(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器内の被処理体ホルダに保持させた被処理体に対して所定の熱処理を施す枚葉式の熱処理装置において、
前記被処理体ホルダの下方と上方に前記被処理体を加熱するために配置された加熱手段と、
内部に前記加熱手段を収容して、前記処理容器内に対して気密状態で仕切るための加熱手段容器と、
前記処理容器と前記加熱手段容器とに接続されて両容器内の圧力を所定の圧力範囲内に維持しつつガスを供給するガス供給系と、
前記処理容器と前記加熱手段容器とに接続されて両容器内の圧力を所定の圧力範囲内に維持しつつ内部雰囲気を排出するガス排気系と、を備え、
前記ガス供給系とガス排気系は、それぞれ前記各容器に共通に接続された共通ガス通路と、前記各容器に連結された通路に介設された固定ニードル弁とを有することを特徴とする枚葉式の熱処理装置。
【請求項２】
処理容器内の被処理体ホルダに保持させた被処理体に対して所定の熱処理を施す枚葉式の熱処理装置において、
前記被処理体ホルダの下方と上方に前記被処理体を加熱するために配置された加熱手段と、
内部に前記加熱手段を収容して、前記処理容器内に対して気密状態で仕切るための加熱手段容器と、
前記処理容器と前記加熱手段容器とに接続されて両容器内の圧力を所定の圧力範囲内に維持しつつガスを供給するガス供給系と、
前記処理容器と前記加熱手段容器とに接続されて両容器内の圧力を所定の圧力範囲内に維持しつつ内部雰囲気を排出するガス排気系と、を備え、
前記ガス供給系とガス排気系は、それぞれ前記各容器に共通に接続された共通ガス通路と、前記各容器に連結された通路に介設された流量制御弁と、前記両容器内の圧力差を検出する差圧測定部と、この差圧測定部より得られた差圧に基づいて前記流量制御弁の弁開度を制御する弁開度制御部とを有することを特徴とする枚葉式の熱処理装置。
【請求項３】
処理容器内の被処理体ホルダに保持させた被処理体に対して所定の熱処理を施す枚葉式の熱処理装置において、
前記被処理体ホルダの下方と上方に前記被処理体を加熱するために配置された加熱手段と、
前記被処理体ホルダの周辺部に設けられて、前記被処理体ホルダに保持された前記被処理体の側部を覆うリング状の均熱リング部材と、を備え、
前記処理容器に処理ガスを導入するガス供給ヘッドと、前記均熱リング部材と、前記被処理体ホルダと、前記処理容器内の雰囲気を排出するガス排気ヘッドとを一体的に形成したことを特徴とする枚葉式の熱処理装置。
【請求項４】
処理容器内の被処理体ホルダに保持させた被処理体に対して所定の熱処理を施す枚葉式の熱処理装置において、
前記被処理体ホルダの下方と上方に前記被処理体を加熱するための加熱手段を有する加熱手段容器を配置し、
前記加熱手段容器は、前記処理容器に気密に設けられ、前記加熱手段容器は、前記処理容器に向けて熱ロスを抑制すると共に熱応答性を良好にするように設けられる薄板部と、前記薄板部を覆うように設けられ、外側が大気に晒される厚板部とで構成され、
前記処理容器と前記加熱手段容器には、両容器内の圧力を所定の圧力範囲内に維持しつつガスを供給するガス供給系と、前記両容器内の圧力を所定の圧力範囲内に維持しつつ内部雰囲気を排出するガス排気系とが接続されるように構成され、前記ガス供給系とガス排気系は、それぞれ前記各容器に共通に接続された共通ガス通路と、各容器に連結された通路に介設された流量制御弁と、前記両容器内の圧力差を検出する差圧測定部と、この差圧測定部より得られた差圧に基づいて前記流量制御弁の弁開度を制御する弁開度制御部とを有することを特徴とする枚葉式の熱処理装置。
【請求項５】
前記被処理体ホルダの周辺部には、このホルダに保持された前記被処理体の側部を覆うようにリング状の均熱リング部材が設けられていることを特徴とする請求項４記載の枚葉式の熱処理装置。
【請求項６】
前記処理容器に処理ガスを導入するガス供給ヘッドと、前記均熱リング部材と、前記被処理体ホルダと、前記処理容器内の雰囲気を排出するガス排気ヘッドとを一体的に形成したことを特徴とする請求項５記載の枚葉式の熱処理装置。
