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JP3190165B2 - 縦型熱処理装置及び熱処理方法 - Google Patents

縦型熱処理装置及び熱処理方法

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JP3190165B2
JP3190165B2 JP08634093A JP8634093A JP3190165B2 JP 3190165 B2 JP3190165 B2 JP 3190165B2 JP 08634093 A JP08634093 A JP 08634093A JP 8634093 A JP8634093 A JP 8634093A JP 3190165 B2 JP3190165 B2 JP 3190165B2
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JP
Japan
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temperature
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heating
vertical
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亘 大加瀬
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Tokyo Electron Ltd
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
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    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/54—Apparatus specially adapted for continuous coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/12—Substrate holders or susceptors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B35/00—Apparatus not otherwise provided for, specially adapted for the growth, production or after-treatment of single crystals or of a homogeneous polycrystalline material with defined structure
    • C30B35/005—Transport systems

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  • Mechanical Engineering (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体素子やＬ
ＣＤ基板等の製造工程において利用される縦型熱処理装
置及び熱処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、半導体素子の製造工程において
は、半導体ウエハやＬＣＤ基板等の被処理物に、酸化膜
の形成や、熱ＣＶＤ法による薄膜形成や、熱拡散方によ
る高不純物濃度領域の形成などなどの処理を施すため
に、各種の熱処理装置が使用される。
【０００３】この種の熱処理装置としては、従来の横型
のものから、最近では、各種の制御がし易いと言うこと
で縦型のものが主流になりつつある。この縦型熱処理装
置は、例えば石英製等の断面逆Ｕ字形状をなす縦型のプ
ロセス容器の上面や周囲にヒータ等の発熱源を付設し、
このプロセス容器の下方からウエハボート等のローディ
ング機構により被処理物を水平状態に保持して該プロセ
ス容器内に搬入し、その被処理物を該プロセ容器内で所
定の処理温度に加熱すると共に、所要の処理ガスを導入
して、該被処理物に各種の処理を施す構成である。
【０００４】ところで、こうした縦型熱処理装置では、
被処理物の面内での膜質や膜厚の均一化を図るべく、熱
処理の高精度化や処理効率のアップ等が要求される。し
かも、近年、半導体プロセスはより微細化が進み、これ
と共に半導体ウエハの口径も８インチから１２インチへ
と大口径化が進み、また、ＬＣＤ基板などの大形のもの
を熱処理する必要が多くなり、これに伴い、熱処理の更
なる高精度化や、熱処理の更なる効率アップ等の厳しい
要求が課せられて来ている。
