(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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ぎ、前記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縦型熱処理装置において、
前記蓋体と保持具との間にて、保持具の底部に対向するように設けられ、抵抗発熱体をセラミックスの中に封入してなる面状の発熱体ユニットと、
この発熱体ユニットの下方側に設けられ、石英板の一面に黒色膜層が形成された遮熱板と、を備えたことを特徴とする縦型熱処理装置。
【請求項２】
遮熱板は石英板の一面に黒色膜層が形成される代わりに、石英板体の中に黒色膜層が封じ込められて構成されているものであることを特徴とする請求項１記載の縦型熱処理装置。
【請求項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ぎ、前記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縦型熱処理装置において、
前記保持具の下方において蓋体に固定して設けられ、抵抗発熱体をセラミックスの中に封入してなる発熱体ユニットと、
この発熱体ユニットの中央部に貫通されると共に上部側と下部側とに分割可能に構成され、保持具を鉛直軸のまわりに回転させるための回転軸と、
この回転軸の下端部に接続された回転駆動部と、を備え、たことを特徴とする縦型熱処理装置。
【請求項４】
上部側及び下部側の回転軸は夫々セラミックス及び金属により構成され、下部側の回転軸の熱膨張を調整して上部側の回転軸と密合させるための温度調整手段を設けたことを特徴とする請求項３記載の縦型熱処理装置。
【請求項５】
発熱体ユニットの温度を検出し、当該発熱体ユニットの過昇温を防止するための過昇温防止用の温度検出部を設けたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の縦型熱処理装置。
【請求項６】
抵抗発熱体は炭素素材からなることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の縦型熱処理装置。
【請求項７】
抵抗発熱体が封入されるセラミックスは石英であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の縦型熱処理装置。
【請求項８】
発熱体ユニットの下部側に断熱部材が設けられていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の縦型熱処理装置。
【請求項９】
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ぎ、前記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縦型熱処理装置に用いられる保温ユニットにおいて、
前記蓋体の上に載置されるリング状の底面部及びリング状の上面部を第１の保護管で連結して対向させると共に第１の保護管の上下を夫々上面部及び底面部に開口させてなる断熱ユニットと、
空洞のリング状体の下面を開口した形状であって、その下端部が前記断熱ユニットの上面部に接した状態で着脱自在に載置されることによりその内部空間がその外部空間から区画されるカバー体と、
前記カバー体内に配置され、リング状の石英プレート内に炭素素材よりなるヒータ線を封入してなる発熱体ユニットと、
前記石英プレートの下面側に接続され、前記ヒータ線に給電するための給電線が挿入された第３の保護管と、を備え、
前記第３の保護管は第１の保護管内に挿入され、当該第１の保護管の下方から伸び出し、
前記断熱ユニット、カバー体、発熱体ユニットの各々の中央部の開口は、保持具を回転させるための回転軸が貫通するためのものであることを特徴とする保温ユニット。
【請求項１０】
前記断熱ユニットの上面部及び底面部とを連結するようにかつその上下を夫々上面部及び底面部に開口するように設けられた第２の保護管と、
前記カバー体内における発熱体ユニットの下側に設けられ、その導線が前記第２の保護管内に挿入された温度検出部と、を備えたことを特徴とする請求項９記載の保温ユニット。
【請求項１１】
前記断熱ユニットの上面部及び底面部とを連結するように当該断熱ユニットの周方向に設けられ、上下に溝が間隔をおいて形成された支柱と、
前記支柱の溝内に挿入された断熱部材をなすフィンと、を備えたことを特徴とする請求項９または１０記載の保温ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は縦型熱処理装置及び熱処理方法並びに保温ユニットに関する。
【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１４に減圧ＣＶＤを行う装置について概略図を示す。１はウエハボートであり、このウエハボート１は多数枚のウエハＷを棚状に保持して図示しないエレベータにより、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。反応容器内は、反応管１１を囲むヒータ１３により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、処理雰囲気から保温ユニット１６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。
