(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚の被処理体を高さ方向に所定間隔で保持具に保持した状態で収容する処理容器の周囲に被処理体を周縁部から加熱昇温させる第１のヒータを設け、少なくとも前記処理容器内に被処理体を中心部から加熱昇温させる第２のヒータを設け、その第２ヒータは処理容器内の下方に設けられた下面ヒータと、処理容器外の上方に設けられた上面ヒータと、前記保持具の高さ方向中間部に設けられる中間ヒータとを有していることを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
前記第２のヒータは、被処理体と平行な面状に形成されていると共に、同心円状に複数の領域に分けて温度制御可能に構成されていることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
【請求項３】
複数枚の被処理体を高さ方向に所定間隔で保持具に保持した状態で収容する処理容器の周囲に被処理体を周縁部から加熱昇温させる第１のヒータを配置し、少なくとも前記処理容器内に被処理体を中心部から加熱昇温させる第２のヒータを配置し、その第２ヒータは処理容器内の下方に設けられた下面ヒータと、処理容器外の上方に設けられた上面ヒータと、前記保持具の高さ方向中間部に設けられる中間ヒータとを有しており、これら第１のヒータおよび第２のヒータにより、被処理体を周縁部および中心部から加熱昇温させて所定の熱処理を施すことを特徴とする熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱処理装置および熱処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造においては、被処理体例えば半導体ウエハに、酸化、拡散、ＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）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いる。そして、その一つとして、一度に複数枚の被処理体の熱処理が可能な縦型の熱処理装置が知られている。
【０００３】
この熱処理装置は、図７に示すように、処理容器２内に複数枚のウエハｗを高さ方向に所定間隔で収容し、この処理容器２の周囲に設けられたヒータ（加熱源）１０によりウエハｗを加熱して所定の熱処理を施すように構成されている。なお、１２は複数枚のウエハｗを高さ方向に所定間隔で搭載する石英製のボート、１３は処理容器２の開口部を閉塞する蓋体である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記熱処理装置においては、ウエハｗの周縁部（エッジ）の延長方向すなわち周側にヒータ１０が存在しているため、加熱時に、ウエハの周縁部が先に昇温し、遅れてウエハの中心部が昇温する。この昇温の遅れがウエハの面内温度差となり、ウエハにスリップ（結晶ずれ）が発生する原因になっている。なお、このスリップを防止するために、従来の熱処理装置や熱処理方法においては、温度帯毎に昇温・降温レートを調整していたが、温度帯毎に昇温・降温レートの最適化が必要であり、また、レートを下げるため、ウエハ周辺部のヒータの性能を出し切ることが困難であった。
【０００５】
本発明は、前記事情を考慮してなされたもので、被処理体の面内温度差を低減することができ、スリップを防止することができる熱処理装置および熱処理方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のうち、請求項１の発明は、複数枚の被処理体を高さ方向に所定間隔で保持具に保持した状態で収容する処理容器の周囲に被処理体を周縁部から加熱昇温させる第１のヒータを設け、少なくとも前記処理容器内に被処理体を中心部から加熱昇温させる第２のヒータを設け、その第２ヒータは処理容器内の下方に設けられた下面ヒータと、処理容器外の上方に設けられた上面ヒータと、前記保持具の高さ方向中間部に設けられる中間ヒータとを有していることを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１の熱処理装置において、前記第２のヒータは、被処理体と平行な面状に形成されていると共に、同心円状に複数の領域に分けて温度制御可能に構成されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明は、複数枚の被処理体を高さ方向に所定間隔で保持具に保持した状態で収容する処理容器の周囲に被処理体を周縁部から加熱昇温させる第１のヒータを配置し、少なくとも前記処理容器内に被処理体を中心部から加熱昇温させる第２のヒータを配置し、その第２ヒータは処理容器内の下方に設けられた下面ヒータと、処理容器外の上方に設けられた上面ヒータと、前記保持具の高さ方向中間部に設けられる中間ヒータとを有しており、これら第１のヒータおよび第２のヒータにより、被処理体を周縁部および中心部から加熱昇温させて所定の熱処理を施すことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を添付図面に基いて詳述する。図１は本発明の実施の形態を示す熱処理装置の縦断面図、図２は第１のヒータによるウエハ面内温度差を示すグラフ、図３は第２のヒータによるウエハ面内温度差を示すグラフ、図４は本発明の実施の形態を概略的に示す図である。
