WO2001041202A1

WO2001041202A1 - Dispositif et procede de traitement thermique

Info

Publication number: WO2001041202A1
Application number: PCT/JP2000/008401
Authority: WO
Inventors: Takanori Saito; Hisaei Osanai; Toshiyuki Makiya
Original assignee: Tokyo Electron Limited
Priority date: 1999-11-30
Filing date: 2000-11-29
Publication date: 2001-06-07
Also published as: US6444940B1; DE60038669T2; KR100638946B1; JP3598032B2; KR20010101717A; TW478046B; KR100709802B1; EP1156518A4; EP1156518A1; DE60038669D1; KR20060064030A; EP1156518B1; JP2001156005A

Description

熱処理装置及び熱処理方法技術分野

本発明は熱処理装置及び熱処理方法に関する。

背景技術

半導体デパ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ェハを一括して熱処理するバッチ式のものであり、図 1

2に減圧 C VDを行う装置について概略図を示す。 1はウェハボートであり、このウェハボート 1は多数枚のウェハ Wを棚状に保持して図示しないエレべ一夕により、二重構造の反応管 1 1及び筒状のマ二ホールド 1 2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 1 0により気密に塞がれる。反応容器内は、反応管 1 1を囲むヒー夕 1 3により所定温度に加熱されると共に、排気管 1 4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 1 5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ェハ W上に堆積し、残りのガスは内管 1 l aの天井部から内管 1 1 &と外管1 l bとの間の空間を下降していく。

またウェハボート 1の下には例えば石英よりなるフィンを構成してなる保温ュニヅト 1 6を介在させてウェハ Wの置かれる雰囲気を蓋体 1 0の外側から断熱して保温するようにし、更にウェハボート 1の下端側には製品ウェハ Wを置かずにサイドウェハなどと呼ばれるダミーウェハ Wを数枚載置している。

ところで、上述の縦型熱処理装置は次のような課題がある。

( 1 ) ウェハ 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ュニット 1 6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、保温ュ二ット 1 6の昇温が遅れ、処理雰囲気から保温ュニット 1 6側に熱が流れてしまう。この結果温度が安定する時間（リカバリータイム）が長く、スループットの低下の要因になっており、更にまた十分に長いリカバリータイムをとらないとバッチ処理毎の再現性が悪い。

( 2 ) また保温ュニヅト 1 6の表面積が大きいので、この保温ュニット 1 6を介して反応容器内へ持ち込まれる水分量が多く、この水分が熱処理時に保温ュニット 1 6から離脱してウェハ W上に形成された薄膜内に取り込まれ、膜質の低下の原因になっている。そして熱処理を行う前に、ウェハ Wに付着した水分などの不純物を除去するために例えば水素ガスなどを反応容器内に流して表面処理を行つている場合もあるが、保温ュニット 1 6から離脱した水分がウェハ Wに吸着するので、表面処理の効率が悪い。

( 3 ) 更にまたガス供給管 1 5を通じて反応容器内に導入された成膜ガスは保温ュニット 1 6の横を通って上昇していくが、保温ュニット 1 6の温度が低いので特にガス流量が大きい場合には、ウェハ Wの置かれている処理雰囲気に達する未反応ガスの量が多くなる。このため処理雰囲気の中で分解するガスの量が多くなり、場所によって活性種の生成量が変わってくるので、このことがウェハ Wの膜厚に反映され、ウェハ W間、及びウェハ W面内における膜厚の均一性を悪くしている一因になっている。

( 4 ) また保温ュニット 1 6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、ウェハボート 1のウェハ載置領域の下部側は放熱量が多いのでウェハボート 1の最下段から数段上まではサイドウェハ（ダミ一ウェハ）を置くようにしており、このため製品ウェハ Wの載置領域が狭くならざるを得ない。従ってウェハボート 1におけるウェハの収納可能枚数を多くしても、 1バッチ処理当りの製品ウェハ Wの処理枚数が少なくなつてしまい、結局スループッ卜の向上の妨げとなっている。

発明の開示

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、スループッ卜の向上を図ることのできる縦型熱処理装置を提供することにある。

本発明は、下端が開口した反応容器と、反応容器内に収容され、多数の被処理体を保持する保持具と、反応容器の下端開口を塞ぐ蓋体とを備え、蓋体と保持具との間に保温ュニッ卜が介在され、保温ュニットは発熱体ュニッ卜を有し、発熱体ュニッ卜は金属不純物の少ない抵抗発熱体をセラミックの中に封入して構成されていることを特徴とする熱処理装置である。

