JPH07230964A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被処理体での面内均一性を確保しながら効率
良く熱処理することができる熱処理装置を提供するこ
と。 【構成】 面状発熱源と被処理体との間に配置されてい
て、被処理体上での中央部よりも周縁部で入射する輻射
エネルギーを多く設定する熱量調整手段を備えている。
従って、被処理体の周縁部での放熱量が補われることで
被処理体のめん内での温度分布を均一にすることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、縦型プロセスチューブ
内で被処理体を熱処理する熱処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば半導体ウェハ、ＬＣＤ基板などの
製造においては、酸化、拡散、アニール、ＣＶＤなどの
処理を行なうために、各種の熱処理装置が使用される。
これらの熱処理装置においては、例えばプロセスの高精
度化を達成すること、被処理体の面内の温度分布の均一
性を向上させること、また熱処理の効率を高めることな
どが大きな技術課題となっている。

【０００３】ところで、近年、半導体プロセスはより微
細化が進み、これとともに、ウェハの口径も８インチ〜
１２インチへと、より大口径化が進んでおり、またＬＣ
Ｄ基板などの大型の基板を均一に効率良く処理する熱処
理装置も必要となってきている。このような状況に応じ
てプロセスの微細化が進み、被処理体が大口径化するの
に応じて処理のさらなる高精度化、被処理体の面内での
温度分布のさらなる均一化、熱処理効率のさらなる向上
が必要とされる。しかもこのような大口径化にある被処
理体を製造する場合のスループットの向上も要望され
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような被処理体の
大口径化に伴い、実際の処理を行なう場合には、次のよ
うな問題があった。

【０００５】つまり、被処理体の大口径化に伴い、被処
理体に生じるスリップ、歪みを効果的に防止し、また、
被処理体の面内での温度分布の均一性の向上を図る必要
がある。したがって、このような要求に対しては、被処
理体にいかにして均一に温度を維持できるか、特に、中
央部より周辺部のほうが放熱量が大きいために生じる中
央部と周辺部との温度差をいかにして少なくするか等
が、大きな技術課題となる。また、プロセスの微細化に
伴い、被処理体に対する処理の高精度化、被処理体に対
する汚染度の低減化が必要になる。したがって、被処理
体の面内での膜質、膜厚の均一化を図るために、いかに
して短時間で効率良く熱処理を行なうか、いかにして、
被処理体に対する重金属等による汚染のダメージを低下
化するかなども大きな技術課題となる。

【０００６】そこで、本発明の目的とするところは、上
記従来の熱処理装置における問題に鑑み、被処理体での
面内均一性を確保しながら効率良く熱処理することがで
きる熱処理装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を決するため
に、請求項１記載の発明は、被処理体の搬入出用の下端
開口を有し、処理位置に配置される被処理体を加熱する
熱源を備えている縦型プロセスチューブと、水平に支持
した状態の上記被処理体を上記開口から上記プロセスチ
ューブ内に搬入し、所定の処理位置に設定する被処理体
用ホルダーと、上記プロセスチューブ内の処理位置に向
け反応ガスを供給するガス供給手段と、上記被処理体と
平行な面を備えた面状発熱体と、上記面状発熱体と上記
被処理体との間に配置されていて、被処理体上での中央
部よりも周縁部で入射する輻射エネルギーを多く設定す
る熱量調整手段と、を備えていることを特徴としてい
る。

【０００８】請求項２の発明は、請求項１において、上
記熱量調整手段は、不純物汚染のない材質からなる蓄熱
可能な均熱部材で構成され、この均熱部材は、面状発熱
体からの一次輻射熱を蓄熱して、上記被処理体に向け二
次輻射熱を放射することを特徴としている。

【０００９】請求項３の発明は、請求項１又は２におい
て、上記熱量調整手段は、上記面状発熱体から上記被処
理体に向うに従い、順次小径を設定された複数の均熱部
材で構成されていることを特徴としている。

【００１０】請求項４の発明は、請求項１ないし３のい
ずれかにおいて、上記熱量調整手段は、上記面状発熱体
と平行する面を有し、この面の中央部の厚さが周縁部の
厚さよりも厚く設定されていることを特徴としている。

【００１１】請求項５の発明は、被処理体の搬入出用の
下端開口を有し、処理位置に配置される被処理体を加熱
する熱源を備えている縦型プロセスチューブと、水平に
支持した状態の上記被処理体を上記開口から上記プロセ
スチューブ内に搬入し、所定の処理位置に設定する被処
理体用ホルダーと、上記プロセスチューブ内の処理位置
に向け反応ガスを供給するガス供給手段と、上記被処理
体と対面して配置されている面状発熱体と、上記面状発
熱体と上記被処理体との間に配置されていて不純物汚染
の少ない材質からなり、上記面状発熱体からの一次輻射
熱を畜熱して、上記被処理体に向け二次輻射熱を放射す
る均熱部材と、を備え、上記面状発熱体および／又は上
記均熱部材は、外縁部が上記被処理体に近付くように湾
曲又は傾斜していることを特徴としている。

【００１２】請求項６の発明は、請求項５において、上
記面状発熱体および／又は均熱部材は、ドーム形状に設
定されていることを特徴としている。

【００１３】

【作用】本発明では被処理体の周辺部での放熱を抑えて
面内での温度差をなくし、面内均一性を確保することが
できる。すなわち、面状発熱体と被処理体との間に位置
する熱量調整手段により、面状発熱体から直接被処理体
に入射する輻射エネルギーは、被処理体の中央部よりも
周縁部の方で多くされる。従って、被処理体の周縁部で
は、入射する熱エネルギーが中央部よりも多くされるこ
とで、放熱による失分を補って面内での温度分布が均一
化される。

【００１４】また本発明では、面状発熱体と被処理体と
の間に均熱部材を配置し、この均熱部材によって、面状
発熱体からの被処理体に向けて垂直に入射する一次輻射
熱をさえぎり、この一次輻射熱を蓄積することができ
る。このため、均熱部材からの二次輻射熱は被処理体全
面にほぼ均一に入射する一方で、面状発熱体から拡散又
は反射されて被処理体に入射する一次輻射熱は、被処理
体の周縁部に入射する方が多くされることで、被処理体
の周縁部での放熱による熱量の損失が補われる。しか
も、均熱部材での蓄積量は均熱部材の多段構造および各
段における大きさを調整設定することで被処理体での面
内均一性を確保できる状態とすることができる。

