JP4783029B2

JP4783029B2 - 熱処理装置及び基板の製造方法

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Publication number: JP4783029B2
Application number: JP2005022923A
Authority: JP
Inventors: 恵信山▲崎▼; 明諸橋
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc; Kokusai Denki Electric Inc
Current assignee: Kokusai Denki Electric Inc
Priority date: 2005-01-31
Filing date: 2005-01-31
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2025-01-31
Also published as: JP2006210768A

Description

本発明は、半導体ウエハやガラス基板等を熱処理するための熱処理装置および半導体ウエハやガラス等の基板を製造するための基板の製造方法に関する。

従来、半導体ウエハやガラス基板等の熱処理には、縦型熱処理装置が広く用いられている。この熱処理装置における処理室の温度制御は、アウターチューブとヒータとの間に設けられた熱電対により加熱温度が計測され、この計測結果に基づいてヒータをフィードバック制御するものが公知となっている（例えば特許文献１）。

特開２００３−２４９４５６号公報

しかしながら、処理室内を急冷する際は温度制御が正確に行われないといった問題があった。
この原因は、この急冷時において、ブロアを用いてプロセスチューブ外側に空気の流れを作ることにより処理室を冷却していたため、熱電対の温度検知部が空気の流れを受けて処理室内よりも早く冷却されてしまい、実際の処理室温度と熱電対の測定温度とに差異が生じていたためと考えられる。

本発明の目的は、上記従来の問題点を解消し、反応管内の温度制御を正確に行うことのできる熱処理装置及び基板の製造方法を提供する。

本発明の第１の特徴とするところは、反応管と、基板を加熱するヒータと、反応管外部に設けられた第１の温度測定手段と、反応管外部に設けられた第２の温度測定手段と、反応管内で基板を処理する際は少なくとも第１の温度測定手段により検出された温度に基づいて反応管内の温度制御を行い、反応管を急激に強制冷却する際は少なくとも第２の温度測定手段により検出された温度に基づいて反応管内の温度制御を行うように制御する制御手段とを有する熱処理装置にある。

本発明の第２の特徴とするところは、反応管内に基板を搬入する工程と、反応管内の温度を処理温度まで昇温させる工程と、反応管内で処理温度において基板を処理する工程と、反応管を急激に強制冷却する工程を含み、反応管内の温度を処理温度から処理温度よりも低い温度まで降温させる工程と、処理後の基板を処理室より搬出する工程とを有し、前記基板処理工程においては少なくとも第１の温度測定手段により検出された温度に基づいて反応管内の温度制御を行い、前記降温工程における強制冷却工程では少なくとも第２の温度測定手段により検出された温度に基づいて反応管内の温度制御を行う基板の製造方法にある。

好適には、前記第１の温度測定手段は熱電対であり、前記第２の温度測定手段は放射温度計である。

また、好適には、前記反応管に対して冷却用の気体（空気、窒素等）を供給する手段と、その気体を前記反応管全体に流通させる流路と、その流通させた気体を排出する手段とを有し、前記第１の温度測定手段、前記第２の温度測定手段は気体の流路に配置される。

また、好適には、前記反応管は、ＳｉＣ製の一重管からなる。

反応管を急激に強制冷却する際は、少なくとも第２の温度測定手段により検出された温度に基づいて反応管内の温度制御を行うことにより、冷却用の気体の影響を受けずに反応管内の温度制御を正確に行うことができる。

次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に本発明の実施形態に係る熱処理装置１０の一例を示す。この熱処理装置１０は、バッチ式縦型熱処理装置であり、主要部が配置される筐体１２を有する。この筐体１２の正面側には、ポッドステージ１４が接続されており、このポッドステージ１４にポッド１６が搬送される。ポッド１６には、例えば２５枚の基板が収納され、図示しない蓋が閉じられた状態でポッドステージ１４にセットされる。

筐体１２内の正面側であって、ポッドステージ１４に対向する位置には、ポッド搬送装置１８が配置されている。また、このポッド搬送装置１８の近傍には、ポッド棚２０、ポッドオープナ２２及び基板枚数検知器２４が配置されている。ポッド棚２０はポッドオープナ２２の上方に配置され、基板枚数検知器２４はポッドオープナ２２に隣接して配置される。ポッド搬送装置１８は、ポッドステージ１４とポッド棚２０とポッドオープナ２２との間でポッド１６を搬送する。ポッドオープナ２２は、ポッド１６の蓋を開けるものであり、この蓋が開けられたポッド１６内の基板枚数が基板枚数検知器２４により検知される。

