス導入管、２１…断熱槽、２２…ヒータ、２２ａ〜２２ｅ…ヒータ部、２３…温度コントローラ、２４…保護管、２５ａ〜２５ｅ…熱電対、３０…シールキャップ、３１…ボート回転装置、３２…ハウジング、３３…内軸、３４…外軸、３４ａ…ボート受け部、３５、３６…内側ベアリング、３７、３８…外側ベアリング、３９…内側磁性流体シール、４０…外側磁性流体シール、４１…キャップ、４２…ウオームホイール、４３…ウオーム軸、４４…電動モータ、４５…サブヒータ、４６…ケース、４６ａ…支柱部、４６ｂ…収納部、４６ｃ…ボルト、４７…ヒータ素線（抵抗発熱線）、４８…給電配線、４９…ジョイント、５０…ボート、５１、５２…端板、５３…保持部材、５４…保持溝、５５…断熱板、５６…切欠部、５７…断熱筒。
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱処理技術、特に、被処理物を処理室に収容してヒータによって加熱した状態で処理を施す熱処理技術に関し、例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）が作り込まれる半導体ウエハ（以下、ウエハという。）に酸化処理や拡散処理、イオン打ち込み後のキャリア活性化や平坦化のためのリフローやアニールおよび熱ＣＶＤ反応による成膜処理等（以下、熱処理という。）に使用される熱処理装置（furnace ）に利用して有効なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣの製造方法におけるウエハの熱処理には、バッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置（以下、縦形熱処理装置という。）が、広く使用されている。縦形熱処理装置は、ウエハが搬入される処理室を形成するインナチューブおよびこのインナチューブを取り囲むアウタチューブから構成され縦形に設置されたプロセスチューブと、プロセスチューブの外部に敷設されてプロセスチューブ内を加熱するヒータとを備えており、複数枚のウエハがボートによって長く整列されて保持された状態でインナチューブ内に下端の炉口から搬入（ボートローディング）され、ヒータによって処理室が加熱されることにより、ウエハに熱処理が施されるように構成されている。
【０００３】
従来のこの種の縦形熱処理装置として、熱放出量の大きい処理室の下部に補助加熱用のサブヒータを設置して短時間で処理室の垂直方向の温度の回復と安定とを確保することにより、ウエハの処理時間の短縮を図ったものがある。しかしながら、この縦形熱処理装置においては、ボートを回転することができないため、ウエハ面内の膜厚の均一性の低下を招くという問題点がある。そこで、垂直方向の温度の安定を確保しつつウエハ面内の温度分布の均一性も確保するために、例えば、特開２００１−１５６００５号公報および特開２００１−２１０６３１号公報には、サブヒータを装備しつつボートが回転可能な縦形熱処理装置が、提案されている。
【０００４】
すなわち、前者には次のような縦形熱処理装置が開示されている。反応容器（プロセスチューブ）の下端を塞ぐ蓋体（シールキャップ）と保持具（ボート）との間には保温ユニットが蓋体に固定されて設置されており、この保温ユニットの中央部には保持具を回転させるための回転軸が貫通されている。保温ユニットの上面部には発熱体ユニット（サブヒータ）が設置されており、発熱体ユニットの給電路部材は回転軸の中心線上に敷設されている。
【０００５】
また、後者には次のような縦形熱処理装置が開示されている。ボートを回転させるターンテーブルの上に保温筒が設置されており、サブヒータが保温筒の上部に面状に形成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開２００１−１５６００５号公報の縦形熱処理装置には、次のような問題点がある。サブヒータの中央部にボート回転軸を挿通させるための貫通孔が開設された状態になることにより、サブヒータはボート上のウエハの中央部を加熱することができなくなるため、ウエハ面内の温度分布の均一性が低下してしまう。また、ボート回転軸は保温筒の内部を貫通させてボートを支持する状態になるため、ボート回転軸が細長くなり、重いボートを安定して支持することができない。そこで、ボート回転軸を太くすると、ウエハ面内の温度分布の均一性が低下してしまう。
【０００７】
