(57)【要約】【課題】  縦型加熱炉を利用してRTP法により半導体装置を製造するに際して、（１）反応管内部に配置され、予め反応温度に加熱された蓄熱板からの熱輻射によりウェーハを均一かつ急速に昇温するとともに、炉のクリーニングを簡単にする；（２）縦型炉の高さを短くする；（３）横置きされたウェーハ周辺の局部的急速昇温を防止する。【解決手段】  （１）蓄熱板７を反応管1外に配置してウェーハ８と対面させる。（２）下部のヒーター９を炉の縦方向に可動にする。（３）ウェーハ治具と一体に昇降するリング状部材２０によりウェーハ８を非接触式で囲む。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部空間を画成するとともに、垂直に延在する筒状部及び開放底部を有する反応管内に一定の距離延在する第1領域を作り出す第1の加熱手段と、第1領域よりも上方において反応管内に一定の距離延在し、第1領域よりも高温の第2領域を作り出す第2の電気抵抗加熱手段と、横置きされた１枚のウェーハを前記第１領域と第２領域の間で昇降させるとともに各領域に保持する治具とを含んでなる半導体装置の製造装置において、前記反応管の頂部でかつ反応管と第２の電気抵抗加熱手段の中間に、該反応管の肉厚より厚い蓄熱板を前記横置きされた1枚のウェーハと対面するように配置したことを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項２】
前記第1の加熱手段が実質的に前記横置きされた1枚のウェーハのみを加熱することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造装置。
【請求項３】
内部空間を画成するとともに、垂直に延在する筒状部及び開放底部を有する反応管内に一定の距離延在する第1領域を作り出す第1の加熱手段と、第1領域よりも上方において反応管内に一定の距離延在し、第1領域よりも高温の第2領域を作り出す第2の電気抵抗加熱手段と、縦置きされた１枚又は２枚のウェーハを前記第１領域と第２領域の間で昇降させるとともに各領域に保持する治具とを含んでなる半導体装置の製造装置において、前記第２領域でかつ反応管外に、該反応管の肉厚より厚い蓄熱板を前記縦置きされた１枚又は２枚のウェーハと対面するように配置したことを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項４】
内部空間を画成するとともに、垂直に延在する筒状部及び開放底部を有する反応管内に一定の距離延在する第1領域を作り出す第1の加熱手段と、第1領域よりも上方において反応管内に一定の距離延在し、第1領域よりも高温の第2領域を作り出す第2の電気抵抗加熱手段と、横置きされた１枚のウェーハを前記第１領域と第２領域の間で昇降させるとともに各領域に保持する治具とを含んでなる半導体装置の製造装置において、前記第１領域の熱容量を前記第２領域の熱容量より小さくし、かつ前記第1の加熱手段は、実質的に前記横置きされた1枚のウェーハのみを加熱するとともに、反応管の軸方向に可動であるか、あるいは独立して加熱を行いうる複数の区間に上下方向で分割されていることを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項５】
内部空間を画成するとともに、垂直に延在する筒状部及び開放底部を有する反応管内に横置きされた１枚のウェーハを昇降させるとともに保持する治具とを含んでなる半導体装置の製造装置において、前記治具は前記ウェーハを裏側から点接触方式で支持する部分とともに、該ウェーハの周縁を、非接触方式で連続的に取り囲むリング状部を有することを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項６】
内部空間を画成するとともに、垂直に延在する筒状部及び開放底部を有する反応管内に横置きされた１枚のウェーハを昇降させるとともに保持する治具とを含んでなる半導体装置の製造装置において、前記治具は前記ウェーハを裏側から点接触方式で支持する部分と、該ウェーハの周縁を、ウェーハ出し入れ治具進退部を除く部分で連続的に取り囲む非接触式リングとを有することを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項７】
一定の距離延在する第1領域を作り出す第1の加熱手段と、第1領域よりも上方において反応管内に一定の距離延在し、第1領域よりも高温の第2領域を作り出す第2の電気抵抗加熱手段とを有することを特徴とする請求項５又は６記載の半導体装置の製造装置。
【請求項８】