【請求項７】
前記加熱手段は、高温を出すことができる抵抗加熱ヒータであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の枚葉式の熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等に対して成膜等の熱処理を施す枚葉式の熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体集積回路の製造においては、半導体ウエハ表面に成膜や酸化・拡散を施す熱処理工程やパターンエッチングする工程を繰り返し行なう。従来、例えば８インチサイズのウエハを熱処理する場合には、一度に多数枚のウエハを熱処理できることから主に縦型のバッチ式の熱処理装置が使用されていた。この種の熱処理工程で重要な点は、製品回路の特性の均一性及び歩留まりの向上の観点より、熱処理時において、ウエハ面内の温度を均一性良く制御する点である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、回路の高集積化及び高微細化に伴って、ウエハサイズも大口径化され、例えば１２インチサイズのウエハの使用が検討されている。
このようにウエハサイズが８インチから１２インチ（略３０ｃｍ程度）に拡大すると、ウエハ自重が８インチサイズのウエハと比較して２．５〜３倍程度に増加し、しかも、ウエハ面内の均熱性を考慮すると、従来のバッチ式の縦型の熱処理装置では対応し難くなった。すなわち、ウエハ自重が上述のように数倍になった結果、多数のウエハを支持するウエハボートが強度上耐えられなくなったり、或いは、大口径化によりウエハ面積が大きくなったことから、所定のピッチで配列されたウエハの側方より加熱する方式ではウエハ面内の均一加熱を十分に行ない難くなった。
【０００４】
そこで、上記問題点を解決するために、ウエハを一枚ずつ処理する枚葉式の熱処理装置も種々提案されており、この装置ではウエハホルダの下方に配置したハロゲンランプや抵抗ヒータにより、ホルダ上に支持或いは載置したウエハを加熱するようになっている。しかしながら、従来の枚葉式の熱処理装置を用いた場合であっても、大口径化のウエハを面内温度の均一性良く加熱することは現状のヒータの単位面積当たりの発熱量を勘案すると、かなり難しく、従来装置で十分であるとは言えなかった。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、被処理体の面内温度の均一性を向上させることができる枚葉式の熱処理装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点を解決するために、処理容器内の被処理体ホルダに保持させた被処理体に対して所定の熱処理を施す枚葉式の熱処理装置において、前記被処理体ホルダの下方と上方に前記被処理体を加熱するために配置された加熱手段と、内部に前記加熱手段を収容して、前記処理容器内に対して気密状態で仕切るための加熱手段容器と、前記処理容器と前記加熱手段容器とに接続されて両容器内の圧力を所定の圧力範囲内に維持しつつガスを供給するガス供給系と、前記処理容器と前記加熱手段容器とに接続されて両容器内の圧力を所定の圧力範囲内に維持しつつ内部雰囲気を排出するガス排気系と、を備え、前記ガス供給系とガス排気系は、それぞれ前記各容器に共通に接続された共通ガス通路と、前記各容器に連結された通路に介設された固定ニードル弁とを有するように構成したものである。
【０００６】
このように、ホルダの上下に加熱手段を配置することにより、被処理体を両面から加熱でき、この面内温度の均一性を高めることが可能となる。また、加熱手段を処理容器に対して気密状態で仕切られた加熱手段容器内に収容して所定のガス供給系とガス排気系を設けることにより、処理容器内と加熱手段容器内の圧力差を常に少なくでき、その分、加熱手段容器の処理容器に対する区画壁を圧力差に耐え得る程度まで薄くして、加熱手段の熱効率を高めて面内温度の均一性の向上及び熱制御性の向上を図ることが可能となる。
