JP4509360B2 - Heat treatment method - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は処理方法に関する。
【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11に減圧CVDを行う装置について概略図を示す。1は被処理体保持具であるウエハボートであり、このウエハボート1は多数枚の被処理体であるウエハWを棚状に保持して図示しないエレベータにより、例えば二重構造の反応管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。一方反応容器の外側には、熱処理雰囲気を複数に分割して温度制御(ゾ−ン制御)を行うために複数段例えば4段のヒータ13 (13A〜13D)が設けられ、これにより反応管11内が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、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いる。
【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。
【0006】
このような課題を解決するために保温ユニット16に発熱体ユニットを設けること、例えば保温ユニット16の上面部に面状ヒ−タを設けることを検討している。ところで各段のヒ−タ13A〜13Dは夫々温度コントロ−ラ17A〜17Dにより温度制御されており、各温度コントロ−ラ17A〜17Dにはメインコントロ−ラ18で設定されたレシピから温度設定値が与えられる。発熱体ユニットを設けた場合には、専用の温度コントロ−ラを一個追加すればよいが、既存の設備に追加する場合、メインコントロ−ラ18のレシピが、通常今あるヒ−タの段数分、この例では4段分しか設定できないようになっているため、レシピとは別に外部でオペレ−タが温度設定値を入力しなければならない。
【0007】
しかしながらこのような手法は、種々のプロセス温度において最適な温度設定値を探すことが困難であり多くの労力が必要になる。なおメインコントロ−ラ18において、発熱体ユニットの温度コントロ−ラのレシピを設定できるようにするためにはプログラムを作り直さなければならないので現実的ではない。
【0008】
また本発明者等は、熱処理例えば成膜処理を行うときに、温度を少し降下させながら処理ガスを供給することを検討している。即ち、ウエハには周縁部から中央部に向かってガスが流れるため周縁部における成膜種の濃度が中央部における成膜種の濃度よりも高く、ウエハの周縁部の膜厚が中央部よりも大きくなる傾向にある。そこでウエハ温度の降下中に処理ガスを供給するようにすれば、降温中は周縁部の放熱が中央部よりも大きいので周縁部の温度が中央部よりも低くなり、周縁部の膜厚が中央部よりも薄くなる傾向となり、この傾向と先の傾向とが相殺されて結果として膜厚の面内均一性が高くなる。更にまた熱処理の種類によっては昇温中に処理ガスを供給して、ウエハWの周縁部の温度が中央部よりも高い状態で熱処理を行うことにより面内均一性の高い処理を行える場合もある。
【0009】
一方前記発熱体ユニットを保温ユニットに設ける趣旨はウエハボ−ト1の底部付近のウエハWの面内温度均一性を高めることにあり、このため発熱体ユニットを設ける場合には、降温中あるいは昇温中に熱処理を行うといったプロセスを適用することが困難であった。
【0010】
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、縦型熱処理装置の反応容器を囲むヒ−タとは別に反応容器の底部に発熱体ユニットを設けるにあたって、既存の装置へ発熱体ユニットを追加する場合の制御系の対応が容易であり、また反応容器内の温度を昇温あるいは降温しながら熱処理する場合にも対応できる技術を提供することにある。
【0011】
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、前記保持具を縦型の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ぐ工程と、
前記反応容器を囲むようにかつ複数段に分割して設けられたヒ−タと、前記蓋体と保持具との間に設けられた発熱体ユニットと、により当該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工程と、
前記複数段のヒ−タのうち最下段に位置するヒ−タにより囲まれる領域に設けられた第1の温度検出部の温度検出値から設定温度を作成し、この設定温度と前記発熱体ユニットの近傍に設けられた第2の温度検出部の温度検出値との偏差に応じて前記発熱体ユニットの発熱量を制御する工程と、を含み、更に次のa.またはb.の要件を含むものである。
a.前記被処理体に対して熱処理を行う工程は、反応容器内の温度を降下させながら処理ガスを反応容器内に供給して被処理体に対して熱処理を行う工程である。
b.前記被処理体に対して熱処理を行う工程は、反応容器内の温度を昇温させながら処理ガスを反応容器内に供給して被処理体に対して熱処理を行う工程である。
【0012】
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、最下段に位置するヒ−タにより囲まれる領域に設けられた第1の温度検出部の温度検出値から設定温度を作成しているので、発熱体ユニットの温度の動きを従来の保温ユニットの動きに近付けることができる。従って加熱雰囲気の熱の逃げが抑えられると共に、目標温度に速やかに安定化させることができ、そして発熱体ユニット用のレシピを用意しなくてよいので、既存装置への追加改造が容易になる。また反応容器内の温度を降下させながらあるいは昇温させながら処理ガスを反応容器内に供給して被処理体に対して熱処理を行う場合にも対応することができる。
【0013】
この発明においては、前記第1の温度検出部の温度検出値からオフセット温度を差し引いた値を発熱体ユニットの設定温度としてもよい。第1の温度検出部は反応容器内に設けられていてもよいし、あるいは反応容器の外に設けられていてもよい。発熱体ユニットは、例えば金属不純物が少ない抵抗発熱体をセラミックスの中に封入して構成される。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態である縦型熱処理装置について説明するが、はじめに図1〜図3により装置構造について簡単に説明し、次に温度の制御系に関して述べることにする。図1中の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21が設けられている。
【0016】
前記内管2aは上端が開口されており、マニホールド21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21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21により反応容器が構成されている。21aはベースプレートである。
【0017】
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22に棚状に載置されている。ウエハボート22は図2に示すように天板22a及び底板22bの間に複数本の支柱22cを設け、この支柱22c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22は蓋体23の上に後述の保温ユニット31の設置領域を介して保持されている。前記蓋体23は、ウエハボート22を反応管2内に搬入、搬出するためのボートエレベータ24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21の下端開口部、即ち反応管2とマニホールド21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。
【0018】
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発熱体よりなるヒータ4が設けられている。このヒ−タ4の一例としては、例えば細い高純度のカ−ボンファイバの束を複数用いて編み込むことにより形成された線状の可撓性のカ−ボンワイヤをセラミックス例えば透明な石英管の中に封入して構成されたものなどを挙げることができる。この例では反応管2内の熱処理雰囲気が複数例えば4分割されると共に、ヒ−タ4は各分割領域に対応して4段(4−1〜4−4)に分割され、後述のように温度のゾ−ン制御(分割領域の温度制御)が行われるようになっている。図1には示していないが、ヒータ4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。
【0019】
前記マニホールド21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25を示してあり、このガス供給管25はバルブV1、流量計MFC及びバルブV2を介してガス供給源26に接続されている。またマニホールド21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27が接続されており、真空ポンプ28により反応管2内を所定の減圧雰囲気に維持できるようになっている。