内部空間を画成するとともに、垂直に延在する筒状部及び開放底部を有する反応管内に一定の距離延在しかつ第1の加熱手段により加熱された第1領域において横置きされた1枚のウェーハを加熱し、次に、第1領域よりも上方において反応管内に一定の距離延在し、第2の電気抵抗加熱手段により作られた、第1領域よりも高温の第2領域に前記横置きされた１枚のウェーハを上昇させ、その後前記横置きされた1枚のウェーハを第２領域から第１領域に下降させる半導体装置の製造方法において、前記反応管の頂部でかつ反応管と第２の電気抵抗加熱手段の中間に配置された、該反応管の肉厚より厚い蓄熱板に、前記横置きされた1枚のウェーハと対面させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記第1の加熱手段が実質的に前記1枚のウェーハのみを加熱することを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
内部空間を画成するとともに、垂直に延在する筒状部及び開放底部を有する反応管内に、第1の加熱手段により作り出される一定の距離延在する第1において縦置きされた１枚又は２枚のウェーハを加熱し、次に、第1領域よりも上方において反応管内に一定の距離延在し、第2の電気抵抗加熱手段により作り出された、第1領域よりも高温の第2領域に前記縦置きされた１枚又は２枚のウェーハを上昇させ、その後前記縦置きされた1枚又は2枚のウェーハを第２領域から第１領域に下降させる半導体装置の製造方法において、前記第２領域でかつ反応管外に配置された、該反応管の肉厚より厚い蓄熱板に、前記１枚又は２枚のウェーハを対面させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
内部空間を画成するとともに、垂直に延在する筒状部及び開放底部を有する反応管内に横置きされた１枚のウェーハを裏側から点接触方式で支持する治具によりウェーハを昇降させる半導体装置の製造方法において、前記横置きされた1枚のウェーハを連続的に取り囲む非接触式リングを有する治具によりウェーハを昇降することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
内部空間を画成するとともに、垂直に延在する筒状部及び開放底部を有する反応管内に横置きされた1枚のウェーハを裏側から点接触方式で支持する治具によりウェーハを昇降させる半導体装置の製造方法において、前記横置きされた1枚のウェーハを、ウェーハ出し入れ治具の進退部を除く部分で連続的に取り囲む治具によりウェーハを昇降することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記反応管内において、一定距離延在しかつ第1の加熱手段により加熱された第1領域と、第1領域よりも上方において一定距離延在し、第2の電気抵抗加熱手段により第1領域よりも高温の第2領域との間を、前記横置きされた1枚のウェーハを昇降することを特徴とする請求項11又は12に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造装置及び製造方法に関するものである。Si半導体装置においては、ポリSi膜の低温CVD、Cu配線などの処理が行われる。低温CVD膜は膜質が劣るのでその改良のためのアニールが必要であり、またCu配線はバルクのSi半導体とのコンタクトをとるためのアニールが必要である。これらのアニールをホットチャンバ(hot chamber)を利用したRTP（Rapid Thermal Processing）手段を用いた加熱により行う場合に本発明は適している。さらに、本発明は、ガラス基板を使用する液晶ディスプレイデバイス、有機ELデバイスなどのSi駆動素子を、RTP手段を用いた加熱方法を用いて製造するのに適している。特に本発明は0.13mｍ以下のパターンルールが適用される単結晶Siデバイス、2.0μmのパターンルールが適用されるポリSiデバイスなどの高密度集積半導体装置の製造に適している。
【背景技術】
【０００２】
上記したホットチャンバー式縦型炉は特許文献１（米国特許第5,445,676号）に開示されており、１又は２以上の上部高温領域及び１又は２以上の下部低温領域並びにこれらの中間に位置する温度勾配領域を形成した縦型炉を用いて、低温領域では予熱を行ない、その後の高温領域での転位発生を防止するとともに、例えばTiのシンターによりTiSi2生成を高温領域で行なっている。この出願以降のデバイス微細化の進展により、TiSi2は順次 CoSix, NiSixに置き代えられつつある。この特許文献１カラム７、第３０〜４５行に記載される各種処理は本発明においても行うことができる。