上記のように両容器内の圧力差を所定の範囲内に設定するには、上記ガス供給系とガス排気系に、両容器に共通に接続された共通ガス通路を設け、各容器に連結された通路に固定ニードル弁を設け、これにより所定量ずつのガスを供給したり、或いは排気したりするように構成すればよい。
【０００７】
また、上記固定ニードル弁に代えて、流量制御弁を設け、差圧測定部により両容器内の圧力差を検出し、弁開度制御部がこの検出差圧に応じて上記流量制御弁の弁開度を制御して両容器内の差圧をコントロールするように制御してもよい。更には、被処理体ホルダの周辺部にリング状の均熱リング部材を設けることにより、この輻射熱によっても被処理体を加熱することができ、被処理体の面内温度の均一性を高めると同時に熱効率も向上させることができる。また、熱処理が成膜処理の場合には、均熱リング部材は、処理容器の側壁に対しては断熱材として機能して部分的なホットウォール構造となり、不要な反応生成物が処理容器側壁の代わりにメンテナンス容易な均熱リング部材に付着することになり、クリーニング等のメンテナンスを容易に行なうことが可能となる。
【０００８】
また、処理ガスを供給するガス供給ヘッドと、均熱リング部材と、被処理体ホルダと、処理容器内の雰囲気を排出するガス排気ヘッドを一体的に成形することにより、被処理体の部分のみに効率的に処理ガスを供給できるのみならず、メンテナンスも容易に行なうことが可能となる。
更に、加熱手段としてランプではなく、抵抗加熱ヒータを用いることにより、例えば１０００℃以上の高温の熱処理を行なうことが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る枚葉式の熱処理装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る枚葉式の熱処理装置を示す構成図、図２は加熱手段を示す平面図、図３は均熱リング部材を示す斜視図、図４はガス供給系とガス排気系を示す模式図である。
本実施例においては、熱処理装置として半導体ウエハ表面に成膜を施す成膜処理装置を例にとって説明する。
【００１０】
図示するようにこの熱処理装置２は、アルミニウム等により円筒体状に成形された処理容器４を有しており、この底部と天井部は、それぞれ開口されている。底部の開口には、例えば石英製の下側加熱手段容器６が、天井部の開口には同じく石英製の上側加熱手段容器８がそれぞれ処理容器４内に対して気密に区画されて密閉状態で設けられている。
上記下側加熱容器６は、処理容器４内に向けて凸状に挿入されて上端が平面状になされた薄板椀部６Ａと、この下端開口部を覆って設けられて外側が大気に晒される厚板蓋部６Ｂとにより構成され、Ｏリング等のシール部材１０を介して処理容器４の底部に気密に設けられる。
【００１１】
上記薄板椀部６Ａの厚さは例えば４ｍｍ程度と薄く設定され、この部分における熱ロスを抑制すると共に熱応答性を良好にしている。このように薄板椀部６Ａの厚みは薄いことから、後述するように処理容器４内の圧力変動に追従させてこの下側加熱手段容器６内の圧力も変動させて両容器内の差圧が薄板椀部６Ａの耐圧強度以下になるように設定している。また、厚板蓋部６Ｂの厚みは略大気圧に耐え得るような厚さ、例えば１５〜２０ｍｍ程度に設定される。
この下側加熱手段容器６の中央部には、磁性流体シール１２を介して上下方向に気密に貫通された例えば石英製の被処理体ホルダ１４の支持軸１５がウエハ均熱加熱のために回転可能に設けられており、ホルダ１４の上端には同一円周上に等間隔で配置された３つの爪部１４Ａが形成されて、この爪部１４Ａ上に被処理体である半導体ウエハＷの裏面周縁部を支持するようになっている。
【００１２】
ここで、薄板椀部６Ａは前述のように処理容器４内に凸部に挿入されて、できるだけ半導体ウエハＷの裏面に近付くように設定されており、この薄板椀部６Ａの上端平面部の内側に、下側の加熱手段として例えば抵抗加熱ヒータ１６が略全面に亘って設けられており、ウエハＷを下面側から加熱するようになっている。そして、ホルダ１４の支持軸１５の下部には、例えばモータの如き回転機構２２が設けられており、ウエハＷを回転しつつ加熱するようになっている。