【0020】
前記保温ユニット31及びこれに関連する部位について簡単に述べておくと、保温ユニット31は、例えば石英製の断熱ユニット32を備えており、この断熱ユニット32は図3に示すように各々円形の上面部33及び底板部34と、これら上面部33及び底板部34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35と、3本の支柱部35の図示しない溝内に挿入されて多段に配列された断熱部材である石英フィン36(図1参照)とを備えている。
【0021】
更に前記断熱ユニット32の上面部33と底面部34との間には、第1の保護管37及び第2の保護管38が周方向に間隔をおいて設けられ、両保護管37、38の両端は夫々上面部33及び底面部34に開口している。この断熱ユニット32の上面部には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、例えば図4に示すように厚さ8mm程度の石英製の円板状体51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。
【0022】
前記発熱体ユニット5の周縁部下面側には、図3に示すように第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4(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。そしてこの第3の保護管53は前記断熱ユニット32の上面部33に開口している前記第1の保護管37内に挿入され、更に蓋体23を貫通して当該蓋体23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。また前記第2の保護管38内には、熱電対からなる温度検出部55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の温度を検出するようにその下部側に位置している。なお前記断熱ユニット32の上面部33及び底面部34、石英フィン36、発熱体ユニット5の中央には、回転軸29が貫通する孔部33a,34a,36a(図1参照)、5aが夫々形成されており、ボ−トエレベ−タ24に設けられたモ−タMにより回転軸29を介してウエハボ−ト22が回転する。
【0023】
続いて反応管2内の温度を制御する制御系について図5、図6を参照しながら説明する。この実施の形態では、各段のヒ−タ4(4−1〜4−4)に対応して温度コントロ−ラ6(6−1〜6−4)及び電力制御部7(7−1〜7−4)が設けられると共に、ヒ−タ4−1〜4−4の温度を夫々検出するための例えば熱電対からなる温度検出部TC1〜TC4が設けられている。温度検出部TC1〜TC4は図5では略解して記載してあるが、実際には図2に示す加熱炉20の外部からヒ−タ4−1〜4−4と反応管2との間に差込まれている。温度コントロ−ラ6−1〜6−4には、図示しない上位のメインコントロ−ラにてレシピにより設定された各温度設定値と温度検出部TC1〜TC4にて検出された温度検出値とが入力され、温度設定値と温度検出値との偏差に応じた制御信号が夫々電力制御部7(7−1〜7−4)に出力される。電力制御部7−1〜7−4は例えばサイリスタなどの半導体素子の位相制御によりヒ−タ4−1〜4−4への供給電力を制御するように構成されている。
【0024】
なお図1及び及び図5には示していないが、温度検出部としては、反応管2の外部に設けられる上述の温度検出部(外部温度検出部)TC1〜TC4の他に、反応管2の内部であって各ヒ−タ4−1〜4−4の加熱領域に夫々温度検出部 (内部温度検出部)が設けられており、温度コントロ−ラ6−1〜6−4は実際には外部温度検出部TC1〜TC4の温度検出値の他に前記内部温度検出部の温度検出値も取り込んで温度制御を行っている。
【0025】
更にこの実施の形態ではウエハボ−ト22の下部側の発熱体ユニット5に対応して温度コントロ−ラ6(6−5)及び電力制御部7(7−5)が設けられている。温度コントロ−ラ6(6−5)には、既述の温度検出部55にて検出された温度検出値と温度設定値とが入力されるが、温度設定値としては、最下段のヒ−タ4−4により囲まれる領域に設けられた温度検出部の温度検出値、この例では前記温度検出部TC4の温度検出値が用いられる。温度検出部TC4及び55は、夫々特許請求の範囲における第1の温度検出部及び第2の温度検出部に相当する。温度検出部TC4の位置は、図5では記載エリアの制限から正確ではないが、実際には例えばウエハボ−ト22上の最下段のウエハWよりも高い位置にある。
【0026】
図6は前記温度コントロ−ラ6−5の構成を示すブロック図である。図6中の81はオフセット温度テ−ブルであり、温度検出部TC4の温度検出値とオフセット温度との関係が記憶され、温度検出値に応じたオフセット温度が読み出される。82は偏差回路部であり、前記温度検出値から前記オフセット温度を差し引いた値が出力される。83は遅れ時間テ−ブルであり、温度検出部TC4の温度検出値と遅れ時間との関係が記憶され、温度検出値に応じた遅れ時間が読み出される。84は、偏差回路部82の出力を前記遅れ時間だけ遅らせて出力させる例えば一次遅れ回路部や無駄時間回路部などからなる遅延回路部である。
【0027】
これらの構成要素は、温度検出部TC4の温度検出値に基づいて発熱体ユニット5の設定温度を作成するものであり、ここでその趣旨に関してふれておく。従来のように発熱体ユニットを備えない保温ユニット例えば保温筒の温度は、ボトムゾ−ン温度(ヒ−タ4−4で囲まれた温度)との間の熱伝達、熱輻射の関係から成り立っており、発熱体ユニット5を前記ボトムゾ−ン温度と関連付けて温度制御を行うと、発熱体ユニット5は、最下段のゾーンに位置する加熱されたウエハWからの熱の逃げを防ぐための断熱性能が良好で断熱性能が可変な保温ユニットとしてとらえることができる。この実施の形態ではこのような観点から制御系を組んでいるが、通常の保温ユニットの温度は熱の逃げからボトムゾ−ンのヒ−タ(最下段のヒ−タ)4−4の温度よりも低い温度にとどまる場合もあるため、最下段のヒ−タ4−4の温度と発熱体ユニット5の温度との間に温度差を作るために、温度検出部TC4の温度検出値にオフセット温度を加えるようにしている。また通常の保温ユニットはヒ−タの熱で暖まるというパッシブな動きとなるために少し遅れた昇降温となるので、遅延回路部84を設けて前記温度検出部TC4の温度検出値を遅らせて後述のPID演算回路部に入力するようにしている。
【0028】
またウエハボ−ト22が反応容器の外にある場合あるいはロ−ディング、アンロ−ディング中の場合に、発熱体ユニット5をボトムゾ−ン温度(ヒ−タ4−4で囲まれた温度)よりも低くすることができるように、前記温度コントロ−ラ6−5は、スタンバイのための設定温度を複数用意したスタンバイ温度テ−ブル85を備えている。スタンバイ温度は複数用意することに限られないが、複数のプロセスレシピを扱う装置では複数のスタンバイ温度を必要とすることもあるので、この例ではスタンバイ温度テ−ブル85を用意して、例えば温度コントロ−ラ4−4の外部に設けられた温度選択部86からの信号に基づいてスタンバイ温度が出力されるように構成している。
【0029】
そしてこの縦型熱処理装置は、前記蓋体23が開いている状態であるか閉じている状態であるかを検出する開閉センサ87、信号選択部88及びPID制御回路部89を備えており、開閉センサ87により蓋体23が開いている状態を検出したときにはその検出信号により信号選択部88は前記スタンバイ温度テ−ブル85から出力されたスタンバイ温度を発熱体ユニット5の設定温度として前記PID制御回路部89に入力し、開閉センサ87により蓋体23が閉じている状態を検出したときにはその検出信号により信号選択部88は遅延回路部84からの設定温度を前記PID制御回路部89に入力するように構成されている。PID制御回路部89は、信号選択部88からの設定温度と前記温度検出部55からの発熱体ユニット5の温度検出値とが入力され、その偏差分に基づいてPID演算を行い、その演算結果を図5に示す電力制御部7(7−5)に制御信号として出力するものである。なおPID制御回路部の代わりにIPD制御部あるいは現代制御部を用いてもよい。
【0030】
次に上述の実施の形態の作用について述べる。ここでは具体的な処理の一例として窒化シリコン膜を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−ト22に棚状に保持してボ−トエレベ−タ24を上昇させることにより反応容器内に搬入する(ロ−ディングする)。ウエハボ−ト22が反応容器内に搬入されていない状態のとき、つまりウエハボ−ト22に対してウエハWの受け渡しを行っているときやロ−ディング中のときは、前記開閉センサ87からは蓋体23が開いている状態を示す検出信号が信号選択部88に出力されるので、発熱体ユニット5の設定信号としてはスタンバイ温度テ−ブル85から出力されたスタンバイ温度が選択され、このスタンバイ温度に基づいて発熱体ユニット5の温度が制御される。
