JPH05299369A

JPH05299369A - 熱処理装置

Info

Publication number: JPH05299369A
Application number: JP13019292A
Authority: JP
Inventors: Wataru Okase; 亘大加瀬
Original assignee: Tokyo Electron Ltd; Tokyo Electron Tohoku Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd; Tokyo Electron Tohoku Ltd
Priority date: 1992-04-23
Filing date: 1992-04-23
Publication date: 1993-11-12
Anticipated expiration: 2016-12-17
Also published as: JP3240180B2

Abstract

(57)【要約】【目的】縦型熱処理装置での処理空間の加熱容量の変
化を極小とすること。【構成】縦型プロセスチューブ１２の上方には面状発
熱源１８が配置され、ウエハ２８はその下端開口１０ａ
側より搬入出される。この下端開口１０ａには気密室で
構成されたウエハ２８の受渡し室１１０が配置される。
この受渡し室１００には、下端開口１０ａと対向する領
域にて開閉し、かつ、縦軸方向で異なる複数箇所に２段
の遮熱用シャッタ３２，３６が配置される。各シャッタ
ー３２，３６は一対のシャッター板３２ａ，３２ｂ及び
３６ａ，３６ｂより構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、縦型熱処理炉内の加熱
容量の変化を極小とする熱処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば半導体ウエハの製造においては酸
化、拡散、アニール、ＣＶＤなどの処理を行うために、
各種の熱処理装置が使用される。この種の熱処理は縦型
熱処理装置を用いることが主流になりつつある。縦型熱
処理装置に用いられる熱処理炉は上端が閉鎖され下端に
開口を有し、その下端開口よりウエハなどの被処理体を
搬入出している。また、熱処理炉内での処理中には、そ
の下端開口を蓋により気密に閉鎖している。この蓋は、
被処理体を縦型熱処理炉に対して搬入出する際には、そ
の下端開口を通過する部材の最大径以上の通過空間を確
保するために開放される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】蓋を開放した際の通過
空間は、被処理体の搬入出を可能とする一方で、縦型熱
処理炉内の熱量を外部に逃がす経路をも形成してしま
う。したがって、蓋を開放する度に、処理空間の加熱容
量が変化し、再度プロセス温度に復帰させるまでの時間
がかかってスループットが低下してしまう。また、その
ために装置のローパワー化を図ることにも支障が生ず
る。

【０００４】さらに、縦型プロセスチューブの周囲にヒ
ータを配置する従来タイプと比べて、本願出願人が先に
出願した面状発熱源を縦型プロセスチューブの上方に配
置するタイプの場合では特に、面状発熱源からの輻射熱
がチューブの下端開口側に直接向かう傾向が強く、熱量
の無駄が多くなるばかりか、チューブ下方の部材あるい
は搬出された被処理体をも加熱してしまう。このような
面状発熱源を用いるタイプでは、特に被処理体の高速加
熱が可能となるが、上述した処理空間の加熱容量の変化
により、その加熱スピードにも自ずから制約が生ずる。

【０００５】そこで、本発明の目的とするところは、被
処理体の搬入出時にも処理空間の加熱容量の変化を極小
とし、処理のスループットの早い熱処理装置を提供する
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、縦型熱処理炉
の下端開口より被処理体を搬入出する熱処理装置におい
て、前記縦型熱処理炉の下端開口の下方に気密室を配置
し、かつ、前記下端開口と対向する領域にて開閉する、
遮熱用シャッターを縦軸方向で異なる複数箇所に配置
し、前記被処理体の搬入出時に少なくともいずれか一つ
の前記遮熱用シャッターが、前記下端開口と対向する領
域にて閉鎖状態に設定されることを特徴とする。

【０００７】

【作用】本発明によれば、被処理体の搬入出時に複数段
の遮熱用シャッターのいずれか一つの遮熱用シャッター
が、縦型熱処理炉の下端開口と対向する領域にて閉鎖状
態に設定されるので、熱処理炉内の熱量の逃げを低減で
きる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明を適用した一実施例について、
図面を参照して具体的に説明する。本実施例に係る装
置は例えば図１に示すように主に、被処理体例えば半導
体ウエハ２８、ＬＣＤなどに各種の熱処理を行うための
熱処理部１０、この熱処理の際に熱処理部１０内を熱遮
断するためのシャッター駆動部３０、ウエハ２８を外部
より気密状態を保ったまま熱処理装置内に搬入出するた
めのウエハ搬入出部７０、ウエハ２８と面状発熱源１８
とを相対的に接近させることにより急速加熱するための
ウエハ昇降部１１０とを備える。

【０００９】熱処理部１０は例えば以下のような構成と
なる。

【００１０】まずプロセスチューブ１２はチューブ内に
おいて被処理体例えばＬＣＤ、ウエハ２８等の熱処理を
行うためのものであり、断熱性に優れ、汚染の少ない部
材例えば石英等により形成される。このプロセスチュー
ブ１２は、例えばインナーチューブ１３を有する二重管
構造となっており、これにより、プロセスチューブ１２
内に導入されたプロセスガスに適切な流れを形成するこ
とが可能となり、ウエハ２８に形成される膜の膜厚の均
一化、膜質の向上等を図ることができる。