本発明は、発熱体ュニットは保温ュニッ卜の上面部または側面部の少なくとも一方に配置されていることを特徴とする請求項 1記載の熱処理装置である。本発明は、保温ユニットは発熱体ユニット側に位置する断熱フィンと、断熱フィンの下方に位置する断熱体とを有することを特徴とする請求項 1記載の熱処理装置である。

本発明は、保温ユニットは、水平方向に配置された複数の断熱フィンを有することを特徴とする熱処理装置である。

本発明は、保温ユニットは蓋体に固定されるとともに、保持具に回転軸が連結され、この回転軸は保温ュニッ卜の貫通孔を貫通して駆動部に連結されていることを特徴とする熱処理装置である。

本発明は、回転軸は保温ユニットの貫通孔を貫通する第 1の回転軸と、第 1の回転軸に伝達部を介して連結され駆動部へ達する第 2の回転軸とからなることを特徴とする熱処理装置である。

本発明は、第 2の回転軸は蓋体を貫通し、蓋体を貫通する第 2回転軸の保温ュニット側周囲は、蓋体から延びる蓋体側突起部と、伝達部から延びる伝達部側突起部とによりなるラビリンスによって囲まれていることを特徴とする熱処理装置である。

本発明は、保温ユニットの外周には複数の支柱が配置され、少なくとも 1本の支柱は管状体となって蓋体を貫通するとともに、この管状体内に発熱体ュニット用の給電線が配置されていることを特徴とする熱処理装置である。

本発明は、抵抗発熱体は高純度の炭素素材からなることを特徴とする熱処理装置である。

本発明は、セラミックは石英であることを特徴とする熱処理装置である。本発明によれば、反応容器内の処理雰囲気から保温ュニットを介して外部に放熱される放熱量が少なくなるので、処理雰囲気を目標温度に速やかに安定させることができ、また温度が安定する処理領域を広く確保することができる。また保温ュニットを蓋体に固定する構造とすれば、給電路部材の引き出しを容易に行うことができる。

本発明は、多段の被処理体を保持具に保持させる工程と、被処理体を保持した保持具を下端が開口した反応容器内に下方から搬入する工程と、反応容器内を反応容器外方に設けられたヒ一夕により加熱雰囲気にするとともに、成膜ガスを供給して被処理体に対して成膜処理を行なう工程とを備え、成膜処理工程中において、保持具の下方側における温度を被処理体が置かれる雰囲気温度より高くすることを特徴とする熱処理方法である。

本発明は、成膜処理工程中において、成膜ガスは保持具の下方側から上方側へ向けて供給され、保持具の下方側における成膜ガスの通過領域の温度を被処理体が置かれる雰囲気温度より高くすることを特徴とする熱処理方法である。

本発明は、成膜処理工程中において、成膜ガスは保持具の上方側から下方側に向けて供給されることを特徴とする熱処理方法である。

本発明は、保持具の下方に設けられた発熱体ュニットを有する保温ュニットにより保持具の下方側を加熱して保持具の下方側における温度を被処理体が置かれる雰囲気温度より高くすることを特徴とする熱処理方法である。

本発明によれば、成膜ガスの分解が促進されるので、均一性の高い処理を行うことができる。

図面の簡単な説明

図 1は本発明の一実施の形態の全体構成を示す縦断側面図である。

図 2は本発明の一実施の形態の概観を示す斜視図である。

図 3は本発明の一実施の形態で用いられる保温ュニットを示す断面図である。図 4は本発明の一実施の形態で用いられる保温ュニットに組み込まれた発熱体ュニットを示す平面図である。

図 5は処理雰囲気及び発熱体ュニッ卜の温度変化を示す特性図である。

図 6は本発明の他の実施の形態の全体構成を示す縦断側面図である。

図 7は本発明で用いられる保温ュニットの他の例を示す側面図である。

図 8は本発明で用いられる保温ュニットの更に他の例を示す斜視図である。図 9は本発明の装置と従来装置とを用いた場合の膜厚の均一性を示す説明図である。

図 1 0は本発明に用いられる保温ュニットと従来の保温ュニットとについて昇温速度を測定した結果を示す特性図である。

図 1 1は本発明に用いられる保温ュニットと従来の保温ュニッ卜とについて降温速度を測定した結果を示す特性図である。

図 1 2は従来の縦型熱処理装置を示す縦断側面図である。

発明を実施するための最良の形態

図 1は本発明を縦型熱処理装置に適用した実施の形態を示す全体構成図、図 2 は縦型熱処理装置の概観図である。図 1中符号 2は、例えば石英で作られた内管 2 a及び外管 2 b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二ホールド 3が設けられている。そして反応管 2とマ二ホールド 3により反応容器が構成される。

