(57)【要約】【課題】本発明は、熱容量が小さく、急速昇温、急速降温に適した熱処理装置であって、被処理体への加熱の不均一が生じることなく、また、パーティクルの発生を効果的に抑制することのできる熱処理装置を実現する。【解決手段】本発明の熱処理装置は、上端が開口している加熱炉本体１と、該加熱炉本体内部に設置されている加熱手段７と、該加熱炉本体内に収容されており、単一の管からなる反応管３とを少なくとも備えた熱処理装置において、この加熱手段が、反応管の周囲を囲繞するように配置された線状発熱素子と、反応管の上部の狭径化部の周囲に配置されたスパイラル状発熱素子と、反応管の直胴部上部に配置されたつづら折り状発熱素子と、反応管の直胴部下部に配置された扁平スパイラル状発熱素子と、反応管内部の被処理基板支持部材下部に配置された面上発熱体からなっている。【選択図】　図８
2004119510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上端が開口している加熱炉本体と、上端部が内部雰囲気を排気するための排気手段に接続される単一の管からなる反応管と、該反応管内部を気密に保持するための反応管下部蓋体と、該反応管内に収容される被処理基板支持部材により担持される被処理基板を加熱するための加熱手段を少なくとも備えた熱処理装置において、
該加熱手段が、前記反応管を囲繞するように配置されている第１の加熱手段と、前記反応管の上端狭径部周囲に配置されている第２の加熱手段と、前記反応管の直胴部周辺上部に配置されている第３の加熱手段と、前記反応管の直胴部周辺下部に配置されている第４の加熱手段と、前記被処理基板を載置している支持部材の下部に配置されている第５の加熱手段を少なくとも備えていることを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
前記反応管の周囲に配置されている前記第１の加熱手段は、複数の線状発熱素子、または、該線状発熱体をＵ字状に屈曲させた複数の発熱素子を前記反応管の長手方向に平行に配置したものであることを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項３】
前記反応管の上端狭径部周囲に配置されている前記第２の加熱手段は、線状発熱素子をスパイラル状に捲回したものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱処理装置。
【請求項４】
前記反応管の直胴部上部に配置されている前記第３の加熱手段は、線状発熱素子をつづら折り状、またはスパイラル状に形成したものであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項５】
前記反応管の直胴部下部に配置されている前記第４の加熱手段は、線状発熱素子を、長手方向断面が長円形であるスパイラル状、またはつづら折り状に形成したものであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項６】
前記被処理基板を支持する前記支持部材の下部に配置されている第５の加熱手段が、面状発熱体、または、発熱素子を前記支持部材の下部平面に沿って配置した複数の発熱体からなるものであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項７】
前記面状発熱体が、線状発熱素子を前記被処理基板支持部材底板に平行する平面内に配置した発熱体であることを特徴とする請求項６に記載の熱処理装置。
【請求項８】
前記線状発熱素子が、抵抗発熱体をセラミック中空管状体中に封入して構成されたものであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項９】
前記面状発熱体が、抵抗発熱体をセラミック中空板状体の中に封入して構成されたものであることを特徴とする請求項６記載の熱処理装置。
【請求項１０】
前記セラミックが、石英であることを特徴とする請求項８または請求項９記載の熱処理装置。
【請求項１１】
前記第２の加熱手段が、水平方向に移動可能に支持されていることを特徴とする請求項３に記載の熱処理装置。
【請求項１２】
上端が開口している加熱炉本体と、上端部が内部雰囲気を排気するための排気手段に接続される単一の管からなる反応管と、該反応管内部を気密に保持するための反応管下部蓋体と、該反応管内に収容される被処理基板支持部材により担持される被処理基板を加熱するための加熱手段を少なくとも備えた熱処理装置において、
前記被処理基板支持部材が、天板と、底板と、該天板および該底板間を固着結合し、かつ被処理基板が担持されるように溝部が形成されている複数の支柱とを備え、該被処理基板支持部材の底板中央部にこの被処理基板支持部材を支持するための柱状体が固着されていることを特徴とする熱処理装置。
【請求項１３】
前記被処理基板支持部材を支持するための柱状体が、石英からなる中空の管であることを特徴とする請求項１２記載の熱処理装置。
【請求項１４】
上端が開口している加熱炉本体と、上端部が内部雰囲気を排気するための排気手段に接続される単一の管からなる反応管と、該反応管内部を気密に保持するための反応管下部蓋体と、該反応管内に収容される被処理基板支持部材により担持される被処理基板を加熱するための加熱手段を少なくとも備えた熱処理装置において、
該熱処理装置が、複数の温度測定素子をセラミック中空管状体中に封止した温度測定手段を更に備えたものであることを特徴とする熱処理装置。
【請求項１５】
前記セラミック中空管状体が、石英チューブであることを特徴とする請求項１４に記載の熱処理装置。
【請求項１６】
前記温度測定手段が、前記加熱手段が配置されている付近の温度を測定できるように、前記加熱手段の近辺に配置されていることを特徴とする請求項１４または請求項１５に記載の熱処理装置。
【請求項１７】
前記温度測定手段が、前記反応管下部蓋体から該反応管内部に挿入され回転自在に上部に向かって延設された中空管状体中に封入された複数の温度測定素子からなるものであり、該中空管状体の長手方向の中間位置において主軸から垂直に枝分かれした分枝部を有し、該中空管状体の分枝部内部に温度測定素子が配置されていることを特徴とする請求項１３ないし請求項１５のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項１８】
前記中空管状体が、前記反応管下部蓋体に回転自在、かつ、着脱自在に支承されていることを特徴とする請求項１７に記載の熱処理装置。
【請求項１９】
前記中空管状体が、その上端部において被処理基板支持部材の天板に着脱自在に固定されることを特徴とする請求項１７または請求項１８に記載の熱処理装置。
【請求項２０】
該温度測定手段が、前記反応管の内部に配置される被処理基板支持部材に載置されている複数の被処理基板の間隙に位置し、該被処理基板付近の温度を測定することができるものであることを特徴とする請求項１４ないし請求項１６のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項２１】
前記温度測定手段が、内部に温度測定素子を内蔵した中空管状体であり、該中空管状体が、前記反応管下部フランジから前記反応管内部壁面に沿って上方に延設され、該反応管の上部付近で該反応管の中心部に向かって屈曲していることを特徴とする請求項２０に記載の熱処理装置。
【請求項２２】
前記温度測定手段が、前記加熱炉本体と前記反応管とで形成される間隙に配置された中空管状体であって、該中空管状体内部に複数の温度測定素子が配置されていることを特徴とする請求項１４ないし請求項１６のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項２３】