他方、特開２００１−２１０６３１号公報の縦形熱処理装置においては、保温筒が回転する構造になっているため、スリップリング等が必要になるという問題点がある。
【０００８】
本発明の目的は、従来の技術のこれらの問題点を解決し、垂直方向の温度の安定を確保しつつ水平面内の温度分布の均一性も確保することができる熱処理装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記した課題を解決するための手段は、処理室を形成し縦形に設置されたプロセスチューブと、このプロセスチューブの外部に敷設されて前記処理室を加熱するヒータと、複数枚の被処理基板を保持して前記処理室に搬入搬出するボートと、このボートを回転させるボート回転装置とを備えており、
前記ボート回転装置は固定された内軸とこの内軸に同心円に配置されて回転される外軸とを備えており、前記内軸の上端にはサブヒータが設置され、前記外軸には前記ボートと断熱部とが設置されていることを特徴とする。
【００１０】
前記した手段によれば、サブヒータは固定軸である内軸の上端に設置されているため、ボートに水平に保持された被処理基板の全面を均一に加熱することができ、また、サブヒータの給電配線はスリップリングを要せずに電源に接続することができる。他方、ボートを回転させる外軸は外径を大きく設定することができるため、重量の大きいボートであっても安定して回転させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
【００１２】
本実施の形態において、図１に示されているように、本発明に係る熱処理装置は、ＩＣの製造方法における熱処理工程を実施する縦形熱処理装置（バッチ式縦形熱処理装置）１０として構成されている。縦形熱処理装置１０は中心線が垂直になるように縦に設置されたプロセスチューブ１１を備えており、プロセスチューブ１１はインナチューブ１２とアウタチューブ１３とから構成されている。インナチューブ１２は石英ガラスまたは炭化シリコン（ＳｉＣ）が使用されて円筒形状に一体成形され、アウタチューブ１３は石英ガラスが使用されて円筒形状に一体成形されている。インナチューブ１２は上下両端が開口した円筒形状に形成されており、インナチューブ１２の筒中空部はボートによって長く整列した状態に保持された複数枚のウエハが搬入される処理室１４を形成している。インナチューブ１２の下端開口はウエハを出し入れするための炉口１５を構成しており、インナチューブ１２の内径は取り扱うウエハの最大外径（例えば、三百ｍｍ）よりも大きくなるように設定されている。
【００１３】
アウタチューブ１３は内径がインナチューブ１２の外径よりも大きく上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されており、インナチューブ１２にその外側を取り囲むように同心円に被せられている。インナチューブ１２とアウタチューブ１３との間の下端部は多段の円筒形状に構築されたマニホールド１６によって気密封止されており、マニホールド１６はインナチューブ１２およびアウタチューブ１３の交換等のためにインナチューブ１２およびアウタチューブ１３にそれぞれ着脱自在に取り付けられている。マニホールド１６が縦形熱処理装置１０の筐体（一部のみが図示されている。）２に支持されることにより、プロセスチューブ１１は垂直に据え付けられた状態になっている。
【００１４】
マニホールド１６の側壁の上部には排気管１７が接続されており、排気管１７は排気装置（図示せず）に接続されてプロセスチューブ１１の内部を排気し得るようになっている。排気管１７はインナチューブ１２とアウタチューブ１３との間に形成された隙間に連通した状態になっており、インナチューブ１２とアウタチューブ１３との隙間によって排気路１８が、横断面形状が一定幅の円形リング形状に構成されている。排気管１７がマニホールド１６に接続されているため、排気管１７は円筒形状の中空体を形成されて垂直に延在した排気路１８の最下端部に配置された状態になっている。また、マニホールド１６の側壁の下部にはガス導入管１９がインナチューブ１２の炉口１５に連通するように接続されており、ガス導入管１９には原料ガス供給装置やキャリアガス供給装置およびパージガス供給装置（いずれも図示せず）が接続されている。ガス導入管１９によって炉口１５に導入されたガスはインナチューブ１２の処理室１４を流通して排気路１８を通って排気管１７によって外部へ排気されるようになっている。