【００１１】このプロセスチューブ１２を覆うように、
例えばアルミナセラミックス等からなる断熱材１４が設
けられている。この断熱材１４は、ウエハ２８の移動方
向に沿って適正な温度勾配をもたせるべく、例えば図１
に示すように下部に向かうにしたがって肉厚が薄くなる
形状とすることが好ましい。これにより下部に至るほど
保温効果を少なくすることができるからである。

【００１２】プロセスチューブ１２の上方には、面状発
熱源１８が、断熱材１４の上部の内壁に固定配置されて
いる。この面状発熱源１８は、例えば二ケイ化モリブデ
ン（ＭｏＳｉ₂）、または、鉄（Ｆｅ）とクロム（Ｃ
ｒ）とアルミニウム（Ａｌ）の合金線であるカンタル
（商品名）線等の抵抗発熱体を面状に配置することによ
り構成することができる。例えば二ケイ化モリブデン
は、単線として使用することができ、カンタル線はコイ
ルとして使用することができる。特に二ケイ化モリブデ
ンは１８００℃の高温にも十分に耐えることができるの
で、酸化拡散材料としては好適である。面状発熱源１８
は、例えば二ケイ化モリブデンの単線からなる抵抗発熱
線を螺旋状に配置して構成される。

【００１３】面状発熱源１８の発熱面は、ウエハ２８の
処理面と同様の円形の形状であることが好ましく、また
面状発熱源１８の発熱面の外径は、ウエハ２８の外径の
２倍以上であることが望ましい。更に面状発熱源１８の
発熱面は、ウエハ２８と平行に配置されることが好まし
く、また発熱面の形状としては、全体が一様な平面であ
ってもよいし、周辺部がウエハ２８に接近する方向に湾
曲していてもよい。

【００１４】図１に示す、距離Ｌは、ウエハ２８と面状
発熱源１８の最短離間距離であり、後述するようにウエ
ハ２８の加熱温度の最高値の設定値を決めるものであ
る。ここで最短離間距離Ｌは、装置を小型化する観点か
らは短い方がよいが、大口径のウエハ２８の全面を均一
な温度で加熱する観点からは長い方がよい。具体的に
は、両条件をある程度満足し得る距離、例えば３００〜
６００ｍｍ程度とされる。

【００１５】面状発熱源１８とウエハ２８との間には、
均熱部材１６を配置するのが望ましい。この均熱部材１
６は、面状発熱源１８に発熱ムラが存在する場合に、こ
の発熱ムラを解消してウエハ２８に向かう輻射熱を十分
に垂直方向に制御するものである。また均熱部材１６は
例えば高純度炭化ケイ素（ＳｉＣ）等のように汚染の少
ない材料により構成することが望ましい。これにより、
面状発熱源１８を処理空間より完全に隔離することが可
能になり、面状発熱源１８が汚染の原因となる重金属を
含む材料により構成されている場合にも、当該重金属に
よる汚染を有効に防止することができるからである。

【００１６】この均熱部材１６はウエハ２８の処理面に
対向するように配置され、その外径は面状発熱源１８と
同様にウエハ２８の外径の２倍以上であることが好まし
い。また均熱部材１６の形状としては例えば中央部の肉
厚を周辺部の肉厚よりも厚くした形状、また、その周辺
部がウエハ２８に接近する方向に湾曲する形状とするこ
とが望ましい。このような形状とすることで、例えばウ
エハ２８の周辺部の熱拡散を少なくすることが可能とな
り、中央部と周辺部との間の温度の均一性を更に高める
ことができるからである。

【００１７】断熱材１４の周りには、２重構造となった
例えばステンレススチール等により形成されるインナー
シェル２０とアウターシェル２４が配置される。このイ
ンナーシェル２０とアウターシェル２４との間には、水
冷機構２２が配置され、熱処理部１０内と外部とを熱隔
離することができる。これにより、熱処理部１０内で高
温熱処理を行っている場合に、外部での操作の安全を十
分に確保することが可能となる。