前記温度測定手段が、前記反応管下部蓋体から挿入され回転自在に上部に向かって延設された中空管状体中に封入された複数の温度測定素子からなるものであり、該中空管状体の長手方向の中間位置において主軸から垂直に枝分かれした分枝部を有し、該中空管状体の分枝部内部に温度測定素子が配置されている第１の温度測定手段と、内部に温度測定素子を内蔵した中空管状体であり、該中空管状体が、前記反応管下部フランジから前記反応管壁面に沿って上方に延設され、該反応管の上部付近で該反応管の中心部に向かって屈曲している第２の温度測定手段と、前記加熱炉本体と前記反応管とで形成される間隙に配置された中空管状体であって、該中空管状体内部に複数の温度測定素子を有する第３の温度測定手段を少なくとも備えたことを特徴とする請求項１４ないし請求項１６のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項２４】
上端が開口している加熱炉本体と、上端部が内部雰囲気を排気するための排気手段に接続される単一の管からなる反応管と、該反応管内部を気密に保持するための反応管下部蓋体と、該反応管内に収容される被処理基板支持部材により担持される被処理基板を加熱するための加熱手段とを少なくとも備えた熱処理装置において、
内部に複数の温度測定素子を内蔵した中空管状体を、前記反応管下部フランジから前記反応管壁面に沿って上方に延設し、該反応管の上部付近で該反応管の中心部に向かって屈曲している第２の温度測定手段と、
内部に複数の温度測定素子を内蔵した中空管状体を、前記加熱炉本体と前記反応管とで形成される間隙に配置した第３の温度測定手段とをさらに備えたことを特徴とする熱処理装置。
【請求項２５】
上端が開口している加熱炉本体と、上端部が内部雰囲気を排気するための排気手段に接続される単一の管からなる反応管と、該反応管内部を気密に保持するための反応管下部蓋体と、該反応管内に収容される被処理基板支持部材により担持される被処理基板を加熱するための加熱手段を少なくとも備えた熱処理装置において、
前記加熱炉本体と、前記反応管とで形成される間隙の上方および下方に配置された少なくとも２つの開孔を有し、この下方開孔から冷却用媒体を送入し、上方開孔から該冷却用媒体を排出して該反応管を冷却するようにしたことを特徴とする熱処理装置。
【請求項２６】
上端が開口している加熱炉本体と、上端部が内部雰囲気を排気するための排気手段に接続される単一の管からなる反応管と、該反応管内部を気密に保持するための反応管下部蓋体と、該反応管内に収容される被処理基板支持部材により担持される被処理基板を加熱するための加熱手段と、該加熱炉本体内の温度を測定する温度測定手段とを少なくとも備えた熱処理装置において、
該加熱手段が、前記反応管の周囲に配置されている第１の加熱手段と、前記反応管の上端狭径部周囲に配置されている第２の加熱手段と、前記反応管の直胴部周辺上部に配置されている第３の加熱手段と、前記反応管の直胴部周辺下部に配置されている第４の加熱手段と、前記被処理基板を載置している支持部材の下部に配置されている第５の加熱手段とからなり、
該温度測定手段が、内部に温度測定素子を内蔵した中空管状体を、前記反応管下部フランジから前記反応管壁面に沿って上方に延設し、該反応管の上部付近で該反応管の中心部に向かって屈曲している第２の温度測定手段と、内部に温度測定素子を内蔵した中空管状体を、該加熱炉本体と該反応管とで形成される間隙に配置されている第３の温度測定手段とを少なくとも備えたものであることを特徴とする熱処理装置。
【請求項２７】
上端が開口している加熱炉本体と、上端部が内部雰囲気を排気するための排気手段に接続される単一の管からなる反応管と、該反応管内部を気密に保持するための反応管下部蓋体と、該反応管内に収容される被処理基板支持部材により担持される被処理基板を加熱するための加熱手段と、該加熱炉本体内の温度を測定する温度測定手段とを少なくとも備えた熱処理装置において、
該加熱手段が、前記反応管の周囲に配置されている第１の加熱手段と、前記反応管の上端狭径部周囲に配置されている第２の加熱手段と、前記反応管の直胴部周辺上部に配置されている第３の加熱手段と、前記反応管の直胴部周辺下部に配置されている第４の加熱手段と、前記被処理基板を載置している支持部材の下部に配置されている第５の加熱手段とからなり、
該温度測定手段が、前記反応管下部蓋体から挿入され回転自在に上部に向かって延設された中空管状体中に封入された複数の温度測定素子からなるものであり、該中空管状体の長手方向の中間位置において主軸から垂直に枝分かれした分枝部を有し、該中空管状体の分枝部内部に温度測定素子が配置されている第１の温度測定手段と、内部に温度測定素子を内蔵した中空管状体を、前記反応管下部フランジから前記反応管壁面に沿って上方に延設し、該反応管の上部付近で該反応管の中心部に向かって屈曲している第２の温度測定手段と、該加熱炉本体と該反応管とで形成される間隙に配置されている第３の温度測定手段を少なくとも備えたことを特徴とする熱処理装置。
【請求項２８】
該反応管の排気ガス排出口と排気配管との接続部の周囲に温度制御手段が配置されていることを特徴とする請求項２６または請求項２７に記載の熱処理装置。
【請求項２９】
上記温度制御手段が、断熱材であるかもしくは抵抗加熱ヒータであることを特徴とする請求項２６ないし請求項２８のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項３０】
上記温度制御手段が、可撓性を有するものであるかもしくは予め賦形されたものであることを特徴とする請求項２９に記載の熱処理装置。
【請求項３１】
上記反応管の排気ガス排出口と上記排気配管とが、該排気ガス排出口の端部に形成されたフランジと、該排気配管端部に形成されたフランジと、その間に介在されたＯリングによって気密に衝合固定されていることを特徴とする請求項２６ないし請求項３０のいずれかに記載の熱処理装置。
【請求項３２】
上記フランジが、その内部に温度制御のための流体流通孔が形成されたものであることを特徴とする請求項３１に記載の熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は特に半導体ウェハの熱処理に適した熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造工程においては、被処理体である半導体ウエハ（以下にウエハという）の表面に薄膜や酸化膜を積層したり、あるいは不純物の拡散等を行う工程があり、これらの工程において、ＣＶＤ装置、酸化膜形成装置、あるいは拡散装置等の熱処理装置が用いられている。
そして、これらの熱処理装置においては、複数枚の被処理体であるウエハを、ウェハボートと呼ばれる被処理基板保持部材に垂直方向に配列搭載して、高温加熱したプロセスチューブと呼ばれている反応管内に収容し、反応管内に反応ガスを導入して処理を行っている（特許文献１、および特許文献２参照）。
【０００３】
従来使用されている縦型熱処理装置の例を図１０に示す。
図１０において、加熱炉本体１００１はベースプレート１０１１上に載置されており、加熱炉本体１００１の断熱層の内周面に、後述の反応管を囲繞するように抵抗加熱ヒータ１００７を設けて構成される。
【０００４】
前記加熱炉内には、例えば石英からなる上端が閉じている外管１００３ａと、この外管１００３ａ内に同心状に設置された例えば石英からなる内管１００３ｂとを備えた２重管構造の反応管であるいわゆるプロセスチューブが配設されている。そしてこの反応管は、被処理体であるウェハを処理する処理雰囲気を形成するため、気密に保持されるようになっている。
【０００５】