前記内管 2 aは上端が開口されており、マ二ホールド 3の内方側にて支持されている。外管 2 bは上端が塞がれており、下端がマニホ一ルド 3の上端に気密に接合されている。この例では、内管 2 a、外管 2 b及びマ二ホールド 3により反応容器が構成されている。 3 1はベースプレートである。

前記反応管 2内には、多数枚例えば 1 2 6枚の被処理体をなすウェハ 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ェハボ一ト 2 1に棚状に載置されている。ウェハポート 2 1は図 2に示すように天板 2 2及び底板 2 3の間に複数本の支柱 2 4を設け、この支柱 2 4にウェハ Wの周縁部を保持する溝が形成されて構成されている。このウェハボ一ト 2 1は蓋体 3 2の上に保温ュニット 4の設置領域を介して保持されている。この保温ュニット 4に関しては後で詳述する _c 前記蓋体 3 2は、ウェハボート 2 1を反応管 2内に搬入、搬出するためのボートエレべ一夕 3 3の上に搭載されており、上限位置にあるときにはマ二ホールド 3 の下端開口部、即ち反応管 2とマ二ホールド 3とで構成される反応容器の下端開口部を閉塞する役割を持つものである。

また反応管 2の周囲には、これを取り囲むように例えば抵抗加熱体よりなるヒ —夕 2 5が設けられている。図 1には示していないが、ヒー夕 2 5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 2 6 (図 2参照）が構成される。なお例えば加熱炉 2 6あるいは他の発熱部分からクリーンルームへの放熱量を抑えるために加熱炉あるいは他の発熱部分の周囲に冷却水を循環させるための冷却水系統が一般に設けられ、各系統ライン毎に流量計と給断（オン、オフ）バルブが介装されている。この場合停電等により断水などが起こると、冷却水の流れが止まり、冷却水の温度が急上昇し、圧力も急激に上昇して上流側へ冷却水が逆流し、流量計が破損するため、これを防止するために流量調節可能型逆止弁（リリーフバルブ）が各循環系統に設けられている。説明を図 1に戻すと、前記マ二ホールド 3の周囲には複数のガス供給管が設けられ、複数の処理ガス（成膜ガス）を内管 2 aの中に供給できるようになつている。図 1ではそのうち 1本のガス供給管 3 4を示してあり、このガス供給管 3 4 はバルブ V I、流量計 M F C及びバルブ V 2を介してガス供給源 3 5に接続されている。またマ二ホールド 3には、内管 2 aと外管 2 bとの間の空間から排気できるように排気管 3 6が接続されており、真空ポンプ 3 7により反応管内を所定の減圧雰囲気に維持できるようになつている。

図 1において、処理ガスはガス供給管 3 4により内管 2 a中へウェハポート 2 1の下方側から上方側へ向けて供給されるが、ガス供給管 3 4を内管 2 aの上方へ配置して処理ガスをゥエバボート 2 1の上方側から下方側へ向けて供給してもよい。

次に前記保温ュニット 4及びこれに関連する部位について図 3を参照しながら説明する。保温ュニット 4は上面部をなす面状例えば円形板状の発熱体ュニット 5により構成されており、この発熱体ユニット 5の中央部には孔部 5 0が形成されている。発熱体ュニット 5の下方側には、その内部空間が前記孔部 5 0に対向するように例えば石英よりなる軸管 4 1が垂直に設けられている。この軸管 4 1 の上端部には断熱部材である円形のフィン 4 2が発熱体ュニット 5との間に間隙を介してほぼ水平に設けられると共に、当該フィン 4 2の中央部には、軸管 4 1 の内部空間に連通する孔部 4 3が形成されている。前記フィン 4 2は、ウェハ処理領域の熱が外部に放熱されるのを抑える断熱の役割及び発熱体ュニット 5からの輻射熱を反射させる役割を持つものであり、例えば不透明石英や炭化珪素（S i c ) などにより構成される。前記軸管 4 1の下方側には、この軸管 4 1の内部空間に連通するように中央部に孔部 4 0が形成された円形状の断熱部材（断熱体） 4 4が蓋体 3 2の上に支持部材 4 5 (図 2参照）を介して支持固定されて設けられている。なお支持部材 4 5は例えば周方向のほぼ 3等分した位置に設けられている。断熱部材 4 4は、これよりも上方側の熱が蓋体 3 3側に放熱するのを抑える役割を持つものであり、例えば石英よりなるブロックや、フィンを複数段積み重ねたものなどを用いることができる。