【００１８】なお、このプロセスチューブ１２の下方に
は、例えば石英や金属等により構成されるマニホールド
６０が配置され、その上端にフランジ６４が設けられ
る。そして、このフランジ６４と、石英等により形成さ
れるプロセスチューブ１２は、気密部材例えばＯリング
６２等により気密固定することが望ましい。またプロセ
スチューブ１２内の例えば真空引き、Ｎ₂パージ等を行
うため、また、このプロセスチューブ１２内にプロセス
ガスを導入し排気するため、マニホールド６０には第１
のガス導入孔２６、第１のガス排気孔２７が例えば図１
に示す位置に設けられている。この場合第１のガス排気
孔２７は例えば、プロセスチューブ１２とインナーチュ
ーブ１３との間に囲まれた空間よりプロセスガスを排気
すべく、プロセスチューブ１２、断熱材１４、インナー
シェル２０及びアウターシェル２４を連通するように設
けられている。これにより、プロセスチューブ１２内に
導入されたプロセスガスに適切な流れを形成することが
可能となり、ウエハ２８に形成される薄膜の均一化等を
図ることができる。なお、プロセスガスと接触する金属
マニホールド６０の内面は例えば石英で覆われ、重金属
汚染対策が図られている。また、金属マニホールド６０
の外壁には冷媒例えば冷水を循環させる冷水管６６が配
置され、金属マニホールド６０を冷却している。

【００１９】シャッター駆動部３０は例えば以下のよう
に構成される。

【００２０】本実施例では熱処理部１０の下端開口１０
ａの下方であって、縦軸方向で異なる複数箇所に複数段
例えば２段の遮熱用シャッター３２、３６を有してい
る。各シャッター３２、３６は、互いに異なる方向に水
平駆動例えば直線駆動される一対のシャッター板３２
ａ、３２ｂ及び３６ａ、３６ｂを有する。

【００２１】各シャッター板３２ａ、３２ｂ、３６ａ、
３６ｂは、プロセスチューブ１２内の加熱容量の変化を
極小とし一定とするための遮熱機能を有するものであ
り、断熱部材により形成されることが望ましい。この場
合少なくとも上側のシャッターつまり第１の遮熱用シャ
ッター３２を構成する一対のシャッター板３２ａ、３２
ｂは、温調機能（図示せず）を有する構造、例えばヒー
ター等の周辺に石英ウールを充填しこれを石英等の断熱
部材でモールドした構造とすることが望ましい。このよ
うな構造とすれば、熱処理の際に面状発熱源１８と、こ
の温調機能を有するシャッターとの間での温度勾配を適
正にすることができ、更に熱処理の際に重金属等による
汚染を防ぐことができるからである。この場合例えばヒ
ータの温度をセンサー等でフィードバックして例えば３
００℃〜８００℃程度にコントロールすることにより、
温度勾配を適正に保つことができる。下側の第２の遮熱
用シャッター３６を構成する一対のシャッター板３６
ａ、３６ｂは、冷却機能（図示せず）を有する構造例え
ば水冷ジャケット等の周辺に石英ウールを充填しこれを
石英等の断熱部材でモールドした構造とすることが望ま
しい。これにより第２の遮熱用シャッター３６の下方の
空間を例えば常温等の低い温度領域とすることができ
る。なおこの場合の冷却手段としては、アンモニア、二
硫化イオウ、水等の冷媒を用いることができ、この冷媒
の潜熱を利用して例えば１００℃〜４００℃の温度に冷
却することが望ましい。

【００２２】第１の遮熱用シャッター３２を構成する一
対のシャッター板３２ａ、３２ｂは、図２（Ａ）に示す
ようにその先端部に、例えば半円形状の切り欠き部３９
が形成されている。そして一対のシャッター板３２ａ、
３２ｂは図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように３種の状態を
実現できる。図２（Ａ）は開放状態を示している。また
一対のシャッター板３２ａ、３２ｂを、図２（Ｂ）に示
すように、中心位置を越えて互いにオーバードライブす
ることで、閉鎖状態を実現できる。この場合オーバード
ライブした状態で、上方にあるシャッター板３２ａと下
方にあるシャッター板３２ｂとは、互いになるべく近接
していることが望ましい。またシャッター板３２ａと３
２ｂの先端部が、共に中心位置より僅かにオーバードラ
イブした状態にある図２（Ｃ）の閉鎖状態では、昇降軸
１１６が自在に挿通できるような円形空間が、２つの切
り欠き部３９により形成される。なお第２の遮熱用シャ
ッター３６も以上述べた一対のシャッター板３２ａ、３
２ｂの構成と全く同様な一対のシャッター板３６ａとシ
ャッター板３６ｂとを有している。

【００２３】シャッター板３２ａ、３２ｂ、３６ａ、３
６ｂはシリンダーロッド４２に連結固定されている。こ
のシリンダーロッド４２は、図示しない駆動機構例えば
エアーシリンダー等により水平方向に自在に駆動され、
これにより、第１の遮熱用シャッター３２と第２の遮熱
用シャッター３６の開閉の制御が可能となる。このシリ
ンダーロッド４２とフランジ４３との間には、シャッタ
ーの開閉の際に外気に対して装置の内部を気密に保つべ
くベローズ４０が気密に設けられている。この場合ベロ
ーズ４０の構造としては、後述するような外管と内管と
を有する二重構造とすることが望ましい。更にこの外管
と内管の間には、不活性な冷却ガスを充填して、ベロー
ズの耐久性、耐腐食性、安全性を高める構造とすること
が望ましい。