【００１５】さらに本発明によれば、上記面状発熱体か
ら被処理体への一次輻射熱のうち、輻射エネルギーが最
も大きい被処理体の中央部への一次輻射熱を均熱部材に
蓄積することで、被処理体の周縁部との間での輻射エネ
ルギーを平均化することができる。しかも、中央部での
輻射エネルギーは、均熱部材の厚さによって吸収される
量が調整できるので、被処理体の中央部と周縁部での輻
射エネルギーを均一化することができる。このため、被
処理体面内での温度をさらに確実に均一化することがで
きる。

【００１６】そして本発明によれば、被処理体の面内に
対する面状発熱体および／又は均熱部材からの輻射エネ
ルギーを均一化することができる。つまり、本発明で
は、被処理体の周縁部に入射する輻射エネルギーは、中
央部に比べて、均熱部材から垂直に放射される垂直成分
の寄与が少ないことに原因して、被処理体での面内均一
性が得られないことに着目している。そして、被処理体
の周縁部でも中央部と同様に、面状発熱体又は均熱部材
からの垂直成分の輻射エネルギーが加熱に寄与する形状
に設定している。しかも、被処理体の周縁部では放熱に
よる熱損失があるので、面状発熱体又は均熱部材との間
の距離を周縁部の方で近づけることにより、熱損失を補
うことができる。

【００１７】

【実施例】以下、図１乃至図１７に示す実施例によって
本発明の詳細を説明する。

【００１８】図１は、本発明実施例による熱処理装置の
全体構成を示す断面図である。

【００１９】本実施例における熱処理装置には熱処理部
１０、被処理体搬入出部５０およびシャッター駆動部６
０が設けられている。

【００２０】熱処理部１０は、例えば半導体ウエハやＬ
ＣＤ等の被処理体１００に対して各種の熱処理を行なう
ための部分であり、プロセスチューブ１２を備えてい
る。プロセスチューブ１２は、下端開口を有する円筒状
部材であり、本実施例の場合、高純度石英によって形成
されている。

【００２１】そして、プロセスチューブ１２の内部に
は、外部からプロセスガスを供給するための給気パイプ
１４が配置されている。この給気パイプ１４は、プロセ
スチューブ１２の内部空間で上端部に開口を有し、その
開口に至る途中、つまり、被処理体１００の熱処理位置
よりも下方には、図１３にも示すように、空間部からな
る予熱部１４Ａが形成されている。この予熱部１４Ａ
は、被処理体１００の熱処理位置の下方の雰囲気熱を吸
熱することにより外部から供給されて一旦貯溜されるプ
ロセスガスを加熱したうえで処理部上方の空間に噴出さ
せるようになっている。従って、プロセスガスは、噴出
されるまでの間に処理温度に近い状態を設定されている
ので、反応処理のための温度に達するまでの時間が短縮
されることになる。

【００２２】また、被処理体１００の処理面の裏側に相
当する位置の下方は、予熱部１４Ａによって雰囲気熱を
吸収されることで、被処理体１００の処理面とその裏側
空間との間で被処理体１００の面内均一性を設定するた
めの温度勾配が得られる温度に設定される。なお、この
給気パイプ１４の予熱部１４Ａ内の構造としては、周方
向に沿って複数配置された放熱フィン（図示されず）を
設けてもよい。これによって、熱処理部１０からの熱を
プロセスガスに対して効率良く伝達することができる。
また、プロセスチューブ１２の下端開口近傍には、給気
パイプ１４から供給されたプロセスガスを排気するため
の排気パイプ２６が設けられ、これらパイプの組合せに
より、プロセスチューブ１２内に導入されたプロセスガ
スに適当な流れを生じさせて被処理体１００の表面に形
成される薄膜の均一化等を行なえるようになっている。
なお、当然のことではあるが、プロセスガスと接触する
給気および排気パイプ１４、２８は、例えば石英等で覆
われ、重金属汚染対策が施されている。

【００２３】一方、プロセスチューブ１２の周囲には、
例えば、アルミナセラミックス等で構成された断熱材１
６が設けられている。この断熱材１６は、例えば、その
外周に配置されているセラミックスウール成形品からな
る断熱材１７の内部に設けられている。なお、断熱材１
７を設ける範囲を含めて断熱材１６としてもよい。

【００２４】断熱材１７が配置されている場合でいう
と、その外壁面には、インナーシェル１８Ａとアウタシ
ェル１８Ｂとで形成された水冷ジャケットからなる水冷
機構１８が設けられ、熱処理部１０と外部との間での熱
隔離が行なわれている。これによって、熱処理部１０内
で高温熱処理を行なっている場合に、外部での操作の安
全を確保することができる。

【００２５】さらに、プロセスチューブ１２の上方に
は、面状発熱源２０が設けられている。この面状発熱源
２０は、例えば、二硅化モリブデン（ＭｏＳｉ2 ）、ま
たは、鉄（Ｆｅ）とクロム（Ｃｒ）とアルミニューム
（Ａｌ）との合金線であるカンタル（商品名）線等の抵
抗発熱体を断熱材１６の上部内壁面に配置することで構
成されている。特に、二硅化モリブデンは、１８００℃
の高温にも充分耐えることができるので、酸化拡散処理
プロセス等の高温プロセスのヒータ材料としては好適で
ある。このような面状発熱源２０は、例えば、二硅化モ
リブデンの単線からなる抵抗発熱線を螺旋状に配置して
構成することも可能である。さらに、この面状発熱源２
０の発熱面は、被処理体１００の外径の２倍以上である
ことが、熱効率の点から有効である。