【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。従ってウエハボート１におけるウエ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エハＷの処理枚数が少なくなってしまい、結局スループットの向上の妨げとなっている。
【０００６】
更にまたガス供給管１５を通じて反応容器内に導入された成膜ガスは保温ユニット１６の横を通って上昇していくが、保温ユニット１６の温度が低いので特にガス流量が大きい場合には、ウエハ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、このことがウエハＷの膜厚に反映され、ウエハＷ間、及びウエハ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。
【０００７】
そこで本発明者は、このような課題を解決するために保温ユニットに発熱体ユニットを設けることを検討しているが、その実現にあたっては、発熱体ユニットの温度制御をどのようしして行うのか、発熱体ユニットからの蓋体側への放熱をいかにして抑えるか、更には保持具を回転させる場合どのような構造が適切か、などといった問題が積まれている。
【０００８】
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、縦型熱処理装置の処理雰囲気の温度を速やかに安定させかつ処理雰囲気からの外部への放熱を抑えることにあり、更にその実現手段として発熱体ユニットを用いる場合の適切な構成を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
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ぎ、前記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縦型熱処理装置を対象としている。
【００１０】
本発明は、前記蓋体と保持具との間にて、保持具の底部に対向するように設けられ、抵抗発熱体をセラミックスの中に封入してなる面状の発熱体ユニットと、
この発熱体ユニットの下方側に設けられ、石英板の一面に黒色膜層が形成された遮熱板と、を備えたことを特徴とする。遮熱板は石英板の一面に黒色膜層が形成される代わりに、石英板体の中に黒色膜層が封じ込められて構成されているものであってもよい。
【００１１】
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ているので、反応容器内の処理雰囲気から下部側へ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と共に、断熱効果及び熱応答性が向上する。
【００１５】
更に他の発明は、保持具を回転させる構造とする場合、発熱体ユニットの中央部に貫通されると共に上部側と下部側とに分割可能に構成され、保持具を鉛直軸のまわりに回転させるための回転軸と、この回転軸の下端部に接続された回転駆動部と、を備えた構成とすることができる。
【００１６】
更に他の発明は、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ぎ、前記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縦型熱処理装置に用いられる保温ユニットにおいて、
前記蓋体の上に載置されるリング状の底面部及びリング状の上面部を第１の保護管で連結して対向させると共に第１の保護管の上下を夫々上面部及び底面部に開口させてなる断熱ユニットと、
空洞のリング状体の下面を開口した形状であって、その下端部が前記断熱ユニットの上面部に接した状態で着脱自在に載置されることによりその内部空間がその外部空間から区画されるカバー体と、
前記カバー体内に配置され、リング状の石英プレート内に高純度の炭素素材よりなるヒータ線を封入してなる発熱体ユニットと、
前記石英プレートの下面側に接続され、前記ヒータ線に給電するための給電線が挿入された第３の保護管と、を備え、
前記第３の保護管は第１の保護管内に挿入され、当該第１の保護管の下方から伸び出し、
前記断熱ユニット、カバー体、発熱体ユニットの各々の中央部の開口は、保持具を回転させるための回転軸が貫通するためのものであることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の縦型熱処理装置の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。先ずこれらの図を用いて装置の概要について簡単に説明する。図１中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３が設けられている。
【００１８】
前記内管２ａは上端が開口されており、マニホールド３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３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３により反応容器が構成されている。３１はベースプレートである。
【００１９】
