JPH02218117A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、熱処理装置に関する。

（従来の技術） 例えば、半導体ウェハを熱処理するための、特に縦型の
ＣＶＤ炉または拡散炉等では、ボート上に水平状態のウ
ェハを複数枚縦方向に所定間隔をおいて配列支持し、こ
れをプロセスチューブの炉芯位置にセットして、均熱ゾ
ーンでの熱処理を実行している。ここで、上記プロセス
チューブ内の温度設定用のヒータは３ゾーン、４ゾーン
、５ゾーン等の縦方向に分割された各領域毎に温度制御
可能に構成されているものが多く、各領域毎に独立した
温度制御を行うことで均熱ゾーンの確保を図っている。

この均熱ゾーンへ、ウェハボートを設定するため、かつ
、ウェハ出入れ口側の断熱を兼用して長手筒状の断熱用
支持体（以下、保温筒とも称する）を配置するものか−
、般的である。

（発明が解決しようとする課題） しかし、上記保温筒の存在する長さ領域で対流などの熱
の伝達があり、均熱を確保するために十分であるとはい
えなかった。したがって、ボトム側ヒータの消費電力が
大きくならざるを得なかった。

このような現状の下で、熱処理炉内での１回のウェハ処
理枚数を増大させるというニーズがあり、このためには
均熱長を長く確保しなければならないが、ヒータ長の７
割程度の均熱長を確保するのが限界であった。したがっ
て、均熱長を長くするためには、熱処理炉の全長を長く
せざるを得なかった。

さらに、炉に搬入される被処理体は、その搬入先端側の
被処理体から加熱が開始され、保温筒近傍の被処理体の
加熱が最も遅れるので、両者間での熱履歴の差が著しか
った。

また、従来よりボートを炉内にロードした後に、所定の
処理温度での均一温度を確保するためのりカバリ−時間
が長くかかっており、この原因は特に熱容量が大きい保
温筒付近での均熱確保に要する時間が大きく影響してい
た。

そこで、本発明の目的とするところは、ヒータ長に対す
る均熱長の割合を大きく確保でき、各被処理体間での熱
履歴の差を少なくできると共に、炉内温度が処理時の均
一温度に復帰するのに要するリカバリー時間を短縮する
ことができる熱処理装置を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、炉内の均熱ゾーンに被処理体を搭載した容器
を設定するために、該容器を支持する断熱用支持体を配
置した熱処理装置において、上記断熱用支持体内部に加
熱源を内蔵した構成としている。

（作　用） 均熱ゾーンからの熱を断熱するための断熱用支持体に加
熱源を内蔵させることにより、断熱だけでなく積極的な
加熱により均熱領域を乱さない熱処理温度勾配を補償で
きる。すなわち必要に応じて均熱ゾーンを拡大するため
の緻密な温度コントロールが可能となり、従来とヒータ
長が同一であっても、このヒータ長に対する均熱ゾーン
の範囲を拡大でき、熱処理炉の全長を従来と同様に維持
しながらも１回の熱処理における被処理体の処理枚数を
増大又は数丁部の歩留りを向上でき、スルーブツトが向
上する。

また、このように被処理体のロード開始前から断熱用支
持体内蔵の加熱源での加熱を開始しておけば、熱容量の
大きい断熱用支持体を所定温度に上げるための時間が大
幅に短縮され、したがって炉内の温度リカバリー時間を
従来よりも大幅に短縮することができる。

（実施例） 以下、本発明を縦型ＣＶＤ炉に適用した一実施例を、図
面を参照して具体的に説明する。

第１図において、この縦型ＣＶＤ炉は、縦方向に立設支
持された石英性のプロセスチューブ１０を有し、このプ
ロセスチューブ１０の外側には、例えば抵抗加熱式のヒ
ータが配置されている。そして、本実施例では３ゾーン
にて独立して温度制御可能とするために、前記プロセス
チューブ１０の上側よりそれぞれトップゾーンヒータ１
２．センターゾーンヒータ１４．ボトムゾーンヒータ１
６をそれぞれ配置している。また、前記プロセスチュー
ブ１０の上端には、断熱蓋１８が設けられている。

このプロセスチューブ１０内には、被処理体であるウェ
ハ２０を搭載した容器の一例であるボート２２が搬入出
回能となっていて、このボート２２には多数枚のウェハ
２０が水平に、かつ、縦方向で等間隔に配列支持され、
前記プロセスチューブ１０内にてウェハ２０に対する気
Ｉ０成長処理を実行可能となっている。