前記発熱体ュニット 5の孔部 5 0、フィン 4 2の孔部 4 3、軸管 4 1の内部空間及び断熱部材 4 4の孔部 4 0はウェハボート 2 1を鉛直軸のまわりに回転させるための第 1の回転軸 6 Aを貫通させるための貫通孔を形成するものである。第 1の回転軸 6 Aは上部にテーブル 6 1が設けられ、このテーブル 6 1の上にゥェハボート 2 1が搭載される。第 1の回転軸 6 Aの下部は伝達部 6 2を介して第 2 の回転軸 6 Bに接続されており、第 2の回転軸 6 Bは蓋体 3 2を気密に貫通して、ボートエレべ一夕 3 3に設けられた駆動部 6 3に接続されている。駆動部 6 3は例えば回転軸 6 Bに接続されるプーリやこのプーリをベルトを介して駆動するモ一夕などからなる。

伝達部 6 2は、第 2の回転軸 6 Bの上端部に形成されたテーブル 6 4と、第 1 の回転軸 6 Aの下端部に形成されたテ一ブル 6 4上に載置される円板状の受け部 6 5とからなり、第 2の回転軸 6 Bの回転が第 1の回転軸 6 Aに伝達される部分である。また例えば前記受け部 6 5の周縁部の下面には、断面が櫛歯状で、下側に突出している複数の突起部（伝達部側突起部） 6 6が形成されると共に、蓋体 3 2の上面には断面が櫛歯状で、上側に突出している複数の突起部（蓋体側突起部） 6 7が形成されている。これら突起部 6 6、 6 7同士が交互に重なり合うことによりラビリンスが形成され、第 2の回転軸 6 Bの保温ュニット 4側周囲がラビリンスにより囲まれて、反応管 2内のガスが第 2の回転軸 6 Bの軸受け部分に入り込みにくいようになっている。

前記発熱体ュニット 5は、金属不純物の少ない抵抗発熱体をセラミック例えば石英の中に封入されて構成されるものであり、この例では図 3及び図 4に示すように例えば厚さ 8 mm程度の石英製の円板状体（石英プレート） 5 1中に高純度の炭素素材よりなるヒ一夕線 5 2を渦巻状に配置して構成されている。また互に隣り合うヒ一夕線 5 2の間に石英を介在させてもよく、この場合石英よりなる渦卷状の区画壁の間にヒー夕線 5 2が配線されることになる。発熱体ュニット 5は、保温効果を大きくするためにウェハ Wと同じかそれよりも大きいサイズであることが好ましい。また発熱体ュニット 5の周縁部の下面側には例えば周方向に 3等分した部位に石英よりなる支柱 7 1〜7 3 (ただし図では 2本の支柱しか見えない）が設けられ、これら支柱 7 1〜7 3は蓋体 3 2に固定されている。

そして 3本の支柱 7 1〜7 3のうちの 1本の支柱 7 1は管状体により構成されており、ヒー夕線 5 2の両端部が例えば発熱体ュニット 5の周縁部の一ヶ所に寄せられている。このヒー夕線 5 2に接続された一対の給電路部材、例えば前記ヒ一夕線 5 2と同じ材質の給電線が細い石英管の中に通し、更にこの石英管が管状体（支柱 7 1 ) の中を通って前記給電線 5 3、 5 4が蓋体 3 2の外に配線されている。従ってこの給電線 5 3、 5 4に外部の電源部を接続することによりヒー夕線 5 2が発熱することになる。なお残りの 2本の支柱 7 2、 7 3は管状体であつてもロッド体であってもよく、蓋体 3 2の上面に支持される。