厚板蓋部６Ｂには、下側加熱手段容器６内にＮ2ガス等のパージガスを導入す るパージガス導入口１８及び内部の雰囲気ガスを排気するパージガス排気口２０がそれぞれ設けられている。
【００１３】
一方、上記上側加熱手段容器８は、上記下側容器６と同様に、処理容器４内に向けて凸状に挿入されて下端が平面状になされた薄板椀部８Ａと、この上端開口部を覆って設けられて外側が大気に晒される厚板蓋部８Ｂとにより構成され、Ｏリング等のシール部材２４を介して処理容器４の天井部に気密に設けられる。
上記薄板椀部８Ａの厚さは例えば４ｍｍ程度と薄く設定され、この部分における熱ロスを抑制すると共に熱応答性を良好にしている。
このように薄板椀部８Ａの厚みも薄いことから、処理容器４内の圧力変動に追従させてこの上側加熱手段容器８内の圧力も変動させて両容器内の差圧が薄板椀部８Ａの耐圧強度以下になるように設定している。また、厚板蓋部８Ｂの厚みは略大気圧に耐え得るような厚さ、例えば１５〜２０ｍｍ程度に設定される。
【００１４】
この薄板椀部８Ａの下端平面部の内側に、上側の加熱手段として例えば抵抗加熱ヒータ２６が略全面に亘って設けられており、ウエハＷを上面側から加熱するようになっている。ここで、ウエハＷと上下の各抵抗加熱ヒータ２６、１６との間の距離は非常に小さく、例えばそれぞれ１０ｍｍ程度に設定されており、効率良くウエハＷを加熱するようになっている。
また、上側加熱手段容器８の下面側には、例えば石英製の容器状のシャワーヘッド構造になされたガス供給ヘッド２８が設けられており、これには処理ガスを導入する処理ガス導入管３０が接続されている。そして、この導入管３０より導入された処理ガスは、ガス供給ヘッド２８の下面全体に設けた多数の噴出孔３２よりウエハＷの上面全域に向けて処理ガスを噴出するようになっている。
厚板蓋部８Ｂには、ウエハ側加熱手段容器８内にＮ2ガス等のパージガスを導 入するパージガス導入口３６及び内部の雰囲気ガスを排気するパージガス排気口３８がそれぞれ設けられる。
【００１５】
一方、処理容器４の底部周縁部には、容器内の雰囲気を排気するために図示しない真空ポンプに接続されたガス排気口３４が設けられ、また、天井部には、Ｎ2ガス等のパージガスを処理容器４内に導入するためのパージガス導入口４０が 設けられている。尚、このパージガス導入口４０としてガス供給ヘッド２８を兼用するようにしてもよい。
また、処理容器４の側壁には、ウエハＷの搬入・搬出時に開閉されるゲートバルブ４０が設けられており、このゲートバルブ４０を介して例えばロードロック室４２を設けて、処理容器４内の真空を破ることなくウエハの搬入・搬出を行ない得るようになっている。そして、このロードロック室４２内には、ウエハを形成するために屈伸及び旋回可能になされた搬送アーム４４が設けられている。また、この搬送アーム４４のベースは、昇降可能なスライド機構４６に保持されており、アーム全体を昇降可能てしている。
【００１６】
一方、上記上側及び下側の抵抗加熱ヒータ２６、１６は図２に示すように同心円状に複数、例えば３つのゾーンに分割されており、電力供給部４８から各ゾーンに対して個別に供給電力を制御して電力を分配して供給できるようになっている。尚、ゾーン分割数は、３つに限定されず、２つ或いは４つ以上でもよい。
そして、処理容器４内の被処理体ホルダ１４の周辺部には、これに保持されたウエハＷの側部を覆うように例えば石英製の均熱リング部材５０（図３参照）が設けられており、これからの輻射熱によりウエハＷを加熱すると同時に、処理容器４の側壁に対しては断熱機能を発揮するようになっている。この均熱リング部材５０の一側には、すなわちゲートバルブ４０と対向する円弧状の部分は、シャッタ部５０Ａとして本体側から切断されて分離されており、このシャッタ部５０Ａには、処理容器４の底部を貫通させて設けたシャッタ棒５２が接続されている。そして、このシャッタ棒５２の貫通部には、気密性を保持しつつこの上下動を許容する金属性の伸縮可能なベローズ５４が設けられており、ウエハＷの搬入・搬出時に、図示しない昇降機構によりこのシャッタ部５０Ａを上下動させ得るようになっている。このシャッタ部５０Ａは、ゲートバルブ４０の開閉に同期して上下動される。