【００１０】
図１ないし図４において、１は縦型の熱処理装置で、この熱処理装置１は複数枚の被処理体例えば半導体ウエハｗを高さ方向に所定間隔で収容して所定の熱処理例えばＣＶＤ処理を施す処理容器（プロセスチューブ）２を備えている。この処理容器２は、耐熱性および耐食性を有する材料例えば石英ガラスにより形成されている。
【００１１】
処理容器２は、本実施の形態では、内管２ａと外管２ｂの二重管構造になっている。内管２ａは上端および下端が開放されている。外管２ｂは、上端が閉塞され、下端が開放されている。なお、処理容器２は、外管２ｂのみからなっていてもよい。
【００１２】
処理容器２の下部には、本実施の形態では、処理容器２内に処理ガスや不活性ガスを導入するガス導入部（導入ポート）３と、処理容器２内を排気する排気部（排気ポート）４とを有する短円筒状のマニホールド５が設けられている。このマニホールド５は、耐熱性および耐食性を有する材料例えばステンレス鋼により形成されている。
【００１３】
ガス導入部３には、ガス源に通じるガス供給系の配管が接続される。排気部４には、真空ポンプおよび圧力制御機構を有する排気系が接続され、処理容器２内を所定の処理圧力に制御し得るようになっている。この処理圧力に制御された状態で、ガス導入部３から導入された処理ガスが処理容器２の内管２ａ内を上昇してウエハｗの所定の熱処理に供された後、内管２ａと外管２ｂとの間の環状通路を下降して排気部４から排気されるようになっている。
【００１４】
前記マニホールド５の上端には、フランジ部５ｆが形成されており、この上端フランジ部５ｆの上面には、外管２ｂの下端フランジ部２ｆが載置され、フランジ押え６により接合固定されている。マニホールド５の上端フランジ部５ｆと外管２ｂの下端フランジ部２ｆとの間には、シール手段である例えばＯリングが介設されている（図示省略）。マニホールド５の中心部には、内管２ａを支持するための内管支持部７が設けられている。
【００１５】
前記マニホールド５は、ベースプレート８の下部に取付けられており、このベースプレート８の上方であって、処理容器２の周囲には、処理容器２内のウエハｗを周縁部から所定の熱処理温度に加熱昇温させるための第１のヒータ１０が配置されている。図示例の第１のヒータ１０は、例えば棒状の抵抗発熱体もしくはカーボンファイバ束を縦長形状に編み込み、これを石英ガラス製もしくはアルミナ製の密封形部材内に封入したカーボンヒータからなり、これらが垂直状態で処理容器２の周囲を取囲むように筒状に配設されている。第１のヒータ１０は、処理容器２の周囲を加熱するメインヒータ１０ａと、処理容器３の上端側および下端側の周囲を加熱するサブヒータ１０ｂからなり、これらメインヒータ１０ａとサブヒータ１０ｂが周方向に交互に配置されていることが好ましい。
【００１６】
また、前記ベースプレート８の上方には、第１のヒータ１０の外側、処理容器２の周囲および上方を覆う、上端が閉塞された円筒状の水冷構造の覆い体１１が設けられ、この覆い体１１に前記第１のヒータ１０が取付けられている。なお、第１のヒータとしては、図示例のものが好ましいが、処理容器２の周囲を取囲む筒状（円筒状）の断熱材を備え、この筒状断熱材の内周に抵抗発熱線が螺旋状または蛇行状に配設してなるもであってもよく、また、高さ方向に複数の領域（ゾーン）に分けて温度制御が可能に構成されていてもよい。
【００１７】
処理容器２内に複数枚例えば５０枚程度の半導体ウエハｗを高さ方向に所定間隔で搭載保持するために、ウエハｗは保持具である例えば石英ガラス製のボート１２保持され、このボート１２はマニホールド５の下端開口部（炉口）を密閉する例えばステンレス鋼製の蓋体１３の上部に回転テーブル１４を介して載置されている。
【００１８】
この回転テーブル１４は、ボート１２を処理容器２内の熱処理領域に保持すべく蓋体１３の上部中央より起立した回転支柱１５を有し、蓋体１３の下部には前記回転支柱１５を回転駆動する駆動部１６が設けられている。また、蓋体１３の上部には、炉口断熱保温手段として、複数枚の石英ガラス製の遮熱板１７を上下方向に適宜間隔で有する円筒状の石英ガラス製の保温筒１８が設置され、この保温筒１８の軸心に前記回転テーブル１４の回転支柱１５が回転可能に貫通されている。