さらに、筐体１２内には、基板移載機２６、ノッチアライナ２８及び基板支持具（ボート）３０が配置されている。基板移載機２６は例えば５枚の基板を取り出すことができるアーム（ツイーザ）３２を有し、このアーム３２を動かすことにより、ポッドオープナ２２の位置に置かれたポッド、ノッチアライナ２８及び基板支持具３０間で基板を搬送する。ノッチアライナ２８は、基板に形成されたノッチまたはオリフラを検出して基板のノッチまたはオリフラを一定の位置に揃えるものである。

さらに、筐体１２内の背面側上部には反応炉４０が配置されている。この反応炉４０内に、複数枚の基板を装填した基板支持具３０が搬入され熱処理が行われる。

図２に反応炉４０の一例を示す。この反応炉４０は、炭化珪素（ＳｉＣ）製の一重管からなる反応管４２を有する。この反応管４２は、上端部が閉塞され下端部が開放された円筒形状をしており、開放された下端部はフランジ状に形成されている。この反応管４２の下方には反応管４２を支持するよう石英製のアダプタ４４が配置される。このアダプタ４４は上端部と下端部が開放された円筒形状をしており、開放された上端部と下端部はフランジ状に形成されている。アダプタ４４の上端部フランジの上面に反応管４２の下端部フランジの下面が当接している。また、アダプタ４４を除いた反応管４２の周囲には、ヒータ４６が配置されている。

反応炉４０の下部は、基板支持具３０を挿入するために開放され、この開放部分（炉口部）は炉口シールキャップ４８がＯリングを挟んでアダプタ４４の下端部フランジの下面に当接することにより密閉されるようにしてある。炉口シールキャップ４８は基板支持具３０を支持し、基板支持具３０と共に昇降可能に設けられている。炉口シールキャップ４８の基板支持具３０との間には、石英製の第１のキャップ５２と、この第１のキャップ５２の上部に配置された炭化珪素（ＳｉＣ）製の第２のキャップ５０とが設けられている。基板支持具３０は、多数枚の基板５４を略水平状態で隙間をもって多数段に支持し、反応管４２内に装填される。

１２００℃以上の高温での処理を可能とするため、反応管４２は炭化珪素（ＳｉＣ）製としてある。このＳｉＣ製の反応管４２を炉口部まで延ばし、この炉口部をＯリングを介して炉口シールキャップ４８でシールする構造とすると、ＳｉＣ製の反応管４２を介して伝達された熱によりシール部まで高温となり、シール材料であるＯリングを溶かしてしまうおそれがある。Ｏリングを溶かさないようＳｉＣ製の反応管４２のシール部を冷却すると、ＳｉＣ製の反応管４２が温度差による熱膨張差により破損してしまう。そこで、ヒータ４６による加熱領域をＳｉＣ製の反応管４２で構成し、ヒータ４６による加熱領域から外れた部分を石英製のアダプタ４４で構成することで、ＳｉＣ製の反応管４２からの熱の伝達を和らげ、Ｏリングを溶かすことなく、また反応管４２を破損することなく炉口部をシールすることが可能となる。また、ＳｉＣ製の反応管４２と石英製のアダプタ４４とのシールは、双方の面精度を良くすれば、ＳｉＣ製の反応管４２はヒータ４６の加熱領域に配置されているため温度差が発生せず、等方的に熱膨張する。よって、ＳｉＣ製の反応管４２下端部のフランジ部分は平面を保つことができ、アダプタ４４との間に隙間ができないので、ＳｉＣ製の反応管４２を石英製のアダプタ４４に載せるだけでシール性を確保することができる。