前記反応管の外管１００３ａ及び内管１００３ｂは、各々その下端にてステンレス等からなる管状のマニホールド１０１３に保持されており、このマニホールド１０１３の下端開口部には、当該開口を気密に封止するための反応管下部蓋体１００４が開閉自在に設けられている。
【０００６】
前記反応管下部蓋体１００４の中心部には、例えば磁性流体シール１０１５により気密な状態で回転可能な回転軸８１４が挿通されており、回転軸１０１４の下端は昇降機構１０１６の回転機構に接続されると共に、上端はターンテーブル１０１７に固定されている。前記ターンテーブル１０１７の上方側には、保温筒１０１２を介して被処理体保持具である例えば石英製の被処理基板支持部材であるウエハボート１００８が搭載されており、このウエハボート１００８に複数枚の被処理基板であるシリコンウェハＷが整列載置されている。
【０００７】
前記マニホールド１０１３の下部側面には、ウェハ処理用のガスを反応管内管１００３ｂ内に導入するための単数もしくは複数のガス導入管１００５が水平に挿設されており、このガス導入管１００５は図示しないマスフローコントローラを介して図示しないガス供給源に接続されている。
【０００８】
また前記マニホールド１０１３の上部側面には、反応管外管１００３ａと反応管内管１００３ｂとの間隙から処理ガスを排出して反応管内を所定の減圧雰囲気に設定するために、図示しない真空ポンプに連結された排気管１００６が接続されている。
【０００９】
ところで、近年、特に半導体製造装置のスループットを上げることが求められており、さまざまな改善がなされている。
上記熱処理工程において、半導体ウェハ表面の膜質に影響を及ぼすことなく工程のスループットを上げるためには、予備加熱工程、および冷却工程の時間を短縮することが最も実現性の高い方法である。そして、これらの工程でその時間を短縮するためには、加熱、冷却時間を短縮する必要があり、そのためには、加熱炉内の部材の熱容量を減少させ、昇温、降温を速やかに行えるようにすることが必要である。
ところで、従来の上記熱処理装置においては、反応管が二重管からなっているため、熱容量が大きく、急速加熱および急速冷却には向かない構造であった。
また、この構造の反応管においては、加熱を均一に行うことが困難で、被処理基板であるシリコンウェハの面内温度均一性に改善の余地があった。
さらに、この反応管内に導入される反応ガスが、未反応のまま比較的温度の低い反応管内管１００３ｂの天井部に達すると、未反応ガスが反応管内管天井部に析出固化し、パーティクル発生の原因となるおそれがあった。
そのため、このような従来の熱処理装置は、最近の半導体熱処理装置のスループット向上や、被処理基板の加熱温度の均一化、およびパーティクル汚染の防止の要請には十分応じられないという問題があった。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−２１０６３１号公報
【特許文献２】
特開２００１−１５６００５号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術のこのような問題点を解消すべくなされたもので、熱容量が小さく、急速昇温、急速降温に適した熱処理装置であって、シリコンウェハのような被処理体への加熱の不均一性を改善した熱処理装置を実現することを目的としている。
さらに本発明の他の目的は、半導体製造装置などの熱処理装置において、温度管理が容易で、かつ、パーティクルの発生を効果的に防止することができる熱処理装置を実現することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
第１の本発明は、上端が開口している加熱炉本体と、上端部が内部雰囲気を排気するための排気手段に接続される単一の管からなる反応管と、該反応管内部を気密に保持するための反応管下部蓋体と、該反応管内に収容される被処理基板支持部材により担持される被処理基板を加熱するための加熱手段を少なくとも備えた熱処理装置において、
該加熱手段が、前記反応管の周囲に配置されている第１の加熱手段と、前記反応管の上端狭径部周囲に配置されている第２の加熱手段と、前記反応管の直胴部周辺上部に配置されている第３の加熱手段と、前記反応管の直胴部周辺下部に配置されている第４の加熱手段と、前記被処理基板を載置している支持部材の下部に配置されている第５の加熱手段を少なくとも備えていることを特徴とする熱処理装置である。
【００１３】
前記第１の本発明において、前記反応管を囲繞するようにその周囲に配置されている前記第１の加熱手段は、複数の線状発熱素子、または線状発熱素子をＵ字状に屈曲させた複数の発熱素子を前記反応管の長手方向に平行に配置したものとすることができる。また、前記反応管の上端狭径部周囲に配置されている前記第２の加熱手段は、線状発熱素子をスパイラル状に捲回したものとすることができる。また、前記反応管の直胴部上部に配置されている前記第３の加熱手段は、線状発熱素子をつづら折り状に屈曲したものあるいはスパイラル状に捲回したものとすることができる。また、前記反応管の直胴部下部に配置されている前記第４の加熱手段は、線状発熱素子を、長手方向断面が扁平スパイラル状に捲回したものあるいはつづら折り状に屈曲したものとすることができる。また、前記被処理基板を支持する前記支持部材の下部に配置されている第５の加熱手段は、面状発熱体、または、線状発熱素子を前記被処理基板支持部材底板に平行する平面内に配置した発熱体、あるいは、発熱素子を前記支持部材の下部平面に沿って配置した複数の発熱体からなるものとすることができる。
【００１４】
前記第１の本発明において、前記線状発熱素子は、抵抗発熱体をセラミック中空管状体中に封入して構成されたものとすることができる。さらに、前記面状発熱体が、抵抗発熱体をセラミック中空板状体の中に封入して構成されたものとすることができる。前記セラミックが、石英であることが好ましい。これによって、熱処理装置内に発熱素子材料に起因する不純物汚染をもたらすことなく加熱処理を行うことができる。
【００１５】
また、前記第１の本発明において、複数の前記第２の加熱手段の内の少なくとも１つは、水平方向に移動可能に支持することが好ましい。これは、本発明の熱処理装置において、組み立てあるいはメインテナンスのために、前記加熱炉内に前記反応管を収容もしくは撤去する際に、前記反応管の直胴部と排気ガス排出口との間に位置している上記第２の加熱手段が支障となるため、これを移動可能とすることによって、熱処理装置の分解・組み立てを容易にするためである。
【００１６】
第２の本発明は、上端が開口している加熱炉本体と、上端部が内部雰囲気を排気するための排気手段に接続される単一の管からなる反応管と、該反応管内部を気密に保持するための反応管下部蓋体と、該反応管内に収容される被処理基板支持部材により担持される被処理基板を加熱するための加熱手段を少なくとも備えた熱処理装置において、
前記被処理基板支持部材が、天板と、底板と、該天板および該底板間を固着結合し、かつ被処理基板が担持されるように溝部が形成されている複数の支柱とを備え、該被処理基板支持部材の底板中央部にこの被処理基板支持部材を支持するための柱状体が固着されていることを特徴とする熱処理装置である。
【００１７】
前記第２の本発明において、前記被処理基板支持部材を支持するための柱状体が、石英からなる中空の管とすることができる。これによって、製作が容易で、かつ、熱伝導の少ない被処理基板支持部材を得ることができる。この柱状体材料として石英を採用したのは、不純物汚染が少ないこと、および加工が容易であることの理由による。
【００１８】
第３の本発明は、上端が開口している加熱炉本体と、上端部が内部雰囲気を排気するための排気手段に接続される単一の管からなる反応管と、該反応管内部を気密に保持するための反応管下部蓋体と、該反応管内に収容される被処理基板支持部材により担持される被処理基板を加熱するための加熱手段を少なくとも備えた熱処理装置において、