【００１５】
図１に示されているように、プロセスチューブ１１の外側は断熱槽２１によって全体的に被覆されており、断熱槽２１の内側にはプロセスチューブ１１の内部を加熱するヒータ２２が、アウタチューブ１３の周囲を包囲するように同心円に設備されている。断熱槽２１はステンレス鋼等の薄板から円筒形状に形成されたカバーの内部にガラスウール等の断熱材が封入されて、プロセスチューブ１１の外径よりも大径で長さが同程度の円筒形状に形成されており、筐体２に支持されることによって垂直に据え付けられている。ヒータ２２はニクロム線等の線形の電気抵抗体によって形成されて、断熱槽２１の内周面に螺旋状に巻装されている。ヒータ２２は上側から順に、第一ヒータ部２２ａ、第二ヒータ部２２ｂ、第三ヒータ部２２ｃ、第四ヒータ部２２ｄおよび第五ヒータ部２２ｅに五分割されており、これらヒータ部２２ａ〜２２ｅは温度コントローラ２３によって互いに連携および独立してシーケンス制御されるように構成されている。
【００１６】
図１に示されているように、シールキャップ３０の外周辺部の一箇所には保護管２４がボート５０に干渉しないように上下方向に貫通されて垂直に固定されており、ボート５０の処理室１４への搬入時には、保護管２４はインナチューブ１２の内周面とボート５０の外周面との間に位置する状態になっている。保護管２４には五本の熱電対２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄおよび２５ｅが纏めて封入されている。五本の熱電対２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄおよび２５ｅは温度コントローラ２３にそれぞれ接続されており、各熱電対２５ａ〜２５ｅは温度計測結果を温度コントローラ２３にそれぞれ送信するようになっている。温度コントローラ２３は各熱電対２５ａ〜２５ｅからの計測温度に基づいて各ヒータ部２２ａ〜２２ｅをフィードバック制御するようになっている。すなわち、温度コントローラ２３は各ヒータ部２２ａ〜２２ｅの目標温度と各熱電対２５ａ〜２５ｅの計測温度との誤差を求めて、誤差がある場合には誤差を解消させるフィードバック制御を実行するようになっている。
【００１７】
図１に示されているように、シールキャップ３０はマニホールド１６の下端開口を垂直方向下側から開閉するように構成されている。すなわち、シールキャップ３０はマニホールド１６の内径以上の外径を有する円盤形状に構築されており、プロセスチューブ１１の外部に垂直に設備されたボートエレベータ（図示せず）によって垂直方向に昇降されるように構成されている。シールキャップ３０の中心線上にはボート５０を回転させるボート回転装置３１が設置されている。
【００１８】
図２および図３に詳示されているように、ボート回転装置３１は上端が開口で下端が閉塞の略円筒形状に形成されたハウジング３２を備えており、ハウジング３２はシールキャップ３０の下面に同心円に配置されて固定されている。ハウジング３２の内部には細長い円筒形状に形成された内軸３３が垂直方向に配置されて、ハウジング３２の閉塞壁によって固定的に支持されている。ハウジング３２の内部には内軸３３の外径よりも大径の円筒形状に形成された外軸３４が同心円に配置されており、外軸３４は内軸３３との間に介設された上下で一対の内側ベアリング３５、３６と、ハウジング３２との間に介設された上下で一対の外側ベアリング３７、３８とによって回転自在に支承されている。上側の内側ベアリング３５の上には内側磁性流体シール３９が設置されており、上側の外側ベアリング３７の上には外側磁性流体シール４０が設置されている。ハウジング３２の閉塞壁下面には外軸３４の下端部をシールするキャップ４１が固定されている。外軸３４の外周における上側の外側ベアリング３７と下側の外側ベアリング３８との間にはウオームホイール４２が同心円に固定されており、ウオームホイール４２には電動モータ４４によって回転駆動されるウオーム軸４３が噛合されている。
【００１９】