【００１７】
一方、上記処理容器４内、下側及び上側加熱手段容器６、８内の圧力を制御するガス供給系とガス排気系は図４に示すように構成される。すなわち、Ｎ2ガス 等のパージガスを供給するガス供給系５６は、各容器４、６、８のパージガス導入口４０、１８、３６に共通に接続される共通ガス通路５８を有しており、これより分岐した各分岐管６０を介して各パージガス導入口４０、１８、３６に接続される。そして、各分岐管６０には所定の差圧で開動作する供給側固定ニードル弁６２が介設されており、例えば大気圧復帰のためのＮ2ガス供給時には、各容 器内の差圧を過度に大きくすることなく、Ｎ2ガスを供給し得るようになってい る。
【００１８】
また、各容器内の雰囲気ガスを排出するガス排気系６４は処理容器４のガス排気孔３４及び下側及び上側加熱手段容器６、８のパージガス排気口２０、３８に共通に接続される共通ガス通路６６を有しており、これより分岐した各分岐管６８を介してガス排気孔３４及び各パージガス排気口２０、３８に接続される。そして、各分岐管６８には、所定差圧で開動作する排気側固定ニードル弁７０が介設されており、例えば処理容器内の真空引き時には他の容器内との差圧を過度に大きくすることなく雰囲気ガスを排気するようになっている。
そして、排気用の共通ガス通路６６には、排気時に一定量ずつのガスを排気するためのマスフローコントローラ７２及び真空ポンプ７４が介設されている。
【００１９】
次に、以上のように構成された本実施例の動作について説明する。
まず、ロードロック室４２の搬送アーム４４を伸長させることによってこれに保持した未処理の半導体ウエハＷを、開放されたゲートバルブ４０を介して処理容器４内に搬入し、アーム４４を微小距離だけ降下させてウエハＷを処理容器４内の被処理体ホルダ１４に受け渡す。そして、アーム４４を縮退させてゲートバルブ４０を閉じ、処理容器４内を密閉状態とする。
【００２０】
次に、処理容器４内を所定のプロセス圧力まで真空引きすると共にこの中に処理ガスをガス供給ヘッド２８からシャワー状に供給し、プロセス圧力を維持する。これと同時に、下側及び上側加熱手段容器６、８内に収容してある各抵抗加熱ヒータ１６、２６に電力を供給し、或いは供給電力を増大し、ホルダ１４に載置してあるウエハＷを上下の両面から加熱してこれをプロセス温度に維持し、所定の熱プロセスを行なう。この場合、上下の抵抗加熱ヒータ２６、１６は、ウエハ面内を均熱加熱するように各ゾーン毎に個別に投入電力を制御する。
熱処理として、例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を行なう場合には、処理ガスとして例えばシランと水素ガスの混合ガスを用い、キャリアガスとしてＡｒガスを流し、プロセス圧を０．５Ｔｏｒｒ程度、プロセス温度を１０５０℃程度に設定する。
【００２１】
ここでウエハＷを加熱するために、この上下に抵抗加熱ヒータ２６、１６を配置し、且つ、各ヒータ２６、１６をそれぞれ石英製の加熱手段容器８、６で密閉しているので、ウエハ汚染を引き起こすことなくウエハを両面から加熱することができる。従って、ウエハを高速で且つ面内温度の均一性良く加熱することが可能となる。特に、この実施例では、各加熱手段容器８、６の薄板椀部８Ａ、６Ａを処理容器４内に凹状に挿入させてそこに各ヒータ２６、１６を配置した結果、ウエハ面と各ヒータ面とを可能な限り近付けて両者間の距離を非常に小さく設定できるので、ウエハサイズが大きくても面内温度の均一性をより向上させることが可能となる。
また、石英製の各薄板椀部８Ａ、６Ａの厚みは、４ｍｍ程度と非常に薄く設定されているので、この部分における熱損失は少なく、しかも薄くて熱容量が小さいことから熱応答性に優れ、ウエハＷの温度を応答性良く制御することが可能となる。
【００２２】