【００２４】シャッター板３２ｂで構成されるシャッタ
ー機構と、シャッター板３６ｂとで構成されるシャッタ
ー機構との中間部には、例えば第２のガス導入孔４４が
設けられる。またシャッター板３２ａで構成されるシャ
ッター機構と、シャッター板３６ａとで構成されるシャ
ッター機構との中間部には、例えば第２のガス排気孔４
６が設けられる。この第２のガス導入孔４４、第２のガ
ス排気孔４６は主に、第１の遮熱用シャッター３２と、
第２の遮熱用シャッター３６とが例えば共に図２（Ｂ）
の状態の時に、これらの上下のシャッターの間の空間で
あるシャッター間スペース４８の真空引き及びＮ₂パー
ジ等を行うためのものである。

【００２５】ウエハ搬入出部７０は例えば以下のような
構成となる。

【００２６】ウエハ搬入出部７０は主に、大気に対して
気密状態を保ちながらウエハ２８をウエハ搬入出部７０
に搬入出するための第１のロードロック室８０、第２の
ロードロック室９０、このようにして搬入されたウエハ
２８をプロセスチューブ１２内に受け渡すための受渡し
室１００により構成される。

【００２７】第１のロードロック室８０は、第１、第２
のゲートバルブ８２、８３、搬送アーム８４、第３のガ
ス導入孔８６、第３のガス排気孔８８とを備える。また
第２のロードロック室９０は、第３、第４のゲートバル
ブ９２、９３、搬送アーム９４、第４のガス導入孔９
６、第４のガス排気孔９８とを備える。ゲートバルブ８
２、８３、９２、９３は、装置外部とロードロック室８
０、９０との間で、もしくは、ロードロック室８０、９
０と受渡し室１００との間でウエハ２８を搬入出する際
に開き、気密状態を保持する場合に閉じるという開閉機
能を有するものである。搬送アーム８４、９４は例えば
多関節を有するアームにより構成され、装置外部からロ
ードロック室８０、９０へ、またロードロック室８０、
９０から受渡し室１００へとウエハ２８を搬入出する機
能を有する。第３、第４のガス導入孔８６、９６はロー
ドロック室８０、９０の例えばＮ₂パージを行うもので
あり、また第３、第４のガス排気孔８８、９８はロード
ロック室８０、９０の例えば真空引きを行うためのもの
である。

【００２８】受渡し室１００はウエハ２８をプロセスチ
ューブ１２内に受け渡すためのものであり、例えばＮ₂
パージを行うための第５のガス導入孔１０２、例えば真
空引きを行うための第５のガス排気孔１０４とを備え
る。

【００２９】ウエハ昇降部１１０は例えば以下のような
構成となる。

【００３０】ウエハ昇降部１１０は、昇降軸１１６が連
結固定される昇降アーム１１４を、昇降機構１１２によ
り上下動させることにより、ウエハ２８をプロセスチュ
ーブ１２内に搬入出し、また、ウエハ２８を面状発熱源
１８に対して相対移動させるためのものであり、これに
よりウエハ２８の高速熱処理が可能となる。

【００３１】昇降軸１１６には図１に示すように、ウエ
ハ保持具１１８が設けられ、これによりウエハ２８の保
持が可能となる。昇降軸１１６、ウエハ保持具１１８
は、例えば石英、高純度炭化ケイ素等のように、耐熱性
が優れ、かつ、汚染の少ない材料で構成することが好ま
しい。特に、高純度炭化ケイ素は石英よりも耐熱性が優
れており、約１２００℃の高温にも十分耐えることがで
きるので、このような熱処理装置に使用する材料として
好適なものである。

【００３２】ウエハ保持具１１８の周縁部には、例えば
図１に示すように３〜４個の保持突起１１９が一体に形
成されることが望ましい。これらの保持突起１１９がウ
エハ２８の裏面に当接されることにより、ウエハ２８を
安定保持することが可能となるからである。

【００３３】昇降軸１１６は、昇降アーム１１４上に設
けられた例えば回転機構（図示せず）に連結させ、この
回転機構により回転自在とすることが望ましい。この回
転により、昇降軸１１６により保持されたウエハ２８
を、面状発熱源１８からの輻射熱、第１のガス導入部２
６からのプロセスガスにより、均一に熱処理することが
可能となるからである。

【００３４】昇降アーム１１４及びこれと一体となった
昇降軸１１６は、昇降機構１１２により高速に上下動す
ることが可能となり、これによりウエハ２８を高速に熱
処理することが可能となる。この場合本実施例では、こ
の上下動の際にプロセスチューブ１２内を外気に対して
気密とすべく、外管１２０と内管１２２により構成され
る２重管構造のベローズが、昇降アーム１１４と受渡し
室１００の下部との間に気密に設けられている。内管１
２２は、例えば炭化ケイ素、テフロン等の耐熱性、耐久
性、耐汚染性、耐食性、耐シール性の優れた材料から構
成されることが望ましい。また外管１２０は、例えばス
テンレススチール等の耐久性、耐熱性の優れた材料から
構成されることが望ましい。この外管１２０は主に、例
えば１〜２年の長期使用後に交換する前に内管１２２が
破損した場合の保護用の管としての役割を果たすもので
ある。