【０００５】こうした要求に応えるためには、プロセス
容器内に挿入した被処理物を如何にして短時間で効率良
く加熱処理するか、またその際、被処理物の温度分布の
面内均一性を如何に向上させるかが重要である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
縦型熱処理装置において、プロセス容器の上面や周囲に
ヒータ等の発熱源を付設し、これら発熱源のパワーをコ
ントロールして輻射熱により該プロセス容器内の被処理
物を加熱するのみで、それ以上の均熱効果を高める手段
が図られておらない。特に、大口径化の半導体ウエハや
ＬＣＤ基板などの大形の被処理物の場合、素早い加熱が
処理温度との関係から難しいと共に、周方向に部分的に
温度ムラが発生したり、中心部より周縁部の方が放熱量
が大きいために中央部と周辺部とに温度差が発生し、被
処理物の温度分布の面内均一性の向上がなかなか図れ
ず、前述の厳しい要求に応えることができない。
【０００７】本発明は前記事情に鑑みなされ、その目的
とするところは、大口径化の半導体ウエハやＬＣＤ基板
などの大形の被処理物であっても、温度分布の面内均一
化を図りながら所定の処理温度まで素早く加熱できて、
高精度な熱処理が効率良くできるようになる縦型熱処理
装置及び熱処理方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するために、請求項１は、発熱源を付設した縦型のプロ
セス容器と、被処理物を保持し前記プロセス容器内に下
方から挿脱するローディング機構とを備え、その被処理
物をプロセス容器内で所定の処理温度に加熱して所要の
処理を施す縦型熱処理装置であって、前記ローディング
機構は、昇降駆動部によりプロセス容器内に下方から挿
脱可能な昇降部材と、この昇降部材の上部に配するプレ
ートと、このプレートの上側に被処理物を水平状態に保
持したまま回転しながら、プロセス容器内で独自にアッ
プダウン動作して、該被処理物をプロセス容器内の処理
温度より高い温度に維持され 、 処理前に配置される加熱
位置と処理位置とに移動可能なホルダーとを有する構成
としたことを特徴とする。請求項２は、発熱源を付設し
た縦型のプロセス容器と、被処理物を保持し前記プロセ
ス容器内に下方から挿脱するローディング機構とを備
え、その被処理物をプロセス容器内で所定の処理温度に
加熱して所要の処理を施す縦型熱処理装置であって、前
記ローディング機構は、昇降駆動部によりプロセス容器
内に下方から挿脱可能な昇降部材と、この昇降部材の上
部に配するプレートと、このプレートの上側に被処理物
を水平状態に保持して回転するホルダーと、このホルダ
ーに保持された被処理物の下面に下方から成膜防止用ガ
スを噴射するガス噴出手段とを有する構成としたことを
特徴とする。請求項３は、発熱源を付設した縦型のプロ
セス容器と、被処理物を保持し前記プロセス容器内に下
方から挿脱するローディング機構とを備え、その被処理
物をプロセス容器内で所定の処理温度に加熱して所要の
処理を施す縦型熱処理装置であって、前記ローディング
機構は、昇降駆動部によりプロセス容器内に下方から挿
脱可能な昇降部材と、この昇降部材の上部に配するプレ
ートと、このプレートの上側に被処理物を水平状態に保
持したまま回転しながら、プロセス容器内で独自にアッ
プダウン動作して、該被処理物をプロセス容器内の処理
温度より高い温度に維 持され 、 処理前に配置される加熱
位置と処理位置とに移動可能なホルダーと、このホルダ
ーに保持された被処理物の下面に下方から成膜防止用ガ
スを噴射するガス噴出手段とを有する構成としたことを
特徴とする。請求項４は、請求項１〜３のいずれかに記
載の前記プロセス容器の下方には，その内部を不活性雰
囲気と大気とに置換可能に構成されたローディング室を
備えたことを特徴とする。請求項５は、請求項１〜４の
いずれかに記載の前記プレートの大きさは，被処理物よ
りやや大きめに構成されていることを特徴とする。請求
項６は、少なくとも２つ以上の加熱ゾーンを有する熱処
理装置を用い，被処理物に所定の熱処理を施す熱処理方
法であって，第１の温度に設定された第１加熱ゾーンで
被処理物を所定の温度に加熱する加熱工程と，その後，
第１の温度より低い温度に設定された第２加熱ゾーンで
所定の熱処理を施す熱処理工程と，前記被処理物を水平
状態に保持したまま回転しながら、プロセス容器内で独
自にアップダウン動作して、該被処理物をプロセス容器
内の処理温度より高い温度に維持され 、 処理前に配置さ
れる加熱位置と処理位置とに移動させる工程とを備えた
ことを特徴とする。請求項７は、請求項６記載の前記加
熱工程は，不活性ガス雰囲気で行なわれることを特徴と
する。請求項８は、請求項６又は７記載の前記熱処理工
程は，被処理物の裏面に成膜防止用ガスを供給しながら