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２１に棚状に載置されている。ウエハボート２１は図２に示すように天板２２及び底板２３の間に複数本の支柱２４を設け、この支柱２４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２１は蓋体３２の上に保温ユニット４の設置領域を介して保持されている。この保温ユニット４に関しては後で詳述する。前記蓋体３２は、ウエハボート２１を反応管２内に搬入、搬出するためのボートエレベータ３３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３の下端開口部、即ち反応管２とマニホールド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。
【００２０】
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ータ２５が設けられている。図１には示していないが、ヒータ２５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。
【００２１】
前記マニホールド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３４を示してあり、このガス供給管３４はバルブＶ１、流量計ＭＦＣ及びバルブＶ２を介してガス供給源３５に接続されている。またマニホールド３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３６が接続されており、真空ポンプ３７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っている。
【００２２】
次に前記保温ユニット４及びこれに関連する部位について図３〜図５を参照しながら説明する。保温ユニット４は、セラミックス製例えば石英製の断熱ユニット４０を備えており、この断熱ユニット４０は各々円形の上面部４１及び底板部４２（図５では底板部４２の外周部が省略してある）と、これら上面部４１及び底板部４２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４３  （図４参照）と、を備えている。これら３本の支柱部４３の各々には上下に多数の溝４４（図５参照）が形成されており、これら３本の支柱部４３の溝４４内に断熱部材である石英フィン４５（図４では示していない）が挿入されて石英フィン４５が多段に配列されている。石英フィン４５はこれよりも上方側の熱が蓋体３２側に放熱するのを抑えるためのものである。なお断熱部材としては石英フィン４５に限らず発泡石英のブロック体などであってもよい。
【００２３】
更に前記断熱ユニット４０の上面部４１と底面部４２との間には、第１の保護管４６及び第２の保護管４７が周方向に間隔をおいて設けられ、両保護管４６、４７の両端は夫々上面部４１及び底面部４２に開口している。
【００２４】
前記断熱ユニット４０の上面部４１の上には、蓋体３２側への放熱を抑えるための遮熱板４８（図４では示していない）が載置されている。この遮熱板４８は例えば図６に示すように例えば透明な石英板４８ａの中に例えばカ−ボンからなる黒色膜層４８ｂが封入されて構成されている。この黒色膜層４８ｂはチタン膜や炭化ケイ素膜などであってもよく、また石英板４８ａの中に封じ込まれていなくとも、石英板４８ａの一面側に形成されていてもよい。
【００２５】
前記遮熱板４８の上側には隙間を介して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、この例では図７に示すように例えば厚さ８ｍｍ程度の石英製の円板状体（石英プレート）５１中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。また互に隣り合うヒータ線５２、５２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巻状の区画壁の間にヒータ線５２が配線されることになる。発熱体ユニット５は、保温効果を大きくするためにウエハ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。
【００２６】
前記発熱体ユニット５の石英プレ−ト５１の周縁部下面側には、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７（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。なお図では詳しく表していないが、給電線５４は各々細い石英管内に封入された状態で保護管５３内を通っている。そしてこの第３の保護管５３は前記断熱ユニット４０の上面部４１に開口している前記第１の保護管４６内に挿入され、更に蓋体３２を貫通して当該蓋体３２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。
【００２７】
