(57)【要約】【目的】ウエハ保持具を熱処理領域の所定位置まで減速させる速度パターンや、ウエハ保持具を熱処理領域から下降させるタイミングあるいは反応管内における酸化ガスと不活性ガスとの切り換えのタイミングなどをプロセス毎に決定できるようにすること。【構成】例えば熱電対自体でウエハＷを保持し、ウエハＷの保持と温度検出との役割を熱電対に持たせるような構造とすることができる。より具体的にはこのウエハ保持具６は、ウエハＷの裏面の周縁部近傍を保持する熱電対９４と、ウエハＷの周縁外方の温度を検出する熱電対９５と、ウエハＷの裏面中心部の温度を検出する熱電対９６とを備えており、搬送アームはウエハＷと熱電対９６との間の隙間に進入することになる。【選択図】図１３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板の裏面側を保持して、加熱炉に囲まれた反応容器内に下方側から搬入し、反応容器内にて処理ガスを供給しながら被処理基板を熱処理する熱処理装置に用いられる基板保持具において、
基板保持具に保持されている基板の温度を検出するための温度検出部を備えたことを特徴とする基板保持具。
【請求項２】
温度検出部は、基板の裏面側の温度を検出するように設けられていることを特徴とする請求項１記載の基板保持具。
【請求項３】
前記温度検出部は、基板を保持している保持部位に設けられていることを特徴とする請求項２記載の基板保持具。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか一つに記載の基板保持具と、この基板保持具がその下方側から搬入され、加熱炉に囲まれた反応容器と、を備え、
反応容器内にて処理ガスを供給しながら被処理基板を熱処理することを特徴とする熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハなどの基板を熱処理するときに用いられる基板保持具及びこの基板保持具を適用した熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造プロセスの中に、高温下においてシリコンの表面部を酸化しこれにより酸化膜（絶縁膜）を得る酸化処理や、不純物層を表面に形成したシリコン層を加熱し、これにより不純物をシリコン層内に熱拡散する拡散処理などがある。
【０００３】
この種の酸化、拡散を行う熱処理装置としてバッチ式である縦型熱処理装置が知られているが、例えばキャパシタ絶縁膜の酸化膜やゲート酸化膜の形成あるいは不純物イオンの拡散処理では、極めて薄い膜や浅い接合を得る場合、膜質、膜厚や拡散深さがサーマルバジェット（熱履歴）の影響を大きく受け、バッチ式の熱処理装置では、先に反応管内に搬入されたウエハと最後の方に搬入されたウエハとではサーマルバジェットに大きな差が生じてしまう。
【０００４】
そこで上述の熱処理炉を改良し、反応管内の設定位置に１枚づつウエハを保持具に載せて搬入した後急加熱する枚葉式の熱処理装置についても検討が進められている。このような枚葉式の熱処理装置について図５に示す概略図を参照しながら説明すると、１は縦型の反応管であり、熱処理領域を含む部分が断熱体１０で囲まれている。この反応菅１には、上から下へ向って処理ガスが流れるように処理ガス供給管１１及び排気管１２が設けられている。
【０００５】
反応管１の中には、スループットを確保するために例えば１５０〜２００ｍｍ／秒程度の速度で昇降できるようにウエハ保持具１３が設けられており、このウエハ保持具１３には反応管１の下方側の移載室１４にて図示しない搬送手段により１枚のウエハＷが載置され、ウエハＷが所定位置まで上昇した後抵抗発熱体１５ａ及び均熱体１５ｂよりなる加熱部１５により所定の熱処理温度まで加熱されると共に処理ガス供給管１１より処理ガスが供給されて例えば常圧雰囲気で酸化処理される。
【０００６】
そして移載室１４に移載された処理前のウエハＷが加熱部１５よりの輻射熱を直接受けることによる熱履歴の影響を軽減し、また処理済みのウエハについても冷却させるために反応管１と移載室１４との間に光遮断バルブであるシャッタ１６が左右両側にて進退自在に設けられている。なおこのシャッタ１６にはウエハ保持具１３の昇降軸１７に密接するように半円状の切り欠きが形成されている。また排気管１２よりも下方側の反応管１に連通する領域をパージガス例えば不活性ガスでパージするように図示しないがパージガス供給管が設けられている。
【０００７】
しかしながら上述の装置では、ウエハＷをウエハ保持具１３にて移載室から所定位置まで昇降させる際、処理ガスの流れに対向して例えば１５０〜２００ｍｍ／秒程度の高速度で昇降させているが、ウエハＷの表面積が大きいため、昇降時にウエハＷが大きな抵抗（風圧）を受け、これによりウエハＷの直ぐ後方領域が負圧となり、ウエハＷの表面側の圧力と裏面側の圧力に圧力差が生じる。
【０００８】
このため反応管１内の気流が乱れて、処理ガスのウエハ表面上への供給が不均一となり、この結果ウエハＷ上に形成される膜の膜厚の面内均一性が低下し、例えば５０オングストローム±０．５オングストロームの面内均一性を目標としている場合、５０±数オングストローム（例えば５オングストローム）にもなってしまう。ここにこの種の枚葉式熱処理装置は、半導体デバイスの微細化に対応するよう、極めて薄い膜を高精度に形成するために開発されたものであるから上述の問題は装置の性能上非常に大きな問題になっている。
【０００９】
また上述のようにウエハＷの直ぐ後方領域が負圧になると、ウエハＷが排気口の前を通過したときに排気管１２側から気体が逆流し、この結果排気管１２内に吸着している吸着物や、排気管１２に設けられているパーティクル除外装置に捕集されたパーティクルが逆流して反応管１内が汚染されるという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明はこのような背景の下になされたものであり、その目的は、被処理基板を熱処理する場合のプロセスレシピをプロセス毎に決定する場合に有効な基板保持具及びこの基板保持具を用いた熱処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１の発明は、被処理基板の裏面側を保持して、加熱炉に囲まれた反応容器内に下方側から搬入し、反応容器内にて処理ガスを供給しながら被処理基板を熱処理する熱処理装置に用いられる基板保持具において、
基板保持具に保持されている基板の温度を検出するための温度検出部を備えたことを特徴とする。  
温度検出部は、例えば基板の裏面側の温度を検出するように設けられ、より具体的には基板を保持している保持部位に設けられる。
他の発明は、本発明に記載の基板保持具と、この基板保持具がその下方側から搬入され、加熱炉に囲まれた反応容器と、を備え、