行うことを特徴とする。請求項９は、請求項６〜８のい
ずれかに記載の前記加熱工程は 、 プロセス容器の最上段
の第１のゾーンを処理温度より高い温度に維持し、前記
熱処理工程は 、 上段寄りの第２のゾーンを最初は処理温
度より高い温度に維持し 、 被処理物が処理位置に位置す
ると同時に適切な処理温度に下降するように制御するこ
とを特徴する。
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【作用】前記構成の縦型熱処理装置であれば、半導体ウ
エハやＬＣＤ基板等の被処理物を、ローディング機構の
昇降部材上部のプレート上側にホルダーにより水平状態
に保持して回転させながら、プロセス容器内に挿入し
て、そのプロセス容器に付設した発熱源からの熱により
該被処理物を加熱処理するのであるから、その被処理物
が大口径化のウエハやＬＣＤ基板などの大形のものであ
っても、プレートの均熱効果とホルダーの回転により、
該被処理物の周方向の部分的な温度ムラや、中央部と周
辺部との温度差が少なくなって、温度分布の面内均一化
を図りながら効率良く所定の処理温度まで加熱でき、高
精度な処理が効率良く行い得るようになる。
【００１２】なお、被処理物を水平状態に保持したホル
ダーを、回転しながらプロセス容器内で独自にアップダ
ウン動作させることで、該プロセス容器内の高温の加熱
位置に被処理物を移動させて所定の処理温度まで急速に
加熱したら、素早くその被処理物をプロセス容器内の適
切温度の処理位置に移動させて処理することが可能とな
り、これで一層の効率アップ並びに温度分布の面内均一
化が図れるようになる。
【００１３】また、被処理物を熱処理するときに、ロー
ディング機構のガス噴出手段により成膜防止用ガスをホ
ルダーに保持された被処理物の下面に下方から噴射する
ことで、この成膜防止用ガスによりプロセス容器内に導
入される処理ガスが被処理物の裏面側に流れず、該被処
理物の裏面の成膜を防止しながら即ち、不必要な面に成
膜せずに、表面のみ成膜処理できるようになる。
【００１４】
【実施例】以下、図面を用いて、本発明の縦型熱処理装
置の一実施例を説明する。なお、図１は本実施例に係わ
る縦型熱処理装置の略全体を示す縦断面図である。この
縦型熱処理装置は、被処理物として例えば半導体ウエハ
（以下単にウエアと称する）に絶縁膜を生成する酸化装
置或いはＣＶＤ装置として利用されるものである。
【００１５】まず、本図において、符号１は全体が気密
性を持つクローズドボックス構造をなす装置本体を示
す。この装置本体１内の略上半部が熱処理室２、略下半
部が被処理物としてのウエハ３を熱処理室に挿脱（ロー
ド・アンロード）するローディング室４とされている。
【００１６】なお、この装置本体１の熱処理室２及びロ
ーディング室４は、いずれも周壁が例えばステンレスス
チール製の２重壁構造とされ、その内外壁間が水を導通
できる水冷ジャケット５とされている。従って、この装
置本体１内が外部と熱隔離され、熱処理室２内で外部に
熱影響をもたらすことなく高温熱処理を可能としている
と共に、熱処理後のウエハのローディング室４内での冷
却効率を高め得るようになっている。
【００１７】前記熱処理室２内には、プロセス容器（プ
ロセスチューブ）１１が固設されている。このプロセス
容器１は、一種の加熱炉で、例えば耐熱性に優れかつ汚
染の少ない石英等によって形成されたハット形状、即ち
下端に炉口を開口した上端閉塞の縦型略円筒形状をな
す。
【００１８】また、熱処理室２内のプロセス容器１１の
外周下部には、前述と略同様の水冷構造のマニホールド
１３が固設され、前記熱処理室２とローディング室４と
を仕切っていると共に、このマニホールド１３を介して
前記プロセス容器１１内のガスを外部に真空（減圧）排
気する排気管１４と、外部のガス供給源からの所要の処
理ガス及びＮ2 ガス等の不活性ガスを前記プロセス容器
１１内に上方部より供給するガス導入管１５が貫設され
ている。
【００１９】更に、前記熱処理室２内のプロセス容器１
１の周囲には、発熱源として第１のヒータユニット２１
と第２及び第３のヒータユニット２２，２３が配設され
ている。
【００２０】その第１のヒータユニット２１は、プロセ
ス容器１１の上側に平面的に配されたもので、例えばア
ルミナセラミック等からなる略平板状の断熱板２４の下
面に面状発熱体として、例えば二硅化モリブデンまたは
鉄とクロムとアルミニュームの合金よりなるカンタル
（商品名）線等を用いたヒータエレメント２５を面状に
配設し、更にその内面側に平板状の均熱板２６を設けて
なる構成である。なお、均熱板２６は、面状発熱体に発
熱ムラ即ち、ヒータエレメント２５からプロセス容器１
１内に入射する輻射熱に分布ムラが生じている場合に、
その分布ムラを解消するもので、高温の輻射熱に対して
も耐熱性に優れ汚染度が少ない材質、例えば炭化硅素