【００１９】
そして、少なくも前記処理容器２内には、ウエハｗを中心部から加熱昇温させる第２のヒータ２０が設けられている。第２のヒータ２０は、ウエハｗを中心部から加熱昇温させるために、ウエハｗの中心線上に設けられている。この第２のヒータ２０は、ウエハｗと平行な面状に形成されており、少なくとも処理容器２内の下方に下面ヒータ２０ａとして設けられていることが好ましい。
【００２０】
なお、図示例では、処理容器２外の上方にも第２のヒータとしての上面ヒータ２０ｂが設けられている。第２のヒータ２０は、例えばカーボンファイバ束を縦長形状に編み込み、これを平面状に配線して石英ガラス製もしくはアルミナ製の密封形部材内に封入したカーボンヒータからなっていることが好ましい。
【００２１】
第２のヒータ２０は、図示例のように、処理容器２内の下方すなわち保温筒１８の上部に設置された下面ヒータ２０ａと、処理容器２外の上方すなわち覆い体１３の天井部に設けられた上面ヒータ２０ｂとからなっていることが好ましい。なお、上面ヒータ２０ｂは、処理容器２内の上方例えばボート１２の上部に設けられていてもよい。
【００２２】
第２のヒータとしては、ウエハｗの処理枚数が例えば１５０枚程度と多い場合には、図４に示すように、ウエハ列の中間部すなわちボート１２の高さ方向中間部に中間ヒータ２０ｃとして設けられていることが好ましい。前記上面ヒータ２０ｂおよび下面ヒータ２０ａは、ウエハｗの加熱だけでなく、処理容器２の上方からの放熱および下方からの放熱をそれぞれ抑制する機能をも有している。
【００２３】
処理容器２の下方には、蓋体１３を昇降させて蓋体１３の開閉および処理容器２に対するボート１２の搬入搬出を行うための図示しない昇降機構が設けられていると共にその作業領域であるローディングエリア２１が設けられている。マニホールド５の下端（開口端）と蓋体１３との接合部には、シール手段である例えばＯリングが設けられている（図示省略）。
【００２４】
以上の構成において、図４に示すようにボート１２に温度センサ（例えば熱電対）付のウエハｗｓを搭載し、第１のヒータ１０のみによる加熱（側面加熱ないし横面加熱）によって昇温させた場合と、第２のヒータ２０の特に下面ヒータ２０ａのみによる加熱（下面加熱）によって昇温させた場合の昇温試験を行った結果を、図２と図３にグラフで示す。側面加熱の場合には、図２のグラフに示すように、ウエハの周縁部から昇温し、下面加熱の場合には、図３のグラフに示すように、ウエハの中心部から昇温していることが分かる。
【００２５】
従って、実際の運用においては、これら第１のヒータ１０と第２のヒータ２０の昇温データを採取し、その昇温データに基づいて第１のヒータ１０と第２のヒータ２０をコントローラにより制御し、第１のヒータ１０と第２のヒータ２０の加熱のバランスによりウエハｗの面内温度差を低減ないし無くすようにすればよい。
【００２６】
次に、以上の構成からなる熱処理装置の作用を述べる。先ず、ウエハｗの移載が終了したボート１２は、ローディングエリア２１において、蓋体１３上の回転テーブル１４上に載置される。次に、昇降機構による蓋体１３の上昇によってボート１２を処理容器２内にその下端開口（マニホールド５の下端開口部）から搬入し、その開口を蓋体１３で気密に閉塞する。
【００２７】
そして、処理容器２内を、排気部４からの排気系による減圧排気により所定の圧力ないし真空度に制御すると共に第１のヒータ１０および第２のヒータ２０により所定の処理温度に制御し、回転テーブル１４によりボート１２を回転させながらガス導入部３より処理ガスを処理容器２内に導入してウエハｗに所定の熱処理例えばＣＶＤ処理を開始する。特に、第１のヒータ１０および第２のヒータ２０の出力をバランス制御することにより、ウエハｗを周縁部および中心部から加熱昇温させ、ウエハｗの面内温度差を低減ないし無くし、ウエハｗを面内均一に熱処理する。
【００２８】
所定の熱処理が終了したなら、先ず、第１および第２のヒータ１０，２０の電源を切り、また、処理ガスの導入を停止して不活性ガスの導入により処理容器２内をパージする。次に、回転テーブル１４を停止し、蓋体１３を下降させて処理容器２内を開放すると共にボート２をローディングエリア２１に搬出すればよい。
【００２９】
このように前記熱処理装置１によれば、複数枚のウエハｗを高さ方向に所定間隔で収容する処理容器２の周囲にウエハｗを周縁部から加熱昇温させる第１のヒータ１０を設け、少なくも前記処理容器２内にウエハｗを中心部から加熱昇温させる第２のヒータ２０を設けてなるため、ウエハｗを周縁部および中心部から加熱昇温させてウエハｗの面内温度差を低減することができ、スリップを防止することが可能となる。
【００３０】