反応容器内にて処理ガスを供給しながら被処理基板を熱処理することを特徴とする熱処理装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ウエハ保持具を熱処理領域の所定位置まで減速させる速度パターンや、ウエハ保持具を熱処理領域から下降させるタイミングあるいは反応管内における酸化ガスと不活性ガスとの切り換えのタイミングなどのプロセスレシピをプロセス毎に決定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は本発明の実施例に係る熱処理方法を実施するための熱処理装置を示す断面図である。図１中２は、下端が開口し、上端が閉塞している例えば石英よりなる外管２ａとこの外管２ａの中に設けられた例えば石英よりなる内管２ｂとからなる二重管構造の反応容器をなす反応管である。前記内管２ｂの頂部中央には処理ガス供給路の供給口をなす開口部２０が形成されている。
【００１４】
前記反応管２は加熱炉２００の中に配置されており、この加熱炉２００は、反応管２の周囲及び上面を間隙を介して覆うように設けられた例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）よりなる均熱部材２１を備えている。更に均熱部材２１の外側には断熱体２２及び、水冷ジャケット２３ａを備えた外装体２３が設けられている。また均熱部材２１の上面と断熱体２２との間には抵抗発熱体よりなる加熱源２４が配置されている。
【００１５】
前記反応管２の下部には、例えば２本の処理ガス供給管３ａ、３ｂの一端側が外管２ａ及び内管２ｂ間の間隙に開口するように接続されると共に他端側が図示しない処理ガス供給源に接続されている。
【００１６】
前記反応管２の下方側には、上端部が反応管２の下端部に気密に接続され、内部空間が反応管２内の空間に連続する、水冷ジャケットを有する筒状体４が配設されている。
【００１７】
前記筒状体４の上部側面には、例えば互いに直径方向に対向するように例えば内径２５ｍｍの２本の排気路をなす排気管５ａ、５ｂの一端が接続されている。排気管５ａは途中で２本の排気管５１、５２に分岐しており、一方の排気管５１の他端側は遮断バルブＶ１及び圧力調整用バルブ５３を介して減圧手段例えば真空ポンプ５４に接続され、他方の排気管５２の他端側は遮断バルブＶ２及び圧力調整用バルブ５５を介して排気ポンプ５６に接続されている。なお他方の排気管５ｂについても同様の構成となっているが、図示を省略してある。
【００１８】
前記筒状体４における前記排気管５ａ、５ｂの排気口よりも下方側には後述のウエハ保持具と外部との間でウエハの移載を行うための移載室４１が形成されており、この移載室４１の側壁部にはゲートバルブにより開閉されるウエハＷの搬入出口４２が形成されている。また移載室４１の上部両側には、反応容器側からの輻射熱を遮断するためのシャッタＳ１、Ｓ２が設けられると共に、移載室４１の下部両側にも、筒状体４の底部側との間を遮断するように、シャッタＳ３、Ｓ４が設けられており、シャッタＳ３、Ｓ４は閉じたときに昇降軸２６を囲む半円状の切り欠きが先端に形成されている。４３、４４、４５、４６はシャッタの待機室であり、これらシャッタの待機室及び筒状体４の底部には、夫々パ−ジガス供給管Ｇ１〜Ｇ５が接続されている。
【００１９】
前記反応管２内には被処理基板保持部であるウエハ保持具６が設けられており、このウエハ保持具６は、載置部６１より上方に突出する突起部６２の上にウエハＷを保持するように構成されている。このウエハ保持具６には、３個の圧力検出部Ｐ１〜Ｐ３が設けられており、これら圧力検出部Ｐ１〜Ｐ３の検出端（先端）は、夫々ウエハＷの表面中心部付近より若干上方位置、ウエハＷの裏面中心部付近より若干下方位置、及びウエハＷの周縁部より若干外方位置に配置されている。これら圧力検出部Ｐ１〜Ｐ３は例えば吸い込み式のものが用いられ、吸い込み管の基端側は昇降軸６３内を通って下端から外部に引き出され、図示しない検出ユニットに接続されている。
【００２０】
またこのウエハ保持具６は、昇降軸６３の頂部に取り付けられ、昇降軸６３は筒状体４の下端部にてボールネジなどの昇降機構６４により昇降できるように構成されている。そして昇降軸６３は、内部に回転軸を有しており、モータＭにより回転軸が回転し、これによりウエハ保持具６が回転できるようになっている。
【００２１】
次に上述実施例の作用について述べる。先ずウエハ保持具６を鎖線の如く移載室４１内に位置させておき、搬入出口４２より被処理基板であるウエハＷを搬入してウエハ保持具６上に載置する。一方加熱源２４よりの輻射熱が均熱体２１を通じて反応管２内に入射し、所定温度の均熱領域が形成されると共に、処理ガス供給管３ａ、３ｂから処理ガス例えばＯ2 ガス及びＨＣｌガスの混合ガスが内管２ｂの頂部の開口部２０を通じて反応管２内に供給される。開口部２０を流れる処理ガスの流量の一例を挙げるとＯ2 ガス及びＨＣｌガスの流量は、例えばそれぞれ６．０リットル／分、０．２５リットル／分とされる。このときシャッタＳ１、Ｓ２、及びＳ３、Ｓ４は閉じられており、反応管２からの輻射熱がシャッタＳ１、Ｓ２で遮られている。
【００２２】
次いでシャッタ（Ｓ１、Ｓ２）を開いた後、ウエハ保持具６を上昇させるが、このときバルブＶ１、Ｖ２が夫々「開」「閉」の状態になっており、例えばウエハ保持具６を上昇させる直前に真空ポンプ５４により排気管５１、５ａを介して反応管２及び移載室４１の内部を所定の圧力例えば数〜数十Ｔｏｒｒに減圧する。このウエハ保持具６の上昇時における反応管２及び移載室４１内の圧力は、処理条件に応じて決定されるものであり、例えばある処理条件において、ウエハ保持具６の上昇時にウエハＷの裏面側の圧力と表面側の圧力とを圧力検出部Ｐ１〜Ｐ３により夫々検出し、ウエハ保持具６の上昇速度に対応したウエハＷの表裏での差圧を求めて、例えばこれらの差圧が一定値以下に減少するように決定される。このとき反応管２内の圧力をあまり下げ過ぎると、減圧に要する時間及び常圧への復帰に要する時間が長くなってしまい、スル−プットが低下してしまうので、設定されたウエハの昇降速度において気流の乱れを十分防止できる程度の適切な圧力値が決定される。なお圧力の制御は例えば圧力調整用バルブ５３の開度を調整することにより行なわれる。
【００２３】
このようにして反応管２内の所定位置までウエハ保持具６を上昇させた後、あるいは例えば熱処理領域の少し手前側に達したときに、圧力調整用バルブ５３を調整して反応管２内を常圧付近まで高めた後、バルブ５３を閉じると共にバルブＶ２を開いて、排気ポンプ５６の排気に切り替え反応管２及び移載室４１内部の圧力を常圧雰囲気にして、ウエハＷを例えば１０００℃まで加熱し、ウエハＷの表面に例えば膜厚５０オングストロームの酸化膜を形成させる。
【００２４】
この後バルブＶ２を閉じバルブＶ１を開いて反応管２及び移載室４１の内部を真空ポンプ５４により、所定の圧力例えば数〜数十Ｔｏｒｒに減圧し、この状態の下で、ウエハ保持具６を移載室４１まで下降させる。そしてバルブＶ１を閉じると共にバルブＶ２を開いて反応管２及び移載室４１の内部の圧力を常圧に戻した後、シャッタ（Ｓ１、Ｓ２）が閉じられて、ウエハＷの移し替えが行なわれる。
【００２５】