（ＳｉＣ）又は石英、或いはグラファイトの表面に炭化
硅素をコーティングしてなる構成である。
【００２１】前記第２及び第３のヒータユニット２２，
２３は、プロセス容器１１の外周の上段部位と中段部位
とを取り囲むように環状に周配された補助ヒータで、そ
れぞれ前述と略同様に断熱板２７と、この内面側に配す
る発熱体としてのヒータエレメント２８と、更に内面側
に配する均熱板２９とで構成されている。なお、この第
２及び第３のヒータユニット２２，２３の場合、断熱板
２７及び均熱板２９はそれぞれ円筒形状をなし、その間
のヒータエレメント２８は周方向に亘り配列するランプ
ヒータを用いた構成である。
【００２２】また、その第２及び第３のヒータユニット
２２，２３の断熱板２７には、第１，第２，第３の各ヒ
ータユニット２１，２２，２３相互の熱干渉を遮断する
ためにリブ状の区分凸部２７ａ，２７ｂが突設されてい
る。これにてプロセス容器１１内部が、図４に示す如
く、主に第１のヒータユニット２１の面状発熱体による
入射熱エネルギーを受ける最上段の第１ゾーンＡと、主
に第２のヒータユニット２２の発熱体による入射熱エネ
ルギーを受ける上段寄りの第２ゾーンＢと、主に第３の
ヒータユニット２３の発熱体による入射熱エネルギーを
受ける中段の第３ゾーンＣとされている。それら第１乃
至第３ゾーンＡ，Ｂ，Ｃにおける加熱温度が第１乃至第
３のヒータユニット２１，２２，２３のパワー制御によ
りそれぞれ任意に設定可能となっている。
【００２３】こうした第１乃至第３のヒータユニット２
１，２２、２３の外周面と前記装置本体１内面との間の
空間には、更に外部との断熱性を高めるべく、例えば石
英ウール等よりなる断熱材２９が詰め込まれている。
【００２４】一方、前記装置本体１の略下半部のローデ
ィング室４内には、被処理物としてのウエハ３を一枚ず
つ保持し前記プロセス容器１１内に下方から挿脱するロ
ーディング機構（ウエハボードエレベータ）３１が設け
られている。このローディング機構３１は、昇降駆動部
３２と、これによりプロセス容器内に下方から挿脱可能
な昇降部材としての外筒軸３３と、この上端部に配する
均熱プレート３４と、更にこの上側に配してウエハ３を
保持する回転ホルダー３５とを有してなる。
【００２５】その外筒軸３３は比較的太い長尺な中空状
のもので、プロセス容器１１の下端炉口の中心軸線上に
垂直に配し、且つローディング室４底部に嵌設した軸受
３７を介し上下動可能に貫通して設けられている。この
外筒軸３３が昇降駆動部３２により昇降せしめられる。
【００２６】なお、その昇降駆動部３２は、ローディン
グ室４の下方に設置されたモータにより正逆回転するね
じ杆３８と、これに螺合してねじ送り作用により上下動
する昇降支持アーム３９で構成され、この昇降支持アー
ム３９に外筒軸３３が支持されて昇降するようになって
いる。この外筒軸３３の昇降の際にローディング室４内
の外気に対する気密性を保つべく、軸受３７と昇降支持
アーム３９との間に伸縮可能なベロー（蛇腹）４０が設
けられている。
【００２７】前記均熱プレート３４は前記同様に高温の
輻射熱に対しても耐熱性に優れ且つ汚染度が少ない材
質、例えば高純度炭化硅素（ＳｉＣ）或いは石英製で、
図２及び図３に示す如く周囲に立上がり縁部３４ａを有
した浅底円形皿状をなし、外筒軸３３の上端部に水平に
設けられていると共に、中央部に外筒軸３３内と連通す
る開口３４ｂを有している。なお、この均熱プレート３
４はウエハ３を上下する際の冷却防止のために、該ウエ
ハ３の外形寸法より更にα（約３０mm）程度大径にされ
ている。
【００２８】前記回転ホルダー３５は、回転中心軸４２
を有し、この回転中心軸４２の上端から図２及び図３に
示す如く周方向に等配して複数本例えば、４本の細い支
持棒４３を放射状に突設し、更に、その各支持棒４３の
先端部を少し上方にＬ字形に屈曲すると共に、それらの
上端部に内側に斜めにカットした斜面部４３ａを有した
構成である。
【００２９】これら各斜面部４３ａでウエア３の外周下
側縁部（エッジ）の４カ所を受けて、該ウエハ３を前記
均熱プレート３４の上側に水平状態に搭載保持する。な
お、この回転ホルダー３５も前述同様に高温の輻射熱に
対しても耐熱性に優れ且つ汚染度が少ない材質、例えば
高純度炭化硅素（ＳｉＣ）或いは石英で構成されてい
る。
【００３０】前記回転ホルダー３５の回転中心軸４２
は、図１に示す如く、小径長尺なもので、前記均熱プレ
ート３４の中央開口から外筒軸３３内に回転並びに上下
動可能に貫設されている。この回転中心軸４２は、外筒
軸３３よりも下方に長く突出し、前記昇降駆動部３２の
昇降支持アーム３９に装着したサブ昇降駆動部４５の昇
降支持アーム４６に支持されている。
【００３１】従って、この回転ホルダー３５は、回転中
心軸４２を介して外筒軸３３と一緒に上下動すると共