また、前記第２のヒータ２０がウエハｗと平行な面状に形成されており、少なくとも処理容器２内の下方に設けられているため、ウエハを効率よく中心部から加熱昇温させることが可能となる。更に、第２のヒータ２０がカーボンヒータからなるため、処理容器２内に設けてもウエハｗを汚染しにくく、ウエハｗを所望の高温に迅速に昇温させることができる。また、第１のヒータ１０は、断熱材を採用せず、水冷構造の覆い体１１を備えているため、急速昇温および急速降温が可能である。
【００３１】
更に、前記熱処理方法によれば、複数枚のウエハｗを高さ方向に所定間隔で収容する処理容器２の周囲にウエハｗを周縁部から加熱昇温させる第１のヒータ１０を配置し、少なくも前記処理容器２内にウエハｗを中心部から加熱昇温させる第２のヒータ２０を配置し、これら第１のヒータ１０および第２のヒータ２０により、ウエハｗを周縁部および中心部から同時に加熱昇温させて所定の熱処理を施すようにしたので、ウエハｗの面内温度差を低減することができ、スリップを防止することが可能となる。
【００３２】
以上、本発明の実施の形態を図面により詳述してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の設計変更等が可能である。例えば、前記実施の形態では、熱処理の一例としてＣＶＤ処理が例示されているが、本発明の熱処理装置は、ＣＶＤ処理以外に、例えば拡散処理、酸化処理、アニール処理等を行うことが可能である。また、前記実施の形態では、処理容器にマニホールドを備えた熱処理装置が例示されているが、本発明の熱処理装置は、処理容器にマニホールドを備えていなくてもよい。また、被処理体としては、半導体ウエハ以外に、例えばＬＣＤ基板やガラス基板等であってもよい。
【００３３】
第２のヒータ２０は、図５に示すように、同心円状に複数の領域（ゾーン）に分けて温度制御可能に構成されていてもよく、あるいは、図６に示すように、周方向に複数の領域（ゾーン）に分けて温度制御可能に構成されていてもよく、あるいは、これらの組み合わせであってもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
【００３５】
（１）請求項１の発明によれば、複数枚の被処理体を高さ方向に所定間隔で保持具に保持した状態で収容する処理容器の周囲に被処理体を周縁部から加熱昇温させる第１のヒータを設け、少なくとも前記処理容器内に被処理体を中心部から加熱昇温させる第２のヒータを設け、その第２ヒータは処理容器内の下方に設けられた下面ヒータと、処理容器外の上方に設けられた上面ヒータと、前記保持具の高さ方向中間部に設けられる中間ヒータとを有しているため、被処理体を周縁部および中心部から加熱昇温させて被処理体の面内温度差を低減することができ、スリップを防止することができる。
【００３６】
（２）請求項２の発明によれば、前記第２のヒータは、被処理体と平行な面状に形成されていると共に、同心円状に複数の領域に分けて温度制御可能に構成されているため、被処理体を効率よく中心部から加熱昇温させることができる。
【００３７】
（３）請求項３の発明によれば、複数枚の被処理体を高さ方向に所定間隔で保持具に保持した状態で収容する処理容器の周囲に被処理体を周縁部から加熱昇温させる第１のヒータを配置し、少なくとも前記処理容器内に被処理体を中心部から加熱昇温させる第２のヒータを配置し、その第２ヒータは処理容器内の下方に設けられた下面ヒータと、処理容器外の上方に設けられた上面ヒータと、前記保持具の高さ方向中間部に設けられる中間ヒータとを有しており、これら第１のヒータおよび第２のヒータにより、被処理体を周縁部および中心部から加熱昇温させて所定の熱処理を施すようにしたので、周縁部および中心部から加熱昇温させて被処理体の面内温度差を低減することができ、スリップを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す熱処理装置の縦断面図である。
【図２】第１のヒータによるウエハ面内温度差を示すグラフである。
【図３】第２のヒータによるウエハ面内温度差を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態を概略的に示す図である。
【図５】第２のヒータのゾーン分割例を示す概略的平面図である。
【図６】第２のヒータの他のゾーン分割例を示す概略的平面図である。
【図７】従来の熱処理装置を概略的に示す図である。
【符号の説明】
ｗ  被処理体
１  熱処理装置
２  処理容器
１０  第１のヒータ
２０  第２のヒータ
【図１】
0004468555.tif 000002
【図２】
0004468555.tif 000003
【図３】
0004468555.tif 000004
【図４】
0004468555.tif 000005
【図５】
0004468555.tif 000006
【図６】
0004468555.tif 000007
【図７】
0004468555.tif 000008