【0031】
ウエハボ−ト22の搬入時には反応管2内は例えば600℃程度に維持されており、ウエハボ−ト22が搬入されて反応容器の下端開口部(詳しくはマニホ−ルド21の下端開口部)が蓋体23により塞がれた後、反応管2内の温度を安定させてから、ヒ−タ4(4−1〜4−4)及び発熱体ユニット5により反応管2内を処理温度例えば760℃まで昇温させると共に、排気管27を通じて真空ポンプ28により反応容器内を所定の真空度まで真空排気する。なお反応管2内は発熱体ユニット5によっても加熱されるが、この加熱は積極的な加熱というよりも既述のように最下段のゾーンに位置するウエハWからの熱の逃げを防ぐ断熱という意味合いの方が大きい。
【0032】
そして蓋体23が閉じられると、開閉センサ87からは蓋体23が閉じている状態を示す検出信号が信号選択部88に出力されるので、発熱体ユニット5の設定温度としては遅延回路部84からの出力信号が用いられる。即ちこの例では最下段のヒ−タ4(4−4)の温度制御に用いられる温度検出部TC4の温度検出値を設定温度として、より詳しくはこの温度検出値に応じたオフセット温度を当該温度検出値から差し引いた温度値を所定時間だけ遅らせて発熱体ユニット5の設定温度として用いられる。
【0033】
この実施の形態では、オフセット温度は温度検出部TC4の温度検出値に応じて変化させることができ、また遅延回路部84による遅延時間も前記温度検出値に応じて変化させることができるが、それらの値を固定値としたとき、例えばオフセット温度を50℃、遅延時間を50秒としたときの発熱体ユニット5の温度を図7に示しておく。図7中実線aは最下段のヒ−タ4−4の設定温度、鎖線bは当該ヒ−タ4−4による加熱領域(受け持ち範囲)内のウエハWの温度、点線cは発熱体ユニット5の温度である。
【0034】
図7から分かるように、ロードの期間ではウエハボ−ト22が反応容器内に搬入されるにつれてウエハWの温度(ここに記載されたウエハW温度はヒ−タ4−4の加熱領域内のウエハWの温度を示してある)が昇温し、ロ−ディングが終了した後、設定温度付近で安定する。次いで、昇温の期間ではウエハWの温度は設定温度の上昇に遅れて昇温し、プロセス温度(760℃)に安定する。これに対して発熱体ユニット5の温度もウエハWの温度と同様の動きをするが、ウエハWの昇温に遅れて昇温し、前記オフセット温度に対応する温度分だけ低い温度にて安定する。この例では外部温度検出部TC4の温度に対して遅れを持たせて発熱体ユニット5の設定温度としているので、図7に記載された遅れ時間は厳密には図6の回路で設定した遅れ時間よりは小さい。
【0035】
こうして反応管2内がプロセス温度例えば760℃に安定した後、処理ガス例えばジクロルシラン(SiH2 Cl2 )ガスとアンモニア(NH3 )ガスとを2本のガス供給管25(既述のように図1では1本しか示していない)から夫々反応容器内に供給しながら反応容器内の圧力を所定の真空度に維持し、ウエハWの表面に窒化シリコン膜を成膜する。このときウエハボ−ト22はモ−タMにより回転している。こうして窒化シリコン膜の成膜処理が所定時間行われた後、処理ガスの供給を停止して反応管2内の温度を600℃まで降温し、ウエハボ−ト22を反応管2から搬出(アンロ−ド)する。
【0036】
上述の実施の形態によれば、ヒ−タ4−4により囲まれる領域の温度から発熱体ユニット5の温度設定値を作成しているので、例えば前記遅延時間やオフセット温度やPID制御回路部89のパラメ−タなどを調整することにより、発熱体ユニット5の温度の動きを、従来使用されていた通常の保温ユニット(発熱体ユニットを備えていない保温ユニット)の動きに近付けることができる。更に通常の保温ユニットよりも断熱性能を良くしたり、温度リカバリ性能を上げることもでき、発明が解決しようとする課題の項目で述べたように、発熱体ユニットの機能を発揮できる。そして発熱体ユニット5用のレシピを作成しなくてよいので既存の縦型熱処理装置への追加改造が容易になる。
【0037】
ここで発明が解決しようとする課題の項目でも触れたが、降温中に成膜を行う例について述べておくと、図8はヒ−タ4の設定温度のプロファイルである。この場合例えば反応管2内を770℃の温度に昇温しておき、ここからヒ−タ4の供給電力を小さくするかオフにして、反応管2内を750℃まで降温させ、この降温中にジクロルシランガスとアンモニアガスとを供給してウエハW上に窒化シリコン膜を成膜する。次いで処理ガスの供給を停止して反応管2内を770℃まで昇温し、こうして昇降温を繰り返し、例えば3回の降温中の成膜を行う。
【0038】
図9は、図8の一連の運用の一部についての温度変化であり、実線aは最下段のヒ−タ4−4の設定温度、鎖線bは当該ヒ−タ4−4による加熱領域(受け持ち範囲)内のウエハWの温度、点線cは発熱体ユニット5の温度である。なおこの例では温度検出部TC4の温度検出値を発熱体ユニット5の設定温度とするにあたりオフセット温度をゼロとしている。
【0039】
このように降温中に成膜を行えば、既述のように降温中はウエハWの周縁部の温度が中央部よりも低くなるため、周縁部の膜厚が中央部よりも薄くなる傾向となり、このため周縁部の活性種が中央部よりも多いことに基づく膜厚の面内不均一性と相殺されて膜厚の面内均一性が高くなる。ここで図9を見ても分かるように発熱体ユニット5の温度の動きは通常の保温ユニットと同様な動きとなるので、降温中はウエハWの周縁部の温度を中央部の温度よりも低くできる。この例ではオフセット温度をゼロとしているが、ゼロに限られるものではない。またプロセスによっては昇温中に熱処理を行う方が面内均一性の高い処理となる場合もあるので、本発明では、昇温中に熱処理を行うようにしてもよい。この場合はウエハWの周縁部の温度が中央部よりも高くなるが、同様な理由により発熱体ユニット5を用いながら対応することができる。
【0040】
以上の説明では、温度検出部TC4の温度検出値を発熱体ユニット5の温度設定値として取り扱ったが、この温度設定値は、最下段のヒ−タ4−4の発熱量に対応する温度であればよいので、既述のように反応管2内に設けられる内部温度検出部の温度検出値を用いてもよいし、温度コントロ−ラ6−4が読み取った温度を用いてもよい。
【0041】
更にまた本発明は、図10に示すように反応管2の上方に、例えば前記発熱体ユニット5と同様の構成の面状の発熱体ユニット(天板ヒ−タ)9を設け、最上段のヒ−タ4−1に囲まれる領域の温度を検出する温度検出部例えば前記温度検出部TC1の温度検出値から既述の発熱体ユニット5の設定温度の作成と同様にして温度コントロ−ラ6(6−6)にて当該天板ヒ−タ9の設定温度を作成し、この設定温度と天板ヒ−タ9の温度を検出する温度検出部91の温度検出値とに基づいて、電力制御部7(7−6)の制御信号を出力するようにしてもよい。なお前記温度コントロ−ラ6−6は前記温度コントロ−ラ6−5と同様の構成であるが、蓋体23の開閉により設定信号が切り替わる構成は備えていない。
【0042】
天板ヒ−タ9を設けてこうした温度制御を行えば、加熱炉20の天井部からの放熱を抑えることができると共に、既存の装置に容易に対応でき、また天板ヒ−タ9の温度の動きも従来の保温筒などの保温ユニットと同様の動きをするため、降温あるいは昇温しながら熱処理する場合にも対応することができる。
【0043】
なお本発明は減圧CVD装置に限らず、いわゆる酸化、拡散炉にも適用することができる。
【0044】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、縦型熱処理装置における保持具の下方側に発熱体ユニットを設けているので、高い断熱効果が得られ、また最下段に位置するヒ−タにより囲まれる領域に設けられた温度検出部の温度検出値から設定温度を作成しているので、既存の装置へ発熱体ユニットを追加する場合の制御系の対応が容易であり、また反応容器内の温度を昇温あるいは降温しながら熱処理する場合にも対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態にかかる縦型熱処理装置の構造を示す縦断側面図である。
【図2】上記縦型熱処理装置の外観を示す斜視図である。
【図3】上記縦型熱処理装置に用いられる保温ユニットの一部を示す分解斜視図である。
【図4】 上記縦型熱処理装置に用いられる発熱体ユニットを示す断面図及び平面図である。
【図5】本実施の形態における温度制御系を示すブロック図である。
【図6】本実施の形態における発熱体ユニットの温度コントロ−ラを示すブロック図である。
【図7】ヒ−タの設定温度、ウエハの温度及び発熱体ユニットの温度の時間的変化の一例を示す特性図である。
【図8】反応管内を降温させながら熱処理を行うときのヒ−タの設定温度の時間的変化を示す特性図である。
【図9】ヒ−タの設定温度、ウエハの温度及び発熱体ユニットの温度の時間的変化の他の例を示す特性図である。
【図10】本発明の他の実施の形態における温度制御系を示すブロック図である。
【図11】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 マニホ−ルド
23 蓋体
W 半導体ウエハ