このような実施例によれば、ウエハ保持具６の昇降時に反応管２及び移載室４１の内部の圧力は所定の圧力に減圧されているので、ウエハＷの移動時にウエハＷの受ける抵抗（風圧）の程度が極めて小さくなり、これによりウエハＷの上昇時にはウエハＷの裏面側が、また下降時にはウエハＷの表面側が負圧となるが、その負圧の程度が小さく、このためウエハＷの表面側と裏面側の圧力の差も極めて小さくなるため、反応管内の圧力変動が抑えられ、これによって気流の乱れも抑えられる。
【００２６】
この結果処理ガスはほぼ均一にウエハＷの表面へ流れるので酸化膜の成長の乱れが少くなり、酸化膜の膜厚を精度良く制御できると共に高い面内均一性を得ることができる。また上述のようにウエハＷの昇降時のウエハＷの表裏側での負圧の程度が小さくなると、ウエハＷが排気口付近を通る際に、排気管５ａ、５ｂ内での逆流が全く起こらないか、仮に起ったとしてもその程度は極めて小さい。
【００２７】
この結果排気管５ａ、５ｂ内の付着物やパーティクル除去装置内のパーティクルが反応管２内に逆流することが全くないか、あるいはほとんど逆流しないため、反応管２内の汚染を低減することができる。
【００２８】
そして次に異なる処理条件で酸化処理を行う場合には、上述の方法によりウエハ保持具６の昇降速度に対応したウエハＷの表面側と裏面側の圧力が検出され、この検出値に基づいて適切な圧力条件が設定され、設定された圧力条件に基づいて、ウエハＷの昇降時に反応管２内が減圧されることとなる。
【００２９】
次いで本発明の第２実施例について図２を参照しながら説明する。この実施例は、反応管２の内部例えば内管２ｂの内側に、複数の圧力検出部Ｐ１〜Ｐｎを上下方向に並べて配列する圧力検出手段６０を配設し、各圧力検出部の検出値に基づいてウエハ保持具６の昇降時における反応管２及び移載室４１内の適切な圧力を求めるようにしたものである。即ち、例えばウエハ保持具６が上昇しているときに各圧力検出部Ｐ１〜Ｐｎにて反応管２内の圧力を検出するし、ウエハＷの位置と圧力検出値とを対応させることにより、ウエハＷの上昇（あるいは下降）に伴う反応管２内の圧力分布が得られ、減圧状態を種々変えて各条件毎に圧力分布を得ることにより、この圧力分布を平均化するように反応管２内の適切な圧力値が決定される。またウエハ保持具６の下降時の反応管２内の適切な圧力も同様の方法にて決定される。なお本実施例では、圧力検出手段に関する部分を除けば図１の装置構成と同一である。
【００３０】
このような実施例においては、予め圧力検出部Ｐ１〜Ｐｎにより、ウエハ保持具６の昇降時の昇降速度に対応したな圧力分布を調べ、この分布を平均化するように反応管２内の適切な圧力値が決定されるので、ウエハ保持具の昇降時における反応管２内の圧力変動が抑えられ、このため上述の第１実施例と同様に酸化膜を精度よくかつ高い面内均一性で形成できると共にパーティクルの混入を抑えることができる。
【００３１】
続いて本発明の第３実施例について図３を参照しながら説明する。この実施例は、移載室４１と反応管２との間に、加熱源２４からの輻射熱を遮断しかつ移載室４１と反応管２との間を気密に閉じることのできる開閉手段７を設けると共に、移載室４１に減圧用の排気管８を接続した熱処理装置を用いる方法である。
【００３２】
前記開閉手段７は、図２及び図３に示すように光遮断用のシャッタＳ１、Ｓ２と、待機室４３、４４の上部内壁にシャッタＳ１、Ｓ２の上面周縁部に押圧されるリング状のベローズ体７１とを有しており、シャッタＳ１、Ｓ２が閉じたときにベローズ体７１の下面の押圧面部が押圧領域７０を押圧して移載室４１と反応管２との間を気密に区画するように構成されている。ベローズ体７１は例えば内部空間の気圧をコントロールして伸縮できる（上下できる）ように構成されている。前記排気管８は、遮断用バルブＶ３及び圧力調整用バルブ８１を介して真空ポンプ８２に接続されている。なお本実施例はこの他の部分の装置構成は図１の装置構成と実質的に同一である。
【００３３】
この実施例では、先ずシャッタ（Ｓ１、Ｓ２）、（Ｓ３、Ｓ４）を閉じておくと共に、移載室４１にてウエハ保持具６上に外部から搬入されたウエハＷを載置する。このときベローズ体７がシャッタＳ１、Ｓ２の上面を押し付け、またシャッタＳ１、Ｓ２が気密に接合されているため反応管２と移載室４１とは気密に区画されていると共に、反応管２内は例えば前の工程において排気管５１を介して所定の減圧状態になっている。
【００３４】
次いで真空ポンプ８２により排気管８を介して移載室４１内を、予め設定された所定の圧力に減圧し、バルブＶ３を閉じた後シャッタＳ１、Ｓ２を開いて、ウエハ保持具６を反応管２内の所定の位置へ上昇させる。そしてウエハＷの上昇時には、例えば反応管２の開口部２０及びパージガス供給管Ｇ１〜Ｇ５から夫々処理ガス及びパージガスを所定の流量で反応管２内及び筒状体４内に供給しながら、排気管５ａ、５ｂを通じて真空ポンプ５４により減圧雰囲気となるように減圧排気され、例えばウエハＷが熱処理領域に達する少し前あるいは達した直後に処理ガス及びパージガスの流量を増やすと共に圧力調整バルブ５３を調整し、これにより反応管２内を常圧に近い圧力まで戻した後バルブＶ１を閉じバルブＶ２を開いて排気ポンプ５６により排気しながら常圧雰囲気下でウエハＷの表面に熱処理例えば酸化膜が形成される。
【００３５】
続いてバルブＶ２を閉じ、Ｖ１を開いて真空ポンプ５４により反応管２内及び移載室４１を所定の圧力に減圧して、この減圧状態下でウエハ保持具６を移載室４１まで下降させ、シャッタ５１、５２を閉じかつベローズ体７を伸長させて反応管２と移載室４１との間を気密に閉じる。この後パージガスを供給して移載室４１の圧力を常圧に戻し、搬出入口４２を開いてウエハＷの移し替えを行う。
【００３６】
この実施例では、上述の第１実施例と同様の効果を得ることができ、さらに移載室４１に減圧用の排気管８を接続すると共に、反応管２と移載室４１との間をシャッタ（Ｓ１、Ｓ２及びベローズ体７）で気密に塞ぐようにしたので、移載室４１にてウエハ保持具６にウエハＷを移載している間、反応管２内を減圧雰囲気に維持することができ、移載後は移載室４１のみを減圧すればよいので、反応管２及び移載室４１の両方を減圧する場合に比べて減圧する領域が少ないため、減圧に要する時間を短縮させ、スループットの向上を図ることができる。
【００３７】
次いで本発明の第４実施例について図５を参照しながら説明する。本実施例は、反応管２の下部に、内管２ｂの内側に処理ガスを供給するように、例えば２本の処理ガス供給管９ａ、９ｂの一端側が接続されると共に、反応管２の外管２ａと内管２ｂとの間から排気するように外管２ａに排気管９１の一端が接続されたものである。この排気管９１はバルブＶ６を介して図示しない排気手段に接続されている。その他の部分は、減圧するための手段を備えていないことを除けば図１の装置の構成と同一であり、圧力検出手段としては図２に示すものを用いてもよいし、その他の部分を図３の装置の構成と同一にしてもよい。
【００３８】
