WO2004030058A1

WO2004030058A1 - 熱処理方法および熱処理装置

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Publication number: WO2004030058A1
Application number: PCT/JP2002/010080
Authority: WO
Inventors: Toshiyuki Makiya; Takanori Saito; Tsuyoshi Takizawa; Karuki Eickmann
Original assignee: Tokyo Electron Limited
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2004-04-08
Also published as: CN1669125A; CN100477086C

Abstract

処理方法は、複数の被処理体が高さ方向に多段に載置された保持具を処理容器内に収容する工程と、加熱手段によって加熱することにより所定の熱処理を行う工程とを備えている。予め、被処理体の熱処理が行われるべき加熱手段の特定の目標発熱量が求められる。処理装置は処理容器と、処理容器内に設けられた制御用温度検出器と補正用温度検出器とを有している。補正用温度検出器は、高さ方向に延びる保護管本体部と、この保護管本体部より水平方向に延びる複数の支管部とからなっている。各々の支管部には熱電対が配設され、各々の支管部は互いに異なる高さ位置の被処理体間に挿入されている。

Description

明細熱処理方法および熱処理装置技術分野

本発明は、熱処理方法および熱処理装置に関する。背景技術

例えば、半導体デバイスの製造プロセスおいては、被処理体としての半導体ゥェハに対して、酸化、拡散、成膜などの処理を行うために、各種の熱処理装置が用いられており、例えば複数の被処理体の熱処理を一度に行うことができるパッチ式の縦型熱処理装置が知られている。

このような縦型熱処理装置においては、複数の被処理体が高さ方向に所定間隔で載置された被処理体保持具を処理容器内に収容される。また処理容器の周囲に設けられた筒状ヒータを用い、処理容器内に設けられた温度検出器により検出された温度データに基づいて設定された発熱量で加熱することにより、被処理体について所定の熱処理が行われる。

半導体ウェハに対して熱処理を行うに際しては、均一な膜質及び特性の良好な成膜等を達成するために、各々の半導体ウェハの面内の温度の均一性が高いことに加え、互いに異なる高さ位置に載置されている半導体ウェハ間での温度の均一性が高いことが要求されている。このような要求に対して、処理容器内を上下方向に複数の加熱領域（ゾーン）に区分し、各々の加熱領域に応じた発熱量で加熱することにより、被処理体の熱処理がなされている。

上記のような熱処理装置においては、温度検出器は、例えば石英ガラスよりなり、処理容器内を上方向に伸びる直管状の保護管と、この保護管内において処 a 容器の各々の加熱領域に対応する位置に配設された熱電対とにより構成されている。これにより、処理容器内の各々の加熱領域に対応した位置の温度が検出され、検出された温度データに基づいて筒状ヒー夕の発熱量が調整される。

而して、上記の縦型熱処理装置においては、半導体ウェハと離れた位置で温度検出が行われるため、実際に温度検出器により検出される温度と半導体ウェハの温度との間には不可避的に誤差が生じ、その結果、筒状ヒー夕の温度制御を正確に行うことが困難である、という問題がある。発明の開示

本発明は、以上のよう事情に基づいてなされたものであって、その目的は、被処理体の温度を高い精度で検出することができ、従って、被処理体について、所望の熱処理を安定的に行うことができる熱処理方法およびこのような方法が確実に実行される熱処理装置を提供することにある。

本発明は、複数の被処理体を高さ方向に所定間隔をおいて保持する被処理体保持具を処理容器内に収容する工程と、処理容器に設けられた加熱手段が目標発熱量をもつよう作動させて被処理体を加熱することにより、被処理体について所定の熱処理を行う熱処理方法において、加熱手段は、以下の工程（ 1 ) ― ( 3 ) により求められた目標発熱量に基づいて作動されることを特徴とする熱処理方法

( 1 ) 被処理体の温度が目標加熱温度となるよう設定された基準発熱量で加熱手段を作動させ、かつ処理容器内において高さ方向に延びるよう配置された温度制御用の温度検出器により、被処理体の制御対象温度を検出する工程、

( 2 ) 被処理体間に挿入された状態で配置された温度補正用の温度検出器により、被処理体の制御目標温度を検出する工程、

( 3 ) 温度制御用の温度検出器により検出される被処理体の制御対象温度と、温度補正用の温度検出器により検出された被処理体の制御目標温度とを対比して、制御目標温度と制御対象温度との温度差に応じて基準発熱量を補正して目標発熱量を決定する工程である。