【００２６】ところで、プロセスチューブ１２と面状発
熱源２０との間には、面状発熱源２０からの熱を被処理
体１００に対して均一に与えるための均熱部材２２が配
置されている。この均熱部材２２は、例えば、炭化硅素
（ＳｉＣ）等の汚染度が比較的低く耐熱性が良好な材質
が選択され、本実施例の場合、プロセスチューブ１２の
上壁で被処理体と平行する位置と処理位置に配置された
被処理体１００の周縁部を加熱できる領域とにかけて配
置されている。

【００２７】一方、上記均熱部材２２における被処理体
１００と平行する位置と処理位置に配置された被処理体
１００との間には、熱量調整手段１２０が設けられてい
る。この熱量調整手段１２０は、被処理体１００に平行
し、被処理体１００の外径と同じ大きさを有する均熱部
材（以下、これを熱量調整用均熱部材１２０という）で
構成されている。熱量調整用均熱部材１２０は、面状発
熱源２０からの輻射熱によって蓄熱できるようになって
おり、面状発熱体２０からの輻射熱を被処理体１００に
対して二次輻射することができる。一般に、均熱部材２
２を介した面状発熱源２０からの輻射熱は、面状発熱源
２０からの垂直成分として被処理体１００の中央部に直
接入射した場合が最も輻射エネルギーとして大きくな
る。このため、被処理体１００の面内での温度分布は、
図２（Ａ）に示すように、被処理体の中央部で最も高い
温度が得られる分布となる。しかし、熱量調整用均熱部
材１２０を配置することで、被処理体１００の中央部に
相当する領域での輻射熱が熱量調整用均熱部材１２０に
よって蓄積されて二次輻射されるまでの間、図２（Ｂ）
に示すように、面状発熱体２０から被処理体１００の周
縁部に輻射エネルギーが達する時間的な遅れが生じる。
従って、輻射エネルギーの分布は被処理体１００の周縁
部よりも中央部の方が低下する。これにより、被処理体
１００の面内での温度分布は、図２（Ｃ）で示すよう
に、中央部と周縁部とで略均一な分布に設定される。

【００２８】ところで、上記熱量調整用均熱部材１２０
は、均熱部材２２を介した面状発熱体２０からの輻射エ
ネルギーの程度に応じて被処理体１００の中央部に対す
る輻射エネルギーを変更させることができる。

【００２９】図３は、この場合の一例を示しており、熱
量調整用均熱部材１２０は、縦方向に沿って第１の熱量
調整用均熱部材１２０Ａ、第２の熱量調整用均熱部材１
２０Ｂが設置されている。そしてこれら熱量調整用均熱
部材１２０Ａ、１２０Ｂは、被処理体１００に近づくに
従い、小径に設定されている。一般に、被処理体１００
が受ける熱エネルギー（Ｅ）、次の関係が得られるとさ
れている。つまり、輻射熱を（Ｔ）とし、熱源との間の
距離を（Ｌ）とした場合、Ｅ＝Ｔ（４乗）／Ｌ（２乗）
が得られる。

【００３０】従って、多段とすることで、一枚の熱量調
整用均熱部材１２０を設けて被処理体との間の距離を小
さくした場合には、被処理体１００の周縁部に対する面
状発熱体からの輻射熱の入射角が得にくくなることがあ
る。これは、均熱部材２２の周壁からの反射によって面
状発熱体２０からの輻射熱を被処理体１００の周縁部に
入射させようとすると、熱量調整用均熱部材１２０の大
きさを被処理体１００の大きさに相当させて面状発熱体
２０から直接入射する輻射熱を遮蔽する必要があるから
である。そこで、本実施例では、被処理対１００の周縁
部への輻射熱の入射量を確保するために、被処理体１０
０の大きさに相当する第１の熱量調整用均熱部材１２０
Ａを被処理体１００からある程度距離をおいた位置に配
置し、この均熱部材１２０Ａよりも小さい外径寸法を有
する第２の熱量調整用均熱部材１２０Ｂを被処理体１０
０と近接した位置に配置して、被処理体１００の周縁部
に対する熱源からの輻射熱の入射を確保し、かつ、均熱
部材１２０Ｂから直接に時輻射される熱エネルギーも確
保するようにしている。図３に示した構造においては、
面状発熱源２０の温度をＴ1、均熱部材１２０の温度をＴ
2 、第１の熱量調整用均熱部材１２０Ａの温度をＴ3 、
第２の熱量調整用均熱部材１２０Ｂの温度をＴ4 とした
場合、各部での温度は、Ｔ1 〉Ｔ2 〉Ｔ3 〉Ｔ4 の関係
となるが、被処理体１００の面内での温度分布は、図４
において実線で示すように、略均一な状態が得られる。
なお、図４中、二点鎖線は、熱量調整用均熱部材を設置
しない場合の温度分布である。

【００３１】なお、上記熱量調整用均熱部材１２０にお
ける二次的な熱輻射を制御するための構造としては、図
５に示す構造がある。

【００３２】すなわち、図５に示した構造は、いずれ
も、熱量調整用均熱部材１２０での熱容量を中央部と周
縁部とで異ならせ、被処理体１００への二次的な熱の輻
射エネルギーを異ならせるようにしたものである。この
ため、図５（Ａ）では、被処理体１００に対向する面で
中央部に頂部を有する円錐状の形状が設定され、また、
図５（Ｂ）では、中央部の厚さを周縁部よりも厚くした
段部が形成されている。このような構造においては、熱
量調整用均熱部材１２０での蓄熱量が異なることから、
二次的な熱の輻射までの時間に関して、被処理体１００
の中央部よりも周縁部の方が先に二次的な熱の輻射を開
始するので、被処理体１００の周縁部での温度を中央部
よりも上昇させることができる。さらに、このような形
状設定のみでなく、表面粗さ等を異ならせるようにし
て、所謂、輻射エネルギーの入射状態を被処理対１００
の中央部と周縁部とで変化させるようにしてもよい。

【００３３】次に本発明の別実施例を説明する。

【００３４】図６は、上記熱量調整用均熱部材の構造に
よる被処理体の面内での温度分布の均一化を行なうので
はなく、面状発熱源２０および又は均熱部材２２からの
輻射エネルギーそのものの輻射状態を制御することで被
処理体の面内均一性を得るようにしたものである。すな
わち、図６に示した構造では、面状発熱源２０および均
熱部材２２を、被処理体の中央部および周縁部に対して
直接、その垂直成分の輻射エネルギーが入射できる形
状、具体的には、図示のようにドーム形状が設定されて
いる。