この実施例では、移載室４１にてウエハ保持具６上にウエハＷを載置する一方、排気管５ａ、５ｂのバルブＶ４、Ｖ５を閉じ、排気管９１のバルブＶ６を開いて、排気管９１より反応管２内を排気しながら、処理ガス供給管９ａ、９ｂより反応管２内に処理ガスを供給して、処理ガスを反応管２の下部から上部へ向けて、例えばウエハ保持具６の上昇速度よりも速い速度で通流させる。
【００３９】
この後、シャッタ（Ｓ１、Ｓ２）を開けて、ウエハ保持具６を反応管２内の所定の位置まで上昇させ、ウエハＷの酸化処理を行う。ウエハＷの上昇時は、例えばパージガス供給管Ｇ１〜Ｇ５のパ−ジガスの供給は停止しておく。この処理が終了すると、バルブＶ６を閉じて排気管９１による排気と、処理ガス供給管９ａ、９ｂによるガス供給を停止して、今度はバルブＶ４、Ｖ５を開いて排気管５ａ、５ｂにより反応管２内を排気すると共に、処理ガス供給管３ａ、３ｂ（３ｂは図では見えない）により処理ガスを供給して、処理ガスを反応管２の上部から下部へ向けて、例えばウエハ保持具６の下降速度よりも速度で通流させ、この状態でウエハ保持具６を移載室４１まで下降させる。
【００４０】
この実施例では、ウエハ保持具６の昇降時には、ウエハ保持具６の移動方向と同じ方向に処理ガスを通流させ、しかもウエハ保持具６の移動速度よりも速い速度で通流させているので、ウエハＷが処理ガスの流れと反対の方向に移動する場合に比べて、処理ガスに対する抵抗が少なくなることからウエハの受ける風圧も極めて少なくなり、このためウエハ保持具６の移動時における反応管２内の圧力変動が抑えられる。この結果上述の第１実施例と同様に酸化膜を精度よくかつ高い面内均一性で形成できると共に、パーティクルの混入を抑えることができる。
【００４１】
またこの実施例では、ウエハ保持具６の昇降時に反応管２内を減圧してもよく、この場合にはさらにウエハＷの受ける風圧が抑えられてより高い酸化膜の膜厚の面内均一性を得ることができる。
【００４２】
以上において本発明では、ウエハ保持具を昇降させる際に、圧力検出部により圧力を検出し、この値に基づいて制御部よりバルブの開度を制御して、反応管内の圧力を制御するようにしてもよい。
【００４３】
ここでウエハ保持具６を熱処理領域の所定位置まで減速させる速度パターンや、ウエハ保持具６を熱処理領域から下降させるタイミングあるいは反応管２内における酸化ガスと不活性ガスとの切り換えのタイミングなどをプロセス毎に決定するために、ウエハＷの複数個所の温度を検出し、その検出結果に基づき決定することが考えられ、このためウエハ保持具６に例えば熱電対よりなる温度検出器を設けることを検討している。
【００４４】
ところで複数の熱電対をウエハ保持具６に設けるにあたっては、移載室においてウエハの移し替えを行うための搬送アームと熱電対との干渉を避けながら複数点の温度検出を行うことができる構造とすることが必要である。このような熱電対付きウエハ保持具６の構成例を以下に述べると、図８〜図１０に示す例では、ウエハ保持具６の支軸３０（先の実施例における昇降軸や回転軸を含む部分）内に、例えば石英よりなる保護管内に配線を施した熱電対を複数例えば６本収納し、これら熱電対の先端部側を引き出して図に示すような構造としている。即ち３本の熱電対９２ａ〜９２ｃについては、ウエハＷの裏面側から表面側にウエハＷを跨いで、側面から見た形状がコ字型となるように構成されており、各熱電対９２ａ〜９２ｃは平面位置（上から見た位置）がウエハＷの中心に対して４５度づつずれて配列されている。また各熱電対９２ａ〜９２ｃの先端部（検出端）は、例えばウエハＷ表面から数十ｍｍ上方位置であって、夫々ウエハＷの中心と外縁との中間付近、中心部、外縁付近に位置している。
【００４５】
更に残り３本の熱電対９２ｄ〜９２ｆについては、先端部はウエハＷの裏面から、搬送アーム３１の進入スペース分の距離だけ下方位置であって、ウエハＷの外縁付近、中心と外縁との中間付近、中心部に位置しており、熱電対９２ｄ、９２ｅは、夫々ウエハＷの中心部に対して熱電対９２ｃ、９２ａと反対側に位置している。これら熱電対については、例えば外径４ｍｍの石英よりなる内管内に例えば線径０．５ｍの熱電対線を挿入し、先端が閉じられた外径５ｍｍの石英よりなる外管を内管の外に嵌合して構成されている。なお図１０中３２は保持具本体、３３はウエハ支持用の突起部であり、これらは図８、図９では省略してある。
【００４６】
このようなウエハ保持具６においては図８に示すように搬送アーム３１が熱電対９２ｄ、９２ｅの間から、熱電対９２ｄ、９２ｅ、９２ｆの先端部とウエハＷの裏面との間の間隙に進入し、ウエハＷを保持してウエハＷの移し替えが行われ、搬送アーム３１を熱電対とが干渉しない。
【００４７】
またウエハ保持具６は、図１１に示すように、ウエハＷの表面側を検出する熱電対９３ａ〜９３ｃをウエハＷの中心に対して９０度づつずらして配置し、熱電対９３ａ〜９３ｃが配列されていないウエハＷの半面領域側からウエハＷと裏面側の熱電対９３ｄとの間に搬送アーム３１を進入させてもよいし、あるいは図１２に示すように、図８に示すウエハ保持具６を用い、切り欠き３４を先端に有する搬送アーム３１を用い、ウエハＷの裏面側の熱電対９２ｅ側から搬送アーム３１を進入させて、切り欠き３４内に熱電対９２ｅ、９２ｆが入り込むようにし、こうして両者の干渉を避けるようにしてもよい。
【００４８】
そしてまた熱電対自体でウエハＷを保持し、ウエハＷの保持と温度検出との役割を熱電対に持たせるような構造としてもよく、その構成例を図１３に示すと、このウエハ保持具６は、ウエハＷの裏面の周縁部近傍を保持する熱電対９４と、ウエハＷの周縁外方の温度を検出する熱電対９５と、ウエハＷの裏面中心部の温度を検出する熱電対９６とを備えており、搬送アームはウエハＷと熱電対９６との間の隙間に進入することになる。なお熱電対９４、９５は、夫々例えば３個ずつウエハＷの中心に対して１２０度ずつづれた位置に設けられる。
【００４９】
なお酸化処理によるゲート酸化膜やキャパシタ絶縁膜などの極薄酸化膜の形成や、不純物イオンの拡散処理などについて、本発明は好適なものであるが、その他ＣＶＤ処理、あるいはアニール処理などの熱処理を行う場合に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明方法の一実施例に用いられる熱処理装置を示す断面図である。
【図２】本発明方法の他の実施例に用いられる熱処理装置を示す断面図である。
【図３】本発明のさらに他の実施例に用いられる熱処理装置を示す断面図である。
【図４】図３の実施例で用いられる開閉手段を示す斜視図である。。
【図５】本発明のさらにまた他の実施例に用いられる熱処理装置を示す断面図である。
【図６】図５に示す熱処理装置の作用を示す説明図である。
【図７】図５に示す熱処理装置の作用を示す説明図である。
【図８】熱電対付きウエハ保持具の構成例を示す図である。
【図９】熱電対付きウエハ保持具の構成例を示す図である。
【図１０】熱電対付きウエハ保持具の構成例を示す図である。
【図１１】熱電対付きウエハ保持具の構成例を示す図である。
