JP6952633B2 - 基板加熱装置及びこれを用いた基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板加熱装置及びこれを用いた基板処理装置に関する。

従来から、上端が開口している加熱炉本体と、加熱炉本体内部に設置されている加熱手段と、加熱炉本体内に収容されており、単一の管からなる反応管とを備えた熱処理装置であって、加熱手段が、反応管の周囲を囲繞するように配置された線状発熱素子と、反応管の上部の狭径化部の周囲に配置されたスパイラル状発熱素子と、反応管の直胴部上部に配置されたつづら折り状発熱素子と、反応管の直胴部下部に配置された扁平スパイラル状発熱素子と、反応管内部の被処理基板支持部材下部に配置された面状発熱体からなる構成を有する熱処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

かかる特許文献１では、面状発熱体の下部に熱反射体を更に配置し、面状発熱体が下方に発する熱を上方に反射して、熱が下方に散逸しないようにしている。

特開２００４−１１９５１０号公報

しかしながら、近年、複雑なパターンが形成された基板の反りを防止する観点から、プロセスの低温化が進んでいる。また、加熱炉内に供給する処理ガスと基板との接触回数を多くし、スループットを向上させる観点から、プロセスの高圧化も進んでいる。かかる低温高圧化のプロセス環境では、面状発熱体の発熱量も小さく抑えられるため、熱反射体で十分に熱を反射することができず、反応管の下方から熱が逃げて行き易くなる。そのため、下方の加熱が不十分となり易く、均一な加熱が困難になるという問題があった。

そこで、本発明は、このような低温高圧下のプロセスにおいても、基板を下方から十分に加熱して保温することができる基板加熱装置及びこれを用いた基板処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る基板加熱装置は、基板を略水平に支持可能な基板支持部材と、
前記基板支持部材の下方に設けられ、前記基板と略平行に設置されるとともに、所定の平面形状を有する加熱手段と、
前記加熱手段の外周部から下方に延びる側面部と、
前記側面部よりも内側の位置に、周方向に所定間隔を有して立設され、前記加熱手段を下方から支持する複数の支柱と、を有する。

本発明によれば、基板を下方から十分に加熱及び保温することができる。

本発明の実施形態に係る基板加熱装置及び基板処理装置の一例を示した断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る基板加熱装置の下部ヒータの一例を示した図である。 本発明の第２の実施形態に係る基板加熱装置の下部ヒータの一例を示した図である。 本発明の第３の実施形態に係る基板加熱装置の下部ヒータの一例を示した図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。

図１は、本発明の実施形態に係る基板加熱装置及び基板処理装置の一例を示した断面図である。本実施形態に係る基板加熱装置は、基板を加熱処理する種々の基板処理装置に適用可能であるが、本実施形態においては、基板を水平な状態で縦方向（鉛直方向）に所定間隔を空けて積載支持し、複数枚の基板を加熱処理する縦型熱処理装置１に適用した例を挙げて説明する。即ち、本実施形態に係る基板処理装置を縦型熱処理装置１として構成した例を挙げて説明する。

図１において、縦型熱処理装置１は、半導体ウエハＷ（以下、単に「ウエハＷ」と呼ぶ）等の基板を収容して所定の処理、例えばＣＶＤ処理を施すための縦型の熱処理炉２０を備える。熱処理炉２０は、下部が炉口３１として開口された縦長の処理容器である反応管３０と、この反応管３０の炉口３１を開閉する昇降可能な蓋体４０と、反応管３０の周囲に設けられ、反応管（炉）３０内を所定の温度例えば３００〜１２００℃に加熱制御可能な発熱抵抗体を含む側面ヒータ５０とを備える。反応管３０の内部には、ウエハＷを支持するためのウエハボート６０が設けられ、ウエハボート６０の下方には、ウエハＷを下方から加熱及び保温するための加熱手段として、下部ヒータ７０が設けられている。ウエハボート６０は、ウエハＷ等の基板を支持するための基板支持部材であり、複数枚のウエハＷを略水平な状態で、縦方向（鉛直方向）に所定間隔を有して配列し、支持することができる。また、熱処理炉２０の外部には、基板加熱装置を含む基板処理装置全体の動作を制御する制御部１１０が設けられる。