【００３５】なお、このような形状の面状発熱源２０お
よび均熱部材２２を設けた場合においても、被処理体１
００の周縁部での放熱による熱損失が発生する。そこ
で、本実施例では、例えば、図７に示すように、図３に
示した第１、第２の熱量調整用均熱部材１２０Ａ、１２
０Ｂを設ける。

【００３６】また、このような熱量調整用均熱部材を設
ける代りに、被処理体１００の周縁部に対する均熱部材
２２の距離を中央部よりも短くすることも可能である。
このような距離の設定により、図３において説明した熱
量の関係式を成立させて被処理体１００の周縁部での放
熱量を補うようにすることができる。

【００３７】さらに、図８に示すように、面状発熱源２
０および均熱部材２２のうちの面状発熱源２０のみをド
ーム状に形成した場合においても、均熱部材２２に対す
る中央部と周縁部とでの伝熱効率を異ならせることがで
き、これによって、均熱部材２２から被処理体１００へ
の輻射エネルギーの入射状態を異ならせて被処理対１０
０の周縁部での放熱による熱損失を補うようにしてもよ
い。また、この場合にも、第１、第２および第３のの熱
量調整様均熱部材１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃを配置
することで、被処理体への輻射エネルギーを調整できる
ようにしてもよい。また、ドーム形状と平面形状との組
合せに関しては、図８の場合とは逆に、面状発熱源２０
を平面とし、均熱部材２２をドーム形状とすることも可
能である。

【００３８】なお、均熱部材２２によって構成される空
関内で、均熱部材２２の周壁に対面する内部には、図１
に示すように、均熱部材２２からの輻射熱を遮断するた
めの断熱材２４が設けられている。この断熱材２４は、
均熱部材２２からの輻射熱を遮ることで被処理体１００
の熱処理位置での温度勾配を設定するためのものであ
る。そして断熱材２４は、例えば、酸化アルミナ（Ａｌ
2 ０3 ）や二酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）等の材料によっ
て形成された遮熱壁で構成され、被処理対１００が所定
の処理位置に設定された時、少なくとも、被処理体１０
０の処理位置よりも下方空間を覆うことのできる高さ
（Ｈ）を以って配置されている。

【００３９】この断熱材２４は、成膜の種類によって高
さを異ならせることができる。つまり、酸化膜を形成す
る場合には、上記した被処理体１００の処理位置よりも
下方空間を覆う高さが設定され、そして金属膜を形成す
る場合には、被処理体１００の処理位置よりも上方の空
間領域も覆う場合がある。そして、この場合には、被処
理体１００の周縁部での熱損失を補うための構造とし
て、図９に示すように、被処理体１００の周縁部に対向
する断熱材２４の部分を欠除させ、均熱部材２２からの
輻射エネルギーが入射できる状態を設定する。

【００４０】一方、図１において、プロセスチューブ１
２の内部には、処理部１０に対して被処理体１００を熱
処理部１０に移送するための被処理体用ホルダー３０が
設けられている。

【００４１】被処理体用ホルダー３０は、被処理体１０
０の載置部３０Ａおよび遮蔽部材３０Ｂを備えている。
載置部３０Ａは、被処理体用ホルダー３０の軸方向一端
に形成され、被処理体１００を水平に載置することがで
きる形状とされている。また、遮蔽部材３０Ｂは、処理
部内部からの輻射熱の遮断および熱処理部内でのプロセ
スガスの密封さらには被処理体１００が移動する場合の
気流の整流を行なうために設けられていて、被処理体用
ホルダー３０の軸方向他端に至る途中に設けられた蓋体
で構成されている。

【００４２】そして、遮蔽部材３０Ｂは、被処理体１０
０の裏面に位置する均熱部材２２からの加熱によって蓄
熱することになるので、載置された被処理体１００を予
熱する機能をもたせることができる。また、遮蔽部材３
０Ｂは、被処理体１００の移動時での気流の整流を行な
う機能を果すための構成を備えている。すなわち、図１
において、遮蔽部材３０Ｂの外径（Ａ）は、上記載置部
３０Ａが処理位置から搬入出のために移動したとき、給
気パイプ１４の予熱部１４Ａの内壁面との間に存在する
ガスに急激な流速が生じない程度の隙間が得られる大き
さに設定されており、本実施例では、予熱部１４Ａの内
壁面の内径（Ｂ）よりも５〜３０ｍｍ程度小さくなるよ
うに設定されている。

【００４３】これは、例えば、熱処理後に被処理体用ホ
ルダー３０が熱処理部１０から移動した場合に被処理体
１００に面内温度差が生じるのを防止するためである。
つまり、予熱部１４Ａと遮蔽部材３０Ｂとの関係のよう
に、接近した部材同士が相対的に移動した場合、その間
に存在している気体、特に遮蔽部材３０Ｂの周縁近傍に
存在する気体は巻き込みによる流速が発生する。そし
て、この気流の速度は両者間の隙間の大きさに影響さ
れ、この隙間が小さ過ぎると流速が急激に増加し、遮蔽
部材３０Ｂを境にして一方の空間である処理位置内に対
流が起こることになる。このため、被処理体１００の周
縁部からの放熱が促進されてしまう。そこで、遮蔽部材
３０Ｂの外径寸法を決めることにより、熱処理時には被
処理位置内での温度勾配を変化させないようにすると共
に、被処理体１００がアンロードされるために処理位置
から移動する場合には気流速度の増大を抑えて被処理体
１００の面内温度差が生じるのを防止する。従って、被
処理体１００がアンロードのために移動する時には、遮
蔽部材３０Ｂの周辺で気流にある程度の速度が生じた場
合であってもこの速度を処理位置内に作用させないよう
にして、所謂、処理位置での対流を防止し、被処理体１
００の面内温度差を発生させないようにすることができ
る。本実施例では、この遮蔽部材３０Ｂにおける外径寸
法の特定に加えて、遮蔽部材３０Ｂには、周方向に沿っ
て気体の逃げ孔３０Ｂ１が複数形成されている。この気
体の逃げ孔３０Ｂ１を形成することで被処理体１００の
周縁近傍での気体の巻き込みを少なくするようにしても
よい。