ここに、「実質的に一致する」とは、温度差が ± 0 . 5〜士 1 . 0 °Cの範囲内にある状態をいう。

本発明は、目標発熱量を求める際、制御対象温度は加熱手段が基準発熱量で作動された後、実質的に安定した状態において温度制御用の温度検出器により検出されることを特徴とする熱処理方法である。

本発明は、目標発熱量を求める際、被処理体の温度が、温度補正用の温度検出器により、互いに異なる高さ位置の被処理体間で検出されることを特徴とする熱処理方法である。

本発明は、目標発熱量を求める際、被処理体の温度が、温度補正用の温度検出器により、当該被処理体の中心位置において検出されることを特徴とする熱処理方法である。

本発明は、目標発熱量を求める際、被処理体の温度が、温度補正用の温度検出器により、当該被処理体の中心位置とエッジ部において検出されることを特徴とする熱処理方法である。

本発明は、被処理体を熱処理する場合、温度補正用の温度検出器が被処理体間に存在しない状態で行われることを特徴とする熱処理方法である。

本発明は、処理容器と、処理容器内に収納され、複数の被処理体を水平となる状態で高さ方向に所定間隔をおいて保持する被処理体保持具と、処理容器の外方に設けられた加熱手段と、処理容器内に設けられ、被処理体の温度が当該被処理体の処理が行われるべき目標加熱温度となるよう加熱手段の発熱量を制御するために参照される制御対象温度を検出する温度制御用の温度検出器と、処理容器に設けられ、加熱手段の発熱量を補正するために参照され、目標加熱温度と実質的に一致する制御目標温度を検出する温度補正用の温度検出器とを備え、温度補正用の温度検出器で検出された制御目標温度と、温度制御用の温度検出器で検出された制御対象温度とに基づいて、制御部により加熱手段の発熱量を補正することを特徴とする処理装置である。

本発明は、温度補正用の温度検出器は、高さ方向に延びる直管状の保護管本体部と、この保護管本体部から互いに高さ方向に離間した状態で、各々、保護管本体部の管軸方向と直交する方向に延びる複数の支管部とを有し、各々の支管部には、熱電対が配設され、各々の支管部が、互いに異なる高さ位置の被処理体間に挿入されるよう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、温度補正用の温度検出器の保護管本体部は、管軸を中心に回動可能に設けられていることを特徴とする熱処理装置である。

本発明は、温度補正用の温度検出器のうち、保護本体部の基端側部分に、全周にわたつて環状溝が形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、温度補正用の温度検出器は、保護管本体部および支管部内が減圧状態とされていると共に、保護管本体部の基端側部分が気密に封止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、温度補正用の温度検出器において、高さ方向に延びる直管状の保護管本体部と、この保護管本体部から互いに高さ方向に離間した状態で、各々、保護管本体部の管軸方向と直交する方向に延びる複数の支管部とを有し、各々の支管部には、熱電対が配設され、各々の支管部が、互いに異なる高さ位置の被処理体間に挿入されるよう配置されていることを特徴とする温度検出器である。本発明によれば、熱処理が行われるべき被処理体について処理を行うに際して予め実施される目標発熱量を求める際、被処理体間に配置される温度補正用の温度検出器によって被処理体の温度が高い精度で検出される。次に温度補正用の温度検出器による制御目標温度が被処理体を熱処理すべき目標加熱温度に実質的に一致させるよう、温度補正用の温度検出器による制御目標温度と、温度制御用の温度検出器による制御対象温度との温度差に応じて加熱手段の基準発熱量が補正される。このことにより、加熱手段の発熱量の制御を正確に行うことができる。また、温度補正用の温度検出器は、保護管本体部と、支管部とを有し、熱電対が支管部内に配設されているので、被処理体に対する金属汚染やパーティクルなどを生じさせることなしに、被処理体の温度を検出することができる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明による熱処理装置の一例における構成の概略を示す説明用断面図である。

図 2は、制御用温度検出器の構成の一例を示す説明用断面図である。

図 3は、補正用温度検出器の構成の一例を示す説明用断面図である。

図 4は、図 3に示す補正用温度検出器の封止構造の一例を示す説明用断面図である。

図 5は、温度安定時における半導体ウェハ、制御用温度検出器および補正用温度検出器の温度の経時的変化を示すグラフである。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明について、図面を参照しながら、 C V D法により被処理体に対して成膜処理を行うための縦型熱処理装置を例に挙げて説明する。