なお、ウエハボート６０及び下部ヒータ７０が本実施形態に係る基板加熱装置を構成する。その他の構成要素は、基板処理装置の構成要素となる。

反応管３０は、例えば石英ガラスや炭化ケイ素などのセラミックからなる単管式の反応管であり、ウエハＷを収容して基板処理を施すための処理容器である。反応管３０の下端部には外向きのフランジ部３２が形成され、このフランジ部３２は、フランジ保持部材８１を介してベースプレート８０の下部に保持されている。この場合、ベースプレート８０を反応管３０が下方から貫通し、また、ベースプレート８０上に側面ヒータ５０が設置されている。

反応管３０のフランジ部３２には反応管３０内に処理ガスやパージ用の不活性ガスを導入する複数のガス導入管９０が設けられ、これらガス導入管９０にはガス供給系の配管が接続されている。また、反応管３０の頂部は漸次縮径され、この頂部には排気口１０が形成されており、この排気口１０には反応管３０内を減圧制御可能な真空ポンプや圧力制御弁等を有する排気系の配管が接続されている（図示省略）。

熱処理炉２０の下方は、蓋体４０上に配置された後述のウエハボート６０を熱処理炉（すなわち反応管３０）２０内に搬入（ロード）したり、熱処理炉２０から搬出（アンロード）したり、或いはウエハボート６０へのウエハＷの移載を行うための作業領域（ローディングエリア）１２となっている。この作業領域１２にはウエハボート６０の搬入、搬出を行うよう蓋体４０を昇降させるための昇降機構１３が設けられている。

蓋体４０は、例えばＳＵＳ製の蓋からなり、複数の緩衝機構１４を介して保持板１５上に保持されており、この保持板１５が昇降機構１３に連結されている。蓋体４０は炉口３１の開口端に当接して炉口３１を密閉する。蓋体４０の下部中央部にはウエハボート６０を回転させるための例えば、窒化ケイ素などのセラミックスにより形成された回転軸部１０１を有する回転導入機構１００が設けられている。

ウエハボート６０は、例えば石英製であり、大口径例えば直径３００ｍｍの多数例えば２０〜１５０枚程度のウエハＷを水平状態で上下方向に間隔をおいて多段に支持するボート本体６２と、このボート本体６２を支持する一本足の脚部６１とを有し、これらボート本体６２と脚部６１とが一体に形成されている。そしてウエハボート６０の一本足の脚部６１は、ウエハＷを周方向に回転させるための回転軸部１０１に連結されている。

ボート本体６２は、天板６３、底板６４、およびこの天板６３と底板６４とを固着接合するための複数の支柱６５とからなっている。底板６４の中央部に、脚部６１が固着されている。そして、この支柱６５には、基板（ウエハＷ）を水平に保持するための溝６６が形成されており、この溝６６にウエハＷの周縁部が支持されるようになっている。

脚部６１は、下端部に、半径方向外方へ突出する下方フランジ６１ａを有する。つまり、脚部６１の下方部は外方へ突出する下方フランジ６１ａからなり、脚部６１は下方フランジ６１ａを介して回転軸部１０１に連結されている。この場合、下方フランジ６１ａと回転軸部１０１とは、例えば、図示しない下方フランジ６１ａに埋め込まれた連結ピンにより連結されている。

回転導入機構１００は、上述のように、回転軸部１０１と、蓋体４０の下部中央部に一体的に設けられて回転軸部１０１を回転可能に支持する筒状のハウジング１０２とを有する。ハウジング１０２の下方には、回転筒体１０３が設けられている。回転筒体１０３内には、図示しない回転軸が、回転筒体１０３と一体となって収容されており、回転筒体１０３内に図示しない軸受を介して回転可能に設けられている。回転筒体１０３には、回転駆動手段であるモータが図示しないベルトを介して連結され、これにより回転軸が回転駆同されるように構成される。