【図１２】熱電対付きウエハ保持具の構成例を示す図である。
【図１３】熱電対付きウエハ保持具の構成例を示す図である。
【図１４】従来の熱処理装置を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
２          反応管
２ａ        外管
２ｂ        内管
２４        抵抗発熱体
３ａ、３ｂ、９ａ、９ｂ    処理ガス供給管
４          筒状体
４１        移載室
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、    シャッタ
５ａ、５ｂ、８、９１    排気管
５４、８２  真空ポンプ
５６        排気ポンプ
【図１】
2006332705.tif 000003
【図２】
2006332705.tif 000004
【図３】
2006332705.tif 000005
【図４】
2006332705.tif 000006
【図５】
2006332705.tif 000007
【図６】
2006332705.tif 000008
【図７】
2006332705.tif 000009
【図８】
2006332705.tif 000010
【図９】
2006332705.tif 000011
【図１０】
2006332705.tif 000012
【図１１】
2006332705.tif 000013
【図１２】
2006332705.tif 000014
【図１３】
2006332705.tif 000015
【図１４】
2006332705.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成18年9月19日(2006.9.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハなどの基板を熱処理するときに用いられる基板保持具及びこの基板保持具を適用した熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造プロセスの中に、高温下においてシリコンの表面部を酸化しこれにより酸化膜（絶縁膜）を得る酸化処理や、不純物層を表面に形成したシリコン層を加熱し、これにより不純物をシリコン層内に熱拡散する拡散処理などがある。
【０００３】
この種の酸化、拡散を行う熱処理装置としてバッチ式である縦型熱処理装置が知られているが、例えばキャパシタ絶縁膜の酸化膜やゲート酸化膜の形成あるいは不純物イオンの拡散処理では、極めて薄い膜や浅い接合を得る場合、膜質、膜厚や拡散深さがサーマルバジェット（熱履歴）の影響を大きく受け、バッチ式の熱処理装置では、先に反応管内に搬入されたウエハと最後の方に搬入されたウエハとではサーマルバジェットに大きな差が生じてしまう。
【０００４】
そこで上述の熱処理炉を改良し、反応管内の設定位置に１枚づつウエハを保持具に載せて搬入した後急加熱する枚葉式の熱処理装置についても検討が進められている。このような枚葉式の熱処理装置について図１４に示す概略図を参照しながら説明すると、１は縦型の反応管であり、熱処理領域を含む部分が断熱体１０で囲まれている。この反応菅１には、上から下へ向って処理ガスが流れるように処理ガス供給管１１及び排気管１２が設けられている。
【０００５】
反応管１の中には、スループットを確保するために例えば１５０〜２００ｍｍ／秒程度の速度で昇降できるようにウエハ保持具１３が設けられており、このウエハ保持具１３には反応管１の下方側の移載室１４にて図示しない搬送手段により１枚のウエハＷが載置され、ウエハＷが所定位置まで上昇した後抵抗発熱体１５ａ及び均熱体１５ｂよりなる加熱部１５により所定の熱処理温度まで加熱されると共に処理ガス供給管１１より処理ガスが供給されて例えば常圧雰囲気で酸化処理される。
【０００６】
そして移載室１４に移載された処理前のウエハＷが加熱部１５よりの輻射熱を直接受けることによる熱履歴の影響を軽減し、また処理済みのウエハについても冷却させるために反応管１と移載室１４との間に光遮断バルブであるシャッタ１６が左右両側にて進退自在に設けられている。なおこのシャッタ１６にはウエハ保持具１３の昇降軸１７に密接するように半円状の切り欠きが形成されている。また排気管１２よりも下方側の反応管１に連通する領域をパージガス例えば不活性ガスでパージするように図示しないがパージガス供給管が設けられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、被処理基板を熱処理する場合のプロセスレシピをプロセス毎に決定する場合に有効な基板保持具及びこの基板保持具を用いた熱処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、被処理基板の裏面側を保持して、加熱炉に囲まれた反応容器内に下方側から搬入し、反応容器内にて処理ガスを供給しながら被処理基板を熱処理する熱処理装置に用いられる基板保持具において、
基板保持具に保持されている基板の温度を検出するための温度検出部を備えたことを特徴とする。  
温度検出部は、例えば基板の裏面側の温度を検出するように設けられ、より具体的には基板を保持している保持部位に設けられる。
【０００９】
他の発明は、本発明に記載の基板保持具と、この基板保持具がその下方側から搬入され、加熱炉に囲まれた反応容器と、を備え、
反応容器内にて処理ガスを供給しながら被処理基板を熱処理することを特徴とする熱処理装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、熱処理中の基板の温度を検出できるため、例えばウエハ保持具を熱処理領域の所定位置まで減速させる速度パターンや、ウエハ保持具を熱処理領域から下降させるタイミングあるいは反応管内における酸化ガスと不活性ガスとの切り換えのタイミングなどのプロセスレシピをプロセス毎に決定することができる。また熱処理中における基板の複数箇所の温度を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は本発明の基板保持具が適用される第１の参考例である熱処理装置を示す断面図である。図１中２は、下端が開口し、上端が閉塞している例えば石英よりなる外管２ａとこの外管２ａの中に設けられた例えば石英よりなる内管２ｂとからなる二重管構造の反応容器をなす反応管である。前記内管２ｂの頂部中央には処理ガス供給路の供給口をなす開口部２０が形成されている。
【００１２】
前記反応管２は加熱炉２００の中に配置されており、この加熱炉２００は、反応管２の周囲及び上面を間隙を介して覆うように設けられた例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）よりなる均熱部材２１を備えている。更に均熱部材２１の外側には断熱体２２及び、水冷ジャケット２３ａを備えた外装体２３が設けられている。また均熱部材２１の上面と断熱体２２との間には抵抗発熱体よりなる加熱源２４が配置されている。