前記ボート２２は、プロセスチューブ１０内の均熱ゾー
ンにこのボート２２を設定するに足る長さで形成された
保温筒３０によって支持可能となっている。このボート
２２の下端と保温筒３０の上端とは、例えば凹凸部の嵌
合によって係合できるようになっていて１、保温筒３０
上にボート２２を立設支持可能としている。尚、前記保
温筒３０は、図示しないローダ−機構によって昇降可能
であって、かつその上方停止位置にあっては熱処理炉の
開口端を密閉するフランジキャップ２４上に搭載される
ようになっている。

次に、前記保温筒３０の詳細について、第３図及び第４
図を参照して説明する。

前記保温筒３０は、略筒状に形成され、そのほぼ中心領
域には外部に連通ずる第１の中空部３２を有し、この第
１の中空部３２の周囲に密閉された空間を形成する第２
の中空部３４が形成されている。そして、この両者の中
空部３２．３４を形成する壁体は、例えば石英にて形成
されている。

この筒状の保温筒３０の上端には、突起３６が設けられ
、この突起３６は前記ボート２２の図示しない凹部に係
合可能となっている。一方、保温筒３０の下端側には、
段差部３８が設けられ、この段差部３８は前記フランジ
キャップ２４に形成されている凸部（図示せず）に係合
可能となっている。

そして、この保温筒３０の前記第２の中空部３４内には
断熱材４０が収容され、かつ、この断熱材４０に埋め込
まれた形で内蔵ヒータ４２が配置されている。こ、の内
蔵ヒータ４２は、例えばカンタル線等の抵抗加熱式のヒ
ータで形成され、前記第２の中空部３４の空間部に沿っ
てスパイラル状に配置されている。

前記第２の中空部３４内の内蔵ヒータ４２の電極リード
を外部に取り出すために、第４図に示すようなフランジ
型コネクタ４４を採用している。

このフランジ型コネクタ４４は、その表面より裏面に貫
通する２本の電極リード４８．４８を気密シール４６を
介して支持し、この電極リード４８゜４８の一端側が前
記内蔵ヒータ４２に接続されることになる。そして、こ
のフランジ型コネクタ４４の周囲には多数のボルト挿入
穴５２が形成され、かつ、保温筒３０と当接する面側に
はＯリング５０が配置されているので、この０リング５
０を保温筒３０に締付けることによってその気密を確保
できるようにしている。

次に、作用について説明する。

この熱処理装置での一連のプロセスは、ウェハ移し換え
装置によってキャリアカセットよりボート２２に多数毎
のウェハ２０を搭載し、その後ボート搬送装置によって
このボート２２をプロセスチューブ１０の下方に設定し
、前記保温筒３０の上に搭載する。その後、フランジキ
ャップ２４を昇降駆動するローダ−機構によって、フラ
ンジキャップ２４と共に保温筒３０及びボート２２を上
昇させ（第２図参照）、フランジキャップ２４によって
熱処理炉の下端開口部が密閉される位置にてこの上昇移
動を停止する（第１図参照）。その後、各ゾーンヒータ
１２，１４．１６及び内蔵ヒータ４２の温度制御によっ
て、プロセスチューブ１０内に所定長さの均熱ゾーンを
確保し、その後プロセスチューブ１０内に例えばプロセ
スガスを導入することによって、ウェハ２０表面に対す
る気相成長処理を行うようになっている。

ここで、本実施例では保温筒３０の内蔵ヒータ４２によ
って、ボート２２のロード時より熱処理過程に亘って加
熱を実行している。

すなわち、第５図に示すように、保温筒３０がプロセス
チューブ１０の外にある待機状態にあっては、低電力に
よって内蔵ヒータ４２を駆動し、その後のボート２２の
ロード時に徐々に消費電力を上昇させ、内蔵ヒータ４２
による加熱温度を高く設定する。

このように、ボート２２のロードの際に内蔵ヒータ４２
による加熱を実行することによって、下記の効果を奏す
ることができる。

すなわち、プロセスチューブ１０内に搬入されるウェハ
２０は、その搬入先端であるトップ側のウェハ２２から
各ゾーンヒータによって加熱が開始され、従来のものに
あっては保温筒３０近傍のウェハ２２の加熱がもっとも
遅れることになってしまう。従って、この両者間の熱履
歴の差が著しかった。本実施例では、ウェハ２０のロー
ドの際より保温筒３０の内蔵ヒータ４２の加熱を開始す
ることによって、プロセスチューブ１０内への搬入がも
っとも遅れる保温筒３０付近のウエノＸ２０についても
、各ゾーンヒータに頼らず加熱を実行することができる
。従って、ボート２２のトップ側とボトム側でのウェハ
２０の熱履歴の差が著しく低減される。尚、この効果は
ボート２２のトップ側に石英を厚く形成しておき、この
部分の熱容量を大きくしてボート２２の長手方向での熱
分布を持たせるようにすれば、ボート２２のトップ側。