【０００３】
特許文献１においては、高温領域は８００℃以上、例えば950-1000℃であり、低温領域は例えば650-700℃である。高温領域と低温領域の中間領域の温度勾配を急峻にして、炉の高さを短くするために、中間領域の炉体に断熱材を配置しない、一重管の中間領域から排気を行う、二重管構造の内管上端の位置を中間領域に設定して中間位置から排気を行なうなどにより吸熱効率を上げている。しかしながら、上記温度条件下の中間領域では輻射による伝熱が支配的であるので、炉の高さを顕著には短くすることはできない。
【０００４】
特許文献２（米国特許第6,159,873号）においては、例えば12インチなど大口径SiウェーハをRTPする際の温度分布均一性を改良するために、縦型反応管内においてウェーハと対面するように蓄熱板を配置することを提案する。蓄熱板はウェーハとほぼ同一形状のポリSi板などであり、ヒータにより予め反応温度に加熱されており、Siウェーハが蓄熱板の近傍に移動し、もしくは2枚の蓄熱板の中間に挿入され蓄熱板とウェーハが対面した時に、あるいは蓄熱板を接触した際に蓄熱板からSiウェーハへの放熱が起こってSiウェーハが急速に昇温される。特許文献２で提案された蓄熱板は反応管内に配置されているために、管内の構造が複雑になり、また蓄熱板を洗浄する際の手間がかかるという問題がある。
【０００５】
ウェーハを縦型炉内で保持しかつ昇降させる治具は、熱容量が小さくなるように設計されており、特許文献２ではウェーハの裏側を点接触方式で支持する突起で構成される（特許文献２の図１２参照）か、あるいは、この方式の支持の他にウェーハの周縁を保持する部分を有している。何れの接触方式でも接触箇所は少なくし、かつウェーハ出し入れのためのロボットアームと干渉しないように保持部の構造と位置が定められている。
従来のウェーハ支持方式では特に大口径ウェーハについて、昇温初期に周縁部の温度が中心部より上昇し、その後時間経過とともに温度差が縮小する傾向が見出された。また、この傾向に伴い大口径ウェーハでは、周辺部にスリップラインなどの転位が発生して欠陥となった。
【０００６】
上部高温部の加熱炉と下部低温部の加熱炉を分離し、中間に断熱材からなるシャッターを進退自在に配置することにより炉全体の高さを低くすることは特許文献３（米国特許第５６４３８３９号）で提案されている。この構造は輻射熱の遮断にも有効であるが、シャッターを退避させ、上部炉の下部が外気にさらされた際の放熱が大きいという問題がある。
【０００７】
RTPを行なう縦型加熱炉の床占有面積(foot print)を少なくするために、１枚又は２枚のウェーハを縦置き配置するとともに、反応管、加熱炉体、ヒーターなどの横断面形状を従来の円形から、ウェーハ面に対向する箇所では平坦形状にし、ウェーハ端では円形形状に変形することが特許文献４（特開２００２−１１０６８６号公報）で提案されている。さらに、横置きウェーハ支持方式として、ウェーハ裏側を点接触方式で支持する突起を中空状にしてガスをウェーハに向かって流してウェーハと支持部との焼結を防止することが提案されている（特許文献４の図１１〜１３参照）。上記した突起を保持する枠もガスを流す中空構造になっている。
【０００８】
特許文献５（特開平８−４５８６１号公報）によると、特許文献１で開示されたホットチャンバー式縦型炉の低温領域でウェーハを保持した後、高温領域にウェーハを移動させ、ウェーハがこの領域の温度に昇温する前にウェーハを下降させるいわゆるスパイク処理が提案されている。さらに、使用されているウェーハ治具は昇降格から60°間隔で斜め上方に分岐した6本のアームと、この途中から直立しているウェーハ支持針部と、6本のアーム先端をウェーハ面より僅かに上方まで直立させた先端部とを有している。
【０００９】
特許文献６（米国特許第５９００１７７号明細書）により提案された縦型RTP炉においては、炉のヒーターを上下で数段のゾーンに分割して、ヒーターの温度制御を行なうこと；治具のウェーハ支持部の温度を検出してウェーハの昇降を制御することを提案している。
【特許文献１】米国特許第5,445,676号明細書
【特許文献２】米国特許第6,159,873号明細書
【特許文献３】米国特許第５６４３８３９号明細書
【特許文献４】特開２００２−１１０６８６号公報
【特許文献５】特開平８−４５８６１号公報明細書
