(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、前記保持具を縦型の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ぐ工程と、
前記反応容器を囲むようにかつ複数段に分割して設けられたヒ−タと、前記蓋体と保持具との間に設けられた発熱体ユニットと、により当該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工程と、
前記複数段のヒ−タのうち最下段に位置するヒ−タにより囲まれる領域に設けられた第１の温度検出部の温度検出値から設定温度を作成し、この設定温度と前記発熱体ユニットの近傍に設けられた第２の温度検出部の温度検出値との偏差に応じて前記発熱体ユニットの発熱量を制御する工程と、を含み、
前記被処理体に対して熱処理を行う工程は、反応容器内の温度を降下させながら処理ガスを反応容器内に供給して被処理体に対して熱処理を行う工程であることを特徴とする熱処理方法。
【請求項２】
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、前記保持具を縦型の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ぐ工程と、
前記反応容器を囲むようにかつ複数段に分割して設けられたヒ−タと、前記蓋体と保持具との間に設けられた発熱体ユニットと、により当該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工程と、
前記複数段のヒ−タのうち最下段に位置するヒ−タにより囲まれる領域に設けられた第１の温度検出部の温度検出値から設定温度を作成し、この設定温度と前記発熱体ユニットの近傍に設けられた第２の温度検出部の温度検出値との偏差に応じて前記発熱体ユニットの発熱量を制御する工程と、を含み、
前記被処理体に対して熱処理を行う工程は、反応容器内の温度を昇温させながら処理ガスを反応容器内に供給して被処理体に対して熱処理を行う工程であることを特徴とする熱処理方法。
【請求項３】
前記第１の温度検出部の温度検出値からオフセット温度を差し引いた値を発熱体ユニットの設定温度とすることを特徴とする請求項１または２に記載の熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は熱処理方法に関する。
【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１１に減圧ＣＶＤを行う装置について概略図を示す。１は被処理体保持具であるウエハボートであり、このウエハボート１は多数枚の被処理体であるウエハＷを棚状に保持して図示しないエレベータにより、例えば二重構造の反応管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。一方反応容器の外側には、熱処理雰囲気を複数に分割して温度制御（ゾ−ン制御）を行うために複数段例えば４段のヒータ１３  （１３Ａ〜１３Ｄ）が設けられ、これにより反応管１１内が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、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いる。
【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。
【０００６】
このような課題を解決するために保温ユニット１６に発熱体ユニットを設けること、例えば保温ユニット１６の上面部に面状ヒ−タを設けることを検討している。ところで各段のヒ−タ１３Ａ〜１３Ｄは夫々温度コントロ−ラ１７Ａ〜１７Ｄにより温度制御されており、各温度コントロ−ラ１７Ａ〜１７Ｄにはメインコントロ−ラ１８で設定されたレシピから温度設定値が与えられる。発熱体ユニットを設けた場合には、専用の温度コントロ−ラを一個追加すればよいが、既存の設備に追加する場合、メインコントロ−ラ１８のレシピが、通常今あるヒ−タの段数分、この例では４段分しか設定できないようになっているため、レシピとは別に外部でオペレ−タが温度設定値を入力しなければならない。
【０００７】