次に上述実施の形態の作用について説明する。ここでは具体的な処理の一例として H T 0 (High Temperature Oxide) と呼ばれる酸化膜を C V D処理で成膜する例を挙げる。先ず被処理体であるウェハ Wを所定枚数ウェハボート 2 1に棚状に保持して、ボートエレべ一夕 3 3を上昇させることにより反応容器内に搬入する。ウェハボート 2 1の搬入時には反応容器の処理雰囲気は例えば 6 0 0 °C程度に維持されており、ウェハボート 2 1が搬入されて反応容器の下端開口部（詳しくはマ二ホールド 3の下端開口部）が蓋体 3 2により塞がれた後、ヒー夕 2 5により処理雰囲気を例えば 8 0 0 °C前後まで昇温させると共に、排気管 3 6を通じて真空ポンプ 3 7により反応容器内を所定の真空度まで減圧する。

一方保温ュニット 4の発熱体ュニット 5についても例えばウェハボート 2 1の搬入途中から昇温を開始し、発熱体ュニット 5の温度を例えば成膜時の処理雰囲気の温度よりも高い 8 4 0 °C付近まで昇温する。ここで図 5に処理雰囲気の温度 (ゥェハ Wが置かれる雰囲気の温度であつて、例えばウェハ Wの配列領域における中央の高さ位置の温度）と発熱体ュニット 5の温度との各経時変化の様子を夫々実線 a、及び鎖線 bとして模式的に示しておくと、図 5において時刻 t 1はゥェハボート 2 1の搬入（ローデイング）終了時点であり、時刻 t 2は処理雰囲気が目標温度に到達した時点である。発熱体ュニット 5は例えば 1 0 0 °C付近で待機し、ここから例えば目標温度 8 4 0 °C付近まで昇温する。発熱体ュニット 5及び処理雰囲気が各々目標温度に到達する時点は例えばほぼ同じタイミングである。ここでいう発熱体ュニット 5の温度とは発熱体ュニット 5の表面近傍である数ミリ離れた部位に温度センサ一を置いて測定した温度である。

その後温度安定化のための時間（リカバリータイム）として時刻 t 3まで処理を行わずに待機し、時刻 t 3になった後、 2本のガス供給管 3 4 (既述のように図 1では 1本しか示していない）からジクロロシラン（S i H ₂ C l ₂ ) ガスと一酸化二窒素（N₂ 0 ) ガスとからなる処理ガス（成膜ガス）を反応容器（反応管 2 とマ二ホールド 3 ) 内に供給しながら反応容器内の圧力を例えば所定の真空度に維持する。またこのとき回転軸 6 A、 6 Bを回転させてウェハボート 2 1を回転させる。

ここで発熱体ュニット 5の表面近傍の温度はおよそ 8 4 0 °Cであるため、発熱体ュニット 5の周囲及びそれよりも少し下方側は処理雰囲気の温度 8 0 0 C付近よりも高くなつている。このため反応管 1の下部側に供給されたジクロロシランガス及び一酸化窒素ガスは保温ュニット 4の横を通るときに分解が進み、分解が進んだ状態で処理雰囲気内に拡散していき、ウェハ W上に活性種が堆積されてシリコン酸化膜が成膜される。そして時刻 t 4からヒー夕 2 5の電力をコントロールして反応容器内を降温すると共に、発熱体ュニット 5の供給電力をゼロにして発熱体ュニット 5を降温させ、例えば処理雰囲気の温度が 6 0 0 °Cになった時点 (時刻 t 5 ) にてウェハボート 2 1を下降させる。

上述の実施の形態によれば次のような効果がある。

( 1 ) 保温ュニット 4は上面部に発熱体ュニット 5を備え、反応容器内の処理雰囲気を昇温する工程及び目標温度に安定化する工程において、発熱体ュニット 5を発熱させているため、処理雰囲気から保温ュニット 4を介して外部に放熱される熱量が少なくなる。そして保温ュニット 4は発熱体ュニット 5を備えていることから保温性がよく、このため熱容量は小さくてよいので、保温ユニット 4全体が温まる速度も速い。このようなことから処理雰囲気の温度を目標温度に到達した後、その温度に安定させる時間つまり温度の安定化時間（リカバリ一タイム）が短くて済み、スループットの向上が図れる。またバッチ処理毎のリカバリ一タイムのばらつきも小さくなるので処理の再現性がよくなる。

( 2 ) 上述のように保温ュニット 4の保温効果が大きいことから温度の均一性の高い領域が下方まで広がり、このためウェハボート 2 1の下部において今まで温度が低いためサイドゥエハを載置せざるを得なかった領域にも製品ウェハ Wを載置することができ、 1バッチ当りの処理枚数を多くできるので、この点からもスループッ卜が向上する。