アダプタ４４には、アダプタ４４と一体にガス供給口５６とガス排気口５８とが設けられている。ガス供給口５６にはガス導入管６０が、ガス排気口５８には排気管６２がそれぞれ接続されている。アダプタ４４の側壁部（肉厚部）には、ガス供給口５６と連通し、垂直方向に向かうガス導入経路６４が設けられ、その上部にはノズル取付孔が上方に開口するように設けられている。このノズル取付孔にはノズル６６が挿入され固定されている。すなわち、アダプタ４４の上面にノズル６６が接続されることとなる。この構成により、ノズル接続部は熱で変形しにくく、また破損しにくい。また、ノズル６６とアダプタ４４の組立て、解体が容易になるというメリットもある。ガス導入管６０からガス供給口５６に導入された処理ガスは、アダプタ４４の側壁部に設けられたガス導入経路６４、ノズル６６を介して反応管４２内に供給される。なお、ノズル６６は、反応管４２の内壁に沿って基板配列領域の上方（基板支持具３０の上方）まで延びるように構成される。

また、図２に示すように、反応炉４０の上部および側部には断熱カバー６８が設けられ、この上部断熱カバー６８及び側部断熱カバー６８の内側に設けられたヒータ４６と反応管４２との間には冷却用の気体（空気、窒素等）である冷却エア７０を流通させるための冷却エア通路７２が、反応管４２を全体的に包囲するように形成されている。ヒータ４６の下端部付近には冷却エア７０を冷却エア通路７２に供給する給気管７４が配置されており、給気管７４に供給された冷却エア７０は冷却エア通路７２の全周に拡散するようになっている。また、上部断熱カバー６８の中央部には冷却エア７０を冷却エア通路７２から排出する排気口７６が形成されており、排気口７６には排気路７８が接続され、排気路７８にはブロア８０が設けられている。給気管７４から供給された冷却エア７０は、冷却エア通路７２、排気口７６、排気路７８を介してブロア８０により排気される。

上述したヒータ４６は、例えば５つのヒータ部（反応炉４０の上部から順に、第１ヒータ部４６ａ、第２ヒータ部４６ｂ、第３ヒータ部４６ｃ、第４ヒータ部４６ｄ及び第５ヒータ部４６ｅ）を有し、各々に対する温度の設定および調節が可能となっている。各ヒータ部４６ａ〜４６ｅは、例えば、１つの連続したヒータ４６の巻線から、複数のタップを引き出すことにより、あるいは、それぞれ独立した巻線を有する５つのヒータを設けることにより実現される。これらの各ヒータ部４６ａ〜４６ｅは、後述する制御装置によって互いに連携および独立してシーケンス制御されるように構成されている。なお、上述した側部断熱カバー６８は、各ヒータ部４６ａ〜４６ｅに対応するように５つ（反応炉４０の上部から順に第１断熱カバー部６８ａ、第２断熱カバー部６８ｂ、第３断熱カバー部６８ｃ、第４断熱カバー部６８ｄ、第５断熱カバー部６８ｅ）に分割されている。

また、反応炉４０の冷却エア通路７２には、この反応管４２の外壁近傍の雰囲気温度を測定する第１の温度測定手段としての熱電対８２が設けられている。この熱電対８２は、各ヒータ部４６ａ〜４６ｅの垂直方向の位置に対応するように例えば５つ（反応炉４０の上部から順に、第１熱電対８２ａ、第２熱電対８２ｂ、第３熱電対８２ｃ、第４熱電対８２ｄ及び第５熱電対８２ｅ）配置される。各熱電対８２ａ〜８２ｅは、ヒータ４６および側部断熱カバー６８の外部からこれらを貫通するように反応炉４０内部に向かって差し込まれ、その各先端部（温度検知部である各熱接点）は反応管４２の外壁近傍に配置されている。

また更に、反応炉４０の冷却エア通路７２には、反応管４２の外壁の温度を測定する第２の温度測定手段としての放射温度計８４が設けられている。この放射温度計８４は、各ヒータ部４６ａ〜４６ｅの垂直方向の位置に対応するように例えば５つ（反応炉４０の上部から順に、第１放射温度計８４ａ、第２放射温度計８４ｂ、第３放射温度計８４ｃ、第４放射温度計８４ｄ、第５放射温度計８４ｅ）配置される。各放射温度計８４ａ〜８４ｅは、ヒータ４６および側部断熱カバー６８の外部からこれらを貫通するように反応炉４０内部に向かって差し込まれ、その各先端部（各温度検知部）は反応管４２の外壁近傍に配置されている。