しかしながらこのような手法は、種々のプロセス温度において最適な温度設定値を探すことが困難であり多くの労力が必要になる。なおメインコントロ−ラ１８において、発熱体ユニットの温度コントロ−ラのレシピを設定できるようにするためにはプログラムを作り直さなければならないので現実的ではない。
【０００８】
また本発明者等は、熱処理例えば成膜処理を行うときに、温度を少し降下させながら処理ガスを供給することを検討している。即ち、ウエハには周縁部から中央部に向かってガスが流れるため周縁部における成膜種の濃度が中央部における成膜種の濃度よりも高く、ウエハの周縁部の膜厚が中央部よりも大きくなる傾向にある。そこでウエハ温度の降下中に処理ガスを供給するようにすれば、降温中は周縁部の放熱が中央部よりも大きいので周縁部の温度が中央部よりも低くなり、周縁部の膜厚が中央部よりも薄くなる傾向となり、この傾向と先の傾向とが相殺されて結果として膜厚の面内均一性が高くなる。更にまた熱処理の種類によっては昇温中に処理ガスを供給して、ウエハＷの周縁部の温度が中央部よりも高い状態で熱処理を行うことにより面内均一性の高い処理を行える場合もある。
【０００９】
一方前記発熱体ユニットを保温ユニットに設ける趣旨はウエハボ−ト１の底部付近のウエハＷの面内温度均一性を高めることにあり、このため発熱体ユニットを設ける場合には、降温中あるいは昇温中に熱処理を行うといったプロセスを適用することが困難であった。
【００１０】
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、縦型熱処理装置の反応容器を囲むヒ−タとは別に反応容器の底部に発熱体ユニットを設けるにあたって、既存の装置へ発熱体ユニットを追加する場合の制御系の対応が容易であり、また反応容器内の温度を昇温あるいは降温しながら熱処理する場合にも対応できる技術を提供することにある。
【００１１】
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、前記保持具を縦型の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ぐ工程と、
前記反応容器を囲むようにかつ複数段に分割して設けられたヒ−タと、前記蓋体と保持具との間に設けられた発熱体ユニットと、により当該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工程と、
前記複数段のヒ−タのうち最下段に位置するヒ−タにより囲まれる領域に設けられた第１の温度検出部の温度検出値から設定温度を作成し、この設定温度と前記発熱体ユニットの近傍に設けられた第２の温度検出部の温度検出値との偏差に応じて前記発熱体ユニットの発熱量を制御する工程と、を含み、更に次のａ．またはｂ．の要件を含むものである。
ａ．前記被処理体に対して熱処理を行う工程は、反応容器内の温度を降下させながら処理ガスを反応容器内に供給して被処理体に対して熱処理を行う工程である。
ｂ．前記被処理体に対して熱処理を行う工程は、反応容器内の温度を昇温させながら処理ガスを反応容器内に供給して被処理体に対して熱処理を行う工程である。
【００１２】
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、最下段に位置するヒ−タにより囲まれる領域に設けられた第１の温度検出部の温度検出値から設定温度を作成しているので、発熱体ユニットの温度の動きを従来の保温ユニットの動きに近付けることができる。従って加熱雰囲気の熱の逃げが抑えられると共に、目標温度に速やかに安定化させることができ、そして発熱体ユニット用のレシピを用意しなくてよいので、既存装置への追加改造が容易になる。また反応容器内の温度を降下させながらあるいは昇温させながら処理ガスを反応容器内に供給して被処理体に対して熱処理を行う場合にも対応することができる。
【００１３】
この発明においては、前記第１の温度検出部の温度検出値からオフセット温度を差し引いた値を発熱体ユニットの設定温度としてもよい。第１の温度検出部は反応容器内に設けられていてもよいし、あるいは反応容器の外に設けられていてもよい。発熱体ユニットは、例えば金属不純物が少ない抵抗発熱体をセラミックスの中に封入して構成される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態である縦型熱処理装置について説明するが、はじめに図１〜図３により装置構造について簡単に説明し、次に温度の制御系に関して述べることにする。図１中の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２１が設けられている。