該熱処理装置が、複数の温度測定素子をセラミック中空管状体中に封止した温度測定手段を更に備えたものであることを特徴とする熱処理装置である。
【００１９】
前記第３の本発明において、前記セラミック中空管状体は、石英チューブで形成することが好ましい。これによって温度測定素子に起因する不純物汚染を回避することができる。また、前記温度測定手段が、前記加熱手段が配置されている付近の温度を測定できるように、加熱手段の近辺に配置されていることが好ましい。
【００２０】
前記第３の本発明において、前記温度測定手段としては、前記反応管下部蓋体から該反応管内部に挿入され回転自在に上部に向かって延設された中空管状体中に封入された複数の温度測定素子からなるものであり、該中空管状体の長手方向の中間位置において主軸から垂直に枝分かれした分枝部を有し、該中空管状体の分枝部内部に温度測定素子が配置されているものとすることができる。前記中空管状体は、前記反応管下部蓋体に回転自在、かつ、着脱自在に支承されていることが好ましい。さらに、前記中空管状体が、その上端部において被処理基板支持部材の天板に着脱自在に固定支持されるように構成することが好ましい。これによって、熱処理装置の組み立て時、立ち上げ時、あるいは定常稼働時のような状況に適合した前記温度測定手段の配置とすることが可能になる。
【００２１】
また、前記第３の本発明において、該温度測定手段としては、内部に温度測定素子を内蔵した中空管状体であり、該中空管状体が、前記反応管下部フランジから前記反応管壁面に沿って上方に延設され、該反応管の上部付近で該反応管の中心部に向かって屈曲しているものとすることができる。前記中空管状体に内蔵される前記温度測定素子は、被処理基板支持部材に載置されている多数の被処理基板の上部位置、中間位置、および下部位置の温度を測定するようにその近辺の少なくとも３カ所に配置することが好ましい。
【００２２】
また、前記第３の本発明において、前記温度測定手段としては、前記加熱炉本体と前記反応管とで形成される間隙に配置された中空管状体であって、該中空管状体内部に複数の温度測定素子が配置されているものとすることができる。この温度測定手段においても、前記被処理基板支持部材に載置されている多数の被処理基板の上部位置、中間位置、および下部位置の温度を測定するようにその近辺の少なくとも３カ所に配置することが好ましい。
【００２３】
また、前記第３の本発明において、前記温度測定手段として、内部に温度測定素子を内蔵した中空管状体であり、該中空管状体が、前記反応管下部フランジから前記反応管壁面に沿って上方に延設され、該反応管の上部付近で該反応管の中心部に向かって屈曲している第２の温度測定手段と、前記加熱炉本体と前記反応管とで形成される間隙に配置された中空管状体であって、該中空管状体内部に複数の温度測定素子を有する第３の温度測定手段の２つを備えたものとすることが好ましい。これによって、本発明の熱処理装置を定常的に運用する際に精度および確度の高い熱処理装置内の温度測定を行うことができる。
また、前記第３の本発明において、前記温度測定手段として、前記反応管下部蓋体から挿入され回転自在に上部に向かって延設された中空管状体中に封入された複数の温度測定素子からなるものであり、該中空管状体の長手方向の中間位置において主軸から垂直に枝分かれした分枝部を有し、該中空管状体の分枝部内部に温度測定素子が配置されている第１の温度測定手段と、内部に温度測定素子を内蔵した中空管状体であり、該中空管状体が、前記反応管下部フランジから前記反応管壁面に沿って上方に延設され、該反応管の上部付近で該反応管の中心部に向かって屈曲している第２の温度測定手段と、前記加熱炉本体と前記反応管とで形成される間隙に配置された中空管状体であって、該中空管状体内部に複数の温度測定素子を有する第３の温度測定手段の３つを備えたものとすることが好ましい。これによって、特に本発明の熱処理装置の製造、あるいは立ち上げ時、もしくは、本発明の熱処理装置のメインテナンスや調整時に精度および確度の高い熱処理装置内の温度測定を行うことができる。
【００２４】
第４の本発明は、上端が開口している加熱炉本体と、上端部が内部雰囲気を排気するための排気手段に接続される単一の管からなる反応管と、該反応管内部を気密に保持するための反応管下部蓋体と、該反応管内に収容される被処理基板支持部材により担持される被処理基板を加熱するための加熱手段を少なくとも備えた熱処理装置において、
前記加熱炉本体と、前記反応管とで形成される間隙の上方および下方に配置された少なくとも２つの開孔を有し、この下方開孔から冷却用媒体を送入し、上方開孔から該冷却用媒体を排出して該反応管を冷却するようにしたことを特徴とする熱処理装置である。これによって、熱処理装置のスループットを向上させることができる。
【００２５】
第５の本発明は、上端が開口している加熱炉本体と、上端部が内部雰囲気を排気するための排気手段に接続される単一の管からなる反応管と、該反応管内部を気密に保持するための反応管下部蓋体と、該反応管内に収容される被処理基板支持部材により担持される被処理基板を加熱するための加熱手段を少なくとも備えた熱処理装置において、
該加熱手段が、前記反応管の周囲に配置されている第１の加熱手段と、前記反応管の上端狭径部周囲に配置されている第２の加熱手段と、前記反応管の直胴部周辺上部に配置されている第３の加熱手段と、前記反応管の直胴部周辺下部に配置されている第４の加熱手段と、前記被処理基板を載置している支持部材の下部に配置されている面状発熱体である第５の加熱手段とからなり、該温度測定手段が、内部に温度測定素子を内蔵した中空管状体であり、該中空管状体が、前記反応管下部フランジから前記反応管壁面に沿って上方に延設され、該反応管の上部付近で該反応管の中心部に向かって屈曲している第２の温度測定手段と、該加熱炉本体と該反応管とで形成される間隙に配置されている第３の温度測定手段を少なくとも備えたことを特徴とする熱処理装置である。
さらに、この熱処理装置において、温度測定手段として、前記反応管下部蓋体から挿入され回転自在に上部に向かって延設された中空管状体中に封入された複数の温度測定素子からなるものであり、該中空管状体の長手方向の中間位置において主軸から垂直に枝分かれした分枝部を有し、該中空管状体の分枝部内部に温度測定素子が配置されている第１の温度測定手段をさらに配置することもできる。
【００２６】
前記第６の本発明において、該排気配管接続部の周囲に温度制御手段が配置することができる。上記温度制御手段が、断熱材であるかもしくは抵抗加熱ヒータであることが好ましい。また、上記温度制御手段が、可撓性を有するものであるかもしくは予め賦形されたものとすることができる。さらに、上記排気配管接続部と上記排気配管とが、該排気配管接続部の端部に形成されたフランジと、該排気配管端部に形成されたフランジと、その間に介在されたＯリングによって気密に衝合固定されていることが好ましい。さらに上記フランジが、その内部に温度制御のための流体流通孔が形成されたものとすることができる。
【００２７】
上記したように本発明は、反応管を従来の二重管ではなく、単管にすることによって熱容量を減少させて、昇降温が迅速に行えるようにすることを可能にしている。
また、反応管の上方に延出される排気配管接続部およびこれに接続される排気配管の温度を精度よく制御できるようにすることによって、排気配管接続部および排気配管に発生しやすいパーティクルの発生を効果的に防止することができるようにするものである。さらに、排気配管接続部を屈曲させることによって、反応管の放射熱によって排気配管接続部および排気配管への熱放射を防止し、これらの温度制御を容易にすることができるようにするものである。