【００３５】この外管１２０と内管１２２との間の間隙
１２１には例えば窒素、アルゴン等の不活性なガスを充
填可能とすることが望ましい。この場合充填ガスを不活
性なものとするのは、仮にこのガスが装置内に進入した
としても、熱処理等に悪影響を及ばさないようにするた
めである。ここで、第６のガス導入孔１２４、第６のガ
ス排気孔１２６はこれらのガスを充填するためのもので
ある。また、この間隙１２１の圧力を検出すべく、例え
ばガスセンサー（図示せず）を設けることが好ましい。
このガスセンサーとしては、この圧力を直接検出するも
のであってもよいし、例えば処理ガス等のガス漏れを検
出するものであってもよく、例えばＰＰＭセンサー等を
用いることができる。

【００３６】また装置内の圧力Ｐ1 とこの間隙１２１内
の圧力Ｐ2 とは例えば以下のように同期して制御される
ことが望ましい。つまりウエハ２８の搬入出時には例え
ば、Ｐ1 ≦Ｐ2 ＜大気圧として、これによりベローズの内管１２２にピンホール
が生じたときに、装置内のプロセスガスの漏れを防止す
ることが可能となる。また、ウエハ２８の熱処理時に
は、例えばＰ1 ＞Ｐ2 として、これによりベローズの内管１２２にピンホール
が生じたときに、間隙１２１内のガスが装置内に進入す
るおそれがなく、ウエハ２８の処理に悪影響を及ぼすこ
とを防止することが可能となる。

【００３７】次に本実施例を用いて熱処理を行う場合の
動作について説明する。

【００３８】まずウエハ２８がウエハ搬入出部７０に搬
入される。この場合、第２のロードロック室９０を用い
て搬入する場合について以下説明する。ウエハ２８を搬
入する場合、まずロードロック室９０内を第４のガス導
入孔９６によりＮ₂パージすることによりあらかじめ大
気圧と同圧の圧力とすることが望ましい。外気とロード
ロック室内の圧力を同圧にすれば、第３のゲートバルブ
９２が開いた際に、気体の急激な流れ込みによる塵、ほ
こりなどの飛散を防ぐことができるからである。次に第
３のゲートバルブ９２が開き、ウエハ２８が搬送アーム
９４によりロードロック室９０内に搬入される。その後
第３のゲートバルブ９２が閉じ、第４のガス排気孔９８
によりロードロック室内の真空引きが行われ、次いで第
４のガス導入孔９６によりＮ₂パージが行われる。この
際に、受渡し室１００は主に第５のガス排気孔１０４、
第５のガス導入孔１０２により、あらかじめ真空引き、
Ｎ ₂パージしておくことが望ましい。そして前記したよ
うに、第４のゲートバルブ９３が開いた際に塵、ほこり
が飛散しないように、第２のロードロック室９０内の圧
力と受渡し室１００内の圧力とが同圧となるように調整
されることとなる。またこの場合、プロセスチューブ１
２、シャッター間スペース４８の圧力も、それぞれガス
排気孔２７、４６、ガス導入孔２６、４４により真空引
きし，Ｎ₂パージし、ロードロック室と同圧の気圧とし
ておくことが望ましい。

【００３９】次に第４のゲートバルブ９３が開き、搬送
アーム９４によりウエハ２８が受渡し室１００に搬送さ
れる。この際、ウエハ保持具１１８は昇降機構１１２に
より受渡し室１００内にあらかじめ配置しておき、搬送
されたウエハ２８をウエハ保持具１１８に設けられた保
持突起１１９に合わせて配置する。そしてこの場合、一
対のシャッター板３２ａと３２ｂ及び一対のシャッター
板３６ａと３６ｂは共に図２の（Ｂ）の状態となってお
り、プロセスチューブ１２内と受渡し室１００内は、図
３に示すように熱的に遮断された状態となっている。。

【００４０】次に図４に示すように一対のシャッター板
３６ａ、３６ｂを、図２の（Ａ）の状態になるように開
く。この状態で、例えばシャッター板３２ａ、３２ｂに
内蔵されるヒーターにより、シャッター板３２ａ、３２
ｂの温度を調整しておくことが望ましい。

【００４１】次に昇降軸１１６により、ウエハ２８を上
昇させウエハ２８をシャッター間スペース４８に配置す
る。その後図５に示すように一対のシャッター板３６
ａ、３６ｂを図２の（Ｃ）の状態になるように閉じる。