【特許文献６】米国特許第５９００１７７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１で提案された縦型炉においては、上部高温領域と下部低温領域の中間から排気するなどの対策により、加熱炉全体の高さを低くすることが提案されているが、８００〜１０００℃の高温では輻射が支配的であるために、上記した対策の有効性は大きくはない。一方特許文献３で提案されたシャッターは特許文献１で提案された対策よりも有効であるが、炉の構造が複雑になる難点がある。特許文献６で提案された縦型炉では、炉自体の構造は通常の主として断熱材からなる縦型炉であるから、温度制御により作り出される温度勾配は、炉の熱容量により影響され、大きくはできず、したがって炉の高さを短くすることはできない。
【００１１】
特許文献２で提案された縦型炉においては、横置きウェーハを枝葉処理する場合は、石英反応管内側の頂部に配置された蓄熱板にウェーハが接近したときに蓄熱板の効果が現れる。このように反応管内に配置された蓄熱板は反応ガスなどにより汚染されることがあり、汚染が起こった場合は蓄熱板を石英反応管から取出して、洗浄する必要が生じ、加熱炉の稼動率が低下する。
【００１２】
従来ホットチャンバー式縦型炉で加熱されるウェーハは周縁部の温度が高くなる傾向がある。この傾向は特許文献２で提案された蓄熱板の使用により抑えられるが、大口径ウェーハでは蓄熱板によっても、極外側の周縁部の温度が中心部より高くなり、ウェーハ周縁にスリップラインが発生することは避けられない。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第一の装置（第１発明装置）は、蓄熱板を使用する例えば特許文献２の半導体装置の製造装置の構造を簡単にして同等の効果を達成することを目的とするものであって、内部空間を画成するとともに、垂直に延在する筒状部及び開放底部を有する反応管内に一定の距離延在する第1領域を作り出す第1の加熱手段と、第1領域よりも上方において反応管内に一定の距離延在し、第1領域よりも高温の第2領域を作り出す第2の電気抵抗加熱手段と、横置きされた１枚のウェーハを第１領域と第２領域の間で昇降させるとともに各領域に保持する治具とを含んでなる半導体装置の製造装置において、反応管の頂部でかつ反応管と第２の電気抵抗加熱手段の中間に、該反応管の肉厚より厚い蓄熱板を前記ウェーハと対面するように配置したことを特徴とする。
【００１４】
本発明の第一の方法（第1発明方法）は、蓄熱板がもつ顕熱をウェーハに輻射してウェーハを急速に均一加熱する例えば特許文献２で開示された方法において、加熱炉のクリーニングを簡単にすることを目的としており、内部空間を画成するとともに、垂直に延在する筒状部及び開放底部を有する反応管内に一定の距離延在しかつ第1の加熱手段により加熱された第1領域において横置きされた1枚のウェーハを加熱し、次に、第1領域よりも上方において反応管内に一定の距離延在し、第2の電気抵抗加熱手段により第1領域よりも高温の第2領域に前記１枚のウェーハを上昇させ、その後前記1枚のウェーハを第２領域から第１領域に下降させる半導体装置の製造方法において、反応管の頂部でかつ反応管と第２の電気抵抗加熱手段の中間に、配置された該反応管の肉厚より厚い蓄熱板に前記1枚のウェーハと対面させることを特徴とする。
【００１５】
本発明の第二の装置（第２発明装置）は、縦置きされた１枚又は２枚のウェーハを保持するホットチャンバー式縦型炉の構造を単純化することを目的とするものであって、内部空間を画成するとともに、垂直に延在する筒状部及び開放底部を有する反応管内に一定の距離延在する第1領域を作り出す第1の加熱手段と、第1領域よりも上方において反応管内に一定の距離延在し、第1領域よりも高温の第2領域を作り出す第2の電気抵抗加熱手段と、前記ウェーハを第１領域と第２領域の間で昇降させるとともに各領域に保持する治具とを含んでなる半導体装置の製造装置において、第２領域でかつ反応管外に、該反応管の肉厚より厚い蓄熱板を前記ウェーハと対面するように配置したことを特徴とする。
【００１６】
本発明の第二の方法（第2発明方法）は、第1発明方法と同じ目的を縦置きウェーハについて達成することを目的とするものであって、  内部空間を画成するとともに垂直に延在する筒状部及び開放底部を有する反応管内に、第1の加熱手段により作り出される一定の距離延在する第1において縦置きされた１枚又は２枚のウェーハを加熱し、次に、第1領域よりも上方において反応管内に一定の距離延在し、第2の電気抵抗加熱手段により作り出された、第1領域よりも高温の第2領域にウェーハを上昇させ、その後前記ウェーハを第２領域から第１領域に下降させる半導体装置の製造方法において、第２領域でかつ反応管外に配置された、反応管の肉厚より厚い蓄熱板とウェーハを対面させることを特徴とする。
【００１７】