また、反応管から延出される排気配管接続部の頚部に温度制御手段を設けることによって、被処理体の面内の温度均一性を改善し、基板の温度不均一に起因する欠陥発生を防止するものである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明の熱処理装置の実施の形態を説明する。
【００２９】
［第１の実施の形態］
図１が、本発明の第１の実施の形態に係る熱処理装置の概略断面図である。本実施の形態の熱処理装置は、上端が開孔している加熱炉本体１と、この加熱炉本体の上部に配置され、反応管３上部から延出する反応管の狭径化部が挿通可能なように開孔を有する加熱炉蓋体２と、この加熱炉本体１の内部にその主要部が配設されている反応管３と、この反応管３の底部開口部に接してこの反応管内部を気密に保持するための反応管下部蓋体４と、この反応管３の内部に配置される被処理基板支持部材８に担持されるシリコンウェハなどの被処理基板Ｗを加熱するための加熱手段７を備えている。
以下、これら各部について詳細に説明する。
【００３０】
本実施の形態の熱処理装置において、加熱炉本体１の上端は開口しており、この加熱炉本体１上端開口部には加熱炉本体蓋体２が覆設されている。そして、反応管３上端部は、突出して排気配管接続部が形成されている。そのため、反応管３をこの加熱炉本体１内部に配設した後、この加熱炉本体蓋体２を、この排気配管接続部が貫通して、加熱炉本体１を覆設できるように、加熱炉本体蓋体２の中央部には、開口部が設けられている。このために、加熱炉本体蓋体２は、複数に分割され、これらを組み合わせて加熱炉本体蓋体２を構成することが、望ましい。
また、前記加熱炉本体１の内壁面には筒状の熱反射体が設けられていることが望ましい。この熱反射体は例えばアルミニウムからなり、内面が鏡面として形成されていて後述の加熱手段からの輻射熱の放熱を抑えている。この熱反射体の内部には冷媒流路である例えば冷却水路がコイル状に形成されている。なお冷媒流路としては細い水路の代りに広い部屋として形成するようにしてもよい。
【００３１】
（反応管）
上記加熱炉本体内に配置されている上記反応管３は、石英ガラスや炭化ケイ素などのセラミックからなる単管式の反応管であり、その構造は、底部開口部から、被処理基板支持部材を囲繞する反応管直胴部３ａを経て、上端部で径が細くなって狭径化部３ｂを形成し、その上部でおおよそ９０°屈曲して屈曲部３ｃを形成性し、さらに前記反応管３の直径方向に延出して、反応ガスなどを排出するための排気ガス排出口６となっている。また、該反応管の下部には、反応管下部フランジ３ｄが反応管下部蓋体との気密性を確保するように形成されている。そして、この反応管下部フランジ３ｄには、少なくとも１本の反応ガス導入管５が配設されており、この反応ガス導入管５から半導体ウェハなどの被処理基板処理用の反応ガスが供給されるようになっている。
【００３２】
また、この反応管３下部には、ステンレススチールなどでできているマニホールドを配設することもできる。この場合、反応管３下部開孔面と、このマニホールドとはＯリングなどの手段で気密に接続する。また、上記反応ガス導入管は、このマニホールドの側面に挿設することもできる。また、マニホールド下部には、Ｏリングを介して反応管下部蓋体４を接続して、反応管内を気密に保持することができる。
【００３３】
（被処理基板支持部材）
この反応管３の内部には、複数、例えば１２６枚程度の半導体ウェハなどの被処理基板Ｗを垂直方向に等ピッチで配列保持する石英などのセラミックス製のウェハボートなどと呼ばれている被処理基板支持部材８が配置されている。このウェハボートは、天板８ａ、底板８ｃ、およびこの天板８ａと底板８ｃとを固着接合するための複数の支柱８ｂと、この底板の中央部に固着された支持体８ｄとからなっている。そして、この支柱８ｂには、被処理基板を水平に保持するための溝が形成されており、この溝に被処理基板Ｗの周縁部が支承されるようになっている。
そして、この支持体８ｄが、回転駆動装置１０の回転軸に、反応管下部蓋体４の中央部に配設された磁性流体シールのようなシーリング装置１１を貫通して接続され、この被処理基板支持部材８が、熱処理工程において回転運動できるようになっている。
また、この被処理基板支持部材８、反応管下部蓋体４、シーリング装置１１、回転駆動装置１０が、図示しない上下に昇降自在な昇降機構に接続され、被処理基板支持部材８を反応管３から外部に取り出すことができるようになっており、この位置において、被処理基板支持部材８に、被処理基板Ｗを移載可能になっている。
【００３４】
（加熱手段）
前記加熱手段７は、前記反応管３の直胴部３ａの周囲に配置される第１の加熱手段７ａと、前記反応管３の狭径化部３ｂ周囲に配置される第２の加熱手段７ｂと、前記反応管３の直胴部上部に配置される第３の加熱手段７ｃと、前記反応管３の直胴部下部に配置される加熱手段７ｄと、前記反応管３内部の被処理基板支持部材８の下部に配置される第５の加熱手段からなっている。以下各加熱手段について詳述する。
【００３５】
（加熱手段１）
第１の加熱手段は、線状発熱素子７ａを前記反応管３の直胴部３ａを囲繞するようにその周囲に前記反応管３の長手方向に沿って複数本配置したもので、具体的には、数センチオーダの間隔で、多数配置されている。この線状発熱素子７ａは、前記反応管３の長手方向に直線上に配置しても良いし、Ｕ字状に屈曲させた線状発熱素子を複数、前記反応管３を囲繞するように配置しても良い。
この線状発熱素子７ａは、高純度の線状の可撓性のある抵抗発熱体、例えば線径１０μｍ前後のカーボンファイバの束を複数用いて編み込むことによって形成されカーボンワイヤを、直管状の石英チューブのような外径十数ｍｍのセラミックチューブ内に配置し、セラミックチューブの端部を、外部への電力供給用の端子が接続できるように封止して構成したものである。
このような線状発熱素子は、熱容量が小さいため、動的な温度特性に優れており、急速昇降温が可能でかつその制御も容易であるという特徴を有している。
【００３６】
この第１の加熱手段は、図示しない制御装置によって制御されて電力が供給され、駆動される。この際に、この第１の加熱手段のすべてに同一の電力を供給して制御しても良いし、この第１の加熱手段を複数のグループに分け、それぞれのグループに異なる電力を供給して複数のグループに分けて発熱量を制御することもできる。
また、これらの複数の第１の加熱手段を直列に接続し、電源装置に接続して駆動しても良いし、並列に接続して駆動しても良い。
【００３７】
（加熱手段２）
第２の加熱手段は、図１において、符号７ｂで示される部材である。この第２の加熱手段は、反応管３の直胴部３ａ上部の狭径化部３ｂの周囲に配置されており、その構造は、図２に見られるように、線状発熱素子をスパイラル状に捲回した構造とすることができる。これによって、単位体積あたりの発熱量を上昇させることができる。
【００３８】
この第２の加熱手段７ｂは、前記反応管３の狭径化部３ｂの周囲に複数本本配置され、被処理基板支持部材８の最上位に位置している被処理基板Ｗの中心部を加熱するようになっている。この被処理基板支持部材８の最上位に位置する被処理基板Ｗの中心部上部は、反応管３内のガスが排気される排気ガス排出口６に近く、また、前記第１の加熱手段７ａから最も遠い部分に位置しており、温度低下が発生しやすい場所となっている。そこで、このスパイラル状の加熱手段７ｂを配置して、この被処理基板支持部材８の最上位に位置する被処理基板Ｗの中心部を加熱して、被処理基板の面内温度の不均一性を解消しようとするものである。そして、このスパイラル状発熱素子に接続されている端子は、加熱炉本体１から取り出されて、図示しない制御装置からの電力供給で加熱できるようになっている。
【００３９】