また前記断熱ユニット４０の上面部４１及び底面部４２、石英フィン４５、遮熱板４８並びに発熱体ユニット５の中央には、ウエハボ−ト２１を回転させるための後述の回転軸が貫通する孔部４１ａ，４２ａ，４５ａ，４８ａ及び５ａが夫々形成されている。前記上面部４１の上には、発熱体ユニット５及び遮熱板４８を覆う、中央部に孔部５５ａが形成された例えば円筒状（リング状）の石英製のカバ−体５５が載置されている（着脱自在に設けられている）。従って発熱体ユニット５は、このカバ−体５５及び前記上面部４１により囲まれる空間内に置かれることになり、処理雰囲気から隔離されるので、反応生成物が付着しにくくなる。
【００２８】
一方前記ウエハボ−ト２１は、前記カバ−体５５及び断熱ユニット４の中央の孔部５５ａ，４８ａ，４１ａ，４５ａ，４２ａ内を通って蓋体３２の下側まで貫通している回転軸２６の上にテ−ブル２７を介して搭載されている。この回転軸２６は図３及び図８に示すように上下に分離できるように、下端に凹部ＳＡが形成された上側回転軸２６Ａと、上端に凸部ＳＢが形成された下側回転軸２６Ｂとから構成されており、凹部ＳＡと凸部ＳＢとが嵌合している。上側回転軸２６Ａ及び下側回転軸２６Ｂは例えば夫々石英及び金属で作られており、両者の材質の熱膨張係数を考慮して、プロセス温度において両者が密な嵌合状態となってガタツキがないように寸法を設定しておく。また図８に同時に示すように例えば下側回転軸２６Ｂの中に温度調整手段例えばヒ−タ２８を埋設し、ヒ−タ２８の発熱量を調整して下側回転軸２６Ｂの温度を制御し、これにより金属の熱膨張を調整するようにしてもよい。
【００２９】
前記断熱ユニット４に設けられた第２の保護管４７内には、熱電対及びその導線を石英管内に封入してなる第１の温度検出ユニット６０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と遮熱板４８との間に位置している。この第１の温度検出ユニット６０内の先端部の熱電対のセンサ部は第１の温度検出部６１をなすものである。第１の温度検出ユニット６０の基端側は蓋体３２を気密に貫通している。
【００３０】
更に前記蓋体３２には、熱電対及びその導線を石英管内に封入してなる第２の温度検出ユニット７０が気密に挿入されて立ち上げられており、その先端部はＬ字型に屈曲されてウエハＷの近傍例えばウエハボ−ト２１の下方側近傍に位置している。この第２の温度検出ユニット７０内の先端部の熱電対のセンサ部は第２の温度検出部７１をなすものである。なお前記温度検出ユニット６０（７０）を蓋体３２に固定するにあたっては、図９に示すように温度検出ユニット６０（７０）の石英管に例えば突起６０ａを形成する一方、蓋体３２の貫通穴６０ｂを前記突起６０ａを含む石英管の横断面形状に適合する形状とし、こうすることによって石英管の回転防止と位置決めを行うようにしている。
【００３１】
図１０は発熱体ユニット５の温度制御系を示す図であり、発熱体ユニット５の温度制御を行う制御部６２は、第１の温度検出部６１及び第２の温度検出部７１の両方の温度検出信号に基づいて発熱体ユニット５の供給電力を制御するように構成されている。図では制御部６２は略解的に記載してあるが、実際には発熱体ユニット５の電源部、及び供給電力を例えば位相制御する制御回路、並びに前記両方の温度検出信号に基づいて位相制御信号を作成する演算部などを含んでいる。即ちこの実施の形態では、発熱体ユニット５の温度制御は、発熱体ユニット５の近傍の温度とウエハＷの近傍の温度とに基づいて行われる。
【００３２】
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ＨＴＯ（High  Temperature  Oxide）と呼ばれる酸化膜を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ート２１に棚状に保持して、ボートエレベータ３３を上昇させることにより反応容器内に搬入する。ウエハボート２１の搬入時には反応容器の処理雰囲気は例えば６００℃程度に維持されており、ウエハボート２１が搬入されて反応容器の下端開口部（詳しくはマニホールド３の下端開口部）が蓋体３２により塞がれた後、ヒータ２５により処理雰囲気を例えば８００℃前後まで昇温させると共に、排気管３６を通じて真空ポンプ３７により反応容器内を所定の真空度まで減圧する。
【００３３】
一方ウエハボ−ト２１が反応容器の下方側にて待機している間は、ロ−ディングエリア（搬入、搬出を行う部屋）にて発生しているファンフィルタからの風の影響を避けるために例えば第２の温度検出部７１を使用せずに第１の温度検出部６１だけを用いて発熱体ユニット５の温度制御が行われ、発熱体ユニット５は例えば１００℃付近に維持される。そしてウエハボ−ト２１の搬入が開始されると、発熱体ユニット５は昇温を開始し（温度設定値を高くし）、発熱体ユニット５の温度を例えば成膜時の処理雰囲気の温度よりも少し高い温度まで昇温する。発熱体ユニット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。ウエハボ−ト２１が反応容器内に搬入された後は、第１の温度検出部６１及び第２の温度検出部７１の両方の温度検出値に基づいて発熱体ユニット５の温度制御が行われる。具体的には、温度検出部６１及び７１の検出値を夫々Ｔ６、Ｔ７とすると、比率をＡとし、Ｔ６・Ａ＋Ｔ７（１−Ａ）を比制御温度とする。そして比率Ａの値を調整したり、温度設定値を調整することによりウエハＷについて適切な温度制御を行うようにする。
【００３４】