本発明の第三の装置（第３発明装置）は、上部高温領域及び下部高温領域を有するホットチャンバー式縦型炉の高さを、中間排気、シャッターなどの手段を使用せず、併用もしないで、低くすることを目的とするものであって、内部空間を画成するとともに垂直に延在する筒状部及び開放底部を有する反応管内に一定の距離延在する第1領域を作り出す第1の加熱手段と、第1領域よりも上方において反応管内に一定の距離延在し、第1領域よりも高温の第2領域を作り出す第2の電気抵抗加熱手段と、横置きされた１枚のウェーハを第１領域と第２領域の間で昇降させるとともに各領域に保持する治具とを含んでなる半導体装置の製造装置において、第１領域の熱容量を第２領域の熱容量より小さくし、かつ第１の加熱手段を反応管の軸方向に可動にするか、あるいは独立して加熱を行いうる複数の区間に上下方向で分割されていることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の第四の装置（第４発明装置）は、高温領域に上昇された初期段階、具体的には上昇後１〜２秒におけるウェーハの極周辺部における局部的温度上昇を緩和することを目的とするものであって、(1)ホットチャンバー式縦型炉で加熱される大口径ウェーハ周縁温度の上昇を抑えることを目的とするものであって、内部空間を画成するとともに、垂直に延在する筒状部及び開放底部を有する反応管内に横置きされた１枚のウェーハを昇降させるとともに保持する治具とを含んでなる半導体装置の製造装置において、治具はウェーハを裏側から支持する部分とともに、該ウェーハの周縁を、非接触方式で連続的に取り囲むリング部を有することを特徴とする半導体装置の製造装置,あるいは(2) 内部空間を画成するとともに、垂直に延在する筒状部及び開放底部を有する反応管内に横置きされた１枚のウェーハを昇降させるとともに保持する治具とを含んでなる半導体装置の製造装置において、前記治具は前記ウェーハを裏側から支持する部分と、該ウェーハの周縁を、ウェーハ出し入れ治具進退部を除く部分で連続的に取り囲む非接触式リング部とを有することを特徴とする半導体装置の製造装置に関するものである。
【００１９】
本発明の第四の方法（第4発明方法）は、高温領域に上昇された初期段階、具体的には上昇後１〜２秒におけるウェーハの極周辺部における局部的温度上昇を緩和することを目的とするものであって、(1)内部空間を画成するとともに、垂直に延在する筒状部及び開放底部を有する反応管内において横置きされた1枚のウェーハを昇降させる半導体装置の製造方法において、ウェーハを裏側から点接触方式で支持する部分とともに、ウェーハを連続的に取り囲む非接触式リング部を有する治具によりウェーハを昇降することを特徴とする半導体装置の製造方法、又は(2)内部空間を画成するとともに、垂直に延在する筒状部及び開放底部を有する反応管内において横置きされた1枚のウェーハを昇降させる半導体装置の製造方法において、ウェーハを裏側から点接触方式で支持する部分とともに、ウェーハを、ウェーハ出し入れ治具の進退部を除く部分で、連続的に取り囲む非接触式リングを有する治具によりウェーハを昇降することを特徴とする半導体装置の製造方法に関するものである。
【００２０】
第4発明装置・方法において、好ましくは、加熱炉は、一定の距離延在する第1領域を作り出す第1の加熱手段と、第1領域よりも上方において反応管内に一定の距離延在し、第1領域よりも高温の第2領域を作り出す第2の電気的加熱手段とを有するものである。続いて、本発明を詳しく説明する。
【００２１】
第１発明装置及び方法においては、反応管は、内部空間を画成するとともに垂直に延在する筒状部及び熱処理中底板で閉鎖される開放底部を有している。反応管は肉厚が通常４ｍｍの石英製であり、真空処理する場合はSiC製である。第２領域は１枚のSiウェーハ、ガラス基板などのウェーハに各種処理を施すに適した温度及び長さを有しており、その長さは通常ウェーハの径とほぼ同じである。第1領域の長さは、請求項2,9を適用する場合はより短くともよい。第１発明装置及び方法が特徴とするところは、反応管の頂部でかつ反応管と第２の電気抵抗加熱手段の中間に、反応管の肉厚より厚い蓄熱板をウェーハと対面するように配置したところにある。すなわち、本発明者らは蓄熱板を使用したRTPの多数の実験を行なったところ、反応管より厚い蓄熱板であれば反応管の外部に配置されていても、内部配置の場合と同様な効果をもつことを見出した。換言すると、外部配置蓄熱板の厚さが石英反応管より薄いと、石英反応管自体を内在的に有している蓄熱効果しか現れないので、ウェーハ温度の均一化が促進されない。これに対して本発明のように構成すると、ウェーハが上端位置に達したときに蓄熱板からの放熱が反応管を介して起こるから、ウェーハ温度が急速に均一化される。