このスパイラル状加熱素子７ｂは、上記第１の加熱手段の線状発熱素子と同様に、例えば、石英のような電気絶縁性及び耐熱性を有する材料でチューブ状に成形され、その内部に抵抗発熱体であるカーボンワイヤが配置されている。これらの材質は、石英あるいはカーボンに限定されず同等の機能を有する材料を用いることが可能である。
このスパイラル状加熱素子は、反応管３の狭径化部３ｂの周囲に４つ配置することが好ましく、その内の少なくとも１つは、水平方向に移動可能となっており、この熱処理装置の組み立てあるいはメインテナンスなどの分解時の作業に支障が生じないようにすることが望ましい。
【００４０】
（加熱手段３）
この第３の加熱手段は、図１において、符号７ｃで示される部材である。この加熱手段は、前記反応管３直胴部３ａの上部に、これを囲繞するように複数配置されており、その形状は、図３に示すように、線状発熱素子をつづら折り状に屈曲させた形状、または、図２に示すようにスパイラル状に捲回した形状とすることができる。図３において、３１が、線状発熱素子であり、その端部に、２つの電力供給端子３２が接続されている。この第３の加熱手段は、上記第１および第２の加熱手段の線状発熱素子と同様、石英チューブに収容されたカーボンワイヤヒータで構成したものが好ましい。
この第３の加熱手段を配置することによって、反応管３の上部における加熱の均一性を改善することができる。
【００４１】
（加熱手段４）
この第４の加熱手段は、図１において、符号７ｄで示される部材である。この加熱手段は、前記反応管３の直胴部３ａの下部にこれを囲繞するように複数配置されており、その形状は、図４に示すように、上記第１ないし第３加熱手段で説明した線状発熱素子と同様の線状加熱素子を扁平スパイラル状に捲回したもの、または、図３に示すようにつづら折り状に屈曲させたものとすることができる。この第３の加熱手段を配置することによって、反応管３下部から熱が散逸し、被処理基板支持部材８の最下部に位置している被処理基板Ｗの温度の低下を防止するものである。従って、この加熱手段７ｄは、前記被処理基板支持部材８の底板より下部に配置することが好ましい。
この形状や、配置数については、反応管内の熱計算に基づいて適宜設計することができる。
【００４２】
（加熱手段５）
第５の加熱手段は、図１において、符号７ｅで示される部材である。この加熱手段は、前記反応管３内に配置されている被処理基板支持部材８の下部底板から、下方に向かって熱が散逸し被処理基板支持部材８の下部において温度低下が生ずるのを防止するため、配置されるものである。そのためにこの第５の加熱手段７ｅは、円盤状の面状発熱体、あるいは発熱素子を被処理基板支持部材底部平面に沿って配置した複数の発熱体からなるものであり、その中央部には開口部を有しており、その内部に上記被処理基板支持部材８を支持する柱状体８ｄが挿通されるようになっている。
【００４３】
この第５の加熱手段である面状発熱体は、例えば膜状抵抗発熱体を円盤状に形成したものであっても良いし、線状抵抗発熱体を平面上に密に配置してあたかも平面が均一に発熱するようにしたものであっても良い。線状抵抗発熱体を用いる場合には、金属不純物の少ない線状の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、この例では例えば厚さ８ｍｍ程度の石英製の円板状体（石英プレート）中に高純度の炭素素材よりなるカーボンワイヤなどの発熱線を渦巻状、あるいはつづら折り状に配置して構成することができる。また互に隣り合う発熱線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発熱線が配線されることになる。面状発熱体は、保温効果を大きくするために被処理基板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、上記複数の発熱体を用いて第５の加熱手段とする場合には、ブロック状発熱体などのような任意の形状の発熱体を被処理基板支持部材底部平面に沿って複数の発熱体を、加熱した温度が均一になるように配置することによって実現することができる。
【００４４】
上記面上発熱体を用いる場合には、面状発熱体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が設けられ、これら支柱は反応管下部蓋体に固定されている。
そして３本の支柱のうちの１本の支柱は管状体により構成されており、ヒータ線の両端部が例えば面状発熱体の周縁部の一ヶ所に寄せられ、このヒータ線に接続された一対の給電路部材、例えば前記ヒータ線と同じ材質の給電線を細い石英管の中に通し、更にこの石英管を管状体（支柱）の中を通すことにより、前記給電線が蓋体の外に配線されている。従ってこの給電線に外部の電源部を接続することによりヒータ線が発熱することになる。なお残りの２本の支柱は管状体であってもロッド体であってもよく、蓋体の上面に支持される。
【００４５】
また、上記面状発熱体である第５の加熱手段の下部には、間隙を介してこの面状発熱体７ｅと平行して、これも中央に開口部を有する熱反射体１２を配置することが好ましい。この熱反射体１２は、上記面状発熱体が発する熱を反射して下方に散逸しないようにしている。また、この熱反射体は、１枚であっても良いし複数枚であっても良い。面状発熱体とこの熱反射体は、ほぼ同形状とすることが好ましい。この面状発熱体と熱反射体とは、図１に見られるように反応管下部蓋体４に固着されている。
この熱反射体は、例えば、不透明石英や、炭化珪素などで構成することができる。
【００４６】
上記本実施の形態における５種の加熱手段は、それぞれの発熱量を制御して、反応管内の温度分布を均一化するために、図示しない制御装置によって個別に制御され適切な電力供給がなされるようになっている。
【００４７】
上述の加熱手段によれば、温度管理が容易で、かつ、パーティクルの発生を効果的に防止することができるのみならず、熱容量が小さいため、急速昇温、急速降温に適しており、シリコンウェハのような被処理体への加熱の不均一性を格段に改善することができる。
【００４８】
本実施の形態においては、５種類の加熱手段によって反応管内に配置される被処理基板Ｗの加熱を行うことを示したが、これらは、協同して被処理基板Ｗの面内温度分布を可能な限り均一にするために採用されているもので、さらに加熱炉本体内の容積による制限が許す限り他の加熱手段を併用することは差し支えない。
【００４９】
［第２の実施の形態］
本実施の形態は、前述の第１の実施の形態の熱処理装置に加えて、被処理基板の熱処理温度を計測するために、温度測定手段を設けるものである。この温度測定手段を設けた熱処理装置の概略を図５に示す。図５に見られるように、この実施の形態においては、３つの温度測定手段を配設する例を示す。図５において、図１と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
以下、本実施の形態において特徴的な温度測定手段を中心に説明する。
【００５０】
（第１の温度測定手段）
図５の９ａが、第１の温度測定手段である。この温度測定手段は、直線状の中空管状体からなる主軸部と、その中空管状体主軸部の中間位置において、この中空管状体に垂直方向に中空管状体が枝分かれして分枝部を形成する構造をしている。そして、この中空管状体の内部、すなわち、分枝部に熱電対のような公知の温度計測素子が封入されている。この温度計測素子は、複数の位置の温度を同時に測定できるように複数の素子が封入されていることが好ましい。この中空管状体は、例えば炭化珪素や石英チューブのようなセラミック中空体から形成されている。
【００５１】
この温度測定手段９ａは、反応管下部蓋体４の平面に垂直に配置されており、この平面に垂直な軸を中心として回転できるように反応管下部蓋体４に形成された気密を維持するようになっている開孔に挿入されている。すなわち、反応管３内を上部から見た断面図である図６に見られるように、温度測定手段９ａの分枝部は、