に、サブ昇降駆動部４５のモータ４７により正逆回転す
るねじ杆４８のねじ送り作用で独自に素早く上下動（ア
ップダウン動作）するようになっている。この回転中心
軸４２が上下動する際の外筒軸３３内下端部の外気に対
する気密性を保つべく、その外筒軸３３下端と昇降支持
アーム４６との間に伸縮可能なベロー（蛇腹）４９が設
けられている。
【００３２】また、この回転ホルダー３５の回転中心軸
４２は、サブ昇降駆動部４５の昇降支持アーム４６に装
着した回転駆動部５１のモータ５２にの駆動によりギヤ
５３，５４を介し回転せしめられるようになっている。
【００３３】つまり、ローディング機構３１は、均熱プ
レート３４の上側にウエハ３を回転ホルダー３５で水平
状態に保持して回転しながら外筒軸３３と共に上昇して
プロセス容器１１内に挿入し、更に回転ホルダー３５が
回転しながらプロセス容器１１内で独自にアップダウン
動作して、該ウエハ３をプロセス容器１１内の高温加熱
位置（例えばＡゾーン）と適性温度の処理位置（例えば
Ｂゾーン）とに素早く移動させ得るようになっている。
【００３４】また、前記ローディング機構３１は、プロ
セス容器１１内でのウエハ熱処理中におけるガスシール
と熱遮蔽を目的として、外筒軸３３の上端方寄り途中に
蓋５５を有している。この蓋５５は外筒軸３３の上昇に
よりプロセス容器１１の下端炉口にシール材を介し接合
して閉塞し、該プロセス容器１１内をローディング室４
と完全に遮断した密封状態にできる。また、その蓋５５
の上面部には中空環状の水冷盤部５６を有し、この水冷
盤部５６内に外筒軸３３中を介し下端部の通水ホース５
７，５８により水を導通循環できるようになっている。
更に、その水冷盤部５６の上側に放熱フィンの如き石英
製の複数枚の反射板５９が多段に配して設けられてい
る。
【００３５】更に、前記ローディング機構３１は、プロ
セス容器１１内でウエハ３を熱処理する際、そのウエハ
３の下面に成膜防止用ガスを微量であるが噴射するガス
噴出手段として、図２及び図３に示す如く、外筒軸３３
と回転中心軸４２との間に上下に亘るガス導通路６１を
有し、この上端が前記均熱プレート３４の中央開口３４
ｂと連通し、下端が図１に示すベロー４９内に連通し、
このベロー４９内に外部から成膜防止用ガスを導入する
ガスホース６２が接続されている。
【００３６】更にまた、前記ローディング機構３１は、
回転ホルダー３５に搭載保持したウエハ３の温度を検出
して各種制御を行うために、回転中心軸４２も図示しな
いが中空形状とし、この下端から温度センサー６３が差
し込み装着されている。
【００３７】こうしたローディング機構３１によりウエ
ハ３をプロセス容器１１内へ挿脱するとき、その炉口付
近でもかなりの高温度雰囲気状態にあり、そこに大気が
存在すると、ウエハ３に自然酸化膜が形成されてしまう
問題があるので、前記ローディング室４内は例えばＮ2
ガス等の不活性ガス雰囲気（非酸素雰囲気）のクローズ
ド構造（大気と隔離）とすることが望ましい。
【００３８】そこで、そのローディング室４内の一側上
下部にガス供給手段としてＮ2 ガス導入用のガス導入ノ
ズル６５，６７が設けられ、これらと反対側に排気管６
８，６９が設けられている。
【００３９】また、このローディング室４内に被処理物
としてのウエハ３を大気と隔離して出し入れするため
に、ロードロック室７０が連設されている。このロード
ロック室７０は大気と不活性ガスとの置換が楽なように
比較的小さなボックス形状で、上部にＮ2 ガス等のガス
導入管７１が、下部に排気管７２が設けられていると共
に、両端にゲートバルブ７３，７４が設けられ、内部に
ウエハ３を一時載置しておけるバッファ７５と、移載機
（ハンドリングメカ）７６が設けられている。
【００４０】つまり、このロードロック室７０は、一端
のゲートバルブ７３を開いて外部から図示しない搬入ロ
ボット等によりにウエハ３が内部のバッファ７５に受け
入れ、その一端のゲートバルブ７３を閉じた状態でロー
ドロック室７０内を不活性ガス雰囲気に置換した後、他
端側のゲートバルブ７４を開いて移載機７６によりウエ
ハ３を一枚ずつローディング室４内のローディング機構
３１の回転ホルダー３５に移載できる。処理済みウエハ
３はその逆の手順で外部に取り出しできる。従って、ロ
ーディング室４からプロセス容器１１へのウエハ３の搬
入、及びその逆の搬出を、全て外部の大気と隔離したＮ
2 ガス等の不活性ガス雰囲気下で行うことができる構成
である。
【００４１】なお、そのロードロック室７０はローディ
ング室４内へのウエハ３の出し入れ作業を効率良く行う
ために、該ローディング室４の前後対向部位に一個ずつ
合計２個（片側図示省略）設けて、一方通行的にウエハ
３の出し入れを行うようにしてある。
【００４２】また、前記ローディング室４の側部には、