制御装置８６には、上述した各ヒータ部４６ａ〜４６ｅ，各熱電対８２ａ〜８２ｅ及び各放射温度計８４ａ〜８４ｅがそれぞれ接続されており、各熱電対８２ａ〜８２ｅ及び各放射温度計８４ａ〜８４ｅは測定結果を制御装置８６にそれぞれ送信するようになっている。制御装置８６は、各熱電対８２ａ〜８２ｅ及び各放射温度計８４ａ〜８４ｅの少なくとも一方により検出された温度によって各ヒータ部４６ａ〜４６ｅをフィードバック制御するようになっている。すなわち、制御装置８６は、各ヒータ部４６ａ〜４６ｅの目標温度と各熱電対８２ａ〜８２ｅ及び各放射温度計８４ａ〜８４ｅの少なくとも一方により検出された温度との誤差を求めて、誤差がある場合には誤差を解消させるフィードバック制御を実行するようになっている。

次に、上述したように構成された熱処理装置１０の作用について説明する。
まず、ポッドステージ１４に複数枚の基板を収容したポッド１６がセットされると、ポッド搬送装置１８によりポッド１６をポッドステージ１４からポッド棚２０へ搬送し、このポッド棚２０にストックする。次に、ポッド搬送装置１８により、このポッド棚２０にストックされたポッド１６をポッドオープナ２２に搬送してセットし、このポッドオープナ２２によりポッド１６の蓋を開き、基板枚数検知器２４によりポッド１６に収容されている基板の枚数を検知する。

次に、基板移載機２６により、ポッドオープナ２２の位置にあるポッド１６から基板を取り出し、ノッチアライナ２８に移載する。このノッチアライナ２８においては、基板を回転させながら、ノッチを検出し、検出した情報に基づいて複数枚の基板のノッチを同じ位置に整列させる。次に、基板移載機２６により、ノッチアライナ２８から基板を取り出し、支持具３０に移載する。

このようにして、１バッチ分の基板を基板支持具３０に移載すると、例えば６００℃程度の温度に設定された反応炉４０内に複数枚の基板を充填した基板支持具３０を装入し（基板搬入工程）、炉口シールキャップ４８により反応炉４０内を密閉する。次に、炉内温度を熱処理温度まで昇温させて（昇温工程）、ガス導入管６０からガス導入口５６、アダプタ４４側壁部に設けられたガス導入経路６４、及びノズル６６を介して反応管４２内に処理ガスを導入する。処理ガスには、窒素、アルゴン、水素、酸素、塩化水素（ＨＣｌ）、ジクロロエチレン（Ｃ２Ｈ２Ｃｌ２、略称ＤＣＥ）等が含まれる。基板を熱処理する際、基板は例えば１３５０℃程度以上の温度に加熱される（基板処理工程）。なお、この間、各熱電対８２ａ〜８２ｅ及び各放射温度計８４ａ〜８４ｅの少なくとも一方により検出された温度に基づいて反応管４２内の温度をモニタしながら、予め設定された昇温シーケンス、熱処理シーケンスに従って各ヒータ部４６ａ〜４６ｅの制御を行い熱処理する。

基板の熱処理が終了すると、例えば炉内温度を６００℃程度の温度に降温する（降温工程）。この降温工程において、炉内温度を急激に冷却する際は、給気管７４より冷却エア７０を冷却エア通路７２に供給し、排気口７６から排気路７８を介しブロア８０により排気する。即ち、反応管４２の外壁付近に冷却エア７０の流れを作り、反応管４２を急速に冷却する（強制冷却工程）。その後、熱処理後の基板を支持した基板支持具３０を反応炉４０から搬出する（搬出工程）。基板支持具３０に支持された全ての基板が冷えるまで、基板支持具３０を所定位置で待機させる。この降温工程の際も、各熱電対８２ａ〜８２ｅ及び各放射温度計８４ａ〜８４ｅの少なくとも一方により検出された温度に基づいて反応管４２内の温度をモニタしながら、予め設定された降温シーケンスに従って各ヒータ部４６ａ〜４６ｅの制御を行い降温する。なお、昇温シーケンス、熱処理シーケンス及び降温シーケンスの制御は制御装置８６により行う。