図 1は、本発明の縦型熱処理装置の一例における構成の概略を示す説明用断面図である。

この縦型熱処理装置は、高さ方向（図 1において、上下方向）に延びるよう配置され、上端が開放されている直管状の内管 1 1 Aと、その周囲に所定の間隔を隔てて同心状に配置され、上端が閉塞されている外管 1 1 Bとからなる二重管構造を有する処理容器（プロセスチューブ） 1 1を備えており、処理容器 1 1の下方空間は、ローデイングエリア Lとなっている。このローデイングエリア Lは後述する被処理体保持具としてのウェハボート 1 7に対して、被処理体である半導体ウェハの移載等が行われるエリァである。

そして、内管 1 1 Aおよび外管 1 1 Bは、いずれも耐熱性および耐食性に優れた材料、例えば高純度の石英ガラスにより形成されている。

この処理容器 1 1における外管 1 1 Bの下端部には、上端にフランジ部分 1 2 Aを有する短円筒状のマ二ホールド 1 2が設けられている。当該フランジ部分 1 2 Aには、例えば 0リングなどのシール手段（図示せず）を介して外管 1 1 Bの下端部に設けられた下端フランジ部分 1 1 1がフランジ押え 1 3によって接合されて、処理容器 1 1の外管 1 1 Bが固定された状態とされている。

処理容器 1 1における内管 1 1 Aは、外管 1 1 Bの下端面より下方に延出して、マ二ホールド 1 2内に挿入された状態で、このマ二ホールド 1 2の内面こ設けられた環状の内管支持部 1 4により支持されている。

この縦型熱処理装置の処理容器 1 1の縦断面において、マ二ホールド 1 2の一方の側壁には、処理容器 1 1内に処理ガスや不活性ガスを導入するためのガス供給配管 1 5が、当該マ二ホールド 1 2の側壁を気密に貫通して、内管 1 1 A内を上方に延びるよう設けられている。このガス供給配管 1 5には、図示しないガス供給源が接続されている。

また、マ二ホールド 1 2の他方の側壁には、処理容器 1 1内を排気する排気部 1 6が設けられており、この排気部 1 6には、例えば真空ポンプおよび圧力制御機構を有する排気機構（図示せず）が接続され、これにより、処理容器 1 1内が所定の圧力に制御される。

処理容器 1 1の下方には、上下方向に駆動されて被処理体保持具であるウェハボート 1 7を処理容器 1 1内に搬入、搬出する昇降機構 2 1が設けられている。この昇降機構 2 1は、処理容器 1 1の下端開口 1 1 Cを開閉する円板状の蓋体 2 0を備えている。

ウェハボート 1 7は、例えば高純度の石英ガラスよりなり、ウェハボート 1 7 には複数枚例えば 1 0 0〜1 5 0枚程度の半導体ウェハが水平となる状態で上下に所定間隔（ピッチ）、例えば 5 . 2〜2 0 . 8 mmで多段に載置される。昇降機構 2 1の蓋体 2 0には、処理容器 1 1と平行に上方に延びる柱状の支持部材 2 2が蓋体 2 0を貫通する状態で設けられている。この支持部材 2 2には、その上部にウェハボート 1 7が載置される円板状のポートサポート 2 2 Aがー体に設けられ、支持部材 2 2は蓋体 2 0の下部に設けられた回転駆動手段 2 3に接続されている。

また、蓋体 2 0の上部には、例えば石英よりなる保温筒 2 4が、支持部材 2 2 が挿通された状態で設けられている。

処理容器 1 1の外側には、処理容器 1 1内に収容された半導体ウェハを所定の処理温度に加熱するための加熱手段としての筒状ヒ一夕 3 0が処理容器 1 1の周囲を取り囲む状態で設置されている。

筒状ヒー夕 3 0は、線状の抵抗発熱体が内面に螺旋状または蛇行状に配設された円筒状の断熱材（図示せず）を有している。この抵抗発熱体は、後述する温度検出器 4 0により検出された半導体ウェハの温度データに基づいて、当該半導体ウェハが予め設定された温度状態となるよう供給すべき電力の大きさを制御する制御部 3 1に接続されている。

処理容器 1 1内は高さ方向に複数、図示の例では 3つの加熱領域（ゾーン） Z 1〜Z 3に分けられており、筒状ヒー夕 3 0は各々の加熱領域 Z 1〜Z 3について独立して温度制御を行なう、すなわちゾーン制御を行なうようになっている。処理容器 1 1の上方には、処理容器 1 1内におけるウェハボート 1 7と対向する状態で筒状ヒータ 3 0の上端面と平行に配置された面状ヒー夕 3 2が設けられている。この面状ヒータ 3 2により、処理容器 1 1の上方からの放熱が有効に防止され、半導体ウェハをその面内において高い均一性で加熱処理することができる o