( 3 ) ガス供給管 3 4を通じて反応容器内に供給された成膜ガスは発熱体ュニット 5により加熱され、処理雰囲気に到達する前にある程度分解されるため、処理雰囲気における未反応ガスの量が少なくなる。この結果ウェハボート 2 1に配列された各ウェハ Wの間において、また各ウェハ Wの面内において活性種の濃度の均一性が高くなり、ウェハ W間及びウェハ W面内における膜厚の均一性が高くなる。

( 4 ) 保温ユニット 4の熱容量が小さくてよいことから、ウェハボー卜を反応容器から搬出するとき（アンロード時）の保温ユニット 4の降温速度が早く、このため反応容器の下方側のローディングエリアに設けられたロボットゃセンサに対する、保温ュニッ卜 4からの熱的ダメージを低減できる。

( 5 ) 保温ュニット 4を蓋体 3 2に固定し、ウェハボ一ト 2 1を回転させるための回転軸（回転軸 6 A及び 6 B ) を保温ユニット 4の中を貫通させた構造としているので、発熱体ユニット 5のヒー夕線 5 2の給電線 5 3、 5 4を外部に容易に引き出すことができる。なお本発明では保温ュニット 4を蓋体 3 2に固定することに限定されるものではないが、保温ュニット 4を従来のように回転させるようにすると、給電線 5 3、 5 4を外部に引き出すためにスリップリングなどを用いなければならないので、上述の実施の形態の構造の方が得策である。

次いで本発明の他の実施の形態について述べる。上述の実施の形態は減圧 C V D法により成膜処理を行う装置であつたが本発明はいわゆる酸化、拡散炉にも適用できる。図 6は酸化ガスによりウェハ W上のシリコン膜を酸化するための縦型熱処理装置である。図 6において図 1の装置と対応する部分に関しては符号の繁雑化を避けるために同一の符号を付してある。この縦型熱処理装置が図 1の装置と異なる点はマ二ホールド 3を用いずに内管 8 a、外管 8 bからなる二重管構造の反応管 8により反応容器が構成されている点、酸化ガス例えば酸素ガスをガス供給管 8 1を通じて内管 8 aと外管 8 bとの隙間に供給し、内管 8 aの天井部の孔部 8 0を通り、内管 8 aの下部側から排気管 8 2を通じて排気している点、処理圧力がほぼ常圧である点、及び処理雰囲気の温度が減圧 C V Dの場合よりも一般に高い点などが挙げられる。なお図 6中 8 3は均熱管である。

更に熱処理の種類によっては、例えばェピ夕キシャル成長膜を成膜する場合などにはウェハ W上に付着している水分量によって膜質が左右される。本発明では上述のように保温ュニット 4の熱容量が小さくてよいので、保温ュニット 4の構成部品の表面積が小さくて済み、保温ュニット 4を介して外部から反応容器内へ持ち込まれる水分の量が少なくなる。このため膜質の向上が図られる。また既述のように昇温前や昇温途中にウェハ Wに対して表面処理を行う場合があるが、この場合にも持ち込み水分の量が少ないことからウェハ Wの表面処理の効率の向上を期待できる。

また保温ユニット 4の他の例を図 7、図 8に示しておく。図 7に示す保温ュニット 4は既述の保温ュニット 4において、発熱体ュニット 5の下方側に断熱部材である例えば石英よりなるフィン 9 1を多段に積層して構成したものである。図 8に示す保温ュニット 4は、上面部のみならず側面部を筒状の発熱体ュニット 9 2で構成したものである。筒状の発熱体ュニット 9 2は例えば 2重構造の石英管の間に上述の抵抗発熱線を介在させ上縁及び下縁を封止処理して作ることができる。この場合筒状の発熱体ュニット 9 2で囲まれた領域内には例えば石英ブロックや石英フィンなどを配置してもよい。また保温ュニット 4は上面部には発熱体ュニット 5を設けずに側面部のみ発熱体ュニット 9 2で構成するようにしてもよいし、底面部のみに発熱体ユニット 5を設けてもよく、あるいは上面部には既述のようなフィンを配置し、その下方側に発熱体ュニット 5を配置するようにしてもよい。更に発熱体ュニット 5の表面には例えば C V Dなどにより保護膜を形成するようにしてもよいし、薄い保護プレートで当該表面を覆うようにしてもよい。なお保温ユニット 4の材質は石英に限らず炭化珪素（S i C ) などのセラミックであってもよい。また本発明は、ウェハボート 2 1を回転させない装置に対して適用してもよい。実施例 (実施例 1)