内軸３３の上端にはサブヒータ４５が垂直に立脚されて固定されている。サブヒータ４５はセラミックが使用されて垂直の支柱部４６ａと水平の収納部４６ｂとを有する中空体に成形されたケース４６を備えており、ケース４６の垂直の支柱部４６ａの下端面が内軸３３の上端面に当接されてボルト４６ｃによって固定されている。ケース４６の収納部４６ｂはウエハ１の外径よりも若干小径の中空円盤形状に形成されており、支柱部４６ａの上端において同心円に配置されて水平に支持された状態になっている。収納部４６ｂの内部には、金属汚染を防止可能な二珪化モリブデン等の抵抗発熱体が使用されて線形状に形成された抵抗発熱線（以下、ヒータ素線という。）４７が、図３に示されているように多重の同心円形状に敷設されている。ヒータ素線４７の両端部は収納部４６ｂの中央部において垂直方向下向きに屈曲されて支柱部４６ａの内部に引き込まれるとともに、内軸３３の上端部まで導出されており、その内軸３３の上端部においてヒータ素線４７の両端部には一対の給電配線４８、４８がジョイント４９、４９によってそれぞれ接続されている。給電配線４８は内軸３３の下端開口から外部へ引き出されて電源（図示せず）に接続されている。
【００２０】
外軸３４の上端部には外向きフランジ形状のボート受け部３４ａが水平に突設されており、ボート受け部３４ａの上にはボート５０が垂直に設置されている。ボート５０は上下で一対の端板５１、５２と、両端板５１と５２との間に架設されて垂直に配設された三本の保持部材５３とを備えており、三本の保持部材５３には多数条の保持溝５４が長手方向に等間隔に配されて互いに対向して開口するように刻設されている。ボート５０は三本の保持部材５３の保持溝５４の間にウエハ１の周辺部をそれぞれ挿入されることにより、複数枚のウエハ１を水平にかつ互いに中心を揃えた状態に整列させて保持するようになっている。
【００２１】
図２および図３に示されているように、三本の保持部材５３におけるサブヒータ４５の収納部４６ｂの下方に位置する複数段（本実施の形態では六段）の保持溝５４の間には、石英が使用されてウエハ１の外径と略等しい外径の円板形状に形成された断熱板５５がそれぞれ一枚ずつ挿入されている。図５に詳示されているように、各断熱板５５には長孔形状の切欠部５６が半径方向に切設されている。切欠部５６の幅はサブヒータ４５の支柱部４６ａを逃げ得るように支柱部４６ａの外径よりも若干大きく設定されており、切欠部５６の長さは断熱板５５の半径よりも幅の分だけ長くなるように設定されている。そして、六段の保持溝５４の間にそれぞれ挿入された状態において、各段の断熱板５５の切欠部５６は互いに重なり合わないように周方向に互いにずらされている。このように各段の断熱板５５の切欠部５６が周方向にずらされていることにより、各段の断熱板５５の切欠部５６の悪影響が防止されている。これらの断熱板５５によってボート５０の下端部には断熱部が構成されている。
【００２２】
次に、前記構成に係る縦形熱処理装置を使用した場合の本発明の一実施の形態であるＩＣの製造方法の熱処理工程を説明する。
【００２３】
予め、ボート５０には被処理基板としてのウエハ１が複数枚、ウエハ移載装置（図示せず）によって装填される。図１に示されているように、複数枚のウエハ１を整列保持したボート５０はシールキャップ３０の上にウエハ１群が並んだ方向が垂直になる状態で載置され、ボートエレベータによって差し上げられてインナチューブ１２の炉口１５から処理室１４に搬入（ボートローディング）されて行き、シールキャップ３０に支持されたままの状態で処理室１４に存置される。
【００２４】
本実施の形態においては、ボート５０が処理室１４に搬入されて行く途中または搬入が完了した後に、電力がサブヒータ４５のヒータ素線４７に給電配線４８、４８によってそれぞれ供給されることにより、ボート５０の下部領域に保持されたウエハ１群がサブヒータ４５によって補助的に加熱される。また、電動モータ４４やウオーム軸４３およびウオームホイール４２によって外軸３４が回転駆動されることにより、ボート５０がボート回転装置３１によってウエハ１群および断熱板５５に慣性力を付与しない程度の速度で緩やかに回転される。
【００２５】