面状ヒ一夕 3 2は、例えば板状の基材上に配線された線状の抵抗発熱体を有し、この抵抗発熱体は、制御部 3 1に接続されている。

この縦型熱処理装置の処理容器 1 1内には、半導体ウェハの制御対象温度を検出する温度制御用の温度検出器 4 0 (以下、単に「制御用温度検出器」という。）が配置されている。この温度検出器 4 0の検出値は、半導体ウェハが目標加熱温度となるよう筒状ヒー夕 3 0および面状ヒー夕 3 2の発熱量を制御するために参照される。

具体的には、制御用温度検出器 4 0は、マ二ホールド 1 2の下部壁を気密に貫通するとともに、処理容器 1 1内における所定の位置に収容されたウェハボート 1 7と内管 1 1 Aとの間に形成される略環状の空間内を内管 1 1 Aと平行に高さ方向に延びるよう配置されている。制御用温度検出器 4 0のうち内管 1 1 Aの上端面より延出する先端側部分は、処理容器 1 1の中心位置に向かってウェハボート 1 7に保持された半導体ウェハと平行に延びている。

制御用温度検出器 4 0は、図 2にも示すように、例えば透明石英ガラスよりなり、先端側部分が水平方向（図 2において右方向）に伸びるよう屈曲する全体が略 L宇状の保護管 4 1と、この保護管 4 1内において、面状ヒータ 3 2による加熱領域に対応する位置（例えば面状ヒー夕 3 2の中心位置に相当する位置）および筒状ヒ一夕 3 0による加熱領域 Z 1〜Z 3の各々に対応する位置に配設された複数（この実施例においては合計 4つ）の熱電対 4 2とにより構成されている。保護管 4 1は、その先端部分が閉じた状態とされていると共に、その基端側部分が、例えば接着剤などの封止材 4 5により封止されており、この封止部を介して、熱電対 4 2の金属素線が外部に引き出されている。そして、熱電対 4 2の金属素線は、補償導線を介して制御部 3 1の入力端子に接続されている。

保護管 4 1の基端側部分は、気密に封止されていてもよく、また、保護管 4 1 内に、熱電対 4 2の酸化を防止するために、例えば窒素ガス（N ₂ガス）などの不活性ガスを充填してもよい。熱電対 4 2の各々の金属素線には、例えばアルミナセラミックスよりなる絶縁部材 4 4が金属素線が挿通された状態で設けられており、この絶縁部材 4 4は、長さが例えば 3 mm程度のスリーブ状の複数のビーズ 4 4 Aを有し、これらのビ —ズ 4 4 Aは互いに長さ方向に連なる状態で配置されている。なお、図 2においては、便宜上、各々の絶縁部材を一の絶縁部材として示してある。

この縦型熱処理装置の処理容器 1 1内には、目標加熱温度と実質的に一致する半導体ウェハの制御目標温度を検出する温度補正用の温度検出器（以下、単に「補正用温度検出器」という。） 5 0が設けられている。半導体ウェハの制御目標温度は、筒状ヒータ 3 0および面状ヒー夕 3 2の基準発熱量を補正するに際して参照される。

補正用温度検出器 5 0は、図 3に示すように、保護管本体部 5 2と、保護管本体部 5 2の先端側部分に水平方向に延びる第 1の支管部 5 3 Aとを有し、保護管本体部 5 2は支管部 5 3 Aとともに略 L字状を構成している。またこの保護管本体部 5 2から第 1の支管部 5 3 Aと互いに高さ方向に離間する状態で、各々、保護管本体部 5 2の管軸方向と直交する水平方向に複数（図示の例では 2つ）の支管部 5 3 B、 5 3 Cが延びている。各々の支管部 5 3 A、 5 3 B、 5 3 Cの先端部には、熱電対 5 4が配設されている。また保護管本体部 5 2と、支管部 5 3 A、 5 3 B 5 3 Cとにより保護管 5 1が構成されている。

熱電対 5 4の金属素線の各々には、例えばアルミナセラミックスよりなる絶縁部材 5 6が金属素線が揷通された状態で設けられており、この絶縁部材 5 6は、長さが例えば 3 mm程度のスリーブ状の複数のビーズ 5 6 Aを有し、これらのビーズ 5 6 Aはその長さ方向に連ねて配置されている。