その先端部が被処理体基板支持部材の天板８ａの中心部付近に位置する配置（位置Ａ）と、その先端部が、被処理体基板支持部材の天板の外部に位置する配置（位置Ｂ）の間で回転可能となっている。そして、この温度測定手段が位置Ａに配置されている際に、この温度測定手段９ａの分枝部に複数配置されている温度測定素子によって被処理基板の表面複数の位置の温度を測定することができ、面内温度分布を観測できる。また、この温度測定手段の分枝部を、Ｂの位置に移動させることによって、被処理基板の周縁部の温度を計測することができるようになっている。
【００５２】
この温度測定手段において、主軸部から枝分かれする分枝部を、複数備えることが温度測定の精度向上のためには好ましく、少なくとも、複数枚配置されている被処理基板Ｗの上部間隙、中間間隙および下部間隙の３カ所に配置することが望ましい。
【００５３】
また、この温度測定手段９ａは、反応管下部蓋体４に形成された開孔から反応管内部に脱着自在に配設されている。これは、この熱処理装置の立ち上げ時に、熱処理装置の加熱特性を評価する際に、被加熱対である被処理基板の表面温度を測定する必要があり、このために主としてこの温度測定手段９ａが用いられ、定常的な熱処理装置稼働時には、この温度測定手段を用いる必要性が少ないことから、定常的な熱処理装置稼働時に、この温度測定手段を、熱処理工程の障害にならないように熱処理装置外に取り出すことができるようにするためである。
【００５４】
さらに、前記中空管状体９ａが、その上端部において被処理基板支持部材の上端部板状体である天板８ａによって着脱自在に固着支持されるように構成することが好ましい。これによって、この中空管状体が熱処理装置稼働中に振動することなく、安定して温度測定を行うことができるようになる。
【００５５】
（第２の温度測定手段）
第２の温度測定手段は、図５において符号９ｂで示される部材である。この温度測定手段は、前記第１の温度測定手段と同様に、炭化珪素や石英チューブのようなセラミック中空体の内部に熱電対のような温度計測素子を封入したものである。この温度測定手段は、該中空管状体９ｂが、前記反応管下部フランジ３ｄから前記反応管３壁面に沿って上方に延設され、該反応管３の上部付近で該反応管３の中心部に向かって屈曲している構造とすることができる。そして、この中空管状体９ｂの複数の位置に温度計測素子を封入しておくことができる。この温度測定手段９ｂは、この熱処理装置の定常的に稼働時に作動させて、被処理基板付近の温度を計測し、熱処理装置の定常的な運転状況を把握するために主として用いられる。
【００５６】
（第３の温度測定手段）
第３の温度測定手段は、図５において、符号９ｃで示される部材である。この温度測定手段も前記温度測定手段１および２と同様にセラミック中空管状体の内部に温度計測素子を封入したものであり、加熱炉本体１と、反応管３とで形成される空隙に反応管長手方向に平行に配置される。そして、この温度測定手段９ｃの中空管状体の内部には複数の温度計測素子が配置され、精度の良い温度計測を可能にしている。この温度測定手段は、この熱処理装置の定常稼働時において作動させ、反応管周辺の温度を計測し、熱処理装置の運転状況を把握するのに使用される。
【００５７】
本実施の形態においては、前述の第１の実施の形態の装置に、さらに、温度測定手段を配置して、精度の良い温度計測を行い、熱処理装置の運転条件の把握を可能にするものである。そして、この温度測定手段によって計測された反応管３内部、特に被処理基板Ｗの温度分布の情報に基づいて、前記加熱手段の制御を行い、被処理基板Ｗの温度の均一化が図られる。
上記第２の実施の形態においては、３つの温度測定手段を示したが、これらは少なくともいずれか１つを採用することが好ましく、３つを完備することが最も好ましい。さらに、熱処理装置の稼働を妨げない範囲で、付加的な温度測定手段を配置すること可能である。
【００５８】
［第３の実施の形態］
本実施の形態は、上記第１の実施の形態の熱処理装置に加えて、反応管３を強制的に冷却するための冷却機構を備えるものである。この冷却機構を設けた熱処理装置の概略を図７に示す。図７において、図１と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
以下、本実施の形態において特徴的な冷却機構を中心に説明する。
【００５９】
この冷却機構は、図７に見られるように、加熱炉本体１の壁体下部に形成された冷却媒体供給口１３と、これに接続された図示しない冷却媒体供給装置からなる冷却媒体供給系と、前記加熱炉本体蓋体２に形成された冷却媒体排出口１４からなっている。
そして、冷却媒体供給装置から例えば冷却空気のような媒体をポンプのような圧送装置を用いて冷却媒体供給口１３から加熱炉本体１内に圧入し、反応管３を強制的に冷却するものである。この冷却媒体供給口１３は、少なくとも１つ備えていることが好ましく、更には、反応管の周囲を均一に冷却できるように複数備えていることが望ましい。
この冷却機構によって、熱処理装置の冷却時間を短縮し、熱処理装置稼働のスループットを向上させることができる。
【００６０】
［第４の実施の形態］
第４の実施の形態は、上記第１の実施の形態における熱処理装置７に加えて、上記第２の実施の形態において説明した温度測定手段８、上記第３の実施の形態において説明した冷却機構１３，１４、および、後述する反応管３上部の排気ガス排出口６と排気配管１６との接続部付近の温度を制御するための温度制御手段１５を備えた熱処理装置である。
本実施の形態の熱処理装置の概略図を、図８に示す。図８において、図１、図５、図７と同等の部材には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
以下本実施の形態において特徴的な排気ガス排出口と排気配管との接続部付近の温度制御手段を中心に本実施の形態を説明する。
【００６１】
本実施の形態の熱処理装置は、前述したように、加熱炉本体１内に、５種の加熱手段７と、３種の温度測定手段９と、冷却機構１３，１４を備えている。このような装置において、反応管３上部の狭径化部３ｂから屈曲部３ｃ、さらに排気ガス排出口６の部分は、加熱炉本体１から突出して形成されており、この部分の温度は、加熱炉本体の内部温度より低い温度となっている。そして、この領域の温度が比較的低温になると、反応管３に供給された反応ガス、あるいは、反応管において生成した生成ガスが、この領域において冷却され、これらの物質の固化析出物などが反応管３の屈曲部３ｃなどに析出し不純物膜を生成してしまう。この所望しない膜が成長すると、次第に剥離しやすくなり、熱応力などによりこれが剥離すると、剥離した析出物はパーティクルとなって、反応管３内部に落下し、シリコンウェハなどの被処理基板Ｗを汚染することになる。これを回避するために、これらの反応管３の上部領域の温度を制御しパーティクル汚染の原因となる析出物の生成を防止することが重要である。そのため本実施の形態においては、反応管３上部の領域の温度を制御する手段を設けている。
【００６２】
本発明において、排気ガス排出口６と排気配管１６との接続部に近接して配置される温度制御手段１５としては、断熱材もしくは抵抗加熱ヒータを使用することができる。特に、温度制御手段として、抵抗加熱ヒータを使用することが保温効果を上げるために好ましい。また、抵抗加熱装置によって排気配管接続部の温度を、ウェハ処理温度（プロセス温度）と同一温度とすることが好ましく、これによって反応管上部位置に設置されたウェハの温度均一性を大幅に向上させることができる。また、通常被処理基板支持部材の最上段に配置され、ウェハの温度の均一性を図っているダミーウェハを削減でき、これによって、加熱手段の高さも低くできる。