蓋体４０は脚部６１の下方フランジ６１ａを囲むとともに、上方へ突出する囲みリング４１を有している。この囲みリング４１は蓋体４０と一体に形成され、囲みリング４１と下方フランジ６１ａとの間に、垂直方向に沿って延びる間隙が形成されている。囲みリング４１と下方フランジ６１ａとの間の間隙は、例えば０．２ｍｍ〜２．０ｍｍの大きさをもち、かつ囲みリング４１の高さは１０ｍｍ〜４０ｍｍとなっている。

なお、蓋体４０の囲みリング４１と下方フランジ６１ａとの間の間隙から、回転軸部１０１側へ腐食性を有する処理ガスが侵入するのを防止するために、例えば窒素ガス（Ｎ_２）のような不活性ガスを導入可能な構成となっている。このように、必要に応じて、プロセス中に、蓋体４０の囲みリング４１と下方フランジ６１ａとの間の間隙から、反応管３０内に不活性ガスが導入することが可能である。

側面ヒータ５０は、反応管３０を外側面から加熱できる限り、種々の構成とされてよい。側面ヒータ５０は、例えば、線状発熱素子を反応管３０の側面部を囲むように反応管３０の長手方向に沿って複数本配置して構成されてもよい。この場合、具体的には、線状発熱素子が数センチオーダの間隔で、多数配置される。線状発熱素子は、反応管３０の長手方向に直線上に配置しても良いし、Ｕ字状に屈曲させた線状発熱素子を複数、反応管３０を取り囲むように配置しても良い。

線状発熱素子は、高純度の線状の可撓性のある抵抗発熱体、例えば線径１０μｍ前後のカーボンファイバの束を複数用いて編み込むことによって形成されたカーボンワイヤを、直管状の石英チューブのような外径十数ｍｍのセラミックチューブ内に配置し、セラミックチューブの端部を、外部への電力供給用の端子が接続できるように封止して構成したものであってもよい。このような線状発熱素子は、熱容量が小さいため、動的な温度特性に優れており、急速昇降温が可能でかつその制御も容易であるという特徴を有している。

側面ヒータ５０は、制御部１１０によって制御されて電力が供給され、駆動される。この際に、この側面ヒータ５０のすべてに同一の電力を供給して制御しても良いし、この側面ヒータ５０を複数のグループに分け、それぞれのグループに異なる電力を供給して複数のグループに分けて発熱量を制御することもできる。また、これらの複数の側面ヒータ５０を直列に接続し、電源装置に接続して駆動しても良いし、並列に接続して駆動しても良い。

蓋体４０上には、保温空間７９をもつ炉口保温手段である下部ヒータ７０が固定されて設けられる。下部ヒータ７０は、ウエハボート６０の下方に設けられ、ウエハＷを下方から加熱し、保温するための手段である。下部ヒータ７０は、蓋体４０の上面上に周方向に適宜間隔で立設された複数の支柱７５と、これら支柱７５の上端部に水平に掛け渡して設けられた平面状の面状発熱体７１と、面状発熱体７１の外周端から下方に延びる側面部７２とを備える。下部ヒータ７０は、面状発熱体７１での発熱が、側方及び下方から逃げてしまわないように、面状発熱体７１の外周端部から下方に延びる側面部７２を備え、面状発熱体７１の発熱を効率的に保温し、ウエハＷを下方から確実に加熱し、保温する役割を果たす。

また、下部ヒータ７０は、必要に応じて、面状発熱体７１の下方に所定間隔で支柱７５に掛け渡して設けられた複数例えば２枚の熱反射体７６を備えてもよい。支柱７５及び熱反射体７６は、例えば石英製となっている。面状発熱体７１及び熱反射体７６にはウエハボート６０の下方フランジ６１ａを含む脚部６１が貫通する貫通穴７７が設けられている。また、面状発熱体７１に電気を供給するケーブルを導通するための導通管７８が、保持板１５から蓋体４０を気密に貫通した状態で設けられている。なお、下部ヒータ７０の構成の詳細については後述する。