各々の支管部 5 3 A、 5 3 B s 5 3 Cは、その先端部分が閉じた状態とされていると共に、保護管本体部 5 2の基端側部分が封止されており、この封止部を介して、熱電対 5 4の金属素線が外部に引き出されている。そして、熱電対 5 4の金属素線は、補償導線を介して制御部 3 1の入力端子に接続されている。

また、保護管本体部 5 2のの基端側部分が気密に封止されていてもよく、保護管 5 1内に、熱電対 4 2の酸化を防止ために、例えば窒素ガス（N ₂ガス）などの不活性ガスを充填してもよい。具体的には、図 4に示すように、保護管 5 1の基端側部分においては、例えばセメントなどの封止材 5 7が保護管 5 1内に充填され、気密な封止構造が形成されている。保護管 5 1の端部に連続して外方に伸びる端部構造体 6 0が、絶縁部材 5 6が揷通された状態で設けられている。この端部構造体 6 0は、内面に熱収縮チューブ 6 2が設けられた例えば石英ガラスよりなる補助管 6 1と、この補助管 6 1内に挿入された例えばテフロンよりなるスリーブ状絶縁部材 6 3とを有している。

また、保護管 5 1の保護管本体部 5 2の基端側部分、具体的には、処理容器 1 1の内部に位置される個所と処理容器 1 1の外部に位置される個所との境界部分には、その全周にわたって環状溝 5 8が形成されている。この環状溝 5 8に、マ二ホールド 1 2の下部壁が嵌合されて、補正用温度検出器 5 0が処理容器 1 1内に配置される。

半導体ウェハについて所定の熱処理を行うに際して、予め筒状ヒータ 3 2の目標発熱量を求める場合に（目標発熱量取得操作を実施する場合に）、補正用温度検出器 5 0が用いられる。

また、補正用温度検出器 5 0は、上方に伸びる保護管本体部 5 2の管軸を中心として回動自在とされており、目標発熱量取得操作を実施する場合には、保護管本体部 5 2を管軸を中心として回動させる。このことにより各々の支管軸 5 3 A 、 5 3 B、 5 3 Cが、ウェハボート 1 7によって保持された対応する高さ位置の半導体ウェハ間に挿入された状態とされる。

各々の支管部 5 3 A、 5 3 B、 5 3 Cが互いに異なる高さ位置の半導体ウェハ間に挿入されるよう形成されていることが好ましく、さらに、熱電対 5 4が配設された支管部 5 3 A、 5 3 B、 5 3 Cの先端部分が半導体ウェハの中心位置に相当する位置に達する状態とされていることが好ましい。

さらにウェハー中心位置とウェハーェッジ部が同時に測定できる様熱電対を配設することも可能である。

図示の例では、保護管 5 1の上端に連続して水平方向（図 3において左方向）に延びる第 1の支管部 5 3 Aが、処理されるべき半導体ウェハのうち最上部に位置されるものの上部空間に配置され、補正用温度検出器 5 0において最下位置に位置される第 3の支管部 5 3 Cが、処理されるべき半導体ウェハのうち最下部に位置されるものの上部空間に配置され、第 1の支管部 5 3 Aと第 3の支管部 5 3 Cとの間の高さレベルに位置される第 2の支管部 5 3 Bが、処理されるべき半導体ウェハのうち中央部に位置されるものの上部空間に配置されている。

次に、以上の構成からなる縦型熱処理装置において実施される半導体ウェハに対する熱処理について説明する。 ' 先ず、ローデイングエリア Lにおいて、半導体ウェハの移載が行われて半導体ウェハが保持された状態のウェハボート 1 7がボ一卜サポート 2 2 A上に載置される。このとき蓋体 2 0が最下位置にある。次に昇降機構 2 1により蓋体 2 0が上方向に駆動され、ウェハボート 1 7が下端開口 1 1 Cから処理容器 1 1内に搬入される。次に蓋体 2 0により処理容器 1 1の下端開口 1 1 Cが気密に閉塞された状態となり、排気手段が作動されて処理容器 1 1内が所定の圧力、例えば 6 X 1 0— ⁴ P a程度に減圧される。この場合、例えばウェハボート 1 7における最上部および最下部の載置部には、模擬的な半導体ウェハ（ダミーウェハ）が載置される。