25 ガス供給管
27 排気管
31 保温ユニット
32 断熱ユニット
4(4−1〜4−4) ヒ−タ
TC1〜TC4 温度検出部
5 発熱体ユニット
55 温度検出部
6(6−1〜6−6) 温度コントロ−ラ
7(7−1〜7−6) 電力制御部
81 オフセット温度テ−ブル
82 加算部
83 遅れ時間テ−ブル
84 遅延回路部
85 スタンバイ温度テ−ブル
87 開閉センサ
88 信号選択部
89 PID制御回路部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present inventionheatIt relates to the processing method.
[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. 11 shows a schematic view of an apparatus for performing low pressure CVD. Reference numeral 1 denotes a wafer boat which is a processing object holder. This wafer boat 1 holds a plurality of wafers W which are processing objects in a shelf shape, and an elevator (not shown), for example, a double-structure reaction tube 11 and It is carried into a reaction vessel composed of a cylindrical manifold 12. At this time, the reaction vessel is airtightly closed by the lid 10. On the other hand, a plurality of stages, for example, four stages of heaters 13 (13A to 13D) are provided outside the reaction vessel to divide the heat treatment atmosphere into a plurality of parts and perform temperature control (zone control). The inside is heated to a predetermined temperature and is reduced to a predetermined pressure by the exhaust pipe 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 as a result, the time for the temperature to stabilize (recovery time) is long, resulting in a decrease in throughput. It is a factor of.
[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.
[0006]
In order to solve such a problem, it is considered to provide a heat generating unit in the heat retaining unit 16, for example, to provide a planar heater on the upper surface of the heat retaining unit 16. By the way, the heaters 13A to 13D at each stage are temperature-controlled by the temperature controllers 17A to 17D, respectively. The temperature controllers 17A to 17D have temperature setting values from the recipe set by the main controller 18. Is given. When a heating element unit is provided, one dedicated temperature controller may be added. However, when adding to existing equipment, the recipe for the main controller 18 is usually equal to the number of heater stages currently present. In this example, only four steps can be set, and therefore, the operator must input the temperature set value outside the recipe.
[0007]
However, in such a method, it is difficult to find an optimum temperature set value at various process temperatures, and much labor is required. In order to be able to set the recipe for the temperature controller of the heating element unit in the main controller 18, the program must be recreated, which is not realistic.
[0008]
In addition, the present inventors are considering supplying a processing gas while slightly lowering the temperature when performing a heat treatment such as a film forming process. That is, since gas flows from the peripheral portion to the central portion of the wafer, the concentration of the film forming species at the peripheral portion is higher than the concentration of the film forming species at the central portion, and the film thickness of the peripheral portion of the wafer is larger than that of the central portion. It tends to grow. Therefore, if the processing gas is supplied while the wafer temperature is lowered, the heat radiation at the peripheral portion is larger than that at the central portion during the temperature drop, so the temperature at the peripheral portion is lower than that at the central portion, and the film thickness at the peripheral portion is central. It tends to be thinner than the portion, and this tendency and the previous tendency are offset, and as a result, the in-plane uniformity of the film thickness increases. Furthermore, depending on the type of heat treatment, processing with high in-plane uniformity may be performed by supplying a processing gas during the temperature rise and performing the heat treatment in a state where the temperature of the peripheral portion of the wafer W is higher than the central portion. .