その後温度安定化のための時間（リカバリータイム）だけ処理を行わずに待機し、しかる後、２本のガス供給管３４（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（ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ）ガスと一酸化二窒素（Ｎ2 Ｏ）ガスとを反応容器（反応管１とマニホールド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２６を回転させてウエハボート２１を回転させる。
【００３５】
ここで発熱体ユニット５の表面近傍の温度は例えばおよそ８４０℃に設定されるため、発熱体ユニット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８００℃付近よりも高くなっている。このため反応容器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ユニット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、ウエハ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。その後、ヒータ２５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、発熱体ユニット５の供給電力をゼロにして発熱体ユニット５を降温させ、例えば処理雰囲気の温度が６００℃になった時点にてウエハボート２１を下降させる。
【００３６】
上述実施の形態によれば次のような効果がある。
【００３７】
（１）ウエハボ−ト２１と蓋体３２との間に発熱体ユニット５を設けているため、処理雰囲気から保温ユニット４を介して外部に放熱される熱量が少なくなる。そして保温ユニット４は発熱体ユニット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早い。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ための時間（リカバリ−タイム）が短くて済み、スル−プットの向上が図れる。またバッチ処理毎のリカバリ−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。
【００３８】
（２）上述のように保温ユニット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、このためウエハボ−ト２１の下部において今まで温度が低いためサイドウエハを載置せざるを得なかった領域にも製品ウエハを載置することができ、１バッチ当たりの処理枚数を多くできるので、この点からもスル−プットが向上する。
【００３９】
（３）ガス供給管３４を通じて反応容器内に供給された成膜ガスは発熱体ユニット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ので、処理雰囲気における未反応ガスの量が少なくなる。この結果ウエハボ−ト２１に配列された各ウエハＷの間において、また各ウエハＷの面内において活性種の濃度の均一性が高くなり、ウエハＷ間及びウエハＷ面内における膜厚の均一性が高くなる。
【００４０】
（４）ウエハボ−ト２１が反応容器内に搬入された後は、発熱体ユニット５の近傍の温度検出値とウエハＷの近傍の温度検出値とに基づいて発熱体ユニット５の温度を制御しているため、ウエハＷを速やかに昇温させながら発熱体ユニット５に無理な負荷がかかるおそれもない。例えば発熱体ユニット５の近傍の温度のみを検出する場合には、ウエハＷの温度が低いにもかかわらず発熱体ユニット５による昇温制御が不十分であったり、逆にウエハＷの近傍の温度のみを検出する場合には、発熱体ユニット５の負荷は限界近くまできているのにもかかわらずウエハＷの温度を上げるために更に昇温しようとして使用寿命を短くするといったおそれがあるので、片方の温度検出値を用いる場合に比べてこの実施の形態の温度制御の方が優れている。
【００４１】
（５）更にまたウエハボ−ト２１が反応容器の下方側のロ−ディングエリアで待機しているときには、カバ−体５５で覆われて風の影響のない第１の温度検出部６１の温度検出値に基づいて発熱体ユニット５が制御されるので、安定した温度制御ができる。この温度制御が不安定だと発熱体ユニット５が反応容器内に入ったときに反応容器内の温度安定領域の昇温のスタ−ト温度が変わり、このためカ−ブも変わってくるので処理の再現性が悪くなる。またロ−ディングエリアにおいて発熱体ユニット５の温度が一時的に高くなって搬送機構などのメカ系に熱による悪影響を及ぼす場合もある。
【００４２】
（６）発熱体ユニット５の下方側に遮熱板４８を設けているので、発熱体ユニット５からの熱が下方側に逃げていくのを抑えることができ、高い保温性が得られ、断熱ユニット４０を小さくすることができ、あるいはなくすことができる。従って断熱ユニット４０の熱容量が小さくなるので下段側のウエハＷの昇温が早くなり、スル−プットを向上することができる。また発熱体ユニット５の投入パワ−を小さくできるので、効率よく加熱できる。
【００４３】
（７）ウエハボ−ト２１の回転軸２６を上下に分離できるように構成することにより、例えば石英製の上側回転軸２６Ａを洗浄したり交換したりするときに上方へ抜き出すことができ、分解作業が容易である。
【００４４】