次いで、筒状ヒータ 3 0および面状ヒータ 3 2の目標発熱量を設定する目標発熱量取得操作が実行される。すなわち、補正用温度検出器 5 0が、その保護管本体部 5 2の管軸を中心として回動されて、各々の支管部 5 3 A、 5 3 B、 5 3 C が互いに異なる高さ位置の半導体ウェハ間に挿入される。次に制御用温度検出器 4 0により制御対象温度を検出しながら、筒状ヒ一夕 3 0および面状ヒ一夕 3 2 が、半導体ウェハが所定の目標加熱温度となるよう設定された基準発熱量で作動される。

その後、制御温度検出器 4 0により検出される制御対象温度が実質的 (こ安定した状態になった後、温度検出器 4 0による温度検知が引き続いて行われる。ここに、「実質的に安定した状態」とは、制御用温度検出器 4 0により求めた制御対象温度の変動幅が例えば ± 0 . 5〜1 . 0 °Cの範囲内にある状態をいい、例えば、筒状ヒ一夕および面状ヒー夕 3 2を作動させてから 2時間以上経過したときには、通常、十分に安定した状態に達する。

そして、制御用温度検出器 4 0の各々の熱電対 4 2により検出された各制御対象温度、および補正用温度検出器 5 0の各々の熱電対 5 4により検出された各制御目標温度が制御部 3 1に入力される。補正用温度検出器 5 0により検出される制御目標温度が、半導体ウェハを処理すべき目標加熱温度と実質的に一致している場合、制御部 3 1において、各々対応した高さレベルにおける温度デ一夕が対比される。

一方、補正用温度検出器 5 0により検出される制御目標温度が半導体ウェハを処理すべき目標加熱温度と実質的に一致していない場合には、制御部 3 1において筒状ヒータ 3 0および面状ヒー夕 3 2の基準発熱量が再設定されて上記の工程が繰り返して行われる。

例えば、制御部 3 1において、加熱領域 Z 1に対応する位置に載置された半導体ウェハについて、補正用温度検出器 5 0による制御目標温度と、制御用温度検出器 4 0による制御対象温度との温度差に応じて、筒状ヒ一夕 3 0による加熱領域 Z 1に対応する位置に載置された半導体ウェハに対する筒状ヒ一夕 3 0の目標発熱量が決定される。

以上のような操作が他の加熱領域 Z 2、 Z 3についても行われる。

次に補正用温度検出器 5 0が回動されて半導体ウェハ間に支管部 5 3 A、 5 3 B、 5 3 Cが存在しない状態とされる。その後、回転駆動手段 2 3によりウェハボート 1 7が回転された状態で、ガス供給配管 1 5より処理容器 1 1内に適宜の処理ガスが導入されて、半導体ウェハに対して成膜処理が行われる。

而して、上記の縦型熱処理装置によれば、半導体ウェハについて熱処理を行うに際して予め実施される目標発熱量取得操作において、補正用温度検出器 5 0によって半導体ウェハの温度が高い精度で検出される。このため補正用温度検出器

5 0による制御目標温度を半導体ウェハを熱処理すべき目標加熱温度に実質的に一致させるよう、補正用温度検出器 5 0による制御目標温度と制御用温度検出器 4 0による制御対象温度との温度差に応じて、基準発熱量を補正することができる。これにより、筒状ヒー夕 3 0および面状ヒ一夕 3 2の発熱量を正確に制御することができ、従って、半導体ウェハについて、所望の熱処理を安定的に行うことができる。

また、制御用温度検出器 4 0による検知温度が安定した状態において、目標発熱量取得操作が実施されるので、補正用温度検出器 5 0による制御目標温度と、制御用温度検出器 4 0による制御対象温度との正確な温度差を確実に取得することができ、従って、筒状ヒー夕 3 0および面状ヒー夕 3 2の発熱量の制御を正確に行うことができる。

また、補正用温度検出器 5 0における各々の支管部 5 3 A、 5 3 B、 5 3 Cが互いに異なる高さ位置の半導体ウェハ間に配置されるので、それそれの高さ位置について独立して温度制御を行うことができる。従って、実際に半導体ウェハを熱処理する際には、半導体ウェハが配置される高さ位置にかかわらず、すべての半導体ウェハに対して、実質的に均一に、しかも所期の温度状態において、熱処理を行うことができる。

さらに、熱電対 5 4、 5 4、 5 4が配設された支管部 5 3 A、 5 3 B、 5 3 C の先端部分が、半導体ウェハの中心位置に相当する位置に達するため、実質的に半導体ウェハからの放射光のみを検出することができるので、確実に、半導体ゥェハの温度を高い精度で検出することができる。