[0009]
On the other hand, the purpose of providing the heat generating unit in the heat insulating unit is to increase the in-plane temperature uniformity of the wafer W near the bottom of the wafer boat 1, and therefore when the heat generating unit is provided, the temperature is lowered or increased. It was difficult to apply a process such as heat treatment.
[0010]
The present invention has been made under such circumstances, and an object of the present invention is to provide an existing apparatus for providing a heating element unit at the bottom of the reaction vessel separately from the heater surrounding the reaction vessel of the vertical heat treatment apparatus. It is an object of the present invention to provide a technique that can easily cope with a control system when adding a heating element unit to a heat treatment unit, and can also cope with heat treatment while raising or lowering the temperature in a reaction vessel.
[0011]
  The present invention allows a holder supported on a lid to hold a large number of objects to be processed in a shelf shape, and the holder is carried into a vertical reaction container from the lower side while the lid is used to react the reaction container. Airtightly seal the lower end ofAnd
  The inside of the reaction vessel is heated by a heater provided so as to surround the reaction vessel and divided into a plurality of stages, and a heating element unit provided between the lid and the holder. Performing a heat treatment on the object to be treated;
A set temperature is created from a temperature detection value of a first temperature detection unit provided in a region surrounded by a heater located at the lowest stage among the plurality of stages of heaters, and the set temperature and the heating element unit And a step of controlling the amount of heat generated by the heat generating unit in accordance with a deviation from a temperature detection value of a second temperature detection unit provided in the vicinity of Or b. It includes the requirements.
a. The step of performing heat treatment on the object to be processed is a step of performing heat treatment on the object to be processed by supplying a processing gas into the reaction container while lowering the temperature in the reaction container.
b. The step of performing heat treatment on the object to be processed is a step of performing heat treatment on the object to be processed by supplying a processing gas into the reaction container while raising the temperature in the reaction container.
[0012]
According to this invention, the heating element unit is provided on the lower side of the holder, and the set temperature is created from the temperature detection value of the first temperature detection unit provided in the area surrounded by the heater located at the lowermost stage. Therefore, the movement of the temperature of the heating element unit can be brought close to the movement of the conventional heat retaining unit. Therefore, the escape of heat from the heating atmosphere can be suppressed, the temperature can be quickly stabilized at the target temperature, and a recipe for the heating element unit need not be prepared, so that additional modifications to the existing apparatus are facilitated. Further, it is possible to cope with a case where the processing gas is supplied into the reaction vessel while the temperature in the reaction vessel is lowered or the temperature is raised to heat-treat the object to be processed.
[0013]
  In the present invention, a value obtained by subtracting the offset temperature from the temperature detection value of the first temperature detection unit is also used as the set temperature of the heating element unit.Good.The first temperature detection unit may be provided in the reaction vessel, or may be provided outside the reaction vessel. The heating element unit is configured, for example, by enclosing a resistance heating element with few metal impurities in ceramics.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A vertical heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below. First, the structure of the apparatus will be briefly described with reference to FIGS. 1 to 3, and then a temperature control system will be described. 1 is a reaction tube having a double tube structure made of, for example, quartz made of an inner tube 2a and an outer tube 2b. A metal tubular manifold 21 is provided on the lower side of the reaction tube 2. It has been.
[0016]
The inner pipe 2 a has an upper end opened and is supported on the inner side of the manifold 21. 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 21. In this example, a reaction vessel is constituted by the inner tube 2a, the outer tube 2b, and the manifold 21. 21a is a base plate.
[0017]
In the reaction tube 2, a large number of, for example, 126 wafers W to be processed are placed on a wafer boat 22, which is a holder, in a horizontal state in a horizontal state with a vertical spacing. As shown in FIG. 2, the wafer boat 22 is configured by providing a plurality of support posts 22c between a top plate 22a and a bottom plate 22b, and forming grooves for holding the peripheral edge of the wafer W in the support posts 22c. The wafer boat 22 is held on the lid body 23 via an installation area of a heat retaining unit 31 described later. The lid 23 is mounted on a boat elevator 24 for loading and unloading the wafer boat 22 into and from the reaction tube 2. When the lid 23 is at the upper limit position, the lower end opening of the manifold 21, that is, the reaction tube 2 and the manifold 21 has the role of closing the lower end opening of the reaction vessel.
[0018]
Further, a heater 4 made of, for example, a resistance heating element is provided around the reaction tube 2 so as to surround the reaction tube 2. As an example of the heater 4, for example, a linear flexible carbon wire formed by weaving a plurality of bundles of thin high-purity carbon fibers is used in ceramics such as a transparent quartz tube. And the like that are enclosed in a container. In this example, the heat treatment atmosphere in the reaction tube 2 is divided into a plurality of, for example, four, and the heater 4 is divided into four stages (4-1 to 4-4) corresponding to each divided region, as described later. Temperature zone control (temperature control of divided areas) is performed. Although not shown in FIG. 1, a heat insulating layer is provided around the heater 4, and an exterior body is further provided on the outer side thereof, and these constitute a heating furnace 20 (see FIG. 2).
[0019]
A plurality of gas supply pipes are provided around the manifold 21 so that a plurality of process gases can be supplied into the inner pipe 2a. In FIG. 1, one of the gas supply pipes 25 is shown, and this gas supply pipe 25 is connected to a gas supply source 26 via a valve V1, a flow meter MFC, and a valve V2. Further, an exhaust pipe 27 is connected to the manifold 21 so as to be able to exhaust air from the space between the inner pipe 2a and the outer pipe 2b, and the inside of the reaction pipe 2 can be maintained in a predetermined reduced pressure atmosphere by a vacuum pump 28. It has become.
[0020]
Briefly describing the heat retaining unit 31 and the parts related thereto, the heat retaining unit 31 includes a heat insulating unit 32 made of, for example, quartz, and each heat insulating unit 32 has a circular upper surface as shown in FIG. A portion 33 and a bottom plate portion 34, three supporting column portions 35 which are provided between the upper surface portion 33 and the bottom plate portion 34 and are provided at intervals in the circumferential direction; And quartz fins 36 (see FIG. 1), which are heat insulating members inserted in multiple stages.
[0021]
Further, a first protective tube 37 and a second protective tube 38 are provided between the upper surface portion 33 and the bottom surface portion 34 of the heat insulating unit 32 at intervals in the circumferential direction. Both ends open to the upper surface portion 33 and the bottom surface portion 34, respectively. For example, a planar heating element unit 5 is provided on the upper surface portion of the heat insulating unit 32. The heating element unit 5 is configured by enclosing a resistance heating element with few metal impurities in ceramics such as quartz. For example, as shown in FIG. 4, a quartz disk-shaped body having a thickness of about 8 mm. A heater wire 52 made of a high-purity carbon material 51 is arranged in a spiral shape.