以上において、ウエハボ−ト２１がロ−ディングエリアにあるときには第１の温度検出部６１のみで発熱体ユニット５の温度制御を行うことが好ましいが、第２の温度検出部７１を併用してもよい。また第１の温度検出部６１は発熱体ユニット５と一体に設けるようにしてもよく、この場合発熱体ユニット５の中に設けるようにしてもよいし、発熱体ユニット５の石英プレ−ト５１の外面に第１の温度検出ユニット６０の石英管を溶接するなどしてもよい。第１の温度検出ユニットは第１の温度検出部６１に加えて、過昇温防止用の温度検出部を内蔵するようにしてもよい。なお温度検出部６１、７１及び過昇温防止用の温度検出部としては放射温度計などを用いてもよい。
【００４５】
更に発熱体ユニット５の温度制御を行うにあたって、プロセス時には上述のように第１の温度検出部６１及び第２の温度検出部７１の両方を用いることが好ましいが、本発明は、第１の温度検出部６１のみを用いる場合も含むものとする。
更にまた発熱体ユニット５は抵抗発熱体５２（発熱領域）を複数の領域に分割し、分割領域毎に温度制御（いわゆるゾ−ン制御）を行うようにしてもよい。図１１は抵抗発熱体５２の分割のパタ−ンの例を示すものであり、図１１（ａ）は発熱体ユニット５を周方向に４分割したもの、図１１（ｂ）は発熱体ユニット５を同心円状に分割したもの、図１１（ｃ）は発熱体ユニット５を同心円状にかつ周方向に４分割したものを表している。同心円状に分割する例として、図示の便宜上抵抗発熱体５２をリング状に記載しているが、実際には例えば同心円状に４分割し、各分割領域ごとに抵抗発熱体５を所定の配置パタ−ンで配置すればよい。
【００４６】
図１２は、発熱体ユニット５は発熱領域をＰ１〜Ｐ４の４個に分割した場合の制御系の一例を示すものであり、５２−１〜５２−４は各分割領域Ｐ１〜Ｐ４に割り当てられた抵抗発熱体、Ｑ１〜Ｑ４は各分割領域Ｐ１〜Ｐ４に割り当てられた第１の温度検出部、８１〜８４は各分割領域Ｐ１〜Ｐ４に割り当てられた制御部である。この例では各制御部８１〜８４が温度設定値と第１の温度検出部Ｑ１〜Ｑ４の温度検出値と第２の温度検出部の温度検出値とに基づいて抵抗発熱体Ｐ１〜Ｐ４の発熱量を制御している。このような例によれば、周方向の保温性を均一化でき、あるいは外側の発熱量を大きくして面内の保温性の均一化を図れるなど、きめ細かな温度制御ができる。
【００４７】
本発明では、発熱体ユニット５が過昇温した場合に火災を防止し、人的、物的な事故を防ぐための安全対策として図１３に示すように例えば発熱体ユニット５の下面側や蓋体３２の下面側やロ−ディングエリア内に過昇温防止用の温度検出部９１、９２、９３を設け、その温度検出信号に基づいて発熱体ユニット５の給電を止めるようにすることが好ましい。なお９４、９５は加熱炉２０のヒ−タの過昇温防止用の温度検出部である。
【００４８】
以上において本発明は、減圧ＣＶＤ装置に適用することに限らず、いわゆる酸化、拡散炉にも適用することができる。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、反応容器の蓋体と被処理体の保持具との間に発熱体ユニットを設けているので、温度安定化に要する時間を短くできる。そして発熱体ユニットの近傍の温度と被処理体の近傍の温度とを検出し、それらの温度検出値に基づいて発熱体ユニットを制御することにより、被処理体を速やかに昇温させることができ、また発熱体ユニットに無理な負荷がかかるおそれもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の縦型熱処理装置の実施の形態の全体構成を示す縦断側面図である。
【図２】上記の装置の概観を示す斜視図である。
【図３】この実施の形態に用いられる発熱体ユニット及び断熱ユニットを含む保温ユニットを示す断面図である。
【図４】保温ユニット及び回転軸を示す分解斜視図である。
【図５】断熱ユニットを示す横断平面図である。
【図６】遮熱板を示す断面図である。
【図７】  発熱体ユニットの断面及び平面を示す説明図である。
【図８】回転軸が分解された様子を示す概略説明図である。
【図９】温度検出ユニットの石英管を蓋体に装着する構造を示す斜視図である。
【図１０】発熱体ユニットの温度制御系を示す説明図である。
【図１１】発熱体ユニットの抵抗発熱体を分割した例を示す平面図である。
【図１２】発熱体ユニットにおける分割された抵抗発熱体を制御するための制御回路を示す説明図である。
【図１３】処理雰囲気を加熱するためのヒ−タ及び発熱体ユニットの過昇温を防止するためのセンサ−の配置の一例を示す説明図である。
【図１４】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    ウエハボ−ト
２６    回転軸
２６Ａ  上側回転軸
２６Ｂ  下側回転軸
３      マニホ−ルド
３２    蓋体
４      保温ユニット
４０    断熱ユニット
４６    第１の保護管
４５    石英フィン
４７    第２の保護管
４８    遮熱板
５      発熱体ユニット
５３    第３の保護管
５５    カバ−体
６１    第１の温度検出部
６２    制御部
７１    第２の温度検出部
Ｐ１〜Ｐ４  分割領域
Ｑ１〜Ｑ４  第１の温度検出部
８１〜８４  制御部
９１〜９５  過昇温防止用の温度検出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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