【００１６】
前記内管２ａは上端が開口されており、マニホールド２１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２１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２１により反応容器が構成されている。２１ａはベースプレートである。
【００１７】
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２２に棚状に載置されている。ウエハボート２２は図２に示すように天板２２ａ及び底板２２ｂの間に複数本の支柱２２ｃを設け、この支柱２２ｃ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２２は蓋体２３の上に後述の保温ユニット３１の設置領域を介して保持されている。前記蓋体２３は、ウエハボート２２を反応管２内に搬入、搬出するためのボートエレベータ２４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２１の下端開口部、即ち反応管２とマニホールド２１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。
【００１８】
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発熱体よりなるヒータ４が設けられている。このヒ−タ４の一例としては、例えば細い高純度のカ−ボンファイバの束を複数用いて編み込むことにより形成された線状の可撓性のカ−ボンワイヤをセラミックス例えば透明な石英管の中に封入して構成されたものなどを挙げることができる。この例では反応管２内の熱処理雰囲気が複数例えば４分割されると共に、ヒ−タ４は各分割領域に対応して４段（４−１〜４−４）に分割され、後述のように温度のゾ−ン制御（分割領域の温度制御）が行われるようになっている。図１には示していないが、ヒータ４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。
【００１９】
前記マニホールド２１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２５を示してあり、このガス供給管２５はバルブＶ１、流量計ＭＦＣ及びバルブＶ２を介してガス供給源２６に接続されている。またマニホールド２１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２７が接続されており、真空ポンプ２８により反応管２内を所定の減圧雰囲気に維持できるようになっている。
【００２０】
前記保温ユニット３１及びこれに関連する部位について簡単に述べておくと、保温ユニット３１は、例えば石英製の断熱ユニット３２を備えており、この断熱ユニット３２は図３に示すように各々円形の上面部３３及び底板部３４と、これら上面部３３及び底板部３４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３５と、３本の支柱部３５の図示しない溝内に挿入されて多段に配列された断熱部材である石英フィン３６（図１参照）とを備えている。
【００２１】
更に前記断熱ユニット３２の上面部３３と底面部３４との間には、第１の保護管３７及び第２の保護管３８が周方向に間隔をおいて設けられ、両保護管３７、３８の両端は夫々上面部３３及び底面部３４に開口している。この断熱ユニット３２の上面部には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、例えば図４に示すように厚さ８ｍｍ程度の石英製の円板状体５１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。
【００２２】