また、各抵抗加熱ヒータ２６、１６は、図２に示すように同心円状に複数にゾーン分割されて、ゾーン毎に個別に供給電力を制御することができるので、ウエハ温度を細かくコントロールすることができる。
更には、ウエハＷの周辺部には、これを覆うように均熱リング部材５０を設けて、これからの輻射熱によってもウエハＷを加熱することができるので、ウエハ温度の面内均一性を一層向上させることができるのみならず、処理容器への熱の漏れも少なくなるので、その分、熱効率も向上させることができる。また、このように均熱リング部材５０を設けることにより、これに部分的にホットウォール機能を持たせることができ、従って、従来においては処理容器の内壁面に付着していた不要な成膜を、容器内壁面に付着させることなく着脱容易な均熱リング部材５０側に付着させることができるので、クリーニング等のメンテナンスを容易に行なうことができる。
更に、ここでは発熱量の大きな抵抗加熱ヒータ１６、２６を用いているので、１０００℃以上の高温にウエハを加熱することができる。尚、このヒータに代えて、ハロゲンランプを用いるようにしてもよい。
【００２３】
また、処理容器４内の圧力変化により、これと上側及び下側の加熱手段容器８、６内との間で過度の圧力差が生ずることが考えられるが、上側及び下側の加熱手段容器８、６内の圧力も処理容器４内の圧力に追従して変動させるようになっているので、両容器間の区画壁が破損することはない。これを図４を参照して説明する。
前述したように、ガス供給系５６及びガス排気系６４の各分岐管６０、６８にはそれぞれ固定ニードル弁６２、７０が設けられており、差圧により弁開度が自動的に変化するようになっている。
【００２４】
まず、真空引きする場合を説明すると、一般的に容量の異なる２つの容器から、同一流量で別個独立に真空引きすると、図５（Ａ）に示すように大容量の容器内の圧力は緩やかに低下するが、小容量の容器の圧力は急激に低下し、両容器間には大きな圧力差が生ずる。しかしながら、本発明のように分岐管６８に排気側固定ニードル弁７０を介設して、真空ポンプ７４によりマスフローコントローラ７２の制御下で一定の流量ずつ例えば毎分数リットルずつ排気すると、各固定ニードル弁７０の作用により、容量の小さな上側及び下側の加熱手段容器８、６内の雰囲気は小量ずつ排気されるのに対して、容量の大きな処理容器４内の雰囲気は大量に排気され、その結果、図５（Ｂ）に示すように加熱手段容器６、８内の圧力は処理容器４内の圧力に追従するように変動し、処理容器４と加熱手段容器６、８内の圧力差は常に少ない状態に維持されて真空引きされることになる。
このことは、各容器内を大気圧復帰させるためにＮ2ガスをパージする場合も 同様であり、図４に示すようにガス供給系５６の各分岐管６０にそれぞれ固定ニードル弁６２を介設した結果、Ｎ2ガス供給時においても各容器間の圧力差が常 に少ない状態に維持されてＮ2ガスが供給されることになる。従って、処理容器 ４と両加熱手段容器６、８間の圧力差は常に少なく、例えば、１０Ｔｏｒｒ程度の差圧になっているので、両容器を区画する各薄板椀部６Ａ、８Ａは前述のように４ｍｍ程度の薄さで済ませることができ、熱損失の抑制や熱応答性の向上に寄与することができる。尚、大気圧に晒される両厚板蓋部６Ｂ、８Ｂは大気圧に耐え得るように肉厚に成形している。
【００２５】
次に、ウエハに対して片面加熱の場合と本発明のようにウエハの両面側に加熱手段を配置した両面加熱の場合のウエハ温度プロフィールをシミュレーションにより求めたので、その結果について説明する。
図６（Ａ）は従来の片面加熱の場合のウエハ温度プロフィールを示し、図６（Ｂ）は本発明のような両面加熱の場合のウエハ温度プロフィールを示す。それぞれ、ヒータのゾーンは２分割であり、設定温度は１０４０℃である。
図６（Ａ）に示すように片面加熱の場合は、ウエハの周辺部に行く程、少しずつ温度が低下して中心部との間で１０℃程度の温度差が生じ、面内温度の均一性がそれ程良好でなく、しかも、この時の外側ゾーンのヒータには定格の７ＫＷ以上の電力を投入しなければならなかった。これに対して、図６（Ｂ）に示す両面加熱の場合には、ウエハ中心部と周辺部との間にほとんど温度差はなく、面内温度の均一性を高く維持することができた。しかも、全体としての使用電力は片面加熱の場合よりも少し多くなったが、各ゾーン毎のヒータへの投入電力は全て定格値以下であった。