次に、待機させた基板支持具３０の基板が所定温度まで冷却されると、基板移載機２６により、基板支持具３０から基板を取り出し、ポッドオープナ２２にセットされている空のポッド１６に搬送して収容する。次に、ポッド搬送装置１８により、基板が収容されたポッド１６をポッド棚２０、またはポッドステージ１４に搬送して完了する。

次に、上述した温度制御のパターンについて図３に基づいて詳細に説明する。

図３（ａ）は、温度シーケンスの一例を示し、図３（ｂ）は図３（ａ）の各シーケンスに用いる温度測定手段の一例、図３（ｃ）は図３（ａ）の各シーケンスに対応する各工程を示す。

まず、基板支持具３０に複数枚の基板を略水平状態で隙間をもって複数段に装填する（ウエハチャージ工程）。次に、熱電対８２により検出された温度に基づいてヒータ４６を制御しつつ６００℃の温度に設定された反応管４２内に、基板支持具３０を装入（ボートロード工程）し、その後、熱電対８２により検出された温度に基づいてヒータ４６を制御しつつ炉内温度を１０００℃程度の温度まで昇温させる（第１昇温工程）。炉内温度が１０００℃程度の温度に到達したところで、昇温レートを変えて熱電対８２により検出された温度に基づいてヒータ４６を制御しつつ炉内温度を１３５０℃程度の温度まで昇温させる（第２昇温工程）。このとき、第２昇温工程より第１昇温工程の昇温レートを大きくしている。炉内温度が１３５０℃程度の温度に達したら熱電対８２により検出された温度に基づいてヒータ４６を制御しつつ炉内温度を１３５０℃程度の温度に維持した状態で反応炉内に処理ガスを導入して基板を熱処理する（アニール工程）。熱処理終了後、熱電対８２により検出された温度に基づいてヒータ４６を制御しつつ炉内温度を１０００℃程度の温度まで降温させる（第１降温工程）。

次に、炉内温度が１０００℃程度の温度に到達したところで、降温レートを変えて放射温度計８４により検出された温度に基づいてヒータ４６を制御しつつ炉内温度を６００℃程度の温度まで降温させる（第２降温工程）。このとき、第１降温工程より第２降温工程（強制冷却工程）の降温レートを大きくしている。即ち、この第２降温工程（強制冷却工程）においては、短時間で炉内温度を降温させるため、反応管４２外部に冷却エアの流れを作り、反応管を強制的に急速に冷却している。その後、炉内温度が６００℃程度の温度に達したら、熱電対８２により検出された温度に基づいてヒータ４６を制御しつつ炉内温度を６００℃程度の温度に維持した状態で、基板支持具３０を反応炉４０から搬出（ボートアンロード）し、基板支持具３０から基板を取り出す（ウエハディスチャージ）。

図３（ｂ）に示すように、上述したウエハチャージ工程、ボートロード工程、炉内昇温工程（第１昇温工程、第２昇温工程）、アニール工程、第１降温工程、ボートアンロード工程、ウエハディスチャージ工程における炉内温度の制御は、例えば熱電対により検出された温度に基づいて行っており、一方、第２降温工程（強制冷却工程）における炉内温度の制御は、放射温度計により検出された温度に基づいて行っている。

このように、第２降温工程（強制冷却工程）における炉内温度の測定に放射温度計を用いることにより、冷却ガスの影響を受けることなく炉内温度を測定することができる。即ち、第２降温工程（強制冷却工程）における炉内温度の測定に熱電対を用いた場合、炉内を流れる冷却エアにより熱電対が早く冷却され、実際の炉内温度と熱電対の測定温度とに差異が生じる。そこで、放射温度計を用いて、反応管からの熱放射をとらえて反応管の温度を検出することにより、この冷却エアの影響を受けることなく反応管内の温度をより正確に測定することができる。

従って、降温工程における強制冷却工程では放射温度計により検出された温度に基づいて反応管内の温度制御を行うことにより、反応管の温度を適正に測定し、より正確な温度制御を実現することができる。
なお、第２降温工程（強制冷却工程）以外の工程においても、放射温度計により検出された温度に基づいて温度制御を行ってもよい。