ボトム側でのウェハ２０に関する熱履歴の差をより低減
することが可能となる。

ボート２２のロード終了後は、内蔵ヒータ４２の消費電
力を第５図に示すようにほぼ一定となるように制御し、
かつ各ゾーンヒータ１２．１４゜１６での温度コントロ
ールを行うことによって、プロセスチューブ１０内の温
度を例えば８００℃前後の均一温度にコントロールする
ことになる。

この際、本実施例ではこの均一温度になるまでに要する
時間であるリカバリー時間を大幅に短縮することが可能
である。

すなわち、プロセスチューブ１０のボトム側では、ボー
ト２２のロード期間に亘ってその下端開口部が開放され
た状態であるので、ここでの熱放出が極めて大きく、従
来はこのボトム側での熱放出を保障するための温度コン
トロールを、ボトムゾーンヒータ１６に大電力を供給す
ることによって対応していた。本実施例では、保温筒３
０は単に断熱のためものではなく、内蔵ヒータ４２によ
って積極的にその領域を加熱することができるので、こ
のボトム側での熱放出を補償するための熱供給を内蔵ヒ
ータ４２によって実現することができ、しかも、このボ
トム側での均一温度のためのコントロールを、ボトムゾ
ーンヒータ１６に対する温度コントロールと併せて実行
することによって、この部分での均一温度確保に要する
時間を大幅に短縮することが可能となる。特に、近年は
ウェハ２０の大口径化が進むと、プロセスチューブ１０
の開口部口径も大きくなり、この領域での熱放出が大き
くなる傾向にあるが、本実施例のように保温筒３０内に
内蔵ヒータ４２を搭載することによって、これらの熱放
出を補償することが可能となる。

さらに、本実施例ではプロセスチューブ１０内での熱処
理過程に亘って、内蔵ヒータ４２での温度コントロール
を加えることによって、従来よりも均熱ゾーンを拡大す
ることが可能となる。

すなわち、従来のものにあってはプロセスチューブ１０
のボトム側での熱放出に対応するために、ボトムゾーン
ヒータ１６に大電力を供給していたため、このボトム側
の熱分布は第６図の破線で示すようになってしまい、こ
のため均熱ゾーンを狭めていた。本実施例ではプロセス
チューブ１０のボトム側での温度コンタロールを、ボト
ムゾーンヒータ１６及び内蔵ヒータ４２に分担させるこ
とによって、共に比較的低電力にて各ヒータを駆動する
ことができ、従って温度コントロールが容易となるため
第６図の実線に示すようなボトム側の温度分布を得るこ
とができる。そして、例えば温度変動が±０．５＠Ｃあ
るいは±１１１０である均熱ゾーンの均熱長を、従来よ
りもボトム側にて長く確保するができる。尚、各ヒータ
による温度コントロールをより効果的に行うためには、
従来３ゾーンタイプのものにあっては各ゾーン毎に温度
センサ例えば熱伝対を配置していたが、本実施例の場合
特にボトムゾーンヒータ１６と内蔵ヒータ４２とによっ
て温度コントロールされる領域にもこの種の温度センサ
を配置することによって、均熱ゾーン拡大のための緻密
な温度コントロールを可能とすることができる。

このように均熱ゾーンを拡大できることによって、従来
と同一のヒータ長でありながら、１回の処理におけるウ
ェハ２０の処理枚数を増大することができ、スループッ
トを向上することが可能となる。

プロセスチューブ１０内での熱処理工程が終了した後に
は、各ゾーンヒータ１２．１４．１６での加熱温度の下
降と共に、内蔵ヒータ４２の消費電力を徐々に低下して
いき、その後、プロセスチューブ１０内の温度が所定温
度まで下った後に、ボート２２のアンロードが開始さ・
れることになる。

そして、内蔵ヒータ４２に対する消費電力は、このアン
ロード期間及びその後のボート２２の乗せ換えのための
待機時間に亘って低電力に維持され、以降同様のステッ
プを繰返すことになる。