また、補正用温度検出器 5 0の熱電対 5 4、 5 4、 5 4は支管部 5 3 A、 5 3 B、 5 3 C内に配設されているため、換言すれば、熱電対 5 4の金属素線等が処理容器 1 1内の雰囲気に曝露されていないため、例えばパーティクルや半導体ゥェハに対する金属汚染などが生じることを確実に防止することができる。これにより、半導体ウェハに直接的に熱電対を配設して半導体ウェハの温度を検出する場合と比較して、目標発熱量を設定する操作の後の必要とされる石英治具の交換作業や洗浄処理が不要となり、半導体ウェハについて所望の熱処理を有利に実施することができる。

また、保護管 5 1の基端側部分に、その全周にわたって環状溝 5 8が形成されているため、この環状溝 5 8をマ二ホールド 1 2に嵌合させてストッパとして機能させることができる。このため処理容器 1 1内が減圧状態とされたときにも、補正用温度検出器 5 0が処理容器 1 1内に引き込まれることを確実に防止することができる。

以上においては、補正用温度検出器 5 0における保護管 5 1内が不活性ガス雰囲気とされているが、保護管内 5 1を減圧状態として、保護管 5 1の基端側部分を気密に封止する構成とすることができる。

この場合には、処理容器 1 1内が減圧状態とされた際に、何らかの原因によつて保護管 51が破損した場合であっても、その破片が処理容器 1 1内に飛散することを確実に防止することができる。

また、制御用温度検出器 40についても、同様の構成とすることができる。

<実験例>

以下、図 1に示す構成の縦型熱処理装置による実験例について説明する。

ウェハ径が 20 Ommの半導体ウェハ 25枚が 15. 6 mmのピッチで上下方向に多段に載置されると共に、最上部および最下部に模擬的なダミーウェハが載置されたウェハボート（ 17) を処理容器（ 1 1) 内に収容した。次にすべての半導体ウェハが 800°C (目標加熱温度）となるよう設定された基準発熱量で筒状ヒー夕（30) および面状ヒ一夕（32) を作動させた。そして、加熱を開始してから 2時間経過した後、制御用温度検出器（40) および補正用温度検出器 (50) による温度検知を行ったところ、制御用温度検出器（40) により検出された制御対象温度は 800°C、補正用温度検出器（50) により検出された制御目標温度は 803°Cであった。

そして、制御対象温度が 798°Cとなるよう、制御目標温度と制御対象温度との温度差 3 °Cに応じて基準発熱量を補正して目標発熱量を設定し、設定された目標発熱量で筒状ヒ一夕（30) および面状ヒ一夕（32) を作動させた。この場合、補正用温度検出器（50) により検出された制御目標温度が 800°Cとなり、すべての半導体ウェハについて所期の熱処理を行うことができた。温度安定時における半導体ウェハ、制御用温度検出器（40) および補正用温度検出器（5 0) の温度の経時的変化を示すグラフを図 5に示す。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。

例えば、補正用温度検出器における支管部の数、支管部が挿入される位置およびその他の構成は、特に制限されるものではなく、例えば、一度の処理において処理されるべき被処理体の数、大きさ（外径寸法）などに応じて適宜変更することができる。

また、上記の実施例においては、補正用温度検出器の支管部が筒状ヒータによる加熱領域の各々に対応した状態で配置される状態とされているが、筒状ヒータによる加熱領域に対応した位置に配置する必要はない。

保護管本体部の先端側部分および各々の支管部に配設される熱電対の数および位置についても、特に制限されるものではなく、例えば、一つの支管部に複数の熱電対が、支管部内において水平方向に互いに離間する状態で配設されていてもよい。具体的にはウェハー中心位置とウェハ一エッジ部にそれそれ熱電対先端を配置する様にする。

さらに、目標発熱量取得操作は、実際に処理すべき被処理体についてではなく、模擬的な被処理体（ダミーウェハ）について行われてもよい。

さらに本実施の形態では制御用温度検出器 4 0を内管 1 1 A内に設置したが、ヒー夕一 3 0 , 3 2を貫通してヒー夕一温度を検出してもよい。

本発明は、成膜処理に限らず、例えば酸化処理、拡散処理、ァニール処理等を行う熱処理装置に適用することができる。

本発明の熱処理方法によれば、熱処理が行われるべき被処理体について処理を行うに際して予め実施される目標発熱量取得操作において、被処理体間に配置される温度補正用の温度検出器によって被処理体の温度が高い精度で検出される。このため温度補正用の温度検出器による制御目標温度を被処理体を熱処理すべき目標加熱温度に実質的に一致させるよう、温度補正用の温度検出器による制御目標温度と温度制御用の温度検出器による制御対象温度との温度差に応じて加熱手段の基準発熱量が補正される。このことにより、加熱手段の発熱量の制御を正確に行うことができ、従って、被処理体について、所望の熱処理を安定的に行うことができる。