【００４２】次に図６に示すように、一対のシャッター
板３２ａ、３２ｂを図２の（Ａ）の状態になるように開
く。そして図７に示すように昇降軸１１６によりウエハ
２８を上昇させ、その後一対のシャッター板３２ａ、３
２ｂを図２の（Ｃ）の状態になるように閉じる。

【００４３】このように本実施例によれば、ウエハの搬
入の際に、上側の第１の遮熱用シャッター３２もしくは
下側の第２の遮熱用シャッター３６の少なくともいずれ
か一方が閉じた状態となっているため、熱遮断が可能と
なり、プロセスチューブ１２の加熱容量が一定のまま
で、ウエハ２８を搬入できることとなる。

【００４４】その後、ウエハ２８をプロセスチューブ１
２内に移動させ、熱処理を開始する。ここで、本実施例
においては、昇降機構１１２によりウエハ２８を面状発
熱源１８に急速に接近させることにより、ウエハ２８の
熱処理を行う。このような熱処理方法によれば、面状発
熱源１８からの放射熱が、ウエハ２８の処理面にほぼ垂
直に向かうようになるため、ウエハ２８の外径が例えば
１２インチと大面積であってもウエハ２８の処理面全体
にわたって均一な温度で加熱することができる。また、
ウエハ２８の加熱速度はこの接近速度により制御できる
ため、この接近速度を急速にすることにより任意の加熱
速度での急速熱処理を行うことが可能となる。

【００４５】この結果本実施例では、まず高速熱処理を
可能とすることにより、５０〜１００オングストローム
のドーピング処理、ゲート酸化膜やキャパシター絶縁膜
などの極薄膜の形成、０．１μｍ以下の浅いＰＮ接合の
形成など種々の熱処理において優れた効果を発揮する。
そしてこのような急速加熱ができるにもかかわらず、ウ
エハ２８の面内での熱分布を均等にできるため、通常面
内での温度分布の不均一によって生じるとされるウエハ
２８のスリップ、歪、反り等が発生しない。更に、この
ような優れた性能を発揮するにもかかわらず、通常経時
変化が最も激しいとされる外管１２０、内管１２２で構
成されベローズが、プロセスガスにより汚染されにくい
構造となっているため、長期間の使用に耐える耐久性の
高い熱処理装置を実現できることとなる。

【００４６】ウエハ２８の面状発熱源１８に対する接近
速度は、ウエハ２８の処理面での温度上昇が例えば２０
℃／Ｓｅｃ以上、特に１００℃／Ｓｅｃ以上となるよう
な速度であることが望ましい。具体的な接近速度として
は、例えば５０〜２００ｍｍ／Ｓｅｃ以上が好ましい。
また本実施例では、ウエハ２８と面状発熱源１８との最
短離間距離Ｌの設定値を変更することにより、温度の異
なる複数の熱処理を行うことが可能となる。これにより
例えば温度１２００℃程度での高温処理や温度５００℃
程度の低温処理を便宜選択して行うことができ、複合プ
ロセス処理が可能となる。ここで「最短離間距離」と
は、ウエハ２８の接近が停止されて静止した状態でプロ
セス処理されるときの所定位置から面状発熱源１８まで
の距離をいう。

【００４７】なお、ウエハ２８を下方より面状発熱源１
８に接近させてウエハ２８の加熱温度を上昇させる場
合、この最短離間距離Ｌの位置よりもわずかに上方たと
えば１０ｍｍ程度上方の位置にウエハ２８を配置し、ウ
エハ２８の加熱温度が所望の温度に安定した後に、最短
離間距離Ｌの位置にウエハ２８を配置し処理を行うこと
が望ましい。このようにすることで、枚葉式熱処理装置
の技術的課題の一つである処理のスループットをあげる
ことができるからである。

【００４８】次に、このウエハ２８の熱処理が終了した
ら、前記した方法の逆の手順を踏むことにより、ウエハ
２８を受渡し室１００に戻す。このように、ウエハ２８
を戻す場合のも、上側の第１の遮熱用シャッター３２、
もしくは下側の第２の遮熱用シャッター３６の少なくと
もいずれか一方が閉じた状態となっているため、熱遮断
が可能となり、プロセスチューブ１２の加熱容量が一定
のままで、ウエハ２８を搬入できることとなる。最後に
受渡し室１００よりウエハ２８を装置の外部に搬出し、
次に例えば第１のロードロック室８０にあらかじめ載置
されたウエハ２８を受渡し室１００に搬入して、前記し
た方法と同様の手順によりウエハ２８をプロセスチュー
ブ１２に搬入して熱処理を行う。

【００４９】なお、本実施例でロードロック室を複数例
えば２室設けたのは、例えば第１のロードロック室８０
より搬入されたウエハをプロセスチューブ１２内で熱処
理している間に、上記した方法によりあらかじめ第２の
ロードロック室９０内にウエハを搬入させておき、これ
により処理のスループットを高めるためである。