ここで、ボート５０の処理室１４への搬入途中または搬入後にサブヒータ４５によって補助的に加熱を実行する理由を説明する。プロセスチューブ１１の外部に敷設されて処理室１４を全体的に加熱するヒータ（以下、メインヒータという。）２２は、殆どの場合、予め設定した処理温度に速く到達するようにボート５０の処理室１４への搬入前に、例えば、処理温度よりも１５０℃〜２００℃程度低いスタンバイ温度で処理室１４を加熱している。したがって、ボート５０の上部領域のウエハ１群は下部領域のウエハ１群と比べて早くスタンバイ温度の処理室１４へ搬入されることになる。その結果、上部領域のウエハ１と下部領域のウエハ１との間では熱履歴が相違してしまうため、同一の縦形熱処理装置１０によって熱処理したにもかかわらず、ボート５０の全長では熱処理の状態が相違してしまう。そこで、本実施の形態においては、ボート５０の処理室１４への搬入途中または搬入後にサブヒータ４５による加熱を実行して、ボート５０の下部領域のウエハ１群を下方から補助的に加熱することにより、上部領域のウエハ１と下部領域のウエハ１との間での熱履歴を一致させる制御を実行している。ちなみに、サブヒータ４５による加熱開始のタイミングは、ボート５０の処理室１４への搬入速度や処理室１４の内外の温度差等に依存する上部領域のウエハ１と下部領域のウエハ１との間での熱履歴の差異に対応して適宜に選定することが望ましい。
【００２６】
このボート５０の下部領域のウエハ１群を下方から加熱するサブヒータ４５のヒータ素線４７は支柱部４６ａの上端に水平に支持された収納部４６ｂに全体にわたって同心円状に敷設されているため、ウエハ１の面内を全体にわたって均一に加熱する。この際、ヒータ素線４７の両端部は中心において下方に屈曲されて支柱部４６ａにも敷設された状態になっているため、ウエハ１の面内の中央部も効果的に加熱することができる。ちなみに、ヒータ素線４７の両端部が内軸３３の内部に引き込まれてジョイント４９によって給電配線４８に接続されているため、給電配線４８およびジョイント４９は処理室１４の高温雰囲気から内軸３３によって保護された状態になっている。
【００２７】
また、サブヒータ４５は固定軸である内軸３３に支持され、ボート５０は回転軸である外軸３４に支持されているため、サブヒータ４５はウエハ１の面内の周方向について均一に加熱することになる。この際、サブヒータ４５のケース４６の収納部４６ｂの外径はウエハ１の外径よりも小径に設定されているため、ボート回転装置３１によるボート５０の回転すなわち三本の保持部材５３の公転と干渉することはない。また、ボート５０の三本の保持部材５３に保持された複数枚の断熱板５５もボート５０と共に回転することになるが、断熱板５５の切欠部５６の幅はサブヒータ４５の支柱部４６ａの外径よりも大きく設定されているため、サブヒータ４５に干渉することはない。ちなみに、内軸３３の外側で回転する外軸３４は大径に設定することができるため、重量の大きいボート５０であっても安定して支持するとともに、回転させることができる。
【００２８】
ボート５０の処理室１４への搬入が完了したら、プロセスチューブ１１の内部が排気管１７によって排気されるとともに、プロセスチューブ１１の内部が予め設定された処理温度すなわち温度コントローラ２３のシーケンス制御の目標温度（例えば、６００〜１３００℃）にメインヒータ２２の各ヒータ部２２ａ〜２２ｅによって加熱される。この際、メインヒータ２２の各ヒータ部２２ａ〜２２ｅの加熱によるプロセスチューブ１１の内部の実際の上昇温度と、各ヒータ部２２ａ〜２２ｅのシーケンス制御の目標温度との誤差は、各熱電対２５ａ〜２５ｅの測温結果に基づくフィードバック制御によってそれぞれ補正される。
【００２９】
ところで、本実施の形態においては、処理室１４の上下方向の温度分布の均一性を高めるために、メインヒータ２２をヒータ部２２ａ〜２２ｅに五分割され、かつ、五本の熱電対２５ａ〜２５ｅを配置することにより、所謂ゾーン制御が実行されるように構成されている。そこで、例えば、下部領域のウエハ１群に対応した最下段の熱電対２５ｅの計測温度とそれ以外の熱電対２５ａ〜２５ｄの計測温度との差が所定の期間以上一定の範囲になった際に、サブヒータ４５によるボート５０の下部領域のウエハ１群を下方から補助的に加熱する作動を自動的に停止させる制御を実行させることができる。
【００３０】
以上の温度制御によって処理室１４の全体が予め設定された処理温度に安定すると、処理ガスが処理室１４へガス導入管１９から導入される。処理室１４に導入された処理ガスは処理室１４を上昇した後にインナチューブ１２の上端開口から排気路１８へ流れ込み、排気路１８を通じて排気管１７から排気される。処理ガスは処理室１４を流れる際に、ウエハ１群に接触することによりウエハ１の表面に熱処理を施す。この際、ウエハ１の面内の温度分布や熱処理状態の分布の均一性を高めるために、ボート５０はボート回転装置３１によって緩やかに回転され続ける。