【００２６】
上記実施例においては、図３に示すように、ゲートバルブを熱から保護するために昇降可能なシャッタ部５０Ａを有する均熱リング部材５０を設けたが、これに代えて、図７（Ａ）に示すように均熱リング部材５０の一側面の中央に、ウエハＷを挿通し得る大きさのスリット状の開口５０Ｂを設けたものを用いるようにしてもよい。この場合には、ゲートバルブを熱から保護するために、回転可能とし、ウエハＷの搬入・搬出後、この均熱リング部材５０を略１８０度程度周方向へ回転させるようにすればよい。
また、上記構成に代えて、図７（Ｂ）に示すように均熱リング部材５０の一側面の下部に、ウエハＷを挿通し得る大きさの凹部状の切り欠き５０Ｃを設けたものを用いるようにしてもよい。この場合には、ゲートバルブを熱から保護するためにリング部材を回転可能、或いは昇降可能とし、ウエハＷの搬入・搬出後、この均熱リング部材５０を略１８０度程度周方向へ回転させるようにしてもよいし、或いは下方向へ移動させるとようにしてもよい。
また、ここではシャワーヘッド構造のガス供給ヘッド２８と、均熱リング部材５０と被処理体ホルダ１４を別個独立に設け、ガス排気孔３４は、処理容器４の底部周辺部に設けた構造としたが、これに代えて図８乃至図１０に示すようにガス排気孔をシャワーヘッド構造と同様な構造のガス排気ヘッド７６としてこれら全てを一体的に成形するようにしてもよい。すなわち、シャワーヘッド構造のガス供給ヘッド２８を図７（Ａ）に示すような構造の均熱リング部材５０と接合し、このリング部材５０の内壁面から中心に向けて３つの爪部１４Ａ付きの被処理体ホルダ１４を設ける。そして、ガス排気ヘッド７６は、上記ガス供給ヘッド２８と同様な構造のシャワーヘッド構造としてその上面にガスを吸入する多数の吸入孔７８を設け、ガス出口をガス排気孔３４に接続すればよい。これらは、例えば石英により一体的に形成することが可能である。
【００２７】
このように形成することにより、ガス供給ヘッド２８から下方のウエハＷ側へ供給された処理ガスは、この表面に接した後に横に流れて直ちにその下方のガス排気ヘッド７６内に吸引されるように流れる。従って、処理ガスが処理容器４内の周縁部に拡がって流れることがなく、効率的にウエハ面と接するように流れることとなり、処理ガスの使用効率を高めることが可能となる。
また、この一体構造物に不要な成膜が付着した場合には、この一体構造物のみをクリーニングすればよく、メンテナンス作業を効率的に行なうことが可能となる。
また、上記実施例では、図４に示すようにガス供給系５６とガス排気系６４に固定ニードル弁６２、７０を設けて各容器間の圧力差をコントロールしているが、これに限定されず、図１１に示すように構成してもよい。すなわち、ガス供給系５６及びガス排気系６４の各分岐管６０、６８の内、加熱手段容器６、８に連通される分岐管にはニードル弁に代えて弁開度を自由にコントロールすることができる流量制御弁８０Ａ、８０Ｂ、８２Ａ、８２Ｂを設け、処理容器４に連通される分岐管には、これらの弁を設けないようにする。そして、処理容器４と下側の加熱手段容器６内の圧力差を検出する第１の差圧測定部８４を設け、この検出値に基づいて第１の弁開度制御部８６が、下側加熱手段容器６の供給側或いは排気側の流量制御弁８０Ｂ、８２Ｂを制御する。
また、処理容器４と上側の加熱手段容器８内の圧力差を検出する第２の差圧測定部８８を設け、この検出値に基づいて第２の弁開度制御部９０が上側加熱手段容器８の供給側或いは排気側の流量制御弁８２Ａ、８２Ｂを制御する。
【００２８】
このような構成によれば、真空引き時には第１及び第２の弁開度制御部８６、９０は、各差圧測定部８４、８８の検出値が、薄板椀部６Ａ、８Ａの耐圧範囲内、例えば±１０Ｔｏｒｒ以内に維持されるように排気側の各流量制御弁８２Ａ、８２Ｂの弁開度を制御することになる。また、処理容器４内の大気圧復帰のためにＮ2ガスをパージする場合には、同様に検出値が±１０Ｔｏｒｒ以内に維持さ れるように供給側の各流量制御弁８０Ａ、８０Ｂの弁開度が制御されることになる。従って、図４に示した構成と同様な作用効果を呈すことができる。