【００５０】以上述べたように本実施例では、ウエハ２
８の搬入出の際にも、プロセスチューブ１２と受渡し室
１００の間を完全な遮熱構造とすることが可能となる。
従ってプロセスチューブ１２内の熱容量を極小に、また
常時一定とすることが可能となる。これにより、例えば
一度プロセスチューブ１２内に一定の適正な温度勾配を
形成した後、処理するウエハ２８を入れ換えても、この
形成された温度勾配を元に戻す時間及び必要とするエネ
ルギーを最小とすることが可能となる。これにより例え
ば枚葉式熱処理炉の大きな技術的課題とされる処理のス
ループットあげることができ、更に、装置のローパワー
化およびこれによる製造コストの低減化等を図ることが
できる。

【００５１】図８に本発明の一変形実施例について示
す。

【００５２】この変形実施例は、ウエハ２８をあらかじ
め加熱した後に受渡し室１００に搬入することにより、
また、ウエハ２８を冷却した後に受渡し室１００から装
置外に搬出することにより、装置のスループットの向上
を図ることを目的とするものである。このため本変形実
施例では、上記した実施例に新たに加熱室１３０及び冷
却室１４０を設けている。この場合加熱室１３０は例え
ば第１のロードロック室８０に第５のゲートバルブ１３
２を介して接続配置し、また、冷却室１４０は例えば第
２のロードロック室９０に第６のゲートバルブ１４２を
介して接続配置することが望ましい。

【００５３】ここで加熱室１３０内には加熱ステージ１
３４が設けられている。この加熱ステージ１３４はウエ
ハ２８を受渡し室１００に搬出する前に、ウエハ２８を
好ましくは例えば３００℃〜４００℃にあらかじめ加熱
するための機能を有するものであり、好ましくは例えば
ハロゲンランプ等を用いたランプ加熱により加熱する方
法、もしくは、ホットプレートを用いた方法等により加
熱することが望ましい。この場合において、ホットプレ
ートを使用して加熱する場合は例えば、ウエハ２８をホ
ットプレートに面接触させることにより加熱する方式
と、ウエハ２８をホットプレートに点接触させた状態で
加熱するプロキシミティ方式とを用いることができる。
なおこのホットプレートは、重金属等による汚染を防止
すべく例えば石英等により覆う構造とすることが望まし
い。

【００５４】冷却室１４０内には冷却ステージ１４４が
設けられている。この冷却ステージ１４４はウエハ２８
を装置外に搬出する前に、ウエハ２８を好ましくは例え
ば常温より３００℃の範囲内にあらかじめ冷却するため
の機能を有するものである。このように装置外に搬出す
る前にウエハ２８を冷却しておけば、装置外に搬出する
際に自然酸化によりウエハ２８に不要な酸化膜等が形成
されるのを防ぐことが可能となる。このような冷却方法
としては、例えば冷却ガスを用いる方法、冷媒を使用し
た冷却ジヤケットを用いる方法、もしくは、コールドプ
レートを用いた方法等により冷却することが望ましい。
ここで冷媒としては例えばアンモニア、二硫化イオウ、
水等を用いることができ、この冷媒の潜熱を利用して冷
却することが可能となる。コールドプレートを使用して
加熱する場合は例えば、ウエハ２８をコールドプレート
に面接触させることにより冷却する方式と、ウエハ２８
をコールドプレートに点接触させた状態で冷却するプロ
キシミティ方式とを用いることができる。

【００５５】次に本変形実施例の動作について説明す
る。

【００５６】まず矢印に示すように装置外より、第１
のロードロック室８０内にウエハ２８を搬入する。この
場合の動作については、前記した実施例の搬入方法と同
じである。次に加熱室１３０を図示しないガス排気孔、
ガス導入孔により真空引き、Ｎ₂パージすることによ
り、第１のロードロック室８０と同圧になった後、第５
のゲートバルブ１３２を開いて、ウエハ２８を加熱室１
３０に矢印に示すように搬入する。

【００５７】その後第５のゲートバルブ１３２を閉じ
て、加熱ステージ１３４にてウエハ２８を例えば１００
℃〜４００℃に加熱する。次に第５のゲートバルブ１３
２を介して、ウエハ２８を矢印に示すように第１のロ
ードロック室８０に搬出する。この場合において、すで
に前回に熱処理部１０にて熱処理が終了しているウエハ
は、第２のロードロック室９０に搬出しておく。

【００５８】次に第２のゲートバルブ８３を介してウエ
ハ２８を受渡し室１００に矢印に示すように搬出し、
ウエハ保持具１１８上にウエハ２８を載置する。その後
前記した方法によりウエハ２８の各種の熱処理を行う。
この場合ウエハ２８はあらかじめ１００℃〜４００℃に
加熱されているため、面状発熱源１８による熱処理のス
ループットを大幅に向上させることができる。