尚、本実施例ではプロセス実行中に亘って保温筒３０の
内蔵ヒータ４２を駆動しているが、この加熱によって内
蔵ヒータ４２の抵抗線が酸化されても、内蔵ヒータ４２
は保温筒３０内部に密閉させることにより、その堆積物
が不純物としてプロセスチューブ１０内に飛散すること
がなく、プロセスに悪影響を与えることはない。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本
発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

保温筒３０としては、第７図（Ａ）に示すように、第２
の中空部３４の中央部に配置される第１の中空部６０を
、外部と閉鎖された密閉構造とし、かつ、この第１の中
空部６０内を真空引きすることによって、この領域内で
の対流を防止することによって効果的な断熱を行うこと
が可能となる。

また、同図に示す保温筒３０では、保温筒３ｏの上端側
にも抵抗線６２を配置し、効果的な加熱を行うようにし
ている。この保温筒３ｏの上端側に配置される抵抗線６
２としては、例えば第７図（Ｂ）に示すように配線すれ
ばよい。

第８図に示す保温筒３０は、上記各実施例のように二層
構造の中空部とせずに、−層構造の中空部６４とし、こ
の中空部６４内を真空引きすると共にその内部に断熱材
４０を充填して断熱を確保したものである。

第９図に示す保温筒３０は、その外形を円筒状とせずに
半球形状に形成し、プロセスチューブ１０内の輻射を反
射し易い形状として、熱の放出を少なくしたものである
。尚、この保温筒３ｏの中空部６６内も同様にに真空引
きされ、かつ同様に断熱材４０が充填されている。

さらに、保温筒３０の内蔵ヒータ４２についても、ゾー
ン分割して各ゾーン毎に温度コントロールを可能とする
ものがよく、このことによって保温筒３０の長手方向で
容易に温度勾配をつけることが可能となる。すなわち、
プロセスチューブ１０の下端側よりプロセスガスを導入
するタイプのものにあっては、保温筒３０の下端付近も
プロセス温度になってしまうと、この領域よりガスの反
応が開始されてしまい、ウェハ２ｏに対する適切な熱処
理が不可能となってしまう。そこで、保温筒３０の下端
側の温度をなるべく低く維持できるように、上記ゾーン
分割によって温度勾配を設けるものがよい。

また、縦型炉にあってはボート２２を回転するものもあ
るが、このような回転タイプの熱処理装置にあっては保
温筒３０の内部ヒータ４２に対する給電を、例えばスリ
ップリング等を用いることによって実現することが可能
である。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、被処理体容器を均
熱ゾーンに設定するための断熱用支持体内部に加熱源を
内蔵するので、ヒータ長に対する均熱長の割合を従来よ
りも大きく確保でき、従って１回の熱処理工程における
被処理体枚数を増大でき、スループットを向上すること
ができる。また、被処理体容器のロードの際に断熱用支
持体内部の加熱源によってこの付近の被処理体を加熱す
ることができるので、容器の端側に配置される被処理体
の熱履歴の差を従来よりも少なくすることができる。さ
らに、断熱用支持体内部の加熱源によって加熱を行うこ
とにより、炉内温度が処理時の均一温度に復帰するする
のに要するリカバリー時間をも短縮できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を適用した熱処理装置を模式的に示す
概略断面図、第２図は、同装置でのロート、アンロード
動作を説明するための概略断面図、第３図は、保温筒の
構造を説明するための概略断面図、第４図は、保温筒内
部のヒータの電極リードを取り出すためのコネクタの一
例を示す概略斜視図、第５図は、保温筒内蔵ヒータに対
する消費電力の変化を示す概略説明図、第６図は、プロ
セスチューブ内の均熱ゾーンを説明するための特性図、
第７図（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ二層密閉構造の保温筒
の概略断面図、上端ヒータの概略説明図、第８図は、−
層の中空部を有する保温筒の概略断面図、第９図は、輻
射熱を反射できる形状の保温筒の概略断面図である。 １０・・・プロセスチューブ、 １２．１４．１６・・・ゾーンヒータ、２０・・・被処
理体、２２・・・被処理体用容器、２４・・・フランジ
キャップ、 ３０・・・断熱用支持体（保温筒）、４０・・・断熱材
、４２・・・加熱源（内蔵ヒータ）。 代理人　弁理士　井　　上　　　−（他１名）第 図 第４ 図 Ｘ「 第 第 図 図 第 図 （Ａ） （Ｂ） 第 図 ス６ 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 炉内の均熱ゾーンに被処理体を搭載した容器を設定する
   ために、該容器を支持する断熱用支持体を配置した熱処
   理装置において、 上記断熱用支持体内部に加熱源を内蔵したことを特徴と
   する熱処理装置。