蓄熱板の効果は輻射によるからウェーハが停止した瞬間から現われる。よって、特許文献５で提案されたスパイク処理の場合も蓄熱板は有効である。第2領域でのウェーハ保持時間は処理の種類により異なるが、一般に１秒〜５０秒である。
上記した要素以外の縦型炉要素は公知のものを適宜採用することができる。例えば、反応管は二重管、一重管の何れでもよく、ガスの導入・排出管の位置、構造など、反応管下部の着脱式閉鎖構造、治具の回転などは公知のものを任意に組合わせて採用することができる。第１の加熱手段は電気抵抗加熱でもよいが、ランプ加熱などを使用することができる。
【００２２】
第３発明装置及び方法は、foot printを小さくした例えば特許文献４の縦型炉に第一の構造を適用したものである。
【００２３】
第３発明装置のホットチャンバー式縦型炉の基本的構造は第一のものと同じであり、特徴とするところは、第１領域の熱容量(Q1)を第２領域の熱容量(Q1)よりも小さくする（Q1＜Q２）ことにより、第１（低温）領域を熱的に軽くしている。これにより第１領域では急速な温度降下が起こり、結果として該領域の長さ（高さ）が低くなる。第１領域の熱容量(Q1)と第２領域の熱容量(Q2)の関係は、(Q1)/(Q2)〈1/10が好ましく、より好ましくは1/50である。なお、ここで熱容量とは当該領域を構成する物質の合計質量(m)と比熱(ρ)の積であるが、例えばランプのカバーなどの金属はこの計算で無視して、断熱材のみを考慮した近似計算を行なってもよい。
【００２４】
次に、第３発明装置においては、第１（低温）領域の加熱手段を反応管の軸方向により可動にしている。すなわち、上述のように第１（低温）領域は熱的に軽くなっているために、第１領域と第２領域の温度差が大きくなる傾向がある。したがって様々な温度差で高温・低温処理を行うためには、第１の加熱手段の位置を可変にして所望の温度が得られ易い位置に移動することが有効である。あるいは加熱手段の位置を固定にした場合は、これを幾つかのブロックに分割して、一部のブロックにのみ通電し、他のブロックには通電しないことにより、加熱手段の位置を固定にした場合と同様の効果を得ることができる。なお、第１の加熱手段は電気抵抗加熱ヒーター、ランプなどを使用することができる。
【００２５】
最後に、第４発明装置及び方法のホットチャンバー式縦型炉は、好ましくは基本的構造は第１のものと同じ多段式加熱炉である。第４発明（１）は、ウェーハを保持する治具がウェーハを下側から点接触方式で保持する部分を有する点では従来法と同じであるが、ウェーハと一体に昇降し、ウェーハとは接触しないリング状連続部をウェーハ周縁に付設したところにある。このリング状連続部はウェーハの温度上昇と並行して昇温するが、ウェーハ周縁よりも急速に昇温される。またリング状連続部はウェーハと接触していないから、両者の間の伝熱は輻射のみにより起こり、輻射と熱伝導の両者により伝熱が起こる場合よりも、ウェーハ周縁の温度上昇は少なくなる。さらに、リング状部は連続しているから、リング状部からの輻射はウェーハの間で均一に起こる。
第4発明（２）は、同（１）とはウェーハ出し入れ治具の進退部が設けられ、リング状部がその部分では非連続となっている。開放両端部においてリング状部を肉厚にして昇温防止効果を高めることが好ましい。
【００２６】
以上説明した第１〜第４発明はそれぞれ単独で実施することもでき、さらに、組み合わせて実施することもできる。即ち、第１＋３；第１＋４；第３＋４；第１＋３＋４の組合せが可能である。
以下、図面に示された実施態様につき本発明をさらに詳しく説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１には、第１発明と第３発明を組み合わせた実施態様を示す。
図中、１は開放底部を有する反応管であり、頂部が閉鎖され、厚みが４mm程度の外管２と、その内側に同心状に配置され、頂部が開放されたスリーブ状内管３とからなる二重管構造を有している。４はアルミナを主成分とする断熱材から構成される炉体であり、反応管１の上部のみを覆う構造となっている。炉体４の内側には、電気抵抗耐熱合金（ニクロム、カンタル、タングステンなど）やMoSi2などからなるヒーター５，６が適当な固定治具で配線されており、５a,bは渦巻状頂部ヒーターであり、６a,b,cはリング状側部ヒーターである。これらヒーター５、６は反応管内の第２空間に均熱空間を作り出す。均熱空間の温度分布は、例えば、12インチウェーハの場合は±1.0℃程度以内である。