【００３１】
本実施の形態においては、ボート５０の下端部領域であるサブヒータ４５の下方には複数枚の断熱板５５が水平に並べられて介設されていることにより、ボート５０の下端部領域のウエハ１群はメインヒータ２２によって加熱制御され難い炉口１５から離間した状態になっているため、下端部領域のウエハ１群の温度のボート５０の全体のウエハ１群に対する均一性は高くなる。ここで、各断熱板５５には切欠部５６がそれぞれ切設されているため、水平面内の温度分布が低下するが、各段の断熱板５５における切欠部５６は重なり合わないように周方向の位置をずらされてるため、ボート５０の下端部領域のウエハ１群に対する断熱板５５の切欠部５６の存在の影響は解消される。
【００３２】
熱処理がウエハ１群に実施されて予め設定された熱処理時間が経過すると、メインヒータ２２のヒータ部２２ａ〜２２ｅの加熱作用が温度コントローラ３３のシーケンス制御によって停止されて、プロセスチューブ１１の内部の温度が予め設定されたスタンバイ温度に降下されて行く。この際も、メインヒータ２２の各ヒータ部２２ａ〜２２ｅによる処理室１４の実際の下降温度とシーケンス制御の目標温度との誤差は、各熱電対２５ａ〜２５ｅの測温結果に基づくフィードバック制御によってそれぞれ補正される。
【００３３】
そして、予め設定されたスタンバイ温度になるか、または、予め設定された降温時間が経過すると、シールキャップ３０が下降されて炉口１５が開口されるとともに、ボート５０に保持された状態でウエハ１群が炉口１５からプロセスチューブ１１の外部に搬出（ボートアンローディング）される。
【００３４】
ここで、ボート５０の処理室１４からの搬出に際しては、ボート５０の下部領域のウエハ１群が上部領域のウエハ１群と比べて早く処理室１４へ搬出されることになるため、下部領域のウエハ１と上部領域のウエハ１との間では熱履歴が相違してしまう。そこで、本実施の形態においては、ボート５０の処理室１４への搬出途中または搬出開始以前においてサブヒータ４５による加熱を実行して、ボート５０の下部領域のウエハ１群を下方から補助的に加熱することにより、下部領域のウエハ１と上部領域のウエハ１との間での熱履歴を一致させる制御が実行される。ちなみに、サブヒータ４５による加熱開始のタイミングは、ボート５０の処理室１４からの搬出速度や処理室１４の内外の温度差等に依存する下部領域のウエハ１と上部領域のウエハ１との間での熱履歴の差異に対応して適宜に選定することが望ましい。
【００３５】
ところで、最近は自然酸化膜がウエハに形成されるのを防止する方向に進んでおり、処理室の下に窒素雰囲気や真空雰囲気を形成するロードロックチャンバ等が設置されている。しかし、ロードロックチャンバ等が設置されていない場合には、処理室からのボートの搬出が始まると、ウエハは処理室外の雰囲気に晒されてしまうため、ウエハの表面に自然酸化膜が形成されてしまう。この際、搬出されるウエハの温度が高い程、自然酸化膜が形成され易い。そこで、サブヒータ４５の加熱を停止してボート５０の搬出を開始することが考えられる。ところが、サブヒータ４５の加熱を停止してボート５０の搬出を開始すると、ボート５０の上部領域のウエハ１群と下部領域のウエハ１群との熱履歴が相違するため、上部領域のウエハ１群の自然酸化膜の形成具合と、下部領域のウエハ１群の自然酸化膜の形成具合との間でばらつきが発生してしまう。自然酸化膜の形成具合にばらつきが発生すると、それらウエハから取得されるＩＣ（製品）の電気的特性に相違が発生してしまう等の問題点が派生する。つまり、自然酸化膜による影響抑制の観点からも、ボート５０の処理室１４への搬出途中または搬出開始以前においてサブヒータ４５による加熱を実行して、ボート５０の下部領域のウエハ１群を下方から補助的に加熱することにより、下部領域のウエハ１と上部領域のウエハ１との間での熱履歴を一致させる制御を実行することが望ましい。
【００３６】
ボート５０が処理室１４から搬出されると、処理済のウエハ１群がボート５０から脱装（ディスチャージ）される。以上の作用が繰り返されることにより、縦形熱処理装置による熱処理がウエハ１にバッチ処理されて行く。
【００３７】