尚、本実施例においては、熱処理としてＣＶＤにより成膜処理を行なう場合を例にとって説明したが、これに限らず、酸化・拡散処理、アニール処理等の他の熱処理にも適用し得るのは勿論である。
また、ここでは処理容器４の一側にのみゲートバルブ４０を設けてこれよりウエハを搬入・搬出するようにしたが、これと対向する位置にもう１つのゲートバルブを設けて、ウエハの搬入口と搬出口とを別々に設けるようにしてもよい。この場合には、それに対応させて均熱リング部材５０のシャッタ部５０Ａ等も２つ設けるようにする。
更には、被処理体としては半導体ウエハに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板等にも適用することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の枚葉式の熱処理装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
被処理体の両面側に加熱手段を配置して両面加熱するようにしたので、被処理体のサイズが大きくなってもこの面内温度の均一性を大幅に向上させることができる。
また、加熱手段を加熱手段容器内に収容して、内部を処理容器内の圧力変動に追従させて圧力変動させて両容器間の差圧を少なく維持することにより、両容器を区画する区画壁を薄くでき、その分、熱効率を高めて被処理体の面内温度の均一性を更に向上させることができるのみならず、熱応答性も良好にすることができる。
更に、被処理体の側部を均熱リング部材で覆うことにより、外部に放出される熱量を少なくして熱効率を高めることができると共に、その分、面内温度の均一性を向上させることができる。また、このリング部材により、部分的なホットウォール構造とすることができるので、処理容器側壁に不要な成膜が付着することを防止でき、メンテナンスも容易に行なうことができる。
また、ガス供給ヘッドと、均熱リング部材と、被処理体ホルダと、ガス排気ヘッドを一体構造化することにより、側部に漏れ出る処理ガスが少なくなり、処理ガスの使用効率を向上させることができるのみならず、メンテナンス作業も容易に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る枚葉式の熱処理装置を示す構成図である。
【図２】加熱手段を示す平面図である。
【図３】均熱リング部材を示す斜視図である。
【図４】ガス供給系とガス排気系を示す模式図である。
【図５】処理容器内と加熱手段容器内の圧力変化を示すグラフである。
【図６】従来の片面加熱と本発明の両面加熱の場合の被処理体の面内温度プロフィールを示すグラフである。
【図７】均熱リング部材の変形例を示す図である。
【図８】本発明の内部構造物を一体化した時の状態を示す断面図である。
【図９】図８に示す一体内部構造物の断面図である。
【図１０】図８に示す一体内部構造物の斜視模式図である。
【図１１】ガス供給系とガス排気系の変形例を示す図である。
【符号の説明】
２  熱処理装置
４  処理容器
６  下側加熱手段容器
８  上側加熱手段容器
１４  被処理体ホルダ
１６  下側の抵抗加熱ヒータ（加熱手段）
２６  上側の抵抗加熱ヒータ（加熱手段）
２８  ガス供給ヘッド
５０  均熱リング部材
５０Ａ  シャッタ部材
５６  ガス供給系
５８，６６  共通ガス通路
６２  供給側固定ニードル弁
６４  ガス排気系
７０  排気側固定ニードル弁
７６  ガス排気ヘッド
８４，８８  差圧測定部
８６，９０  弁開度制御部
Ｗ  半導体ウエハ（被処理体）
【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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