【００４４】なお、遮蔽部材３０Ｂの形状は、上記した
蓋状に限らず、被処理体用ホルダー３０が移動するとき
の気流の乱れや速度の発生を抑える形状が設定されるこ
と勿論であり、例えば、上下に円錐形を組み合わせた形
状にしても良く、また、複数枚を連続的に設けても良
い。

【００４５】図１０には、複数の遮蔽部材を設けた場合
の例が示されている。この場合には、縦軸方向に沿って
複数の遮蔽部材、図１０では４段の遮蔽部材３０Ｂ１
０、３０Ｂ１２、３０Ｂ１４、３０Ｂ１６が設けられ、
下段に向かうに従い、順次、拡大される関係を設定され
ている。そして、これら各遮蔽部材の周面近傍には、プ
ロセスチューブ１２の内壁に固定され、縦方向に沿って
上段側から順に縮径された仕切り板３０Ｂ２０、３０Ｂ
２２、３０Ｂ２４が配置されている。この仕切り板３０
Ｂ２０、３０Ｂ２２、３０Ｂ２４は、熱処理部１０での
熱を遮断することで熱処理部とこの下方との間での温度
勾配を防いで気流の発生を防止するために設けられてい
る。また、上段の遮蔽部材３０Ｂに形成されているのと
同様に、複数の気体の逃げ孔が形成されている。この場
合の気体の逃げ孔は、各段の遮蔽部材同士で異なる位置
に形成されている。さらに、上記各仕切り板に対する２
段目以降の遮蔽部材３０Ｂ１０、３０Ｂ１２、３０Ｂ１
４、３０Ｂ１６は、被処理体用ホルダー３０の受け台３
０Ａが処理位置にあるとき仕切り板３０Ｂ２０、３０Ｂ
２２、３０Ｂ２４の下方に位置する関係を設定されて被
処理体用ホルダー３０のロッド部に固定されている。な
お、図１０に示した遮蔽部材の構造は、プロセスチュー
ブ１２内に図１で示した吸気パイプ１４の予熱部１４Ａ
がない場合を対象としたが、図１の場合と同様に、吸気
パイプ１４の予熱部１４Ａを設けた場合を対象とするこ
とも可能であり、図１１には、この場合の構造が示され
ている。図１１に示した場合には、吸気パイプ１４の予
熱部１４Ａが下方側に設置されている方が、順次、縮径
させて構成されている。

【００４６】また、被処理体用ホルダー３０の軸方向他
端には、上記した遮蔽部材３０Ｂ１０、３０Ｂ１２、３
０Ｂ１４、３０Ｂ１６に加えて今一つの遮熱部材３０Ｃ
が設けられている。この遮熱部材３０Ｃはフランジによ
って構成され、この端部の下方に位置する冷却ロッド３
２に連結されている。遮熱部材３０Ｃは、被処理体用ホ
ルダー３０の載置部３０Ａが熱処理部１０内での被処理
体１００の処理位置に設定されているとき、プロセスチ
ューブ１２の下端開口近傍を覆って後述する被処理体搬
入出部５０に対する輻射熱の通過を遮断するためのもの
である。なお、これら遮蔽部材のうち、最上段に位置す
る遮蔽部材３０Ｂ１０は、被処理体１００の裏面加熱の
ために用いることも可能であり、さらに、裏面側に位置
する均熱部材の中央部と周縁部とで温度を異ならせるこ
とも可能である。特に、後者の場合には、周縁部の方を
温度が高く設定されること勿論である。

【００４７】一方、冷却ロッド３２は、被処理体用ホル
ダー３０を冷却するためのものである。このため、冷却
ロッド３２は金属製であり、内部には、図１２に示すよ
うに、水冷ジャケット３２Ａが形成されている。

【００４８】さらに、被処理体用ホルダー３０および冷
却ロッド３２の中央部には、図１２に示すように、載置
部３０Ａに至る貫通孔３４が形成されている。この貫通
孔３４には、熱処理部１０での処理温度を近似的に測定
するための温度計３６のリード線３６Ａが挿通されてい
る。温度計３６は、被処理体１００の載置部３０Ａの裏
面に配置されて被処理体１００の表面温度を検知するよ
うになっている。また、この貫通孔３４は、温度計に代
えて、例えば、被処理体１００の表面色から温度を検知
する光学式温度センサへの光路として用いることも可能
である。また、この貫通孔３４の一部には、例えば、Ｎ
2 ガスなどのパージガスの供給パイプ３８が連通させて
あり、貫通孔３４内をパージするようになっている。

【００４９】ところで、このような被処理体用ホルダー
３０および冷却ロッド３２には、昇降および回転するた
めの駆動機構４０がが設けられているが、この機構に付
いては後で述べる。

【００５０】一方、被処理体搬入出部５０は、プロセス
チューブ１２の下端開口の下方に位置する気密室で構成
され、主に、大気に対して気密状態を保ちながら被処理
体用ホルダー３０との間で被処理体１００を搬入出する
箇所である。