前記発熱体ユニット５の周縁部下面側には、図３に示すように第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４（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。そしてこの第３の保護管５３は前記断熱ユニット３２の上面部３３に開口している前記第１の保護管３７内に挿入され、更に蓋体２３を貫通して当該蓋体２３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。また前記第２の保護管３８内には、熱電対からなる温度検出部５５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の温度を検出するようにその下部側に位置している。なお前記断熱ユニット３２の上面部３３及び底面部３４、石英フィン３６、発熱体ユニット５の中央には、回転軸２９が貫通する孔部３３ａ，３４ａ，３６ａ（図１参照）、５ａが夫々形成されており、ボ−トエレベ−タ２４に設けられたモ−タＭにより回転軸２９を介してウエハボ−ト２２が回転する。
【００２３】
続いて反応管２内の温度を制御する制御系について図５、図６を参照しながら説明する。この実施の形態では、各段のヒ−タ４（４−１〜４−４）に対応して温度コントロ−ラ６（６−１〜６−４）及び電力制御部７（７−１〜７−４）が設けられると共に、ヒ−タ４−１〜４−４の温度を夫々検出するための例えば熱電対からなる温度検出部ＴＣ１〜ＴＣ４が設けられている。温度検出部ＴＣ１〜ＴＣ４は図５では略解して記載してあるが、実際には図２に示す加熱炉２０の外部からヒ−タ４−１〜４−４と反応管２との間に差込まれている。温度コントロ−ラ６−１〜６−４には、図示しない上位のメインコントロ−ラにてレシピにより設定された各温度設定値と温度検出部ＴＣ１〜ＴＣ４にて検出された温度検出値とが入力され、温度設定値と温度検出値との偏差に応じた制御信号が夫々電力制御部７（７−１〜７−４）に出力される。電力制御部７−１〜７−４は例えばサイリスタなどの半導体素子の位相制御によりヒ−タ４−１〜４−４への供給電力を制御するように構成されている。
【００２４】
なお図１及び及び図５には示していないが、温度検出部としては、反応管２の外部に設けられる上述の温度検出部（外部温度検出部）ＴＣ１〜ＴＣ４の他に、反応管２の内部であって各ヒ−タ４−１〜４−４の加熱領域に夫々温度検出部  （内部温度検出部）が設けられており、温度コントロ−ラ６−１〜６−４は実際には外部温度検出部ＴＣ１〜ＴＣ４の温度検出値の他に前記内部温度検出部の温度検出値も取り込んで温度制御を行っている。
【００２５】
更にこの実施の形態ではウエハボ−ト２２の下部側の発熱体ユニット５に対応して温度コントロ−ラ６（６−５）及び電力制御部７（７−５）が設けられている。温度コントロ−ラ６（６−５）には、既述の温度検出部５５にて検出された温度検出値と温度設定値とが入力されるが、温度設定値としては、最下段のヒ−タ４−４により囲まれる領域に設けられた温度検出部の温度検出値、この例では前記温度検出部ＴＣ４の温度検出値が用いられる。温度検出部ＴＣ４及び５５は、夫々特許請求の範囲における第１の温度検出部及び第２の温度検出部に相当する。温度検出部ＴＣ４の位置は、図５では記載エリアの制限から正確ではないが、実際には例えばウエハボ−ト２２上の最下段のウエハＷよりも高い位置にある。
【００２６】
図６は前記温度コントロ−ラ６−５の構成を示すブロック図である。図６中の８１はオフセット温度テ−ブルであり、温度検出部ＴＣ４の温度検出値とオフセット温度との関係が記憶され、温度検出値に応じたオフセット温度が読み出される。８２は偏差回路部であり、前記温度検出値から前記オフセット温度を差し引いた値が出力される。８３は遅れ時間テ−ブルであり、温度検出部ＴＣ４の温度検出値と遅れ時間との関係が記憶され、温度検出値に応じた遅れ時間が読み出される。８４は、偏差回路部８２の出力を前記遅れ時間だけ遅らせて出力させる例えば一次遅れ回路部や無駄時間回路部などからなる遅延回路部である。
【００２７】
これらの構成要素は、温度検出部ＴＣ４の温度検出値に基づいて発熱体ユニット５の設定温度を作成するものであり、ここでその趣旨に関してふれておく。従来のように発熱体ユニットを備えない保温ユニット例えば保温筒の温度は、ボトムゾ−ン温度（ヒ−タ４−４で囲まれた温度）との間の熱伝達、熱輻射の関係から成り立っており、発熱体ユニット５を前記ボトムゾ−ン温度と関連付けて温度制御を行うと、発熱体ユニット５は、最下段のゾーンに位置する加熱されたウエハＷからの熱の逃げを防ぐための断熱性能が良好で断熱性能が可変な保温ユニットとしてとらえることができる。この実施の形態ではこのような観点から制御系を組んでいるが、通常の保温ユニットの温度は熱の逃げからボトムゾ−ンのヒ−タ（最下段のヒ−タ）４−４の温度よりも低い温度にとどまる場合もあるため、最下段のヒ−タ４−４の温度と発熱体ユニット５の温度との間に温度差を作るために、温度検出部ＴＣ４の温度検出値にオフセット温度を加えるようにしている。また通常の保温ユニットはヒ−タの熱で暖まるというパッシブな動きとなるために少し遅れた昇降温となるので、遅延回路部８４を設けて前記温度検出部ＴＣ４の温度検出値を遅らせて後述のＰＩＤ演算回路部に入力するようにしている。