図９においては、この温度制御手段１５を複数に分割して構成した例を示しているが、これは一体化されたものであっても差し支えない。
【００６３】
この抵抗加熱装置としては不純物を含有することの少ないカーボンワイヤ製の加熱装置が好ましい。また、この加熱装置は、可撓性の加熱装置を用いて複雑な形状をしている排気配管接続部６に捲回してもよいし、この排気配管接続部６の形状に適合するように予め賦形された加熱装置を用いてもよい。
可撓性の加熱装置としては、カーボンファイバを複数本束ねて編成し、ワイヤ状に構成した加熱装置本体の両端に金属端子を取り付けたものを用いることができる。このような可撓性の加熱装置は、上記反応管上部の排気配管接続部に捲回して加熱に用いることができる。
また、予め賦形された加熱装置としては、該カーボンワイヤを所定形状に成形し、これを２枚の石英ガラス板の間に狭着し石英ガラスを加熱融着して所要形状に成形したものを用いることができる。この石英ガラスによって封止した加熱装置は、不純物汚染の可能性が極めて低いため本発明において好適に使用できる。いずれの場合においても、不純物による汚染を避けるためには、かかる温度制御手段の配設が簡単に行えるような装置設計を行うことが望ましい。
【００６４】
図８に示すように、上記排気配管接続部６の端部開口部は、前記反応管の側面方向に向かって約９０度の角度で屈曲していることが好ましい。これは、排気配管接続部と排気配管とが接続されている部分において、反応管本体より温度が低下していると、この部分で排気ガス中に残留している反応ガスや生成ガスが冷却され、固化して、不純物膜を形成し、これが剥離してパーティクルが発生しやすい。そして、この排気配管接続部９が被処理体ボートの直上部に形成されていると、この接続部分において発生したパーティクルは、直接被処理基板支持部材上に直接落下し、シリコンウェハの汚染を招くことになる。従って、たとえ排気配管接続部と排気配管との接続部分においてパーティクルが発生したとしても、直接被処理基板支持部材に落下しないように、排気配管接続部の形状を屈曲させることが望ましい。
さらに、排気配管接続部６を、屈曲させることによって、反応管を加熱している加熱手段４からの放射熱が、排気配管接続部端部および排気配管端部に形成されているフランジ１７および排気配管１６に直接照射することがないため、これらの部材の温度制御が容易になる。そのためには、排気配管接続部６の端部は、反応管の側壁面の延長線付近まで、延出していることが望ましい。
【００６５】
この排気ガス排出口６と排気配管１６との接続部には、反応管３内部の雰囲気を排気するための排気配管１６が接続されているが、この接続部の詳細を図９に示す。
すなわち、排気ガス排出口６の端部には、フランジ１７ａが形成されており、このフランジ１７ａに、排気配管１６側のフランジ１７ｂが、フッ素樹脂系などのエラストマーでできているＯリング１８を介して気密を保持するように衝合固定されている。
このエラストマーの耐熱温度は、通常高々３００℃程度であり、これより高温に加熱されると劣化を起こして気密保持性が低下すため、このエラストマーに近接する部分の温度を制御する必要がある。そのために、このフランジ１７ｂには、温度制御のための流体通路１９を形成することによって、冷却水のような温度制御用の流体を通過させ、フランジ部の温度を最適に制御できるようにすることが好ましい。また、排気配管７側のフランジ１７ｂの側壁部に沿って抵抗加熱ヒータのような温度制御手段８ｃを配置することによって、さらに温度分布を精度よく制御することができる。
【００６６】
そして、この排気ガス排出口６の端部に接続される排気配管１６には、図示しない真空ポンプ等の吸引手段が接続され、これによって反応管３内が真空引きされると共に、残存反応ガスや生成ガスなどのプロセスチューブ内の排気を行えるように構成されている。
この排気配管１６の周囲にも温度制御手段１５を配設することによって、さらに精度の高い温度制御を可能にすることができる。この温度制御手段１５としては、電気加熱ヒータが、制御が容易であることから望ましい。この排気配管１６の温度としては、１５０〜３００℃の範囲に制御される。さらに好ましい排気配管の温度は、２００℃である。これによって、反応管３からの排気が、通過しても、排気配管１６中に、不要な析出物である不純物膜を生じることなく排気を行うことができる。
この排気配管１６から排出される排気ガスは、排気配管に接続される図示しない冷却フィンなどを有するトラップによって、冷却することにより、反応管３から排気される残留反応ガスや生成ガスなどを固化して捕捉することができる。このトラップは、排気配管端部のフランジと、この排気配管に接続される真空ポンプの間に配設されることが好ましい。
【００６７】
上述のように、本実施の形態の加熱手段には、排気配管接続部６の温度を制御するための手段８ａ，８ｂ、排気配管７側のフランジ１７ｂに埋め込まれた温度制御用流体の流通孔１９、排気配管７側のフランジ１７ｂ側壁部に配置された温度制御手段８ｃ、および排気配管７に沿って配設された温度制御手段１５によって、その温度が制御され、これらの部材付近において不要な固体析出物である不純物膜が生成されることによって生じるパーティクルの発生を効果的に防止することができる。
【００６８】
以上に説明した本発明の実施の形態においては、被処理基板としてシリコンウェハの例を取って説明したが、被処理体としてはシリコンウェハに限らず、ＬＣＤ基板、ガラス基板にも適用できることはもちろんである。
【００６９】
【発明の効果】
本発明によれば、加熱処理装置において、加熱炉の熱容量が小さいため、昇降温速度が速く、スループットに優れている装置を実現することができた。さらに、加熱処理装置を構成する各部の温度制御が容易になり、パーティクル発生のおそれの少ない熱処理装置を実現することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施の形態に係る熱処理装置の概略断面図。
【図２】第１の実施の形態の熱処理装置で用いるスパイラル状発熱体を示す概略図。
【図３】第１の実施の形態の熱処理装置で用いるつづら折り状発熱体を示す概略斜視図。
【図４】第１の実施の形態の熱処理装置で用いる扁平スパイラル状発熱体を示す概略図。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る熱処理装置の概略断面図。
【図６】本発明の第２の実施の形態における温度測定素子の移動について説明するための熱処理装置の要部概略断面図。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る熱処理装置の概略断面図。
【図８】本発明の第４の実施の形態に係る熱処理装置の概略断面図。
【図９】本発明の第４の実施の形態に係る熱処理装置の要部概略断面図。
【図１０】従来の熱処理装置の概略断面図。
【符号の説明】
Ｗ・・・被処理基板
１・・・加熱炉本体
２・・・加熱炉本体蓋体
３・・・反応管
３ｄ・・・反応管下部フランジ
４・・・加熱手段
５・・・反応ガス導入口
６・・・排気ガス排気口
７・・・加熱手段
８・・・被処理基板支持部材
９・・・温度測定手段
１０・・・回転駆動装置
１１・・・シーリング装置
１２・・・熱反射体
１３・・・冷却媒体供給口
１４・・・冷却媒体排出口
１５・・・温度制御手段
１６・・・排気配管
１７・・・フランジ
１８・・・Ｏリング
１９・・・温度制御用流体流通孔
【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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