【００５１】このため、被処理体搬入出部５０は、図１
４に示すように、第１、第２のロードロック室５２、５
４とこれらロードロック室５２、５４からの被処理体１
００をプロセスチューブ１２に受渡すための受渡し室５
６が直角な位置にそれぞれ配置されている。そして、第
１、第２のロードロック室５２、５４は、ともに同じ構
成とされ、第１のロードロック室５２に関して説明する
と、第１、第２のゲートバルブ５２Ａ、５２Ｂ、伸縮・
昇降および回転可能な搬送アーム５２Ｃ、ガス導入孔５
２Ｄ、ガス排出孔５２Ｅを備えている。また、第２のロ
ードロック室５４は、第１、第２のゲートバルブ５４
Ａ、５４Ｂ、伸縮・昇降および回転可能な搬送アーム５
４Ｃガス導入孔５４Ｄ、ガス排出孔５４Ｅをそれぞれ備
えている。ゲートバルブ５２Ａ、５２Ｂ、５４Ａ、５４
Ｂは、装置外部とロードロック室５２、５４との間であ
るいはロードロック室５２、５４と受渡し室５６との間
で被処理体１００を搬入出する際に開き、気密状態を保
持する場合に閉じるという開閉機能を備えている。搬送
アーム５２Ｃ、５４Ｃは、例えば多関節を有するアーム
により構成され、装置外部からロードロック室５２、５
４へ、あるいは、ロードロック室５２、５４から受渡し
室５６へと被処理体１００を搬入出する機能を備えてい
る。ガス導入孔５２Ｄ、５４Ｄは、ロードロック室５２
および５４を、例えばＮ2 ガスによりパージするための
ものであり、また、ガス排出孔５２Ｅ、５４Ｅは、ロー
ドロック室５２、５４を真空引きするためのものであ
る。

【００５２】そして、この被処理体搬入で部５０の近傍
には、シャッター駆動部６０が設けられている。

【００５３】すなわち、シャッター駆動部６０は、プロ
セスチューブ１２の下端開口の下方で縦軸方向に沿って
複数設けられた遮熱用の第１のシャッター６２、第２の
シャッター６４を備えている。この遮熱用の第１、第２
のシャッター６２、６４は、被処理体搬入出部５０をは
さんで縦軸方向両側に配置され、シリンダ等の駆動部材
６６により相反する方向に移動することで開閉可能なシ
ャッター板６２Ａ、６２Ｂおよび６４Ａ、６４Ｂを備え
ている。

【００５４】上記各シャッター板は、共に、水冷ジャケ
ットが内部に形成された断熱構造のものである。これら
シャッター板のうち、プロセスチューブ１２の下端開口
側に位置する第１のシャッター６２におけるシャッター
板６２Ａ、６２Ｂは、図１５に示すように、対向面をＬ
字状に形成されて曲面を構成している。これは、対向面
同士が密着した際に、シャッター板同士の下面が平坦面
とされるとともに、プロセスチューブ１２からの輻射熱
線の通過を遮断して、気密室の下方の温度が上昇するの
を防止するためである。また、第２のシャッター６４に
おけるシャッター板６４Ａ、６４Ｂは、図１６（Ａ）に
示すように、先端に被処理体用ホルダー３０をはさみ込
むことのできる凹部が形成されている。そして、この先
端は、図１６（Ｂ）に示すように、互いにオーバラップ
することができるようになっており、オーバラップした
状態で被処理体用ホルダー３０を挾持した場合に、上方
からの熱線の通過を遮断するようになっている。

【００５５】また、この第１、第２のシャッター６２、
６４が位置する気密室には、被処理体１００の雰囲気気
体の切り換え構造が設けられている。

【００５６】すなわち、第１、第２のシャッター６２、
６４の進退部には、図１７に示すように、例えば、周方
向で等分された位置にプロセスガスとは異なる不活性気
体、一例として、ヘリュウムガス（Ｈｅ）を吹き出させ
るための噴射ノズル７０が配置されている。この噴射気
体は、熱処理部１０から搬出された被処理体１００をプ
ロセスガスの雰囲気下から即座に雰囲気ガスを切り換え
てプロセスガスの接触を断ち、被処理体１００の移動途
中に望まれない生成膜が形成されるのを防止するように
なっている。また、このような雰囲気ガスを即座に切り
換え、かつ、熱処理部からの温度の影響を受けていない
不活性気体との接触下におかれることで、被処理体１０
０のサーマルバジェット、所謂、被処理体１００が受け
る熱収支を安定させて面内での温度分布の変化を抑えて
面内均一性を確保するようになっている。そして、この
噴射ノズル７０の数に合わせて周方向で噴射ノズル７０
と干渉しない等分位置には排気口６８が設けられてい
る。この噴射ノズル７０は、縦軸方向に沿って水平方向
に冷却気体を噴射する噴射口を有し、図１７に示すよう
に、退避した位置にある被処理体１００の面と平行に冷
却気体を噴射することができる。なお、この噴出気体を
第１、第２のシャッタの冷却用としても良く、さらに
は、この気体を用いて熱処理部１０から搬出された被処
理体１００の冷却を行なうようにしても良い。

【００５７】ところで、上記した被処理体用ホルダー３
０および冷却ロッド３２の駆動機構４０は、次のような
構成となっている。

【００５８】すなわち、駆動機構４０は、被処理体用ホ
ルダ３０と一体にされている冷却ロッドの軸方向端部に
連結された昇降アーム４２を備えており、この昇降アー
ム４２は、例えば、ボールネジとナットとを組み合わせ
た昇降機構４４によって上下動させることができる。そ
して、昇降アーム４２内には、例えば、歯車を介した回
転機構が設けられており、この回転機構は、被処理体用
ホルダー３０が熱処理部１０に対して搬入出されるとき
に少なくとも１回転以上の回転を、そして、被処理体用
ホルダー３０が熱処理部１０から退避して被処理体１０
０を第１のシャッター６２の下方に位置する噴射ノズル
７０に対向させたときには、例えば、６０ｒｐｍ程度の
回転を行なわせるようになっている。なお、被処理体用
ホルダ３０の昇降動作の際の気密性を確保するために、
気密室と被処理体用ホルダー３０との間には、磁性流体
を用いたシール構造４６（図１参照）あるいは図示しな
いベローズ構造が設けられている。なお、被処理体用ホ
ルダー３０の昇降駆動に関しては、上述した昇降機構４
４とは別に独立して上下動させるようにしてもよい。

【００５９】そして、被処理体３０は、熱処理時に必要
な回転数を以って回転するようになっているが、熱処理
部１０への搬入時および搬出時においても、少なくとも
１回転以上の回転を行ないながら移動する駆動制御が行
なわれる。このような搬入出時での回転は、面状発熱源
２４からの輻射熱の供給およびプロセスガスとの接触を
均一化することにより、熱処理前後での被処理体１００
の面内均一性を確保するために実行される。