【００５９】この熱処理が終了したら、に示すよう
にゲートバルブ９３、１４２を介してウエハ２８を冷却
室１４０に搬出する。冷却室１４０では冷却ステージ１
４４を用いて、例えば３００℃より常温までの範囲に冷
却する。その後ゲートバルブ１４２、９２を介して、矢
印に示すようにウエハ２８を装置外に搬出する。こ
の場合。ウエハ２８はすでに冷却されているので、装置
外に出して大気に触れることによる不要な酸化膜の形成
等を防ぐことができる。

【００６０】なお、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。

【００６１】例えば本実施例では、プロセスチューブ１
２を二重構造として、これによりプロセスガスを導入す
る構造としたが、本発明はこのような構造に限られるも
のではなく、例えば、プロセスガスの導入孔をノズル形
状として、プロセスチューブ１２の下部もしくは側面よ
りプロセスガスを導入して、ウエハ２８にプロセスガス
をフローする構造としてもよい。更に例えば、プロセス
ガスの導入孔を、プロセスチューブ１２の上部の例えば
中央部に設ける構造としてもよい。このような構造とす
れば、ウエハ２８に対して、プロセスガスの流れが完全
なダウンフローとなるため、膜厚の均一化、膜質の向上
等に優れた効果を示す。

【００６２】また第２の遮熱用シャッター３６を構成す
るシャッター板３６ａ、３６ｂは、表面が石英等により
構成されるものに限らず、例えばステンレス等により構
成してもよい。

【００６３】また本発明に係る装置により処理する被処
理体としては、少なくとも面状形状の被処理体であれば
よく、半導体ウエハ以外にも例えばＬＣＤ等であっても
よい。また本発明が適用される熱処理としては、ＣＶＤ
等以外にも例えば酸化、拡散、アニール等にも適用でき
るのはもちろんである。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば縦型
熱処理炉に対して被処理体を搬入出する際にも、少なく
とも一つの遮熱用シャッターによりろの下端開口と対向
する領域が補遺刺されているので、処理空間の加熱容量
の変化を極小とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した装置を説明するための概略説
明図である。

【図２】図１の装置におけるシャッターの形状及び開閉
状態を説明するための概略説明図である。

【図３】図１の装置でウエハを受渡し室に搬入した状態
を示す概略動作説明図である。

【図４】図３の状態から下側のシャッターを開いた状態
を示す概略動作説明図である。

【図５】図４の状態からウエハをシャッター間スペース
に搬入し下側のシャッターを閉じてた状態を示す概略動
作説明図である。

【図６】図５の状態から上側のシャッターを開いた状態
を示す概略動作説明図である。

【図７】図６の状態からウエハをプロセスチューブ内に
搬入して上側のシャッターを閉じた状態を示す概略動作
説明図である。

【図８】本発明の一変形実施例について説明するための
概略説明図である。

【符号の説明】

１０熱処理部１２プロセスチューブ１３インナーチューブ１４断熱部材１６均熱部材１８面状発熱源２６第１のガス導入孔２７第１のガス排気孔２８ウエハ３０シャッター駆動部３２第１の遮熱用シャッター３２ａシャッター板３２ｂシャッター板３６第２の遮熱用シャッター３６ａシャッター板３６ｂシャッター板４８シャッター間スペース６０マニホールド７０ウエハ搬入部８０第１のロードロック室９０第２のロードロック室１００受渡し室１１０ウエハ昇降部１１６昇降軸１１８ウエハ保持具１２０外管１２１間隙１２２内管

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】縦型熱処理炉の下端開口より被処理体を
搬入出する熱処理装置において、前記縦型熱処理炉の下端開口の下方に気密室を配置し、
かつ、前記下端開口と対向する領域にて開閉する、遮熱
用シャッターを縦軸方向で異なる複数箇所に配置し、前
記被処理体の搬入出時に少なくともいずれか一つの前記
遮熱用シャッターが、前記下端開口と対向する領域にて
閉鎖状態に設定されることを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】請求項１において、前記被処理体を載置支持する支持部と、この支持部と連
結され、前記支持部を昇降駆動する軸部とを有し、前記各遮熱用シャッターは、互いに異なる方向に水平駆
動される一対のシャッター板で構成され、かつ、一対の
シャッター板の対向端部に前記軸部を挿通できる切り欠
き部を有することを特徴とする熱処理装置。
【請求項３】請求項２において前記各遮熱用シャッタ
ーは、前記支持部がその上方に位置する際には、前記一
対のシャッター板の対向端を近接させて２つの前記切り
欠き部内に前記軸部が挿通された閉鎖状態に設定され、
前記支持部がその下方の位置する際には、前記一対のシ
ャッター板は前記下端開口の中心線を越える位置までオ
ーバードライブされ、前記一対のシャッター板先端が重
なり合った閉鎖状態に設定されることを特徴とする熱処
理装置。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれかにおいて、少なくとも最上段の前記遮熱用シャッターは、該シャッ
ターを加熱する加熱手段を具備することを特徴とする熱
処理装置。