本発明の熱処理装置によれば、上記の方法が確実に実行されるので、被処理体の温度を高い精度で検出することができ、その結果、加熱手段の発熱量の制御を正確に行うことができ、従って、被処理体について、所望の熱処理を安定的に行うことができる。

Claims

請求の範囲

1 . 複数の被処理体を高さ方向に所定間隔をおいて保持する被処理体保持具を処理容器内に収容する工程と、

処理容器に設けられた加熱手段が目標発熱量をもつよう作動させて被処理体を加熱することにより、被処理体について所定の熱処理を行う熱処理方法において、加熱手段は、以下の工程（ 1 ) 一（3 ) により求められた目標発熱量に基づいて作動されることを特徴とする熱処理方法

( 3 ) 温度制御用の温度検出器により検出される被処理体の制御対象温度と、温度補正用の温度検出器により検出された被処理体の制御目標温度とを対比して、制御目標温度と制御対象温度との温度差に応じて基準発熱量を補正して目標発熱量を決定する工程。

2 . 目標発熱量を求める際、制御対象温度は加熱手段が基準発熱量で作動された後、実質的に安定した状態において温度制御用の温度検出器により検出されることを特徴とする請求項 1記載の熱処理方法。

3 . 目標発熱量を求める際、被処理体の温度が、温度補正用の温度検出器により、互いに異なる高さ位置の被処理体間で検出されることを特徴とする請求項 1記載の熱処理方法。

4 . 目標発熱量を求める際、被処理体の温度が、温度補正用の温度検出器により、当該被処理体の中心位置において検出されることを特徴とする請求項 1記載の熱処理方法。

5 . 目標発熱量を求める際、被処理体の温度が、温度補正用の温度検出器により、当該被処理体の中心位置とエツジ部において検出されることを特徴とする請求項 1記載の熱処理方法。

6 . 被処理体を熱処理する場合、温度補正用の温度検出器が被処理体間に存在しない状態で行われることを特徴とする請求項 1記載の熱処理方法。

7 . 処理容器と、

処理容器内に収納され、複数の被処理体を水平となる状態で高さ方向に所定間隔をおいて保持する被処理体保持具と、

処理容器の外方に設けられた加熱手段と、

処理容器内に設けられ、被処理体の温度が当該被処理体の処理が行われるべき目標加熱温度となるよう加熱手段の発熱量を制御するために参照される制御対象温度を検出する温度制御用の温度検出器と、

処理容器に設けられ、加熱手段の発熱量を補正するために参照され、目標加熱温度と実質的に一致する制御目標温度を検出する温度補正用の温度検出器とを備え、

温度補正用の温度検出器で検出された制御目標温度と、温度制御用の温度検出器で検出された制御対象温度とに基づいて、制御部により加熱手段の発熱量を補正することを特徴とする処理装置。

8 . 温度補正用の温度検出器は、高さ方向に延びる直管状の保護管本体部と、この保護管本体部から互いに高さ.方向に離間した状態で、各々、保護管本体部の管軸方向と直交する方向に延びる複数の支管部とを有し、

各々の支管部には、熱電対が配設され、

各々の支管部が、互いに異なる高さ位置の被処理体間に挿入されるよう配置されていることを特徴とする請求項 7記載の熱処理装置。

9 . 温度補正用の温度検出器の保護管本体部は、管軸を中心に回動可能に設けられていることを特徴とする請求項 8記載の熱処理装置。

1 0 . 温度補正用の温度検出器のうち、保護本体部の基端側部分に、全周にわたつて環状溝が形成されていることを特徴とする請求項 8記載の熱処理装置。

1 1 . 温度補正用の温度検出器は、保護管本体部内および支管部内が減圧状態とされていると共に、保護管本体部の基端側部分が気密に封止されていることを特徴とする請求項 8記載の熱処理装置。

1 2 . 温度補正用の温度検出器において、

高さ方向に延びる直管状の保護管本体部と、

この保護管本体部から互いに高さ方向に離間した状態で、各々、保護管本体部の管軸方向と直交する方向に延びる複数の支管部とを有し、

各々の支管部には、熱電対が配設され、

各々の支管部が、互いに異なる高さ位置の被処理体間に挿入されるよう配置されていることを特徴とする温度検出器。