【００１３】
前記反応管２の下部には、例えば２本の処理ガス供給管３ａ、３ｂの一端側が外管２ａ及び内管２ｂ間の間隙に開口するように接続されると共に他端側が図示しない処理ガス供給源に接続されている。
【００１４】
前記反応管２の下方側には、上端部が反応管２の下端部に気密に接続され、内部空間が反応管２内の空間に連続する、水冷ジャケットを有する筒状体４が配設されている。
【００１５】
前記筒状体４の上部側面には、例えば互いに直径方向に対向するように例えば内径２５ｍｍの２本の排気路をなす排気管５ａ、５ｂの一端が接続されている。排気管５ａは途中で２本の排気管５１、５２に分岐しており、一方の排気管５１の他端側は遮断バルブＶ１及び圧力調整用バルブ５３を介して減圧手段例えば真空ポンプ５４に接続され、他方の排気管５２の他端側は遮断バルブＶ２及び圧力調整用バルブ５５を介して排気ポンプ５６に接続されている。なお他方の排気管５ｂについても同様の構成となっているが、図示を省略してある。
【００１６】
前記筒状体４における前記排気管５ａ、５ｂの排気口よりも下方側には後述のウエハ保持具と外部との間でウエハの移載を行うための移載室４１が形成されており、この移載室４１の側壁部にはゲートバルブにより開閉されるウエハＷの搬入出口４２が形成されている。また移載室４１の上部両側には、反応容器側からの輻射熱を遮断するためのシャッタＳ１、Ｓ２が設けられると共に、移載室４１の下部両側にも、筒状体４の底部側との間を遮断するように、シャッタＳ３、Ｓ４が設けられており、シャッタＳ３、Ｓ４は閉じたときに昇降軸２６を囲む半円状の切り欠きが先端に形成されている。４３、４４、４５、４６はシャッタの待機室であり、これらシャッタの待機室及び筒状体４の底部には、夫々パ−ジガス供給管Ｇ１〜Ｇ５が接続されている。
【００１７】
前記反応管２内には被処理基板保持部であるウエハ保持具６が設けられており、このウエハ保持具６は、載置部６１より上方に突出する突起部６２の上にウエハＷを保持するように構成されている。このウエハ保持具６には、３個の圧力検出部Ｐ１〜Ｐ３が設けられており、これら圧力検出部Ｐ１〜Ｐ３の検出端（先端）は、夫々ウエハＷの表面中心部付近より若干上方位置、ウエハＷの裏面中心部付近より若干下方位置、及びウエハＷの周縁部より若干外方位置に配置されている。これら圧力検出部Ｐ１〜Ｐ３は例えば吸い込み式のものが用いられ、吸い込み管の基端側は昇降軸６３内を通って下端から外部に引き出され、図示しない検出ユニットに接続されている。
【００１８】
またこのウエハ保持具６は、昇降軸６３の頂部に取り付けられ、昇降軸６３は筒状体４の下端部にてボールネジなどの昇降機構６４により昇降できるように構成されている。そして昇降軸６３は、内部に回転軸を有しており、モータＭにより回転軸が回転し、これによりウエハ保持具６が回転できるようになっている。
【００１９】
次に上述の第１の参考例の作用について述べる。先ずウエハ保持具６を鎖線の如く移載室４１内に位置させておき、搬入出口４２より被処理基板であるウエハＷを搬入してウエハ保持具６上に載置する。一方加熱源２４よりの輻射熱が均熱体２１を通じて反応管２内に入射し、所定温度の均熱領域が形成されると共に、処理ガス供給管３ａ、３ｂから処理ガス例えばＯ2 ガス及びＨＣｌガスの混合ガスが内管２ｂの頂部の開口部２０を通じて反応管２内に供給される。開口部２０を流れる処理ガスの流量の一例を挙げるとＯ2 ガス及びＨＣｌガスの流量は、例えばそれぞれ６．０リットル／分、０．２５リットル／分とされる。このときシャッタＳ１、Ｓ２、及びＳ３、Ｓ４は閉じられており、反応管２からの輻射熱がシャッタＳ１、Ｓ２で遮られている。
【００２０】
次いでシャッタ（Ｓ１、Ｓ２）を開いた後、ウエハ保持具６を上昇させるが、このときバルブＶ１、Ｖ２が夫々「開」「閉」の状態になっており、例えばウエハ保持具６を上昇させる直前に真空ポンプ５４により排気管５１、５ａを介して反応管２及び移載室４１の内部を所定の圧力例えば数〜数十Ｔｏｒｒに減圧する。このウエハ保持具６の上昇時における反応管２及び移載室４１内の圧力は、処理条件に応じて決定されるものであり、例えばある処理条件において、ウエハ保持具６の上昇時にウエハＷの裏面側の圧力と表面側の圧力とを圧力検出部Ｐ１〜Ｐ３により夫々検出し、ウエハ保持具６の上昇速度に対応したウエハＷの表裏での差圧を求めて、例えばこれらの差圧が一定値以下に減少するように決定される。このとき反応管２内の圧力をあまり下げ過ぎると、減圧に要する時間及び常圧への復帰に要する時間が長くなってしまい、スル−プットが低下してしまうので、設定されたウエハの昇降速度において気流の乱れを十分防止できる程度の適切な圧力値が決定される。なお圧力の制御は例えば圧力調整用バルブ５３の開度を調整することにより行なわれる。
【００２１】
このようにして反応管２内の所定位置までウエハ保持具６を上昇させた後、あるいは例えば熱処理領域の少し手前側に達したときに、圧力調整用バルブ５３を調整して反応管２内を常圧付近まで高めた後、バルブ５３を閉じると共にバルブＶ２を開いて、排気ポンプ５６の排気に切り替え反応管２及び移載室４１内部の圧力を常圧雰囲気にして、ウエハＷを例えば１０００℃まで加熱し、ウエハＷの表面に例えば膜厚５０オングストロームの酸化膜を形成させる。
【００２２】
この後バルブＶ２を閉じバルブＶ１を開いて反応管２及び移載室４１の内部を真空ポンプ５４により、所定の圧力例えば数〜数十Ｔｏｒｒに減圧し、この状態の下で、ウエハ保持具６を移載室４１まで下降させる。そしてバルブＶ１を閉じると共にバルブＶ２を開いて反応管２及び移載室４１の内部の圧力を常圧に戻した後、シャッタ（Ｓ１、Ｓ２）が閉じられて、ウエハＷの移し替えが行なわれる。
【００２３】
このような第１の参考例によれば、ウエハ保持具６の昇降時に反応管２及び移載室４１の内部の圧力は所定の圧力に減圧されているので、ウエハＷの移動時にウエハＷの受ける抵抗（風圧）の程度が極めて小さくなり、これによりウエハＷの上昇時にはウエハＷの裏面側が、また下降時にはウエハＷの表面側が負圧となるが、その負圧の程度が小さく、このためウエハＷの表面側と裏面側の圧力の差も極めて小さくなるため、反応管内の圧力変動が抑えられ、これによって気流の乱れも抑えられる。
【００２４】
この結果処理ガスはほぼ均一にウエハＷの表面へ流れるので酸化膜の成長の乱れが少くなり、酸化膜の膜厚を精度良く制御できると共に高い面内均一性を得ることができる。また上述のようにウエハＷの昇降時のウエハＷの表裏側での負圧の程度が小さくなると、ウエハＷが排気口付近を通る際に、排気管５ａ、５ｂ内での逆流が全く起こらないか、仮に起ったとしてもその程度は極めて小さい。
【００２５】
この結果排気管５ａ、５ｂ内の付着物やパーティクル除去装置内のパーティクルが反応管２内に逆流することが全くないか、あるいはほとんど逆流しないため、反応管２内の汚染を低減することができる。
【００２６】