蓋体４０上には、脚部６１を外方から囲む円筒遮蔽体４２が設けられている。この円筒遮蔽体４２は脚部６１のうち、とりわけ下方フランジ６１ａを外方から囲み、反応管３０内へガス導入管９０から導入される処理ガスが、蓋体４０の囲みリング４１と脚部６１の下方フランジ６１ａとの間の間隙から回転軸部１０１へ侵入することを防止するものである。

なお、この円筒遮蔽体４２は、囲みリング４１の外周に設けられた傾斜面によって簡単に位置決めされるように形成されている。すなわち、囲みリング４１の最外径は円筒遮蔽体４２の内径より若干小さくなるように設定されている。

次に、下部ヒータ７０の構成についてより詳細に説明する。

図２は、本発明の第１の実施形態に係る基板加熱装置の下部ヒータの一例を示した図である。図２に示されるように、下部ヒータ７０は、面状発熱体７１と、側面部７２とを有する。また、面状発熱体７１は、例えば、内部に線状抵抗発熱体７３を有する。なお、図２においては、面状発熱体７１の内部に線状抵抗発熱体７３が設けられている例を挙げて説明するが、これは一例であり、他の形態の発熱体、加熱手段として構成されてもよい。

上述のように、下部ヒータ７０は、反応管３０内に配置されているウエハボート６０の底板６４から下方に向かって熱が散逸し、ウエハボート６０の下部において温度低下が生ずるのを防止するために配置される。そのため、下部ヒータ７０は、円盤状の面状発熱体７１、あるいは発熱素子をウエハボート６０の底板６４の平面に沿って配置した複数の発熱体を備え、その中央部には開口部を有しており、その内部にウエハボート６０を支持する脚部６１が挿通されるようになっている。なお、面状発熱体７１は、用途に応じた所定の平面形状を有して構成されるが、処理容器の形状、ウエハＷの平面形状によって適宜変更可能であり、例えば、多角形の平面形状を有してもよい。

しかしながら、このような面状発熱体７１を設けるだけでは、プロセス温度が７００〜８００℃というレベルの高温の場合は問題無いが、近年行われている５００〜６５０℃というレベルのプロセス温度では、ウエハボート６０の下方の加熱及び保温が不十分となるおそれがある。かかる低温プロセスは、ウエハＷの反りを防止するために実施されている。即ち、従来よりもウエハＷに形成されるパターンが複雑化し、熱処理時に反りが発生し、熱処理後にウエハＷの反りが戻ったときに、ウエハＷが破損するケースが増えたため、これを防止するために行われている。

従来行われていた７００〜８００℃というレベルの高温プロセスの場合、面状発熱体７１が十分に発熱し、光を発する。面状発熱体７１の発熱は、上方だけでなく下方にも発散するので、例えば面状発熱体７１の下方に熱反射体７６を設けるようにすれば、面状発熱体７１の光及び熱を上方に反射させることができ、上方に十分な熱を与えることができる。しかしながら、５００〜６５０℃というレベルの低い温度では、面状発熱体７１が光を発せず、透明のままで発熱する状態となる。そうすると、たとえ下方に熱反射体７６を設けたとしても、反射できる程の光、熱を熱反射体７６が受けず、上方への熱供給が減少し、下部ヒータとしての効果が著しく低下するおそれがある。

そこで、本実施形態に係る基板加熱装置においては、面状発熱体７１の外周部から下方に延びる側面部を設け、面状発熱体７１からの発熱が下方及び側方に散逸しないようにし、面状発熱体７１の下方に保温空間７９を形成する。

具体的には、図２に示されるように、面状発熱体７１の外周端から側面部７２が下方に延び、面状発熱体７１の下方に略円筒形の保温空間７９を形成する。これにより、面状発熱体７１の上方への発熱はそのままウエハＷの加熱に寄与させるとともに、面状発熱体７１の下方への発熱は保温空間７９内に保持し、ウエハボート６０の下方の空間の温度の低下を防止することができる。即ち、面状発熱体７１のウエハＷへの直接的な発熱は遮蔽無くそのままウエハＷ（正確にはウエハボート６０の底板６４）に効率良く到達させ、面状発熱体７１のウエハＷと反対側の発熱については、側面部７２により側方への散逸を防止し、取り囲んだ保温空間７９内に熱を保持し、蓄熱することができる。これにより、面状発熱体７１の上面及び下面からの発熱を非常に効率良く加熱及び保温に利用することができ、加熱効率及び保温効率を向上させることができる。