水冷ジャケットに覆われたヨ字形状ボックス８０が該ロ
ーディング室４内に開口する状態に連設され、このボッ
クス８０内に耐熱性並びに断熱性に優れた材質よりなる
炉口シャッタ８１と区分シャッタ８２とが設置されてい
る。これら炉口シャッタ８１と区分シャッタ８２とは、
互いに上下に平行間隔を存した状態で、各々の端部が旋
回昇降駆動機構８３のエアシリンダ８４のロッド８５に
連結支持されている。なお、その旋回昇降駆動機構８３
は、昇降用のエアシリンダ８４と、このロッド８５を回
転せしめる旋回用のモータ８６及びスプラインギヤ８
７，８８を有している。
【００４３】その炉口シャッタ８１と区分シャッタ８２
とは、前記ローディング機構３１の昇降時、その邪魔に
ならないように前記ボックス８０内に退避させられ、ロ
ーディング機構３１の下降した時に、旋回昇降駆動機構
８３のモータ８５の駆動でロッド８４が回転すること
で、ローディング室４内中央に旋回移動し、更にエアシ
リンダ８４の駆動でロッド８４と共に押上られて、その
上側の炉口シャッタ８１が前記プロセス容器１１下端の
炉口にシール材を介し当接して閉塞し、プロセス容器１
１内のガスシールを行うと共に熱がローディング室４内
方に逃げるをの防ぐ。同時に下側の区分シャッタ８２が
ローディング室４内を上下に区分する。
【００４４】なお、この区分シャッタ８２は、中間に円
弧状凹溝８２ａを有し、ローディング室４内方に旋回す
る際に、該円弧状凹溝８２ａ内に既に下降しているロー
ディング機構３１の回転中心軸４２を受入れるようにし
て、均熱プレート３４と回転ホルダー３５との間でロー
ディング室４内を上下に区分する構成である。これでプ
ロセス容器１１内からローディング室４内に引き下げた
高温状態の処理済みウエハ３を、ローディング機構３１
の同じく高温状態の均熱プレート３４や反射板５９など
と別けて、各々の冷却を効率良く行い得るようにしてい
る。その冷却は上下のガス導入ノズル６５，６７からの
不活性ガス導入と、それらガスの排気管６８，６９から
の吸引排気で行う。
【００４５】また、前記炉口シャッタ８１と区分シャッ
タ８２とは、その冷却効果を一層高めるべく、中空円盤
状となし、内部に前記ロッド８５中を介して下端部の通
水ホース８９，９０により水を導通循環できる水冷構造
とされている。
【００４６】このような構成の縦型熱処理装置の作用を
述べると、まず、プロセス容器１１内及びローディング
室４内をＮ2 ガス等の不活性ガス雰囲気に置換してお
く。この状態でロードロック室７０内にゲートバルブ７
３を介し外部からウエハ３を搬入する。そのロードロッ
ク室７０内を大気から不活性ガスに置換してから、その
内側のゲートバルブ７４のみを開き、移載機７６により
一枚のウエハ３を取り出して、図４（ａ）に示す如くロ
ーディング室４内のローディング機構３１の回転ホルダ
ー３５上に移載保持する。
【００４７】この状態で、図４（ｂ）に示す如く炉口シ
ャッタ８１と区分シャッタ８２とがボックス８０内に退
避し、ローディング機構３１が図４（ｃ）に示す如く上
昇して、ウエハ３をプロセス容器１１内に挿入すると共
に、プロセス容器１１の下端炉口を蓋５５で閉塞する。
【００４８】この際、プロセス容器１１の上面側の第１
のヒータユニット２１は１２００℃程度の一定した高い
加熱温度を維持するように制御して、最上段の第１ゾー
ンＡを高温度の加熱位置として設定する。プロセス容器
１１の外周上段部の第２のヒータユニット２２は最初は
高い温度で、ウエハ３が上昇して来ると同時に８００℃
程度に下降するように制御して、上段寄りの第２ゾーン
Ｂを適切な処理温度の処理位置として設定する。プロセ
ス容器１１の外周中段部の第３のヒータユニット２３は
最初は高い設定温度で、ウエハ３が上昇して来ると同時
に６００℃程度に下降するように制御し、中段の第３ゾ
ーンＣを適度な保温状態に設定する。
【００４９】こうした加熱状況のプロセス容器１１内
に、前述の如くウエハ３を外筒軸３３上端の均熱プレー
ト３４上側に回転ホルダー３５により水平状態に保持し
たまま回転させながら第２ゾーンＢまで上昇する。これ
で大口径のウエハ３であっても、均熱プレート３４の均
熱効果と回転ホルダー３５の回転により、該ウエハ３が
周方向の部分的な温度ムラや、中央部と周辺部との温度
差を殆ど生じずに、略均一な面内温度分布で効率良く加
熱されるようになる。
【００５０】更に、図４（ｄ）に示す如く、回転ホルダ
ー３５が独自にウエハ３を回転しながら前述の如く高温
加熱状態の最上段の第１ゾーンＡに上昇し、そこでウエ
ハ３を急速に加熱し、所定の処理温度まで達したら、素
早くそのウエハ３を適切な温度の処理位置として設定し
たＢゾーンに下降する。こうしたアップダウン動作によ
る急速な温度（パワー）変化で、ウエハ３の面内温度を
より一層の均一化しながら非常に効率良く所定の処理温
度まで一気に加熱できるようになる。