ところで、本実施例においては、反応管内の温度制御に２種類の温度測定手段（熱電対、放射温度計）を用いているが、この熱電対と放射温度計の特性の相違点ついて説明する。

まず、熱電対及び放射温度計の追従性（応答性）について図４に基づいて説明する。

図４は、昇温時における炉内の測定温度を示し、図４（ａ）は熱電対及び放射温度計の応答性を表すグラフであり、図４（ｂ）は図４（ａ）の一部を拡大したグラフである。

制御熱電対によりヒータの温度制御を行い、６００℃から１０００℃まで昇温レート３０℃／ｍｉｎの条件で昇温試験を行った。放射温度計は、炉内の測定対象物近傍に配置し、この測定対象物の熱放射より温度を測定し、接触熱電対は、この測定対象物に温度検知部を直接接触させて温度を測定した。また、この測定対象物近傍の雰囲気温度をＢ型熱電対及びＲ型熱電対で測定した。なお、接触熱電対は炉内を直接熱電対で測定したものである。

図４（ｂ）に示すように、放射温度計の測定結果は、温度検知部を測定対象物に直接接触させた接触熱電対の測定結果と同様の追従性（応答性）が確認できた。即ち、放射温度計は測定対象物に対し非接触での温度測定であるが、温度変化における追従性（応答性）が良いため、熱電対（Ｒ型熱電対、Ｂ型熱電対）では追従できないオーバーシュートを検出することができた。このことから、炉内の温度制御に放射温度計により検出された温度を用いることにより、熱電対と比較してより応答性の良い温度制御を実現することができる。なお、この図４（ａ）および図４（ｂ）のグラフにおける温度誤差は、ソフト的に取り去ることができるので、昇温終了時の炉内のオーバーシュートと放射温度計により検出された温度曲線とが同じ挙動を示すことにより、放射温度計が応答性良く炉内温度を測定できることを示す。

次に、放射温度計及び熱電対の温度測定誤差について説明する。

本実施例における熱処理装置では、高温処理、特に１２００℃以上になると反応管に石英を使用することができずＳｉＣを使用するため、放射温度計の測定対象物はＳｉＣとなる。ＳｉＣの放射率は約０．８０〜０．８５とされており、放射温度計ではこの放射率の変化が温度測定誤差となる。

放射温度計の温度測定誤差に関する一般式は、次式１で示される。
（測定波長[μｍ]×測定温度の２乗[Ｋ]／係数）×放射率変動率[％] ・・・（１）
例えば１３００℃の温度測定時において、放射温度計による温度測定誤差を算出する。
本実施例での各条件は、
測定波長：０．９９５[μｍ]
測定温度：１５７３．１５[Ｋ] （１３００＋２７３．１５）
係数：１４３８８
放射率変動率：３[％] （放射率０．８２５に対し０．２５の変化）
とする。
この各条件を１式に代入すると、
（０．９９５×１５７３．１５^２／１４３３８）×０．０３
となり、放射温度計の温度測定誤差は約５．１℃となる。

一方、熱電対（Ｒ型）での温度誤差は一般に、±１．５℃または、±０．２５％である。上述と同様に、例えば１３００℃の温度測定時において、熱電対による温度測定誤差を算出すると、温度測定誤差は約３．３℃となる。

これにより、高温時（特に１２００℃以上）における温度測定において、熱電対は放射温度計よりも温度測定誤差が小さく、より正確に測定できることになる。従って、高温処理時である熱処理工程（基板処理工程）においては、熱電対により検出された温度に基づいて反応管内の温度制御を行うことで、より正確な温度制御を行うことができる。

また、熱電対と放射温度計との特性における他の相違点としては、寿命の違いが挙げられる。熱電対は、高温状態で長時間使用すると温度ドリフトが生じるため、一定期間で交換しなければならない。一方、放射温度計においては、温度ドリフト等の問題が無く長寿命である。また、放射温度計の温度補正方法においては、測定対象物（反応管等）の反射率等の数値を温度調節器に入力するのみでよいので容易に設定することができる。

以上のことから、少なくとも高温処理時である熱処理工程（基板処理工程）においては、第１の温度測定手段としての熱電対により検出された温度に基づいて反応管内の温度制御を行い、降温工程における強制冷却工程では、第２の温度測定手段としての放射温度計により検出された温度に基づいて反応管内の温度制御を行うことにより、応答性が良く且つ正確な温度制御が可能となる。