なお、側面部７２の形状は、均一な保温の観点から、面状発熱体７１の外周の総てに亘って、同じ長さを有することが好ましい。即ち、例えば、面状発熱体７１が円形の場合には、全周に亘って下方に同じ長さだけ延び、円筒形を構成することが好ましい。これにより、全周に亘り、保温空間７９を均一に保温することができるからである。

また、側面部７２の長さは、用途に応じて適宜定めることができるが、下端が蓋体４０に接触しない範囲で、なるべく長く形成することが好ましい。保温空間７９が密閉空間に近付く程、保温空間７９内における保温効果は高くなるからである。

上述のように、蓋体４０の囲みリング４１とウエハボート６０の脚部６１の下方フランジ６１ａとの間の間隙から窒素等の不活性ガスを供給する場合には、不活性ガスの反応管３０内への供給経路を確保する必要があるため、側面部７２の下端は、蓋体４０と離間させるようにする。そして、不活性ガスの反応管３０内への供給に支障が無い範囲で、側面部７２の長さを可能な限り長くし、蓋体４０の上面と側面部７２の下端との距離を短くし、保温空間７９の密閉度及び保温効果を高めることが好ましい。

一方、不活性ガスを蓋体４０の囲みリング４１とウエハボート６０の脚部６１の下方フランジ６１ａとの間の間隙から供給しない場合には、側面部７２の長さを蓋体４０の上面に接触するまで延ばしてもよい。

このように、側面部７２の形状及び長さは、用途に応じて種々の構成とすることができる。

また、側面部７２は、例えば、石英、不透明石英、炭化珪素等、保温性の高い材料で構成することができる。

同様に、面状発熱体７１も、種々の構成とすることができる。具体的には、面状発熱体７１は、例えば、線状抵抗発熱体７３を平面上に密に配置してあたかも平面が均一に発熱するようにしたものであっても良い。線状抵抗発熱体７３を用いる場合には、金属不純物の少ない線状の抵抗発熱体をセラミック例えば石英の中に封入されて構成されるものであり、この例では例えば厚さ８ｍｍ程度の石英製の円板状体（石英プレート）中に高純度の炭素素材よりなるカーボンワイヤなどの発熱線を渦巻状、あるいはつづら折り状に配置して構成することができる。また互に隣り合う発熱線の間に石英を介在させてもよく、この場合石英よりなる渦巻状の区画壁の間に発熱線が配線されることになる。面状発熱体７１は、保温効果を大きくするためにウエハＷと同じかそれよりも大きいサイズであることが好ましい。また、面状発熱体７１の平面形状は、所定の平面形状を有する限り、円形に限らず、用途に応じて種々の形状に構成できることは上述の通りである。更に、面状発熱体７１は、ウエハＷと略平行に設置されることが好ましい。ウエハＷと平行に設置されれば、ウエハＷの面内を均一に加熱することができるからである。なお、面状発熱体７１も、石英、不透明石英、炭化珪素等、保温性の高い材料で構成することができる。

上述の複数の発熱体を用いて面状発熱体７１を構成する場合には、ブロック状発熱体などのような任意の形状の発熱体を、ウエハボート６０の底板６４の平面に沿って、加熱した温度が均一になるように配置することによって実現することができる。

なお、面状発熱体７１と側面部７２は、最初から一体成型してもよいし、面状発熱体７１と側面部７２とを別々に作製し、後で溶接により一体化してもよい。下部ヒータ７０の製造方法は、用途に応じて種々の方法を採用することができる。