外管２の頂部2aは平坦に変形されており、そこに密接配置された蓄熱板７の面積はウェーハ８とほぼ等しく、厚さは15〜30mmである。ウェーハ8と蓄熱板７の間隔は５〜１５ｍｍが好ましい。なお、図１では外管の頂部2aを平坦に変形しているが、通常の円天井型であって蓄熱板７の厚さを十分に厚くし、かつ円天井に倣う湾曲形状に成形しても、同様の効果が期待できる。
【００２８】
CVDなどのための反応ガスは内管下端に設けられたガス導入孔１０から導入され、上向きに流れ、内管頂部2aで下向きに方向転換して、内外管の間の環状間隙を下向きに流れ、ガス排出孔１１から図示されない真空ポンプにより吸引され排出される。
【００２９】
ウェーハ８は、図示された２本の爪１７及びこれらの中間に位置する（図示されない）１本の爪により裏側から点接触方式で支持されている。すなわち、９０°間隔の３本の爪が使用されている。なお、図示された２本の爪１７は紙面裏側方向に僅かに偏向してウェーハ８を安定して保持する。これら３本の爪１７は３本の湾曲腕１６に連結され、これらは奪熱を少なくしているために細くなっているが、全体の剛性を高めるために太い連結棒１５に収束・結合されている。連結棒15はさらに昇降棒１４に連接し、これはすべり軸受１３に摺動可能に保持され、さらに図示されない回転駆動機構に接続されている。１２はOリングを介して反応管１に接続された底板である。
【００３０】
９は第１領域の温度を設定するヒーター９aを有する第１の加熱手段であり、手動又は適当な駆動手段により昇降可能なように配設されている。ヒーター９a（以下「可動式ヒーター9a」という）は炉を取り囲むように巻かれており、その背面を断熱材９bで覆って無駄な放熱を防止している。
可動式ヒーター9aは実質的に1枚のウェーハ8のみを加熱するように、短かく、例えば約10mmの幅(図1の上下方向の高さ)することができ、これにより炉の高さを一層低くすることができる。例えば、第1領域と第2領域の温度差が300℃（すなわち50℃×6倍）の場合、サーマルバジェットの差は56となるので、第1領域の均熱性は第2領域よりも極めて低くともよい。したがって、第1領域においては可動式ヒーター9aの幅を小さくすることが可能になる。さらに、急激な温度降下も実現され、炉の高さ減少につながる。
【００３１】
図２は、縦置き１枚ウェーハを処理する場合の第２発明装置及び方法の実施態様を示し、特許文献４の図２に対応している。図中の数字符号は図１と同じ意味であり、また寸法を示すローマ字の寸法は特許文献４の段落番号００１０のものとすることができる。図２においては、反応管１の肉厚より厚い蓄熱板７を反応管１とヒーター６の間に配置することにより、２枚の蓄熱板１からの放熱をウェーハ８に与えて、ウェーハ８を急速・均一に昇温することができる。蓄熱板７の平面形状はウェーハ8と同じ円形である。なお、ウェーハ８を２枚平行に配置してもよい。第1領域に配置されるヒーター(図示せず)は可動式ではなく、固定式である。
【００３２】
図３,４は第４発明装置及び方法（１）の実施態様を示す図であり、参照符号は図１と同じ意味である。ウェーハ保持治具の一部に設けられたリング状保持部２０は断面視で示されており、次の構成を有している。（イ）リング状保持部２０はウェーハ８と接触していない。該保持部２０とウェーハ８の間隙は0.5〜5.0ｍｍであることが好ましい。（ロ）リング状保持部２０の材料は、シリコン、石英、SiCなどの汚染源とならないものである。（ハ）リング状保持部２０は連続しており、全周で見て同一形状寸法である。なお、リング状空洞部を内部に形成しても支障はない。
【００３３】
図5及び６は連続したリング状保持部を有する治具を使用した場合のウェーハ出入れ方法を説明する図である。
図5は図3におけるウェーハ支持部分のみを示す図であり、熱処理後ウェーハ８が反応管１外に下降され引出された状態に相当する。すなわち3本の爪により点接触方式で支持されているウェーハ８の下方に下側フォーク30を進入させ僅かに上方に持上げてウェーハ８の下面と接触させる。図において、31は出入れのためのフォーク基部であり、32はフォーク基部31から水平に続いて上向きに突出したピンである。さらに上方にフォーク30を持上げるとウェーハ8は爪17から離れ８’で示した位置に移動する。このようにしてリング状保持部20とウェーハ8’の間に作られた空間32に上フォーク31（図６）を進入させ続いて上方に持上げるとウェーハ８をRTP装置から撤去することができる。
【００３４】