【００６０】次に作用について説明する。

【００６１】被処理体１００の熱処理を行なう場合に
は、被処理体１００が被処理体搬入出部５０に搬入され
る。すなわち、この場合を第２のロードロック室５４を
対象として説明すると次のとおりである。

【００６２】まず、被処理体１００を搬入する場合、第
２のロードロック室５４内をガス導入孔５４ＤによるＮ
2 パージすることにより、予め、大気圧と同圧に設定し
ておく。外気とロードロック室５４内とを同圧にすれ
ば、ゲートバルブが開いたときに、気体の急激な流れ込
みによる塵や埃等の浸入飛散を防ぐことができる。次に
ゲートバルブ５４Ａを開いて被処理体１００が搬送アー
ム５４Ｃにより受渡し室５６内に搬入される。その後、
ゲートバルブ５４Ｂが閉じられ、ガス排気孔５４Ｅによ
って真空引きが実行され、ガス導入孔５４ＤによってＮ
2 パージが行なわれる。この場合には、受渡し室５６も
同様に、予め真空引き、Ｎ2 パージが行なわれているこ
とが望ましい。さらに、プロセスチューブ１２、第１、
第２のシャッター６２、６４の間の空間も真空引きし、
かつＮ2 パージすることによりロードロック室５４と同
圧にしておくことが望ましい。

【００６３】一方、ロードロック室５４内の搬送アーム
５４Ｃにより、被処理体１００が受渡し室５６に搬送さ
れると、予め、被処理体用ホルダ３０の載置部３０Ａが
搬送アーム５４Ｃの搬送経路上に位置されているので、
被処理体１００の受渡しが行なわれる。このときには、
第２のシャッター６４が閉じられ、そして、第１のシャ
ッター６２が開かれている。そして、被処理体１００の
受渡しが完了すると、被処理体用ホルダー３０が駆動機
構４０により回転し始める。被処理体用ホルダ３０は、
熱処理部１０の所定の処理位置に到達するまでの間、例
えば、２乃至３回転等のような１回転以上の回転を行な
い、所定の処理位置に達した時点で回転を停止する。こ
のときには、第１、第２のシャッター６２、６４がとも
に開いている。

【００６４】被処理体用ホルダー３０が上昇する過程
で、被処理体１００は、気体切り換え構造におけるヘリ
ュウムガスによる雰囲気下から熱処理部１０に移動した
途端にプロセスガスの雰囲気下に置かれることになる。
そして、処理位置に達した被処理体用ホルダー３０は、
給気パイプ１４の予熱部１４Ａの内種面近傍に接近した
位置に位置決めされて熱処理時での回転数に切り換えら
れる。そして、熱処理部１０では、給気パイプ１４から
予熱されたプロセスガスが供給される。

【００６５】プロセスガスの供給により熱処理が開始さ
れると、第１のシャッター６２は開いたままであり、そ
して第２のシャッター６４は閉じた状態に維持される。
従って、被処理体用ホルダー３０の遮蔽部材３０Ｂが熱
処理部１０の下方を覆う状態に配置されることになるの
で、熱処理部１０から漏洩する輻射熱の熱線を遮断す
る。しかも、熱処理部１０内では、プロセスガスが密封
されて熱処理環境が設定されるとともに、均熱部材２２
を介した面状発熱源２０からの輻射エネルギーは、被処
理体１００の中央部では、熱量調整用均熱部材１２０の
存在によって蓄積されることになる。従って、被処理体
１００の周縁部には均熱部材２２からの反射した輻射熱
が入射され、一方、被処理体１００の中央部では、熱量
調整用均熱部材１２０によって蓄積された熱が二次的に
輻射されることで、被処理体１００の中央部と周縁部と
で輻射エネルギーの入射量が異なり、具体的には周縁部
の方が多くなり、これによって、放熱による熱損失が補
われて被処理体１００の面内での温度分布が均一化され
ることになる。また、面状発熱源２０および又は均熱部
材２２の形状を被処理体１００の中央部および周縁部二
体して直接輻射熱を入射できる形状とした場合において
も、上記と同じように、被処理体の面内での温度分布が
均一化されることになる。

【００６６】一方、熱処理終了時点では、被処理体用ホ
ルダー３０が、その載置部３０Ａを第１のシャッター６
２の下方に位置決めされる。このとき、被処理体用ホル
ダー３０の遮蔽部材３０Ｂは、気体の逃げ孔および給気
パイプ１４の予熱部１４Ａに対する外径寸法の設定によ
って周縁部での気体の巻き込みが少なくされることで被
処理体１００の周縁部からの放熱を抑えられ、面内での
温度分布の不均一化を防止されることになる。

【００６７】また、第１のシャッター６２の下方に位置
決めされた被処理体用ホルダー３０は、載置部３０Ａ上
の被処理体１００が、例えば、６０ｒｐｍ程度の回転数
に切り換えられて回転するとともに、シャッターの進退
部から供給されるヘリュウムガスにより、被処理体１０
０搬入出部５０との合いだの熱遮断を行ないうととも
に、雰囲気ガスの環境下を切り換え、さらには被処理体
１００を冷却する。また、この時被処理体１００は、上
方に位置する第１のシャッター６２からの冷気により冷
却を促進されることになる。

【００６８】このようにして、熱処理後の冷却を行なわ
れた被処理体１００は、搬入時と同じ状態を設定され
る。そして、この状態で噴射ノズル７０との対向位置か
ら受渡し室５６に移動させられ、搬入時と逆の手順によ
って被処理体１００を搬出させることができる。

【００６９】本実施例によれば、熱量調整用均熱部材の
形状を異ならせることで熱容量を変化させることができ
る。このため、被処理体の面内での温度分布を特別な構
造を付加することなく均一化することが可能になる。

【００７０】さらに本実施例によれば、均熱部材とプロ
セスチューブとの間で処理位置下方を囲繞する断熱材を
設け、この断熱材の形態を成膜の種類に応じて異ならせ
ることで効率の良い成膜が行なえる。