図 1に示す縦型熱処理装置を用いて 200mmウェハ（8インチウェハ）にシリコン酸化膜を成膜した。ウェハボートとしては 126枚収納容量のあるものを用い、ウェハボートの口一ディング時における処理雰囲気の温度は 600°Cに設定し、 800°C付近まで昇温して 5. 5 nmの膜厚を目標にして 80分間処理を行った。成膜ガスとしては、ジクロロシランガス及び一酸化二窒素ガスを夫々 2 00 s c cm及び 400 s c cmの流量で供給し、反応容器内の圧力を所定の真空度に維持した。また保温ュニット 4の発熱体ュニット 5の表面近傍の温度を既述の実施の形態で説明したように 840°C付近まで昇温した。

こうして得られたシリコン酸化膜について、トップ、セン夕一、ボトムに位置するウェハ Wの各膜厚（平均膜厚）を調べたところ図 9の棒グラフ（白抜き）のようになり、また各位置毎のウェハ Wの膜厚の面内均一性について調べたところ △印のようになった。なおトップ位置、センター位置、ボトム位置とは、夫々ゥェハボートの最上段から数えて 6段目、 58段目、 110段目を示している。

—方比較例として、図 12に示す発熱体ュニットを備えていない従来の筒状体で構成した保温ュニットを用いた他は全く同様にしてウェハ Wに成膜を行い、ゥェハ Wの膜厚及び面内均一性について同様に調べたところ、夫々図 9の棒グラフ (斜線）及び口印のようになった。

この結果から分かるように発熱体ュニットを搭載しない保温ュニットを用いた場合にはトップ、セン夕一ボトムの各位置の平均膜厚にばらつきがあるが、発熱体ュニットを設けた保温ュニットを用いた場合には平均膜厚がほとんど揃っている。また膜厚の面内均一性についても比較例の場合には 6 %を越えているのに対し、本発明においてはトップでは 5 %程度、センター及びボトムでは 3%を切つており、本発明装置が有効であることが理解される。なお面内均一性とは、膜厚の最大値、最小値及び平均値を夫々 Ma x、 Min、 Aveとすると、（Max -Mi n) /Ave x 1/2 x 100で表わされる値である。

(実施例 2)

図 6に示す縦型熱処理装置を用いて 200 mmウェハに酸化処理を行い、ゥェハ W表面のシリコン膜を酸化した。ウェハボートの口一ディング時における処理雰囲気の温度は 3 0 0 °Cに設定し、 8 5 0 °Cまで昇温し、 2 n mの膜厚の酸化膜を目標として所定時間処理を行った。また比較例として 2 0枚の石英フィンを積層し、発熱体ユニットを備えない保温ユニットを用いて同様の処理を行い、夫々の場合において温度均一性の高い処理雰囲気をどれだけの広さで確保できるかについて調べた。

比較例の場合はウェハボートの最下段から 2 3段目までサイドウェハ（処理とは関係のないダミーウェハ）を搭載することにより、下から 2 4段目のウェハの膜厚の均一性が 3 . 0 9 %であったが、本発明の場合はウェハボートの最下段から 5段目までサイドウェハを搭載することによりウェハの膜厚の均一性が 2 . 8 8 %であった。従って本発明は、 1バッチ処理当りのサイドウェハ（ダミーゥェハ）の枚数を少なくすることができる。このことは逆にいえば比較例と比較して膜厚の面内均一性を同等に確保しながら処理可能な領域（製品ウェハを搭載できる領域）が広がるということができる。なおウェハ W上のパーティクル汚染についても評価してみたが、比較例と同等であり、発熱体ユニットを設けたことがパ —ティクル汚染に影響のないことが分かった。

またウェハボートのローディングを終了した時点から処理開始時間までについて、反応容器内の温度の安定化を図りながら測定したところ、本発明は比較例に比べて 8分程度短縮できることが分かり、温度安定化の時間が短縮されていることが裏付けられる。

(実施例 3 )