【００２８】
またウエハボ−ト２２が反応容器の外にある場合あるいはロ−ディング、アンロ−ディング中の場合に、発熱体ユニット５をボトムゾ−ン温度（ヒ−タ４−４で囲まれた温度）よりも低くすることができるように、前記温度コントロ−ラ６−５は、スタンバイのための設定温度を複数用意したスタンバイ温度テ−ブル８５を備えている。スタンバイ温度は複数用意することに限られないが、複数のプロセスレシピを扱う装置では複数のスタンバイ温度を必要とすることもあるので、この例ではスタンバイ温度テ−ブル８５を用意して、例えば温度コントロ−ラ４−４の外部に設けられた温度選択部８６からの信号に基づいてスタンバイ温度が出力されるように構成している。
【００２９】
そしてこの縦型熱処理装置は、前記蓋体２３が開いている状態であるか閉じている状態であるかを検出する開閉センサ８７、信号選択部８８及びＰＩＤ制御回路部８９を備えており、開閉センサ８７により蓋体２３が開いている状態を検出したときにはその検出信号により信号選択部８８は前記スタンバイ温度テ−ブル８５から出力されたスタンバイ温度を発熱体ユニット５の設定温度として前記ＰＩＤ制御回路部８９に入力し、開閉センサ８７により蓋体２３が閉じている状態を検出したときにはその検出信号により信号選択部８８は遅延回路部８４からの設定温度を前記ＰＩＤ制御回路部８９に入力するように構成されている。ＰＩＤ制御回路部８９は、信号選択部８８からの設定温度と前記温度検出部５５からの発熱体ユニット５の温度検出値とが入力され、その偏差分に基づいてＰＩＤ演算を行い、その演算結果を図５に示す電力制御部７（７−５）に制御信号として出力するものである。なおＰＩＤ制御回路部の代わりにＩＰＤ制御部あるいは現代制御部を用いてもよい。
【００３０】
次に上述の実施の形態の作用について述べる。ここでは具体的な処理の一例として窒化シリコン膜を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−ト２２に棚状に保持してボ−トエレベ−タ２４を上昇させることにより反応容器内に搬入する（ロ−ディングする）。ウエハボ−ト２２が反応容器内に搬入されていない状態のとき、つまりウエハボ−ト２２に対してウエハＷの受け渡しを行っているときやロ−ディング中のときは、前記開閉センサ８７からは蓋体２３が開いている状態を示す検出信号が信号選択部８８に出力されるので、発熱体ユニット５の設定信号としてはスタンバイ温度テ−ブル８５から出力されたスタンバイ温度が選択され、このスタンバイ温度に基づいて発熱体ユニット５の温度が制御される。
【００３１】
ウエハボ−ト２２の搬入時には反応管２内は例えば６００℃程度に維持されており、ウエハボ−ト２２が搬入されて反応容器の下端開口部（詳しくはマニホ−ルド２１の下端開口部）が蓋体２３により塞がれた後、反応管２内の温度を安定させてから、ヒ−タ４（４−１〜４−４）及び発熱体ユニット５により反応管２内を処理温度例えば７６０℃まで昇温させると共に、排気管２７を通じて真空ポンプ２８により反応容器内を所定の真空度まで真空排気する。なお反応管２内は発熱体ユニット５によっても加熱されるが、この加熱は積極的な加熱というよりも既述のように最下段のゾーンに位置するウエハＷからの熱の逃げを防ぐ断熱という意味合いの方が大きい。
【００３２】
そして蓋体２３が閉じられると、開閉センサ８７からは蓋体２３が閉じている状態を示す検出信号が信号選択部８８に出力されるので、発熱体ユニット５の設定温度としては遅延回路部８４からの出力信号が用いられる。即ちこの例では最下段のヒ−タ４（４−４）の温度制御に用いられる温度検出部ＴＣ４の温度検出値を設定温度として、より詳しくはこの温度検出値に応じたオフセット温度を当該温度検出値から差し引いた温度値を所定時間だけ遅らせて発熱体ユニット５の設定温度として用いられる。
【００３３】