[0022]
As shown in FIG. 3, a third protective tube 53 is connected to the lower surface of the peripheral edge 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. The third protective tube 53 is inserted into the first protective tube 37 opened in the upper surface portion 33 of the heat insulating unit 32, and further penetrates the lid body 23 to the lower surface side of the lid body 23. Is fixed. Therefore, the third protective tube 53 also serves as a support for the heating element unit 5. Further, a temperature detection unit 55 made of a thermocouple is inserted into the second protective tube 38, and its tip is bent into an L shape to detect the temperature of the heating element unit 5 below. Located on the side. In addition, holes 33a, 34a, 36a (see FIG. 1) and 5a through which the rotary shaft 29 passes are formed in the center of the upper surface portion 33 and the bottom surface portion 34 of the heat insulation unit 32, the quartz fin 36, and the heating element unit 5, respectively. The wafer boat 22 is rotated by the motor M provided on the boat elevator 24 via the rotating shaft 29.
[0023]
Next, a control system for controlling the temperature in the reaction tube 2 will be described with reference to FIGS. In this embodiment, the temperature controllers 6 (6-1 to 6-4) and the power control units 7 (7-1 to 7-1) correspond to the heaters 4 (4-1 to 4-4) of the respective stages. 7-4) and temperature detectors TC1 to TC4 made of, for example, thermocouples for detecting the temperatures of the heaters 4-1 to 4-4, respectively. Although the temperature detectors TC1 to TC4 are described in a simplified manner in FIG. 5, the temperature detectors TC1 to TC4 are actually arranged between the heaters 4-1 to 4-4 and the reaction tube 2 from outside the heating furnace 20 shown in FIG. Is plugged in. In the temperature controllers 6-1 to 6-4, there are the temperature set values set by the recipe in the host controller (not shown) and the temperature detection values detected by the temperature detectors TC1 to TC4. A control signal corresponding to the deviation between the temperature set value and the temperature detection value is output to the power control unit 7 (7-1 to 7-4). The power control units 7-1 to 7-4 are configured to control the power supplied to the heaters 4-1 to 4-4 by phase control of semiconductor elements such as thyristors.
[0024]
Although not shown in FIGS. 1 and 5, as the temperature detection unit, in addition to the above-described temperature detection units (external temperature detection units) TC <b> 1 to TC <b> 4 provided outside the reaction tube 2, Temperature detectors (internal temperature detectors) are provided in the heating regions of the heaters 4-1 to 4-4, and the temperature controllers 6-1 to 6-4 are actually In addition to the temperature detection values of the external temperature detection units TC1 to TC4, the temperature detection value of the internal temperature detection unit is also taken in for temperature control.
[0025]
Further, in this embodiment, a temperature controller 6 (6-5) and a power control unit 7 (7-5) are provided corresponding to the heat generating unit 5 on the lower side of the wafer boat 22. The temperature controller 6 (6-5) receives the temperature detection value and the temperature set value detected by the temperature detection unit 55 described above. In this example, the temperature detection value of the temperature detection unit TC4 is used. The temperature detectors TC4 and 55 correspond to the first temperature detector and the second temperature detector in the claims, respectively. The position of the temperature detector TC4 is not accurate due to the limitation of the description area in FIG. 5, but is actually higher than the lowermost wafer W on the wafer board 22, for example.
[0026]
FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the temperature controller 6-5. Reference numeral 81 in FIG. 6 denotes an offset temperature table, which stores the relationship between the temperature detection value of the temperature detection unit TC4 and the offset temperature, and reads the offset temperature corresponding to the temperature detection value. A deviation circuit unit 82 outputs a value obtained by subtracting the offset temperature from the temperature detection value. A delay time table 83 stores the relationship between the temperature detection value of the temperature detection unit TC4 and the delay time, and reads the delay time corresponding to the temperature detection value. Reference numeral 84 denotes a delay circuit unit composed of, for example, a first-order delay circuit unit or a dead time circuit unit that delays the output of the deviation circuit unit 82 by the delay time.
[0027]
These components create the set temperature of the heating element unit 5 based on the temperature detection value of the temperature detection unit TC4, and here, the meaning thereof will be mentioned. The temperature of a heat insulating unit that does not include a heating element unit as in the prior art, for example, the temperature of a heat insulating cylinder, is composed of the relationship between heat transfer and heat radiation with the bottom zone temperature (the temperature surrounded by the heater 4-4). When the temperature control is performed by associating the heating element unit 5 with the bottom zone temperature, the heating element unit 5 has a heat insulation performance for preventing escape of heat from the heated wafer W located in the lowest zone. It can be regarded as a thermal insulation unit with good thermal insulation performance. In this embodiment, the control system is assembled from this point of view, but the temperature of the normal heat retaining unit is less than the temperature of the bottom zone heater (lowermost heater) 4-4 due to heat escape. In order to make a temperature difference between the temperature of the lowermost heater 4-4 and the temperature of the heating element unit 5, an offset temperature is added to the temperature detection value of the temperature detection unit TC4. Is added. In addition, since a normal heat retaining unit is warmed by the heat of the heater, the temperature rises and falls slightly later, so a delay circuit unit 84 is provided to delay the temperature detection value of the temperature detection unit TC4, which will be described later. To the PID arithmetic circuit section.
[0028]
Further, when the wafer boat 22 is outside the reaction vessel or during loading or unloading, the heating element unit 5 is set to a temperature lower than the bottom zone temperature (the temperature surrounded by the heater 4-4). The temperature controller 6-5 includes a standby temperature table 85 in which a plurality of set temperatures for standby are prepared so that the temperature can be lowered. The standby temperature is not limited to a plurality of preparations, but an apparatus that handles a plurality of process recipes may require a plurality of standby temperatures. In this example, a standby temperature table 85 is prepared, for example, the temperature The standby temperature is output based on a signal from a temperature selection unit 86 provided outside the controller 4-4.
[0029]
The vertical heat treatment apparatus includes an open / close sensor 87, a signal selection unit 88, and a PID control circuit unit 89 that detect whether the lid body 23 is open or closed. When the sensor 87 detects the open state of the lid 23, the signal selection unit 88 uses the detection signal as a standby temperature output from the standby temperature table 85 to set the heating element unit 5 as the set temperature of the PID control circuit. When the open / close sensor 87 detects that the lid 23 is closed, the signal selection unit 88 inputs the set temperature from the delay circuit unit 84 to the PID control circuit unit 89 based on the detection signal. It is configured. The PID control circuit unit 89 receives the set temperature from the signal selection unit 88 and the temperature detection value of the heating element unit 5 from the temperature detection unit 55, performs PID calculation based on the deviation, and the calculation result Is output as a control signal to the power control unit 7 (7-5) shown in FIG. An IPD control unit or a modern control unit may be used instead of the PID control circuit unit.
[0030]
Next, the operation of the above embodiment will be described. Here, an example of forming a silicon nitride film by a CVD process is given as an example of a specific process. First, a predetermined number of wafers W to be processed are held in a shelf shape on the wafer boat 22 and the boat elevator 24 is moved up to be loaded (loaded) into the reaction vessel. When the wafer board 22 is not loaded into the reaction vessel, that is, when the wafer W is being transferred to the wafer board 22 or during loading, the opening / closing sensor 87 opens the lid. Since a detection signal indicating that the body 23 is open is output to the signal selection unit 88, the standby temperature output from the standby temperature table 85 is selected as the setting signal for the heating element unit 5, and this standby temperature is selected. Based on the above, the temperature of the heating element unit 5 is controlled.