実施例 2において、本発明に係る発熱体ュニットの表面近傍の温度と比較例に係る保温ュニッ卜の上部近傍の温度とについて昇温の状態を調べたところ図 1 0 に示す結果が得られた。 a、 bは夫々本発明に係る保温ユニット及び比較例の保温ュニットに対応するものである。本発明では保温ュニッ卜の昇温が早く、また目標の処理温度に安定化する時間領域（リカバリ領域）では保温ユニットの温度が安定しているのに対し、比較例では保温ユニットの昇温が遅く、またリカバリ領域においても温度が昇温し続けている。従ってこの結果から本発明によれば温度安定化時間が短くなることが分かる。

(実施例 4 ) 実施例 1において、アンロードを開始した時点からの保温ュニットの降温の様子を図 1 1に示す。 a、 bは夫々本発明に係る保温ユニット及び比較例の保温ュニットに対応するものである。この結果から本発明の保温ュニッ卜は発熱体ュニットを備えていることから熱容量が小さくて済むので速やかに降温することが分かる。従ってウェハボートをローデイングエリアへ搬出したときに、ロボットやセンサ一等に対する熱的ダメージを低減できる。

以上のように本発明によれば、温度安定化に要する時間を短くできるので、スループットの向上を図れる。

Claims

請求の範囲

1 . 下端が開口した反応容器と、

反応容器内に収容され、多数の被処理体を保持する保持具と、

反応容器の下端開口を塞ぐ蓋体とを備え、

蓋体と保持具との間に保温ュニッ卜が介在され、

保温ュニットは発熱体ュニットを有し、

発熱体ュニットは金属不純物の少ない抵抗発熱体をセラミックの中に封入して構成されていることを特徴とする熱処理装置。

2 . 発熱体ュニットは保温ュニッ卜の上面部または側面部の少なくとも一方に配置されていることを特徴とする請求項 1記載の熱処理装置。

3 . 保温ュニットは発熱体ュニット側に位置する断熱フィンと、

断熱フィンの下方に位置する断熱体とを有することを特徴とする請求項 1記載の熱処理装置。

4 . 保温ュニットは、水平方向に配置された複数の断熱フィンを有することを特徴とする請求項 1記載の熱処理装置。

5 . 保温ユニットは蓋体に固定されるとともに、保持具に回転軸が連結され、この回転軸は保温ュニットの貫通孔を貫通して駆動部に連結されていることを特徴とする請求項 1記載の熱処理装置。

6 . 回転軸は保温ュニッ卜の貫通孔を貫通する第 1の回転軸と、第 1の回転軸に伝達部を介して連結され駆動部へ達する第 2の回転軸とからなることを特徴とする請求項 5記載の熱処理装置。

7 . 第 2の回転軸は蓋体を貫通し、蓋体を貫通する第 2回転軸の保温ュニット側周囲は、蓋体から延びる蓋体側突起部と、伝達部から延びる伝達部側突起部とによりなるラビリンスによって囲まれていることを特徴とする請求項 6記載の

8 . 保温ュニッ卜の外周には複数の支柱が配置され、

少なくとも 1本の支柱は管状体となって蓋体を貫通するとともに、この管状体内に発熱体ュニット用の給電線が配置されていることを特徴とする請求項 1記載の熱処理装置。

9 . 抵抗発熱体は高純度の炭素素材からなることを特徴とする請求項 1記載の熱処理装置。

1 0 . セラミックは石英であることを特徴とする請求項 1記載の熱処理装置 c

1 1 . 多段の被処理体を保持具に保持させる工程と、

被処理体を保持した保持具を下端が開口した反応容器内に下方から搬入するェ程と、

反応容器内を反応容器外方に設けられたヒー夕により加熱雰囲気にするとともに、成膜ガスを供給して被処理体に対して成膜処理を行なう工程とを備え、成膜処理工程中において、保持具の下方側における温度を被処理体が置かれる雰囲気温度より高くすることを特徴とする熱処理方法。

1 2 . 成膜処理工程中において、成膜ガスは保持具の下方側から上方側へ向けて供給され、保持具の下方側における成膜ガスの通過領域の温度を被処理体が置かれる雰囲気温度より高くすることを特徴とする請求項 1 1記載の熱処理方法 c

1 3 . 成膜処理工程中において、成膜ガスは保持具の上方側から下方側に向けて供給されることを特徴とする請求項 1 1記載の熱処理方法。

1 4 . 保持具の下方に設けられた発熱体ュニットを有する保温ュニットにより保持具の下方側を加熱して保持具の下方側における温度を被処理体が置かれる雰囲気温度より高くすることを特徴とする請求項 1 1記載の熱処理方法。