そして次に異なる処理条件で酸化処理を行う場合には、上述の方法によりウエハ保持具６の昇降速度に対応したウエハＷの表面側と裏面側の圧力が検出され、この検出値に基づいて適切な圧力条件が設定され、設定された圧力条件に基づいて、ウエハＷの昇降時に反応管２内が減圧されることとなる。
【００２７】
次いで第２の参考例について図２を参照しながら説明する。この第２の参考例は、反応管２の内部例えば内管２ｂの内側に、複数の圧力検出部Ｐ１〜Ｐｎを上下方向に並べて配列する圧力検出手段６０を配設し、各圧力検出部の検出値に基づいてウエハ保持具６の昇降時における反応管２及び移載室４１内の適切な圧力を求めるようにしたものである。即ち、例えばウエハ保持具６が上昇しているときに各圧力検出部Ｐ１〜Ｐｎにて反応管２内の圧力を検出するし、ウエハＷの位置と圧力検出値とを対応させることにより、ウエハＷの上昇（あるいは下降）に伴う反応管２内の圧力分布が得られ、減圧状態を種々変えて各条件毎に圧力分布を得ることにより、この圧力分布を平均化するように反応管２内の適切な圧力値が決定される。またウエハ保持具６の下降時の反応管２内の適切な圧力も同様の方法にて決定される。なおこの第２の参考例では、圧力検出手段に関する部分を除けば図１の装置構成と同一である。
【００２８】
このような第２の参考例においては、予め圧力検出部Ｐ１〜Ｐｎにより、ウエハ保持具６の昇降時の昇降速度に対応したな圧力分布を調べ、この分布を平均化するように反応管２内の適切な圧力値が決定されるので、ウエハ保持具の昇降時における反応管２内の圧力変動が抑えられ、このため上述の第１の参考例と同様に酸化膜を精度よくかつ高い面内均一性で形成できると共にパーティクルの混入を抑えることができる。
【００２９】
続いて第３の参考例について図３を参照しながら説明する。この第３の参考例は、移載室４１と反応管２との間に、加熱源２４からの輻射熱を遮断しかつ移載室４１と反応管２との間を気密に閉じることのできる開閉手段７を設けると共に、移載室４１に減圧用の排気管８を接続した熱処理装置を用いる方法である。
【００３０】
前記開閉手段７は、図４及び図３に示すように光遮断用のシャッタＳ１、Ｓ２と、待機室４３、４４の上部内壁にシャッタＳ１、Ｓ２の上面周縁部に押圧されるリング状のベローズ体７１とを有しており、シャッタＳ１、Ｓ２が閉じたときにベローズ体７１の下面の押圧面部が押圧領域７０を押圧して移載室４１と反応管２との間を気密に区画するように構成されている。ベローズ体７１は例えば内部空間の気圧をコントロールして伸縮できる（上下できる）ように構成されている。前記排気管８は、遮断用バルブＶ３及び圧力調整用バルブ８１を介して真空ポンプ８２に接続されている。なお本参考例はこの他の部分の装置構成は図１の装置構成と実質的に同一である。
【００３１】
この第３の参考例では、先ずシャッタ（Ｓ１、Ｓ２）、（Ｓ３、Ｓ４）を閉じておくと共に、移載室４１にてウエハ保持具６上に外部から搬入されたウエハＷを載置する。このときベローズ体７がシャッタＳ１、Ｓ２の上面を押し付け、またシャッタＳ１、Ｓ２が気密に接合されているため反応管２と移載室４１とは気密に区画されていると共に、反応管２内は例えば前の工程において排気管５１を介して所定の減圧状態になっている。
【００３２】
次いで真空ポンプ８２により排気管８を介して移載室４１内を、予め設定された所定の圧力に減圧し、バルブＶ３を閉じた後シャッタＳ１、Ｓ２を開いて、ウエハ保持具６を反応管２内の所定の位置へ上昇させる。そしてウエハＷの上昇時には、例えば反応管２の開口部２０及びパージガス供給管Ｇ１〜Ｇ５から夫々処理ガス及びパージガスを所定の流量で反応管２内及び筒状体４内に供給しながら、排気管５ａ、５ｂを通じて真空ポンプ５４により減圧雰囲気となるように減圧排気され、例えばウエハＷが熱処理領域に達する少し前あるいは達した直後に処理ガス及びパージガスの流量を増やすと共に圧力調整バルブ５３を調整し、これにより反応管２内を常圧に近い圧力まで戻した後バルブＶ１を閉じバルブＶ２を開いて排気ポンプ５６により排気しながら常圧雰囲気下でウエハＷの表面に熱処理例えば酸化膜が形成される。
【００３３】
続いてバルブＶ２を閉じ、Ｖ１を開いて真空ポンプ５４により反応管２内及び移載室４１を所定の圧力に減圧して、この減圧状態下でウエハ保持具６を移載室４１まで下降させ、シャッタ５１、５２を閉じかつベローズ体７を伸長させて反応管２と移載室４１との間を気密に閉じる。この後パージガスを供給して移載室４１の圧力を常圧に戻し、搬出入口４２を開いてウエハＷの移し替えを行う。
【００３４】
この第３の参考例では、上述の第１の参考例と同様の効果を得ることができ、さらに移載室４１に減圧用の排気管８を接続すると共に、反応管２と移載室４１との間をシャッタ（Ｓ１、Ｓ２及びベローズ体７）で気密に塞ぐようにしたので、移載室４１にてウエハ保持具６にウエハＷを移載している間、反応管２内を減圧雰囲気に維持することができ、移載後は移載室４１のみを減圧すればよいので、反応管２及び移載室４１の両方を減圧する場合に比べて減圧する領域が少ないため、減圧に要する時間を短縮させ、スループットの向上を図ることができる。
【００３５】
次いで第４の参考例について図５を参照しながら説明する。第４の参考例は、反応管２の下部に、内管２ｂの内側に処理ガスを供給するように、例えば２本の処理ガス供給管９ａ、９ｂの一端側が接続されると共に、反応管２の外管２ａと内管２ｂとの間から排気するように外管２ａに排気管９１の一端が接続されたものである。この排気管９１はバルブＶ６を介して図示しない排気手段に接続されている。その他の部分は、減圧するための手段を備えていないことを除けば図１の装置の構成と同一であり、圧力検出手段としては図２に示すものを用いてもよいし、その他の部分を図３の装置の構成と同一にしてもよい。
【００３６】
この第４の参考例では、移載室４１にてウエハ保持具６上にウエハＷを載置する一方、排気管５ａ、５ｂのバルブＶ４、Ｖ５を閉じ、排気管９１のバルブＶ６を開いて、排気管９１より反応管２内を排気しながら、処理ガス供給管９ａ、９ｂより反応管２内に処理ガスを供給して、処理ガスを反応管２の下部から上部へ向けて、例えばウエハ保持具６の上昇速度よりも速い速度で通流させる。
【００３７】
この後、シャッタ（Ｓ１、Ｓ２）を開けて、ウエハ保持具６を反応管２内の所定の位置まで上昇させ、ウエハＷの酸化処理を行う。ウエハＷの上昇時は、例えばパージガス供給管Ｇ１〜Ｇ５のパ−ジガスの供給は停止しておく。この処理が終了すると、バルブＶ６を閉じて排気管９１による排気と、処理ガス供給管９ａ、９ｂによるガス供給を停止して、今度はバルブＶ４、Ｖ５を開いて排気管５ａ、５ｂにより反応管２内を排気すると共に、処理ガス供給管３ａ、３ｂ（３ｂは図では見えない）により処理ガスを供給して、処理ガスを反応管２の上部から下部へ向けて、例えばウエハ保持具６の下降速度よりも速度で通流させ、この状態でウエハ保持具６を移載室４１まで下降させる。
【００３８】