[0031]
When the wafer boat 22 is loaded, the inside of the reaction tube 2 is maintained at about 600 ° C., for example. The wafer boat 22 is loaded and the lower end opening of the reaction vessel (specifically, the lower end opening of the manifold 21) is covered. After being blocked by the body 23, the temperature inside the reaction tube 2 is stabilized, and then the reaction temperature inside the reaction tube 2 is increased by the heater 4 (4-1 to 4-4) and the heating element unit 5, for example, 760 ° C. And the inside of the reaction vessel is evacuated to a predetermined degree of vacuum by the vacuum pump 28 through the exhaust pipe 27. Although the inside of the reaction tube 2 is also heated by the heating element unit 5, this heating is referred to as heat insulation that prevents heat escape from the wafer W located in the lowest zone, as described above, rather than active heating. The meaning is greater.
[0032]
When the lid 23 is closed, a detection signal indicating that the lid 23 is closed is output from the open / close sensor 87 to the signal selection unit 88, so that the set temperature of the heating element unit 5 is the delay circuit unit 84. The output signal from is used. That is, in this example, the temperature detection value of the temperature detection unit TC4 used for temperature control of the lowermost heater 4 (4-4) is set as a set temperature, and more specifically, an offset temperature corresponding to this temperature detection value is set as the temperature. The temperature value subtracted from the detected value is delayed by a predetermined time and used as the set temperature of the heating element unit 5.
[0033]
In this embodiment, the offset temperature can be changed according to the temperature detection value of the temperature detection unit TC4, and the delay time by the delay circuit unit 84 can also be changed according to the temperature detection value. 7 is a fixed value, for example, FIG. 7 shows the temperature of the heating element unit 5 when the offset temperature is 50 ° C. and the delay time is 50 seconds. In FIG. 7, the solid line a is the set temperature of the lowermost heater 4-4, the chain line b is the temperature of the wafer W in the heating area (covering range) by the heater 4-4, and the dotted line c is the heating element unit 5. Temperature.
[0034]
As can be seen from FIG. 7, during the loading period, as the wafer boat 22 is carried into the reaction vessel, the temperature of the wafer W (the wafer W temperature described here is the wafer in the heating region of the heater 4-4). After the temperature is increased and loading is completed, the temperature stabilizes near the set temperature. Next, during the temperature raising period, the temperature of the wafer W rises with a delay after the set temperature rises and stabilizes at the process temperature (760 ° C.). On the other hand, the temperature of the heating element unit 5 also moves in the same manner as the temperature of the wafer W, but rises after the temperature rise of the wafer W and stabilizes at a temperature lower by the temperature corresponding to the offset temperature. . In this example, since the set temperature of the heating element unit 5 is set with a delay with respect to the temperature of the external temperature detector TC4, the delay time described in FIG. 7 is strictly the delay time set by the circuit of FIG. Smaller than.
[0035]
Thus, after the inside of the reaction tube 2 is stabilized at a process temperature, for example, 760 ° C., a processing gas, for example, dichlorosilane (SiH 2 Cl 2) gas and ammonia (NH 3) gas, are supplied to two gas supply tubes 25 (as described above, 1 in FIG. (Only the book is shown) and the pressure inside the reaction vessel is maintained at a predetermined degree of vacuum while being supplied into the reaction vessel, and a silicon nitride film is formed on the surface of the wafer W. At this time, the wafer boat 22 is rotated by the motor M. Thus, after the silicon nitride film is formed for a predetermined time, the supply of the processing gas is stopped, the temperature in the reaction tube 2 is lowered to 600 ° C., and the wafer boat 22 is unloaded (unrolled). Do).
[0036]
According to the above-described embodiment, since the temperature set value of the heating element unit 5 is created from the temperature of the region surrounded by the heater 4-4, for example, the delay time, the offset temperature, the PID control circuit unit 89 By adjusting the parameters, etc., the movement of the temperature of the heating element unit 5 can be brought close to the movement of a conventional heat insulation unit that has been conventionally used (a heat insulation unit that does not include a heating element unit). Furthermore, the heat insulation performance can be improved and the temperature recovery performance can be improved as compared with a normal heat retaining unit, and the function of the heating element unit can be exhibited as described in the section of the problem to be solved by the invention. Further, since it is not necessary to create a recipe for the heating element unit 5, additional modification to the existing vertical heat treatment apparatus is facilitated.
[0037]
Here, as mentioned in the item of the problem to be solved by the present invention, an example in which film formation is performed while the temperature is lowered will be described. FIG. 8 shows a profile of the set temperature of the heater 4. In this case, for example, the temperature inside the reaction tube 2 is raised to a temperature of 770 ° C., and then the power supplied to the heater 4 is reduced or turned off to lower the temperature inside the reaction tube 2 to 750 ° C. A silicon nitride film is formed on the wafer W by supplying dichlorosilane gas and ammonia gas. Next, the supply of the processing gas is stopped and the temperature in the reaction tube 2 is raised to 770 ° C. Thus, the temperature rise and fall is repeated, for example, film formation is performed three times during the temperature drop.
[0038]
FIG. 9 is a temperature change for a part of the series of operations of FIG. 8, where solid line a is the set temperature of the lower heater 4-4, and chain line b is the heating region ( The temperature of the wafer W within the (handling range) and the dotted line c are the temperatures of the heating element unit 5. In this example, the offset temperature is set to zero when the temperature detection value of the temperature detection unit TC4 is set to the set temperature of the heating element unit 5.
[0039]
If the film is formed during the temperature decrease in this way, the temperature of the peripheral portion of the wafer W becomes lower than the central portion during the temperature decrease as described above, so that the film thickness of the peripheral portion tends to be thinner than the central portion. For this reason, the in-plane non-uniformity of the film thickness based on the fact that there are more active species in the peripheral portion than in the central portion is offset and the in-plane uniformity of the film thickness is increased. As can be seen from FIG. 9, the temperature of the heating element unit 5 is the same as that of a normal heat retaining unit. Therefore, the temperature at the peripheral edge of the wafer W is lower than the temperature at the center during the temperature decrease. it can. In this example, the offset temperature is zero, but it is not limited to zero. Also, depending on the process, the heat treatment during the temperature rise may result in a treatment with higher in-plane uniformity. Therefore, in the present invention, the heat treatment may be performed during the temperature rise. In this case, the temperature of the peripheral portion of the wafer W is higher than that of the central portion, but it can be dealt with while using the heating element unit 5 for the same reason.
[0040]
In the above description, the temperature detection value of the temperature detection unit TC4 is handled as the temperature setting value of the heating element unit 5, but this temperature setting value is a temperature corresponding to the heat generation amount of the lowermost heater 4-4. As described above, the temperature detection value of the internal temperature detection unit provided in the reaction tube 2 may be used as described above, or the temperature read by the temperature controller 6-4 may be used.