なお、上記実施形態の説明にあっては、熱処理装置として、複数の基板を熱処理するバッチ式のものを用いたが、これに限定するものではなく、枚葉式のものであってもよい。

本発明は、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウエハの一種であるＳＩＭＯＸ（Separation by Implanted Oxygen）ウエハの製造工程の一工程に適用することができる。

即ち、ＳＩＭＯＸにおいては、まずイオン注入装置等により単結晶シリコンウエハ内へ酸素イオンをイオン注入する。その後、酸素イオンが注入されたウエハを上記実施形態の熱処理装置を用いて、例えばＡｒ、Ｏ２雰囲気のもと、１３００℃〜１４００℃、例えば１３５０℃以上の高温でアニールする。これらの処理により、ウエハ内部にＳｉＯ２層が形成された（ＳｉＯ２層が埋め込まれた）ＳＩＭＯＸウエハが作成される。

また、ＳＩＭＯＸウエハの他、水素アニールウエハの製造工程の一工程に本発明を適用することも可能である。

以上のような基板の製造工程の一工程として行う高温アニール処理を行う場合であっても、本発明を用いることにより、応答性が良く且つ正確な温度制御が可能となる。

また本発明は、半導体装置の製造工程に適用することも可能である。
特に、比較的高い温度で行う熱処理工程、例えば、ウエット酸化、ドライ酸化、水素燃焼酸化（パイロジェニック酸化）、ＨＣｌ酸化等の酸化工程や、硼素（Ｂ）、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）等の不純物（ドーパント）を半導体薄膜に拡散する熱拡散工程等に適用するのが好ましい。
このような半導体デバイスの製造工程の一工程としての熱処理工程を行う場合においても、本発明を用いることにより、応答性が良く且つ正確な温度制御が可能となる。

本発明の実施形態に係る熱処理装置を示す斜視図である。本発明の実施形態に係る反応炉を示す断面図である。本発明の実施形態に係る温度制御パターンを示し、図３（ａ）は温度シーケンスの一例、図３（ｂ）は図３（ａ）の各シーケンスに用いた温度測定手段の一例、図３（ｃ）は図３（ａ）の各シーケンスに対応する各工程を示す。昇温時における炉内の測定温度を示し、図４（ａ）は熱電対及び放射温度計の応答性を表すグラフであり、図４（ｂ）は図４（ａ）の一部を拡大したグラフである。

符号の説明

１０熱処理装置
４０反応炉
４２反応管
４６ヒータ
７０冷却エア
７２冷却エア通路
７４給気管
７６排気口
７８排気路
８０ブロア
８２熱電対
８４放射温度計
８６制御装置

Claims

反応管と、
前記反応管の周囲に設けられ、基板を加熱するヒータと、
前記反応管と前記ヒータとの間に形成された冷却エア通路と、
前記冷却エア通路に冷却用の気体を供給する給気管と、
前記冷却エア通路から前記冷却用の気体を排出する排気口と、
前記冷却エア通路に設けられた接触温度測定手段と、
前記冷却エア通路に設けられた非接触温度測定手段と、
前記反応管内で基板を処理する際は少なくとも前記接触温度測定手段により検出された温度に基づいて前記反応管内の温度制御を行い、前記反応管を急激に強制冷却する際は少なくとも前記非接触温度測定手段により検出された温度に基づいて前記反応管内の温度制御を行うように制御する制御手段と、
を有することを特徴とする熱処理装置。
反応管内に基板を搬入する工程と、
前記反応管内の温度を処理温度まで昇温させる工程と、
前記反応管内で処理温度において基板を処理する工程と、
前記反応管の外側に形成され冷却用の気体を供給する給気管と当該気体を排気する排気口を有する冷却エア通路が、前記反応管を急激に強制冷却する工程を含み、前記反応管内の温度を処理温度から処理温度よりも低い温度まで降温させる工程と、
処理後の基板を処理室より搬出する工程とを有し、
前記基板処理工程においては少なくとも前記反応管外部で、かつ、前記冷却エア通路に設けられた接触温度測定手段により検出された温度に基づいて前記反応管内の温度制御を行い、前記降温工程における強制冷却工程では少なくとも前記反応管外部で、かつ、前記冷却エア通路に設けられた非接触温度測定手段により検出された温度に基づいて前記反応管内の温度制御を行うことを特徴とする基板の製造方法。