面状発熱体７１を設置する場合には、面状発熱体７１の周縁部の下面側には例えば周方向に３等分した部位に石英よりなる支柱７５を設け、これら支柱７５を蓋体４０に固定して設置してもよい。この場合、３本の支柱７５のうちの１本の支柱が管状体の導通管７８として構成され、ヒータ線の両端部が例えば面状発熱体７１の周縁部の一ヶ所に寄せられ、このヒータ線に接続された一対の給電路部材、例えばヒータ線と同じ材質の給電線を細い石英管の中に通し、更にこの石英管を導通管７８の中を通すことにより、給電線が蓋体の外に配線されてもよい。従ってこの給電線に外部の電源部を接続することによりヒータ線が発熱することになる。なお残りの２本の支柱７５は管状体であってもロッド体であってもよく、蓋体４０の上面に支持される。

面状発熱体７１の下方には、間隙を介してこの面状発熱体７１と平行して、これも中央に開口部を有する熱反射体７６を配置することが好ましい。この熱反射体７６は、面状発熱体７１が発する熱を反射して下方に散逸しないようにしている。また、この熱反射体７６は、１枚であっても良いし複数枚であっても良い。面状発熱体７１とこの熱反射体７６は、ほぼ同形状とすることが好ましい。よって、熱反射体７６は、板状又はフィン状の形状を有する。

面状発熱体７１及び熱反射体７６は、図１に示されるように、支柱７５を介して反応管下部の蓋体４０に固定されている。熱反射体７６は、例えば、不透明石英や、炭化珪素などで構成することができる。熱反射体７６を、不透明石英、炭化珪素等の熱容量の大きい材料で構成することにより、蓄熱効果、保温効果を持たせることができる。このように、熱反射体７６は、面状発熱体７１の発熱を上方に反射するとともに、自らが熱を蓄積する蓄熱効果も有する。その意味で、熱反射体７６は、熱反射手段のみならず、保温手段としても機能する。

なお、制御部１１０が下部ヒータ７０及び側面ヒータ５０のそれぞれの発熱量を制御し、反応管３０内の温度分布を均一化するように制御を行ってよい。

図３は、本発明の第２の実施形態に係る基板加熱装置の下部ヒータの一例を示した図である。第２の実施形態に係る基板加熱装置の下部ヒータ７０ａは、面状発熱体７１ａと、側面部７２ａとが双方とも発熱体として構成されている点で、第１の実施形態に係る基板加熱装置と異なっている。

図３に示されるように、面状発熱体７１ａと側面部７２ａには、共通の線状抵抗発熱体７３ａが設けられている。このように、側面部７２ａにも加熱機構を設け、加熱部又は発熱体として構成してもよい。側面部７２ａにも発熱機能を持たせることにより、加熱効果及び保温効果をより高めることができる。

また、線状抵抗発熱体７３ａは面状発熱体７１ａと側面部７２ａとで共通でよいので、構成及び温度制御を複雑化させること無く、ウエハボート６０の下方の加熱効果及び保温効果を高めることができる。

側面部７２ａに加熱機構を設ける場合には、面状発熱体７１ａと同様に構成すればよい。その具体的な内容については、第１の実施形態の面状発熱体７１ａの内容と同様であるので、その説明を省略する。

第２の実施形態に係る基板加熱装置によれば、構造及び温度制御を複雑化させることなく、ウエハボート６０の下方の加熱効率及び保温効率を向上させることができる。

図４は、本発明の第３の実施形態に係る基板加熱装置の下部ヒータの一例を示した図である。第３の実施形態に係る基板加熱装置の下部ヒータ７０ｂは、面状発熱体７１ｂと、側面部７２ｂとが双方とも発熱体として構成されている点で第２の実施形態に係る基板加熱装置と同一であるが、面状発熱体７１ｂと側面部７２ｂとが互いに独立した発熱体として構成されている点で、第２の実施形態に係る基板加熱装置の下部ヒータ７０ａと異なっている。

第３の実施形態に係る基板加熱装置は、面状発熱体７１ｂが線状抵抗発熱体７３ｂを備え、側面部７２ｂが線状抵抗発熱体７４を備える。そして、制御部１１０も、面状発熱体７１ｂと側面部７２ｂとを独立して温度制御可能に構成されている。