この第４の参考例では、ウエハ保持具６の昇降時には、ウエハ保持具６の移動方向と同じ方向に処理ガスを通流させ、しかもウエハ保持具６の移動速度よりも速い速度で通流させているので、ウエハＷが処理ガスの流れと反対の方向に移動する場合に比べて、処理ガスに対する抵抗が少なくなることからウエハの受ける風圧も極めて少なくなり、このためウエハ保持具６の移動時における反応管２内の圧力変動が抑えられる。この結果上述の第１の参考例と同様に酸化膜を精度よくかつ高い面内均一性で形成できると共に、パーティクルの混入を抑えることができる。
【００３９】
またこの第４の参考例では、ウエハ保持具６の昇降時に反応管２内を減圧してもよく、この場合にはさらにウエハＷの受ける風圧が抑えられてより高い酸化膜の膜厚の面内均一性を得ることができる。
【００４０】
以上において各参考例では、ウエハ保持具を昇降させる際に、圧力検出部により圧力を検出し、この値に基づいて制御部よりバルブの開度を制御して、反応管内の圧力を制御するようにしてもよい。
ウエハ保持具６を熱処理領域の所定位置まで減速させる速度パターンや、ウエハ保持具６を熱処理領域から下降させるタイミングあるいは反応管２内における酸化ガスと不活性ガスとの切り換えのタイミングなどをプロセス毎に決定するために、ウエハＷの複数個所の温度を検出し、その検出結果に基づき決定することが考えられ、このためウエハ保持具６に例えば熱電対よりなる温度検出器を設けることを検討している。以下、本発明の基板保持具の実施例である、熱電対よりなる温度検出器を備えたウエハ保持具６について詳述する。
【００４１】
ところで複数の熱電対をウエハ保持具６に設けるにあたっては、移載室においてウエハの移し替えを行うための搬送アームと熱電対との干渉を避けながら複数点の温度検出を行うことができる構造とすることが必要である。このような熱電対付きウエハ保持具６の構成例を以下に述べると、図８〜図１０に示す例では、ウエハ保持具６の支軸３０（先の参考例における昇降軸や回転軸を含む部分）内に、例えば石英よりなる保護管内に配線を施した熱電対を複数例えば６本収納し、これら熱電対の先端部側を引き出して図に示すような構造としている。即ち３本の熱電対９２ａ〜９２ｃについては、ウエハＷの裏面側から表面側にウエハＷを跨いで、側面から見た形状がコ字型となるように構成されており、各熱電対９２ａ〜９２ｃは平面位置（上から見た位置）がウエハＷの中心に対して４５度づつずれて配列されている。また各熱電対９２ａ〜９２ｃの先端部（検出端）は、例えばウエハＷ表面から数十ｍｍ上方位置であって、夫々ウエハＷの中心と外縁との中間付近、中心部、外縁付近に位置している。
【００４２】
更に残り３本の熱電対９２ｄ〜９２ｆについては、先端部はウエハＷの裏面から、搬送アーム３１の進入スペース分の距離だけ下方位置であって、ウエハＷの外縁付近、中心と外縁との中間付近、中心部に位置しており、熱電対９２ｄ、９２ｅは、夫々ウエハＷの中心部に対して熱電対９２ｃ、９２ａと反対側に位置している。これら熱電対については、例えば外径４ｍｍの石英よりなる内管内に例えば線径０．５ｍの熱電対線を挿入し、先端が閉じられた外径５ｍｍの石英よりなる外管を内管の外に嵌合して構成されている。なお図１０中３２は保持具本体、３３はウエハ支持用の突起部であり、これらは図８、図９では省略してある。
【００４３】
このようなウエハ保持具６においては図８に示すように搬送アーム３１が熱電対９２ｄ、９２ｅの間から、熱電対９２ｄ、９２ｅ、９２ｆの先端部とウエハＷの裏面との間の間隙に進入し、ウエハＷを保持してウエハＷの移し替えが行われ、搬送アーム３１を熱電対とが干渉しない。
【００４４】
またウエハ保持具６は、図１１に示すように、ウエハＷの表面側を検出する熱電対９３ａ〜９３ｃをウエハＷの中心に対して９０度づつずらして配置し、熱電対９３ａ〜９３ｃが配列されていないウエハＷの半面領域側からウエハＷと裏面側の熱電対９３ｄとの間に搬送アーム３１を進入させてもよいし、あるいは図１２に示すように、図８に示すウエハ保持具６を用い、切り欠き３４を先端に有する搬送アーム３１を用い、ウエハＷの裏面側の熱電対９２ｅ側から搬送アーム３１を進入させて、切り欠き３４内に熱電対９２ｅ、９２ｆが入り込むようにし、こうして両者の干渉を避けるようにしてもよい。
【００４５】
そしてまた熱電対自体でウエハＷを保持し、ウエハＷの保持と温度検出との役割を熱電対に持たせるような構造としてもよく、その構成例を図１３に示すと、このウエハ保持具６は、ウエハＷの裏面の周縁部近傍を保持する熱電対９４と、ウエハＷの周縁外方の温度を検出する熱電対９５と、ウエハＷの裏面中心部の温度を検出する熱電対９６とを備えており、搬送アームはウエハＷと熱電対９６との間の隙間に進入することになる。なお熱電対９４、９５は、夫々例えば３個ずつウエハＷの中心に対して１２０度ずつずれた位置に設けられる。
【００４６】
なお酸化処理によるゲート酸化膜やキャパシタ絶縁膜などの極薄酸化膜の形成や、不純物イオンの拡散処理などについて、本発明は好適なものであるが、その他ＣＶＤ処理、あるいはアニール処理などの熱処理を行う場合に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の基板保持具が適用される第１の参考例である熱処理装置を示す断面図である。
【図２】本発明の基板保持具が適用される第２の参考例である熱処理装置を示す断面図である。
【図３】本発明の基板保持具が適用される第３の参考例である熱処理装置を示す断面図である。
【図４】図３の実施例で用いられる開閉手段を示す斜視図である。
【図５】本発明の基板保持具が適用される第４の参考例である熱処理装置を示す断面図である。
【図６】図５に示す熱処理装置の作用を示す説明図である。
【図７】図５に示す熱処理装置の作用を示す説明図である。
【図８】本発明の基板保持具の一実施形態である熱電対付きウエハ保持具の構成例を示す図である。
【図９】本発明の基板保持具の一実施形態である熱電対付きウエハ保持具の構成例を示す図である。
【図１０】本発明の基板保持具の一実施形態である熱電対付きウエハ保持具の構成例を示す図である。
【図１１】本発明の基板保持具の他の実施形態である熱電対付きウエハ保持具の構成例を示す図である。
【図１２】本発明の基板保持具の一実施形態である熱電対付きウエハ保持具の構成例を示す図である。
【図１３】本発明の基板保持具のさらに他の実施形態である熱電対付きウエハ保持具の構成例を示す図である。
【図１４】従来の熱処理装置を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
２          反応管
２ａ        外管
２ｂ        内管
２４        抵抗発熱体
３ａ、３ｂ、９ａ、９ｂ    処理ガス供給管
４          筒状体
４１        移載室
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、    シャッタ
５ａ、５ｂ、８、９１    排気管
５４、８２  真空ポンプ
５６        排気ポンプ