なお、繰り返し使用された断熱板５５が処理ガスの反応生成物や未反応生成物の付着や堆積によって汚染された場合には、断熱板５５はボート５０およびサブヒータ４５から取り外されて洗浄される。すなわち、断熱板５５は切欠部５６をサブヒータ４５の支柱部４６ａに対して後退させるとともに、外周部をボート５０の保持溝５４から抜き出すことにより、容易に取り外すことができる。ちなみに、サブヒータ４５はボルト４６ｃの締結を解除することにより、内軸３３から取り外すことができる。
【００３８】
前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。
【００３９】
1) ボート回転装置に固定軸である内軸と回転軸である外軸とを設け、サブヒータを固定軸である内軸の上端に設置することにより、ボートに水平に保持されたウエハの全面を下方から均一に加熱することができるとともに、サブヒータの給電配線をスリップリングを要せずに電源に接続することができる。
【００４０】
2) ボート回転装置に固定軸である内軸と回転軸である外軸とを設け、ボートおよび断熱部を外軸に設置することにより、外軸の外径を大きく設定することができるため、重量の大きいボートおよび断熱部であっても安定して回転させることができる。
【００４１】
3) 前記1)および2)により、ボート上のウエハ群における垂直方向の温度の安定を確保しつつウエハ面内の温度分布の均一性も確保することができるため、縦形熱処理装置によるウエハの処理時間を短縮することができるとともに、処理精度や信頼性および製造歩留りを高めることができ、ひいては、ＩＣの品質および信頼性を高めることができる。
【００４２】
4) サブヒータのヒータ素線をケースの支柱部の上端に水平に支持された収納部に全体にわたって同心円状に敷設するとともに、ヒータ素線の両端部を中心において下方に屈曲して支柱部にも敷設することにより、ボートの下部領域のウエハの面内の中央部も効果的に加熱することができるため、ウエハ面内を全体にわたって均一に加熱することができる。
【００４３】
5) ヒータ素線の両端部を内軸の内部に引き込んでジョイントによって給電配線に接続することにより、給電配線およびジョイントを処理室の高温雰囲気から内軸によって保護することができるため、給電配線やジョイントの寿命ひいてはサブヒータ全体としての寿命を延長することができる。
【００４４】
6) ボートの下端部領域であるサブヒータの下方に複数枚の断熱板を水平に並べて介設することにより、ボートの下端部領域のウエハ群をメインヒータによって加熱制御され難い炉口から離間させることができるため、下端部領域のウエハ群の温度のボート全体のウエハ群に対する均一性を高めることができる。
【００４５】
7) 断熱板にサブヒータの支柱部を逃げる切欠部を切設することにより、繰り返しの使用によって汚染された断熱板を交換したり洗浄によって再生使用したりすることができる。
【００４６】
8) 各段の断熱板における切欠部を重なり合わないように周方向の位置をずらすことにより、ボートの下端部領域のウエハ群に対する断熱板の切欠部の存在の影響を解消することができるため、ボートの下端部領域のウエハにおける面内均一性を維持することができる。
【００４７】
9) また、サブヒータを内軸に着脱自在に設置することにより、汚染されたサブヒータを交換したり洗浄によって再生使用したりすることができる。
【００４８】
図６は本発明の第二の実施の形態である縦形熱処理装置の主要部を示す一部省略一部切断正面図である。
【００４９】
本実施の形態が前記実施の形態と異なる点は、ボート回転装置３１の外軸３４の上には断熱筒５７が設置されており、この断熱筒５７の内部にはサブヒータ４５および複数枚の断熱板５５が収容され、断熱筒５７の上にはボート５０が設置されている点、である。
【００５０】
本実施の形態によれば、サブヒータ４５が断熱筒５７によって被覆されているため、サブヒータ４５の加熱効率が若干低下するが、処理ガスの反応生成物や未反応生成物によるサブヒータ４５や断熱板５５の汚染を防止することができるという効果を得ることができる。
【００５１】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
【００５２】
例えば、メインヒータは五分割するに限らず、二〜四または六以上に分割してもよい。
【００５３】
熱電対はメインヒータの分割数に対応して敷設するに限らず、メインヒータの分割数に対応せずに敷設してもよい。また、熱電対は処理室のウエハの近傍に配置するに限らず、インナチューブとアウタチューブとの間やプロセスチューブとヒータとの間に配置してもよい。