【００５１】こうして所定の処理温度まで加熱したウエ
ハ３は適切な処理温度の処理位置として設定した第２ゾ
ーンＢに停止させ、ここで図４（ｅ）に示す如くプロセ
ス容器１１内のＮ2 ガスを排気しながら所定の処理ガス
を上方より供給して、該ウエハ３の表面に所望の熱処理
（成膜）を行う。
【００５２】なお、この際、ローディング機構３１の下
端のガスホース６２から成膜防止用ガスをガス導通路６
１に供給し、そのガスを均熱プレート３４の中央開口３
４ｂからウエハ３の裏面（下面）に向けて微量であるが
噴射する。これでその成膜防止用ガスが均熱プレート３
４とウエハ３との隙間に流れ出し、処理ガスが該ウエハ
３の裏面側に流れ込むのを防いで、そのウエハ３の裏面
の成膜を防止しながら即ち、不必要な面に成膜せずに、
表面のみ成膜処理できるようになる。
【００５３】こうした熱処理後は、プロセス容器１１内
の処理ガスを真空引きして排出し、その代わりにＮ2 ガ
ス等の不活性ガスを導入する。この状態で処理済みウエ
ハ３を前記挿入時と略逆の手順で搬出する。
【００５４】なお、その搬出時、ローディング機構３１
が下降して、図４（ｂ）に示す如くウエハ３をプロセス
容器１１内からローディング室４に引き出すが、ここで
ウエハ３を保持する回転ホルダー３５をロードロック室
７０と略等しい高さに保持したまま、外筒軸３３を更に
下降して図４（ａ）に示す状態となす。この状態で炉口
シャッタ８１と区分シャッタ８２とがローディング室４
内に進出旋回・上昇し、その上側の炉口シャッタ８１が
プロセス容器１１下端の炉口を閉塞して、該プロセス容
器１１内からの熱がローディング室４内方に逃げるをの
防ぐと同時に、下側の区分シャッタ８２が均熱プレート
３４と回転ホルダー３５との間でローディング室４内を
上下に区分する。これで上下のガス導入ノズル６５，６
７からの不活性ガス導入と、それらガスの排気管６８，
６９からの吸引排気により、前記高温状態の処理済みウ
エハ３と、ローディング機構３１の同じく高温状態の均
熱プレート３４や反射板５９などとを別けて、各々効率
良く冷却する。こうした後に該処理済みウエハ３をロー
ドロック室７０を介し外部に搬出するようになる。
【００５５】なお、本発明は前述の実施例のみに限定さ
れることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば
種々変更可である。例えば、前記実施例の縦型熱処理装
置は、被処理物として半導体ウエハ３に絶縁膜を生成す
る酸化装置或いはＣＶＤ装置として利用されるものとし
たが、被処理物の種類や処理の種類は特に限定されるも
のではなく、ＬＣＤ基板などの他の種の処理を行う処理
装置であってもよいことはもちろんである。これら処理
の種類に応じて前述のＮ2 ガス以外の不活性ガスを供給
するようにしても良い。
【００５６】また、処理ガスとしては、例えばＣＶＤ装
置として、ポリシリコン薄膜を形成するのであればＳｉ
Ｈ4 ガスを使用し、シリコン窒化膜を形成するのであれ
ばＮＨ4 ガスおよびＳｉＨ2 Ｃｌ2 ガスを使用する。ま
た、その各ヒータユニット２１〜２３の加熱能力も、処
理の内容に応じて定めればよい。例えば、酸化装置の場
合は処理温度を８００〜１２００℃に設定できるように
構成し、また、ＣＶＤ装置の場合は５００〜１０００℃
に設定する用に制御すればよい。
【００５７】本発明の縦型熱処理装置及び処理方法によ
れば、大口径化の半導体ウエハやＬＣＤ基板などの大形
の被処理物であっても、プレートの均熱効果とホルダー
の回転により、該被処理物の周方向の部分的な温度ムラ
や、中央部と周辺部との温度差が少なくなって、温度分
布の面内均一化を図りながら効率良く所定の処理温度ま
で加熱でき、高精度な処理が効率良く行い得るようにな
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の縦型熱処理装置の一実施例を示す概略
的断面図。
【図２】同上実施例のローディング機構の上部の均熱プ
レート及び回転ホルダーの断面図。
【図３】同上ローディング機構の上部の均熱プレート及
び配転ホルダー並びに蓋部などの斜視図。
【図４】（ａ）〜（ｅ）は前記処理装置の動作を順に示
す説明図。
【符号の説明】
３…被処理物（半導体ウエハ）、４…ローディング室、
１１…プロセス容器、２１〜２３…発熱源（ヒータユニ
ット）、３１…ローディング機構、３２…昇降駆動部、
３３…昇降部材（外筒軸）、３４…均熱プレート、３５
…回転ホルダー、４５…サブ昇降駆動部、５１…回転駆
動部、６２…成膜防止用ガス噴出手段（ガスホース）。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/205 H01L 21/31 H01L 21/324