図7は第4発明装置及び方法（２）の実施態様を説明する図であり、図6に対応している。リング状保持部20はウェーハ出入れのためのフォーク３３が進退する箇所で切除され開口20ｂとなっている。この開口部では肉厚を厚くして（20a）熱的に補償することが好ましい。すなわち、開口20ｂに対面するウェーハ周縁8aは急速に昇降するが、肉厚部20aがヒーターからの熱を吸熱するためにウェーハ周縁の昇温はある程度妨げられる。なお開口20ｂは円弧長さで２５〜３５mmであることが好ましい。２０mm未満ではフォークの進退が困難となり、５０mmを超えるとウェーハ周縁8ａの局部的温度上昇が大きくなり、何れも好ましくない。肉厚部20ａは図の紙面垂直方向に形成してもよい。
【００３５】
図８は、本発明の第１、３，４を組み合わせた加熱炉の模式図に対応させて温度分布を示す図である。図において、反応管２は一重管とし、ガス導入管は反応管２の上部の図示されない位置に形成している。また、第1の領域を加熱する可動ヒーター９と反応管２の間の間隙は図示されていない。
図の右半分に示されたT1は第2領域の温度であり、ヒーター５、６からの熱及び炉体４を構成する厚い断熱材の効果により一定の温度となっている。
【００３６】
ガス排気孔１０と炉体４の下端の間の領域が第1領域を設定し得る区間である。第1領域では反応管２が外気に露出されており、断熱材で被覆されていないために、熱的に軽くなっている。ヒーター９は上記区間のほぼ下端に配置されており、一定温度T３をもつ第1領域を形成している。
曲線T2とT4を直接結ぶ曲線は（図示せず）ヒーター9に通電されていない場合の炉の温度プロファイルに相当する。このプロファイル曲線を高温側に持ち上げて、平坦な温度（T3）領域、すなわち第1領域をヒーター9が作り出している。
炉の軸方向下向きの温度降下を述べると、第1領域と第2領域の中間では、第2領域からの輻射熱によりT1温度と等しい温度が維持され、その後急激に温度が低くなる（Ｔ２）。温度がある程度低くなると反応管や炉内ガスを介する伝導が温度に寄与するようになるので、温度降下が緩やかになる（Ｔ４）。
【００３７】
図９は図８の装置及び温度分布を800℃及び1000℃の二段加熱並びに700℃及び900℃の二段加熱に適用した例を示す図である。
中央の温度分布はヒーター９に通電しない場合の温度分布を示す。この温度分布に示すように700℃以上が輻射が支配的領域であり、500℃以下は熱伝導が影響を及ぼす領域である。図示の位置に可動ヒーター９を配置することにより800℃又は700℃の第1領域(T2)を設定することができる。第1領域(T2)の下方では炉の構造が熱的に軽いために輻射によりT１からＴ２への急激な温度降下が起こっている。このことが炉の長さを低くする利点をもたらしている。
【００３８】
図１０は図８の装置及び温度分布を700℃及び1000℃の二段加熱に適用した例を示す図である。
中央の温度分布はヒーター９に通電しない場合の温度分布を示す。その温度勾配は図9の場合と同じである。図示の位置に可動ヒーター９を配置することにより７００℃の第1領域(T2)を設定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
第１発明及び第２発明は蓄熱板を有するホットチャンバー式縦型加熱炉の建造費のコストダウンを図ることができる。第３発明はホットチャンバー式縦型加熱炉の高さを低くすることができ、建造費のコストダウンを図ることができる。第４発明は大口径ウェーハの温度分布を均一化してスリップラインの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】第１発明と第３発明を組み合わせた実施態様を示す図面である。
【図２】第２発明の実施態様を示す図面である。
【図３】第４発明の実施態様を示す図面である。
【図４】図3において使用されている治具の平面図である。
【図５】第４発明に使用することができる別の治具を示す図である。
【図６】図５の平面図である。
【図７】第４発明に使用することができる。更に別の治具を示す平面図である。
【図８】第１、第２、第４発明を組合わせた模式的に実施態様とともに温度分布を示す図面である。
【図９】図７において１０００℃、７００℃の二段熱処理を行う温度分布を示す図である。
【図１０】図７において９００℃、７００℃の二段熱処理を行う温度分布を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１−反応管
２−外管
３−内管
４−炉体
５，６−ヒーター
７−蓄熱板
８−ウェーハ
１０−ガス導入孔
１１−ガス排出孔
１２−底板
２０−リング状保持部
３０，３１，３３−フォーク
【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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