このように、水平に設けられた面状発熱体７１ｂと、鉛直面に設けられた側面部７２ｂとを、独立して温度制御してもよい。例えば、面状発熱体７１ｂではより大きな発熱をさせてウエハＷを下方から加熱する能力が高くなるように設定し、側面部７２ｂでは面状発熱体７１ｂよりも小さな発熱量として均一な保温効果を確実に得るような制御を行うようにしてもよい。

第３の実施形態に係る基板加熱装置によれば、加熱効率及び保温効率を高めつつ、プロセス、用途に応じてより柔軟な温度制御を行うことができる。

このように、本実施形態に係る基板加熱装置は、用途に応じて種々の構成とすることができる。また、いずれの基板加熱装置も、縦型熱処理装置をはじめとする種々の基板処理装置に適用することができる。

次に、本発明の実施形態に係る基板加熱装置を用いた基板処理装置の動作について説明する。以下の実施形態では、基板処理装置を、図１で説明した縦型熱処理装置１として構成した例について説明する。基板加熱装置としては、第１乃至第３の実施形態に係るいずれの基板加熱装置を適用することも可能であるが、説明の容易のため、第１の実施形態に係る基板加熱装置を縦型熱処理装置１に組み込んだ例について説明する。

まず作業領域１２内において、蓋体４０上に配置されたウエハボート６０内にウエハＷを移載する。ウエハボート６０内にウエハＷを移載した後、昇降機構１３により蓋体４０を上昇させる。そして、蓋体４０を炉口３１の開口端に当接させ、炉口３１を密閉する。

次に、側面ヒータ５０により反応管３０が外方から加熱されるとともに、反応管３０の内部では、下部ヒータ７０によりウエハＷが下方から加熱される。反応管３０の下部、特にベースプレート８０より下方は、側面ヒータ５０も設けられておらず、温度が低下し易いため、ウエハボート６０の下方に設けられた下部ヒータ７０により、下方からウエハＷを加熱する。５００〜６５０℃といった低温プロセスでは、７００〜８００℃といった高温プロセスと比較して、面状発熱体７１があまり光を発せず、熱反射体７６からの上方への熱の反射は少なくなる。よって、単に面状発熱体７１及び熱反射体７６を単にウエハボート６０の下方に設けただけでは、側面及び下方からの熱の散逸が大きくなり、十分な保温効果を得ることができない。しかしながら、本実施形態に係る基板加熱装置は、面状発熱体７１の周縁部から下方に延びる側面部７２が設けられ、面状発熱体７１及び側面部７２で囲まれた保温空間７９が形成されているため、面状発熱体７１の発熱を保温空間７９内に蓄熱することができる。

また、ガス導入管９０から処理ガスが反応管３０内に供給され、ウエハＷに対して必要な熱処理が施される。

この間、回転軸１０３が回転する。この回転軸１０３の回転により、回転軸部１０１が回転し、ウエハボート６０がゆっくり回転する。

また、必要に応じて、不活性ガス（例えばＮ_２ガス）がハウジング１０２と回転軸１０３との間の隙間（図示せず）へ供給され、不活性ガスは脚部６１の下方フランジ６１ａと蓋体４０の囲みリング４１との間の間隙を垂直方向へ流れ、反応管３０内、より詳細には保温空間７９内に供給される。

このように、ウエハＷの熱処理中、脚部６１の下方フランジ６１ａと蓋体４０の囲みリング４１との間の間隙を経て不活性ガスが反応管３０内へ供給されるので、反応管３０内の処理ガスが逆に間隙を通って回転軸部１０１側へ流入することはない。このため、回転軸部１０１が処理ガスにより腐食することを確実に防止することができる。

このように、不活性ガスが保温空間７９を経由して反応管３０内に供給される場合であっても、側面部７２の下端と蓋体４０の上面との間に隙間を設けておけば、不活性ガスの流れを妨げることも無い。本実施形態に係る基板加熱装置は、そのような熱処理中の不活性ガスの供給にも何ら問題無く対応することができる。

なお、囲みリング４１の周囲に設けられている円筒遮蔽体４２も、反応管３０内の処理ガスが下方フランジ６１ａと囲みリング４１との間の間隙内への侵入を防止するために設けられている。