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 発熱源を付設した縦型のプロセス容器
    と、被処理物を保持し前記プロセス容器内に下方から挿
    脱するローディング機構とを備え、その被処理物をプロ
    セス容器内で所定の処理温度に加熱して所要の処理を施
    す縦型熱処理装置であって、 前記ローディング機構は、昇降駆動部によりプロセス容
    器内に下方から挿脱可能な昇降部材と、この昇降部材の
    上部に配するプレートと、このプレートの上側に被処理
    物を水平状態に保持したまま回転しながら、プロセス容
    器内で独自にアップダウン動作して、該被処理物をプロ
    セス容器内の処理温度より高い温度に維持され 、 処理前
    に配置される加熱位置と処理位置とに移動可能なホルダ
    ーとを有する構成としたことを特徴とする縦型熱処理装
    置。
  2. 【請求項２】 発熱源を付設した縦型のプロセス容器
    と、被処理物を保持し前記プロセス容器内に下方から挿
    脱するローディング機構とを備え、その被処理物をプロ
    セス容器内で所定の処理温度に加熱して所要の処理を施
    す縦型熱処理装置であって、 前記ローディング機構は、昇降駆動部によりプロセス容
    器内に下方から挿脱可能な昇降部材と、この昇降部材の
    上部に配するプレートと、このプレートの上側に被処理
    物を水平状態に保持して回転するホルダーと、このホル
    ダーに保持された被処理物の下面に下方から成膜防止用
    ガスを噴射するガス噴出手段とを有する構成としたこと
    を特徴とする 縦型熱処理装置。
  3. 【請求項３】 発熱源を付設した縦型のプロセス容器
    と、被処理物を保持し前記プロセス容器内に下方から挿
    脱するローディング機構とを備え、その被処理物をプロ
    セス容器内で所定の処理温度に加熱して所要の処理を施
    す縦型熱処理装置であって、 前記ローディング機構は、昇降駆動部によりプロセス容
    器内に下方から挿脱可能な昇降部材と、この昇降部材の
    上部に配するプレートと、このプレートの上側に被処理
    物を水平状態に保持したまま回転しながら、プロセス容
    器内で独自にアップダウン動作して、該被処理物をプロ
    セス容器内の処理温度より高い温度に維持され 、 処理前
    に配置される加熱位置と処理位置とに移動可能なホルダ
    ーと、こ のホルダーに保持された被処理物の下面に下方
    から成膜防止用ガスを噴射するガス噴出手段とを有する
    構成としたことを特徴とする 縦型熱処理装置。
  4. 【請求項４】 前記プロセス容器の下方には，その内部
    を不活性雰囲気と大気とに置換可能に構成されたローデ
    ィング室を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいず
    れかに記載の縦型熱処理装置。
  5. 【請求項５】 前記プレートの大きさは，被処理物より
    やや大きめに構成されていることを特徴とする請求項１
    〜４のいずれかに記載の縦型熱処理装置。
  6. 【請求項６】 少なくとも２つ以上の加熱ゾーンを有す
    る熱処理装置を用い，被処理物に所定の熱処理を施す熱
    処理方法であって， 第１の温度に設定された第１加熱ゾーンで被処理物を所
    定の温度に加熱する加熱工程と，その後，第１の温度よ
    り低い温度に設定された第２加熱ゾーンで所定の熱処理
    を施す熱処理工程と，前記被処理物を水平状態に保持したまま回転しながら、
    プロセス容器内で独自にアップダウン動作して、該被処
    理物をプロセス容器内の処理温度より高い温度に維持さ
    れ 、 処理前に配置される加熱位置と処理位置とに移動さ
    せる工程とを備えた ことを特徴とする熱処理方法。
  7. 【請求項７】 前記加熱工程は，不活性ガス雰囲気で行
    なわれることを特徴とする請求項６記載の熱処理方法。
  8. 【請求項８】 前記熱処理工程は，被処理物の裏面に成
    膜防止用ガスを供給しながら行うことを特徴とする請求
    項６又は７記載の熱処理方法。
  9. 【請求項９】 前記加熱工程は 、 プロセス容器の最上段
    の第１のゾーンを処理温度より高い温度に維持し、前記
    熱処理工程は 、 上段寄りの第２のゾーンを最初は処理温
    度より高い温度に維持し 、 被処理物が処理位置に位置す
    ると同時に適切な処理温度に下降するように制御するこ
    とを特徴する請求項６〜８のいずれかに記載の熱処理方
    法。
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