【００５４】
熱処理は酸化処理や拡散処理および拡散だけでなくイオン打ち込み後のキャリア活性化や平坦化のためのリフローおよびアニール処理等に限らず、成膜処理等の熱処理であってもよい。
【００５５】
被処理物はウエハに限らず、ホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、光ディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。
【００５６】
本発明は、バッチ式縦形熱処理装置に限らず、バッチ式縦形減圧ＣＶＤ装置等の熱処理装置全般並びに半導体製造装置全般に適用することができる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、垂直方向の温度の安定を確保しつつ水平面内の温度分布の均一性も確保することができるため、熱処理装置による処理時間を短縮することができるとともに、半導体製造方法の処理精度や信頼性および製造歩留りを高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるバッチ式縦形熱処理装置を示す正面断面図である。
【図２】主要部を示す斜視図である。
【図３】その正面断面図である。
【図４】図３のIV−IV線に沿う平面断面図である。
【図５】複数枚の断熱板を示す分解斜視図である。
【図６】本発明の第二の実施の形態である縦形熱処理装置の主要部を示す一部省略一部切断正面図である。
【符号の説明】
１…ウエハ（被処理基板）、２…筐体、１０…縦形熱処理装置（バッチ式縦形熱処理装置）、１１…プロセスチューブ、１２…インナチューブ、１３…アウタチューブ、１４…処理室、１５…炉口、１６…マニホールド、１７…排気管、１８…排気路、１９…ガス導入管、２１…断熱槽、２２…ヒータ、２２ａ〜２２ｅ…ヒータ部、２３…温度コントローラ、２４…保護管、２５ａ〜２５ｅ…熱電対、３０…シールキャップ、３１…ボート回転装置、３２…ハウジング、３３…内軸、３４…外軸、３４ａ…ボート受け部、３５、３６…内側ベアリング、３７、３８…外側ベアリング、３９…内側磁性流体シール、４０…外側磁性流体シール、４１…キャップ、４２…ウオームホイール、４３…ウオーム軸、４４…電動モータ、４５…サブヒータ、４６…ケース、４６ａ…支柱部、４６ｂ…収納部、４６ｃ…ボルト、４７…ヒータ素線（抵抗発熱線）、４８…給電配線、４９…ジョイント、５０…ボート、５１、５２…端板、５３…保持部材、５４…保持溝、５５…断熱板、５６…切欠部、５７…断熱筒。
Claims (4)
- 処理室を形成し縦形に設置されたプロセスチューブと、このプロセスチューブの外部に敷設されて前記処理室を加熱するヒータと、複数枚の被処理基板を保持して前記処理室に搬入搬出するボートと、このボートを回転させるボート回転装置とを備えており、
前記ボート回転装置は固定された内軸とこの内軸に同心円に配置されて回転される外軸とを備えており、前記内軸の上端にはサブヒータが設置され、前記外軸には前記ボートと断熱部とが設置されていることを特徴とする熱処理装置。 - 前記サブヒータの給電配線は前記内軸の内部において分離可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
- 前記断熱部は前記サブヒータの下方に設置された断熱板によって構成されており、この断熱板には水平方向に引き出せるように半径方向に切欠部が切設されていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱処理装置。
- 複数枚の被処理基板をボートに装填する工程と、
縦形に配置されたプロセスチューブの処理室に前記ボートを搬入する工程と、
前記ボートの前記処理室への搬入途中または搬入後に、ボート回転装置の固定された内軸の上端に設置されたサブヒータによって加熱し、前記内軸に同心円に配置され、前記ボートと断熱部とが設置された前記ボート回転装置の外軸によって前記ボートを回転させる工程と、
処理ガスを前記処理室へ流し、前記被処理基板を処理する工程と、
前記処理室から前記ボートを搬出する工程と、
前記ボートから前記複数枚の被処理基板を脱装する工程と、
を備えている半導体製造方法。
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