【００７１】なお、本発明は、上記実施例に限られるも
のではなく、本発明の要旨の範囲内で種々変形実施する
ことが可能である。

【００７２】例えば、本発明が対象とする被処理体は、
少なくとも面状形状の被処理体であれば良く、半導体ウ
エハ以外にも例えば、ＬＣＤ等であっても良い。さら
に、本発明が適用される熱処理装置としては、ＣＶＤ装
置以外にも、例えば、酸化、拡散、アニールに適用され
る装置を対象とすることも可能である。

【００７３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、被処理体
の面内での温度分布を均一化することができる。つま
り、面状発熱源からの輻射エネルギーの入射量を、被処
理体の中央部と周縁部とで異ならせることができるの
で、周縁部での放熱による熱損失を補うだけの輻射エネ
ルギーを中央部よりも多くすることができる。従って、
放熱による周縁部での温度低下を抑えて、被処理体の面
内での温度分布を均一にすることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す熱処理装置の全体構成を
説明するための断面図である。

【図２】図１に示した熱処理装置によって得られる温度
分布を説明するための線図であり、（Ａ）は従来例での
温度分布、（Ｂ）は本実施例による輻射エネルギーの分
布、（Ｃ）は本実施例による被処理体の面内での温度分
布をそれぞれ示している。

【図３】図１に示した熱処理装置での加熱構造の他の例
を示す部分的な断面図である。

【図４】図３に示した熱処理装置で得られる被処理体の
面内での温度分布を説明するための線図である。

【図５】図１に示した熱処理装置に用いられる熱量調整
用均熱部材の部分的な変形例を示す断面図である。

【図６】図１に示した熱処理装置に用いられる加熱構造
の別の例を示す図３相当の断面図である。

【図７】図６に示した加熱構造での一部変形例を示す部
分的な断面図である。

【図８】図６に示した加熱構造の一部のさらに他の変形
例を示す部分的な断面図である。

【図９】図１に示した熱処理装置における断熱構造の変
形例を示す部分的な断面図である。

【図１０】図１に示した熱処理装置に用いられる被処理
体用ホルダーの構造を示す断面図である。

【図１１】図１０に示した被処理体用ホルダーの他の構
造を示す部分的な断面図である。

【図１２】図１０に示した被処理体用ホルダーの内部構
造を説明するための断面図である。

【図１３】図１に示した熱処理装置のプロセスガス供給
部の構造を示す斜視図である。

【図１４】図１に示した熱処理装置に用いられる被処理
体搬入出部の構成を説明するための平面視的な模式図で
ある。

【図１５】図１に示した熱処理装置に用いられるシャッ
ターの断面図である。

【図１６】図１３に示したシャッターの一例を示す模式
図であり、（Ａ）は開いた状態を、（Ｂ）は閉じた状態
をそれぞれ示している。

【図１７】図１に示した熱処理装置における気体切り換
えおよび冷却構造を示す断面図である。

【符号の簡単な説明】

１０ 処理位置 １２ プロセスチューブ １４ ガス供給手段をなす給気パイプ １４Ａ 予熱部 ３０ 被処理体用ホルダー ３０Ａ 載置部 ３０Ｂ 遮蔽部材 ３０Ｂ１０〜３０Ｂ１６ 遮蔽部材 ３０Ｃ 遮熱部材 ５０ 気密室で構成された被処理体搬入出部 ６０ シャッター駆動部 ６２ 第１のシャッター ６４ 第２のシャッター ６６ 噴射ノズル １２０ 熱量調整手段をなす熱量調整用均熱部材 １２０Ａ 第１の熱量調整用均熱部材 １２０Ｂ 第２の熱量調整用均熱部材 １２０Ｃ 第３の熱量調整用均熱部材

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理体の搬入出用の下端開口を有し、
   処理位置に配置される被処理体を加熱する熱源を備えて
   いる縦型プロセスチューブと、 水平に支持した状態の上記被処理体を上記開口から上記
   プロセスチューブ内に搬入し、所定の処理位置に設定す
   る被処理体用ホルダーと、 上記プロセスチューブ内の処理位置に向け反応ガスを供
   給するガス供給手段と、 上記被処理体と平行な面を備えた面状発熱体と、 上記面状発熱体と上記被処理体との間に配置されてい
   て、被処理体上での中央部よりも周縁部で入射する輻射
   エネルギーを多く設定する熱量調整手段と、 を備えていることを特徴とする熱処理装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、 上記熱量調整手段は、不純物汚染のない材質からなる蓄
   熱可能な均熱部材で構成され、この均熱部材は、面状発
   熱体からの一次輻射熱を蓄熱して、上記被処理体に向け
   二次輻射熱を放射することを特徴とする熱処理装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、 上記熱量調整手段は、上記面状発熱体から上記被処理体
   に向うに従い、順次小径を設定された複数の均熱部材で
   構成されていることを特徴とする熱処理装置。
4. 【請求項４】請求項１乃至３のいずれかにおいて、 上記熱量調整手段は、上記面状発熱体と平行する面を有
   し、この面の中央部の厚さが周縁部の厚さよりも厚く設
   定されていることを特徴とする熱処理装置。
5. 【請求項５】 被処理体の搬入出用の下端開口を有し、
   処理位置に配置される被処理体を加熱する熱源を備えて
   いる縦型プロセスチューブと、 水平に支持した状態の上記被処理体を上記開口から上記
   プロセスチューブ内に搬入し、所定の処理位置に設定す
   る被処理体用ホルダーと、 上記プロセスチューブ内の処理位置に向け反応ガスを供
   給するガス供給手段と、 上記被処理体と対面して配置されている面状発熱体と、 上記面状発熱体と上記被処理体との間に配置されていて
   不純物汚染の少ない材質からなり、上記面状発熱体から
   の一次輻射熱を畜熱して、上記被処理体に向け二次時輻
   射熱を放射する均熱部材と、 を備え、上記面状発熱体および／又は上記均熱部材は、
   外縁部が上記被処理体に近ずくように湾曲又は傾斜して
   いることを特徴とする熱処理装置。
6. 【請求項６】 請求項５において、 上記面状発熱体および／又は均熱部材は、ドーム形状に
   設定されていることを特徴とする熱処理装置。