この実施の形態では、オフセット温度は温度検出部ＴＣ４の温度検出値に応じて変化させることができ、また遅延回路部８４による遅延時間も前記温度検出値に応じて変化させることができるが、それらの値を固定値としたとき、例えばオフセット温度を５０℃、遅延時間を５０秒としたときの発熱体ユニット５の温度を図７に示しておく。図７中実線ａは最下段のヒ−タ４−４の設定温度、鎖線ｂは当該ヒ−タ４−４による加熱領域（受け持ち範囲）内のウエハＷの温度、点線ｃは発熱体ユニット５の温度である。
【００３４】
図７から分かるように、ロードの期間ではウエハボ−ト２２が反応容器内に搬入されるにつれてウエハＷの温度（ここに記載されたウエハＷ温度はヒ−タ４−４の加熱領域内のウエハＷの温度を示してある）が昇温し、ロ−ディングが終了した後、設定温度付近で安定する。次いで、昇温の期間ではウエハＷの温度は設定温度の上昇に遅れて昇温し、プロセス温度（７６０℃）に安定する。これに対して発熱体ユニット５の温度もウエハＷの温度と同様の動きをするが、ウエハＷの昇温に遅れて昇温し、前記オフセット温度に対応する温度分だけ低い温度にて安定する。この例では外部温度検出部ＴＣ４の温度に対して遅れを持たせて発熱体ユニット５の設定温度としているので、図７に記載された遅れ時間は厳密には図６の回路で設定した遅れ時間よりは小さい。
【００３５】
こうして反応管２内がプロセス温度例えば７６０℃に安定した後、処理ガス例えばジクロルシラン（ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ）ガスとアンモニア（ＮＨ3 ）ガスとを２本のガス供給管２５（既述のように図１では１本しか示していない）から夫々反応容器内に供給しながら反応容器内の圧力を所定の真空度に維持し、ウエハＷの表面に窒化シリコン膜を成膜する。このときウエハボ−ト２２はモ−タＭにより回転している。こうして窒化シリコン膜の成膜処理が所定時間行われた後、処理ガスの供給を停止して反応管２内の温度を６００℃まで降温し、ウエハボ−ト２２を反応管２から搬出（アンロ−ド）する。
【００３６】
上述の実施の形態によれば、ヒ−タ４−４により囲まれる領域の温度から発熱体ユニット５の温度設定値を作成しているので、例えば前記遅延時間やオフセット温度やＰＩＤ制御回路部８９のパラメ−タなどを調整することにより、発熱体ユニット５の温度の動きを、従来使用されていた通常の保温ユニット（発熱体ユニットを備えていない保温ユニット）の動きに近付けることができる。更に通常の保温ユニットよりも断熱性能を良くしたり、温度リカバリ性能を上げることもでき、発明が解決しようとする課題の項目で述べたように、発熱体ユニットの機能を発揮できる。そして発熱体ユニット５用のレシピを作成しなくてよいので既存の縦型熱処理装置への追加改造が容易になる。
【００３７】
ここで発明が解決しようとする課題の項目でも触れたが、降温中に成膜を行う例について述べておくと、図８はヒ−タ４の設定温度のプロファイルである。この場合例えば反応管２内を７７０℃の温度に昇温しておき、ここからヒ−タ４の供給電力を小さくするかオフにして、反応管２内を７５０℃まで降温させ、この降温中にジクロルシランガスとアンモニアガスとを供給してウエハＷ上に窒化シリコン膜を成膜する。次いで処理ガスの供給を停止して反応管２内を７７０℃まで昇温し、こうして昇降温を繰り返し、例えば３回の降温中の成膜を行う。
【００３８】
図９は、図８の一連の運用の一部についての温度変化であり、実線ａは最下段のヒ−タ４−４の設定温度、鎖線ｂは当該ヒ−タ４−４による加熱領域（受け持ち範囲）内のウエハＷの温度、点線ｃは発熱体ユニット５の温度である。なおこの例では温度検出部ＴＣ４の温度検出値を発熱体ユニット５の設定温度とするにあたりオフセット温度をゼロとしている。
【００３９】
このように降温中に成膜を行えば、既述のように降温中はウエハＷの周縁部の温度が中央部よりも低くなるため、周縁部の膜厚が中央部よりも薄くなる傾向となり、このため周縁部の活性種が中央部よりも多いことに基づく膜厚の面内不均一性と相殺されて膜厚の面内均一性が高くなる。ここで図９を見ても分かるように発熱体ユニット５の温度の動きは通常の保温ユニットと同様な動きとなるので、降温中はウエハＷの周縁部の温度を中央部の温度よりも低くできる。この例ではオフセット温度をゼロとしているが、ゼロに限られるものではない。またプロセスによっては昇温中に熱処理を行う方が面内均一性の高い処理となる場合もあるので、本発明では、昇温中に熱処理を行うようにしてもよい。この場合はウエハＷの周縁部の温度が中央部よりも高くなるが、同様な理由により発熱体ユニット５を用いながら対応することができる。