本実施形態に係る基板加熱装置は、このような腐食防止のための構造及び機能とも共存させることができ、腐食防止と反応管３０の下部の効率的な保温という２つの機能を兼ね備えることが可能である。

なお、面状発熱体７１の下方に設けられている熱反射体７６は、保温の観点から設けることが好ましいが、必須という訳ではなく、必要に応じて設けるようにしてよい。即ち、面状発熱体７１と側面部７２により形成された保温空間７９で十分な保温が可能な場合には、熱反射体７６は必ずしも設ける必要は無い。

なお、ウエハＷの熱処理が終了したら、蓋体４０を下降させ、熱処理済みのウエハＷをアンロードし、基板処理を終了する。

以上、説明したように、本実施形態に係る基板加熱装置及び基板処理装置によれば、反応管３０の下部の加熱及び保温効率を高めることができ、低温プロセスにも十分対応できる保温効果を得ることができる。近年、低温化と相俟って、反応管３０内を高圧下に保つ低温高温下におけるプロセスが行われているが、このようなプロセスにも十分に対応することができる。なお、高圧下のプロセスは、処理ガスの分子がウエハＷと衝突する回数を増加させ、スループットを向上させるために行われているものであり、従来、０．１〜０．２Ｔｏｒｒといったレベルで行われていたプロセスを、２〜２．５Ｔｏｒｒといった１０倍以上の圧力下で行う要請がある。本実施形態に係る基板加熱装置及び基板処理装置によれば、このようなプロセスにも十分対応でき、ウエハボート６０の上下方向において均一な熱処理を行うことができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳説したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

１ 縦型熱処理装置
２０ 熱処理炉
３０ 反応管
４０ 蓋体
５０ 側面ヒータ
６０ ウエハボート
７０、７０ａ、７０ｂ 下部ヒータ
７１、７１ａ、７１ｂ 面状発熱体
７２、７２ａ、７２ｂ 側面部
７３、７３ａ、７３ｂ、７４ 線状抵抗発熱体
７５ 支柱
７６ 熱反射体
７８ 導通管
７９ 保温空間
１１０ 制御部

Claims (10)

1. 基板を略水平に支持可能な基板支持部材と、
   前記基板支持部材の下方に設けられ、前記基板と略平行に設置されるとともに、所定の平面形状を有する加熱手段と、
   前記加熱手段の外周部から下方に延びる側面部と、
   前記側面部よりも内側の位置に、周方向に所定間隔を有して立設され、前記加熱手段を下方から支持する複数の支柱と、を有する基板加熱装置。
2. 前記加熱手段の前記所定の平面形状は円形であり、
   前記側面部は、全周に亘り同じ長さを有する円筒形状である請求項１に記載の基板加熱装置。
3. 前記側面部は、不透明石英又は炭化珪素からなる請求項１又は２に記載の基板加熱装置。
4. 前記側面部は、加熱機構を有する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の基板加熱装置。
5. 前記加熱手段と前記側面部の前記加熱機構は、独立して温度制御が可能である請求項４に記載の基板加熱装置。
6. 前記加熱手段及び前記側面部で囲まれた空間内には、不透明石英又は炭化珪素からなる保温手段が設けられている請求項１乃至５のいずれか一項に記載の基板加熱装置。
7. 前記保温手段は、複数枚の板状又はフィン状の形状を有する部材からなる請求項６に記載の基板加熱装置。
8. 前記基板支持部材は、複数枚の基板を水平状態で鉛直方向に所定間隔を有して配列支持可能な構造を有する請求項１乃至７のいずれか一項に記載の基板加熱装置。
9. 前記複数の支柱は、蓋体の上に載置され、
   前記側面部の下端と前記蓋体との間に隙間を有する請求項１乃至８のいずれか一項に記載された基板加熱装置。
10. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載の基板加熱装置と、
    前記基板支持部材、前記加熱手段及び前記側面部を覆う反応管と、
    前記反応管の周囲に設けられ、前記反応管を加熱する第２の加熱手段と、を有する基板処理装置。

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