[0041]
Furthermore, in the present invention, a planar heating element unit (top plate heater) 9 having the same configuration as that of the heating element unit 5 is provided above the reaction tube 2 as shown in FIG. The temperature controller 6 detects the temperature of the area surrounded by the heater 4-1, for example, the temperature controller 6 in the same manner as the setting temperature of the heating element unit 5 described above from the temperature detection value of the temperature detection unit TC1. In (6-6), the set temperature of the top heater 9 is created, and based on this set temperature and the temperature detection value of the temperature detector 91 that detects the temperature of the top heater 9, the power You may make it output the control signal of the control part 7 (7-6). The temperature controller 6-6 has the same configuration as the temperature controller 6-5, but does not have a configuration in which the setting signal is switched by opening and closing the lid 23.
[0042]
If the top plate heater 9 is provided and such temperature control is performed, heat radiation from the ceiling portion of the heating furnace 20 can be suppressed, and it can be easily applied to existing devices, and the temperature of the top plate heater 9 can be controlled. Since the same movement as that of a conventional heat insulation unit such as a heat insulation cylinder is performed, it is possible to cope with a case where heat treatment is performed while lowering or raising the temperature.
[0043]
The present invention can be applied not only to a low pressure CVD apparatus but also to a so-called oxidation and diffusion furnace.
[0044]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the heating element unit is provided on the lower side of the holder in the vertical heat treatment apparatus, a high heat insulating effect is obtained, and the region surrounded by the heater located at the lowermost stage Since the set temperature is created from the temperature detection value of the temperature detector provided in the control unit, it is easy to handle the control system when adding a heating element unit to an existing device, and the temperature inside the reaction vessel is increased. It can also be used for heat treatment while the temperature is being lowered or lowered.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal side view showing a structure of a vertical heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing an appearance of the vertical heat treatment apparatus.
FIG. 3 is an exploded perspective view showing a part of a heat retaining unit used in the vertical heat treatment apparatus.
FIG. 4 is a sectional view and a plan view showing a heating element unit used in the vertical heat treatment apparatus.
FIG. 5 is a block diagram showing a temperature control system in the present embodiment.
FIG. 6 is a block diagram showing a temperature controller of a heating element unit in the present embodiment.
FIG. 7 is a characteristic diagram showing an example of temporal changes in heater set temperature, wafer temperature, and heating element unit temperature.
FIG. 8 is a characteristic diagram showing temporal changes in the set temperature of the heater when heat treatment is performed while the temperature in the reaction tube is lowered.
FIG. 9 is a characteristic diagram showing another example of temporal changes in the heater set temperature, the wafer temperature, and the heating element unit temperature.
FIG. 10 is a block diagram showing a temperature control system in another embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a vertical side view showing a conventional vertical heat treatment apparatus.
[Explanation of symbols]
2 reaction tubes
21 Manifold
23 Lid
W Semiconductor wafer
25 Gas supply pipe
27 Exhaust pipe
31 Thermal insulation unit
32 Thermal insulation unit
4 (4-1 to 4-4) Heater
TC1 to TC4 Temperature detector
5 Heating unit
55 Temperature detector
6 (6-1 to 6-6) Temperature controller
7 (7-1 to 7-6) Power control unit
81 Offset temperature table
82 Adder
83 Delay time table
84 Delay circuit
85 Standby temperature table
87 Open / close sensor
88 Signal selector
89 PID control circuit

Claims (3)

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、前記保持具を縦型の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ぐ工程と、
前記反応容器を囲むようにかつ複数段に分割して設けられたヒ−タと、前記蓋体と保持具との間に設けられた発熱体ユニットと、により当該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工程と、
前記複数段のヒ−タのうち最下段に位置するヒ−タにより囲まれる領域に設けられた第1の温度検出部の温度検出値から設定温度を作成し、この設定温度と前記発熱体ユニットの近傍に設けられた第2の温度検出部の温度検出値との偏差に応じて前記発熱体ユニットの発熱量を制御する工程と、を含み、
前記被処理体に対して熱処理を行う工程は、反応容器内の温度を降下させながら処理ガスを反応容器内に供給して被処理体に対して熱処理を行う工程であることを特徴とする熱処理方法。
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 a vertical reaction container from below and the lower end of the reaction container is hermetically sealed by the lid. The process of closing
The inside of the reaction vessel is heated by a heater provided so as to surround the reaction vessel and divided into a plurality of stages, and a heating element unit provided between the lid and the holder. Performing a heat treatment on the object to be treated;
A set temperature is created from a temperature detection value of a first temperature detection unit provided in a region surrounded by a heater located at the lowest stage among the plurality of stages of heaters, and the set temperature and the heating element unit A step of controlling the amount of heat generated by the heating element unit according to a deviation from a temperature detection value of a second temperature detection unit provided in the vicinity of
The step of performing heat treatment on the object to be processed is a step of performing heat treatment on the object to be processed by supplying a processing gas into the reaction container while lowering the temperature in the reaction container. Method.
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、前記保持具を縦型の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ぐ工程と、
前記反応容器を囲むようにかつ複数段に分割して設けられたヒ−タと、前記蓋体と保持具との間に設けられた発熱体ユニットと、により当該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工程と、
前記複数段のヒ−タのうち最下段に位置するヒ−タにより囲まれる領域に設けられた第1の温度検出部の温度検出値から設定温度を作成し、この設定温度と前記発熱体ユニットの近傍に設けられた第2の温度検出部の温度検出値との偏差に応じて前記発熱体ユニットの発熱量を制御する工程と、を含み、
前記被処理体に対して熱処理を行う工程は、反応容器内の温度を昇温させながら処理ガスを反応容器内に供給して被処理体に対して熱処理を行う工程であることを特徴とする熱処理方法。
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 a vertical reaction container from below and the lower end of the reaction container is hermetically sealed by the lid. The process of closing
The inside of the reaction vessel is heated by a heater provided so as to surround the reaction vessel and divided into a plurality of stages, and a heating element unit provided between the lid and the holder. Performing a heat treatment on the object to be treated;
A set temperature is created from a temperature detection value of a first temperature detection unit provided in a region surrounded by a heater located at the lowest stage among the plurality of stages of heaters, and the set temperature and the heating element unit A step of controlling the amount of heat generated by the heating element unit according to a deviation from a temperature detection value of a second temperature detection unit provided in the vicinity of
The step of performing the heat treatment on the object to be processed is a step of performing a heat treatment on the object to be processed by supplying a processing gas into the reaction container while increasing the temperature in the reaction container. Heat treatment method.
前記第1の温度検出部の温度検出値からオフセット温度を差し引いた値を発熱体ユニットの設定温度とすることを特徴とする請求項1または2に記載の熱処理方法。The heat treatment method according to claim 1 or 2 , wherein a value obtained by subtracting an offset temperature from a temperature detection value of the first temperature detection unit is set as a set temperature of the heating element unit.
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