【００４０】
以上の説明では、温度検出部ＴＣ４の温度検出値を発熱体ユニット５の温度設定値として取り扱ったが、この温度設定値は、最下段のヒ−タ４−４の発熱量に対応する温度であればよいので、既述のように反応管２内に設けられる内部温度検出部の温度検出値を用いてもよいし、温度コントロ−ラ６−４が読み取った温度を用いてもよい。
【００４１】
更にまた本発明は、図１０に示すように反応管２の上方に、例えば前記発熱体ユニット５と同様の構成の面状の発熱体ユニット（天板ヒ−タ）９を設け、最上段のヒ−タ４−１に囲まれる領域の温度を検出する温度検出部例えば前記温度検出部ＴＣ１の温度検出値から既述の発熱体ユニット５の設定温度の作成と同様にして温度コントロ−ラ６（６−６）にて当該天板ヒ−タ９の設定温度を作成し、この設定温度と天板ヒ−タ９の温度を検出する温度検出部９１の温度検出値とに基づいて、電力制御部７（７−６）の制御信号を出力するようにしてもよい。なお前記温度コントロ−ラ６−６は前記温度コントロ−ラ６−５と同様の構成であるが、蓋体２３の開閉により設定信号が切り替わる構成は備えていない。
【００４２】
天板ヒ−タ９を設けてこうした温度制御を行えば、加熱炉２０の天井部からの放熱を抑えることができると共に、既存の装置に容易に対応でき、また天板ヒ−タ９の温度の動きも従来の保温筒などの保温ユニットと同様の動きをするため、降温あるいは昇温しながら熱処理する場合にも対応することができる。
【００４３】
なお本発明は減圧ＣＶＤ装置に限らず、いわゆる酸化、拡散炉にも適用することができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、縦型熱処理装置における保持具の下方側に発熱体ユニットを設けているので、高い断熱効果が得られ、また最下段に位置するヒ−タにより囲まれる領域に設けられた温度検出部の温度検出値から設定温度を作成しているので、既存の装置へ発熱体ユニットを追加する場合の制御系の対応が容易であり、また反応容器内の温度を昇温あるいは降温しながら熱処理する場合にも対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる縦型熱処理装置の構造を示す縦断側面図である。
【図２】上記縦型熱処理装置の外観を示す斜視図である。
【図３】上記縦型熱処理装置に用いられる保温ユニットの一部を示す分解斜視図である。
【図４】  上記縦型熱処理装置に用いられる発熱体ユニットを示す断面図及び平面図である。
【図５】本実施の形態における温度制御系を示すブロック図である。
【図６】本実施の形態における発熱体ユニットの温度コントロ−ラを示すブロック図である。
【図７】ヒ−タの設定温度、ウエハの温度及び発熱体ユニットの温度の時間的変化の一例を示す特性図である。
【図８】反応管内を降温させながら熱処理を行うときのヒ−タの設定温度の時間的変化を示す特性図である。
【図９】ヒ−タの設定温度、ウエハの温度及び発熱体ユニットの温度の時間的変化の他の例を示す特性図である。
【図１０】本発明の他の実施の形態における温度制御系を示すブロック図である。
【図１１】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        マニホ−ルド
２３        蓋体
Ｗ          半導体ウエハ
２５        ガス供給管
２７        排気管
３１        保温ユニット
３２        断熱ユニット
４（４−１〜４−４）  ヒ−タ
ＴＣ１〜ＴＣ４      温度検出部
５          発熱体ユニット
５５        温度検出部
６（６−１〜６−６）  温度コントロ−ラ
７（７−１〜７−６）  電力制御部
８１        オフセット温度テ−ブル
８２        加算部
８３        遅れ時間テ−ブル
８４        遅延回路部
８５        スタンバイ温度テ−ブル
８７        開閉センサ
８８        信号選択部
８９        ＰＩＤ制御回路部
【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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