JPH1025577A

JPH1025577A - 成膜処理装置

Info

Publication number: JPH1025577A
Application number: JP20325196A
Authority: JP
Inventors: Isao Hagino; 勲萩野
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1996-07-12
Filing date: 1996-07-12
Publication date: 1998-01-27

Abstract

(57)【要約】【課題】不要な部分に成膜が付着しても被処理体の温
度を迅速に安定化させることができる成膜処理装置を提
供する。【解決手段】内筒２とその外側に同心円状に配置した
外筒４とよりなる処理容器６と、複数の被処理体Ｗを載
置して前記処理容器内に挿脱可能に収容される支持ボー
ト１４と、前記処理容器の外側に同心円状に配置された
加熱手段８と、この加熱手段の近傍に配置したヒータ用
温度検出手段２８と、密閉された保護管内へ収容されて
前記外筒と内筒との間に設置された制御用温度検出手段
３２Ａ〜３２Ｅと、この制御用温度検出手段の検出値に
基づいて前記加熱手段への供給電力を制御する制御部４
９とを有し、処理ガスにより前記被処理体に成膜を施す
成膜処理装置において、前記保護管の外側に、内部を通
気可能にした、透明耐熱材料よりなる温度抑制管５０を
設けるように構成する。これにより、温度抑制管にも不
要な成膜を付着させて、この部分の制御用温度検出手段
の昇温速度を低下させ、その分、加熱手段の発熱量を増
加させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体ウエ
ハ等の被処理体に成膜を施す成膜処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体デバイスを製造するに
は、半導体ウエハに成膜処理やパターンエッチング処理
を繰り返し行なって所望のデバイスを製造するが、中で
も成膜技術は半導体デバイスの高密度化及び高集積化に
伴ってその仕様が年々厳しくなっている。成膜に関して
は、一度に多数のウエハを処理できることから、縦型バ
ッチ処理炉が主流になっており、良好な品質の成膜を効
率よく形成するためにプロセス時のウエハの温度管理は
特に重要である。

【０００３】ウエハの温度管理は、例えば２重管縦型炉
を例にとれば、加熱炉側にヒータ用の熱電対を設け、処
理容器の内筒と外筒との間にも制御用の熱電対を設け、
容器内の温度を制御用の熱電対で検出し、この検出値に
基づいてヒータへの供給電力を制御する用になってい
る。この場合、石英製の外筒及び内筒を透過する毎に熱
線量は減少してくるので、ウエハ温度を精度良く検出す
るためには、内筒の内側に制御用の熱電対を設けるのが
よいが、ウエハの金属汚染等を防ぐために内筒の内側に
は熱電対等の金属類を設置することができず、従って、
上述のように次善の策として内筒と外筒との間に制御用
の熱電対を設け、間接的にウエハ温度を検出するように
している。

【０００４】この場合、ウエハの実際の温度と、内筒と
外筒との間に配置された制御用の熱電対の検出温度との
間に僅かな温度差、例えば数十℃程度の温度差はどうし
ても発生するので、プロセスに先立って、例えば組み立
て工場レベルで内筒の内側にウエハ温度をより精度良く
検出するものと期待されるテーブル用の熱電対を配置
し、このテーブル用の熱電対と上記制御用の熱電対及び
ヒータ用の熱電対との間の温度相関を予めとってテーブ
ル化しておく。そして、実際のプロセスは上記したテー
ブル用の熱電対を排除した状態で行い、前述のように内
筒と外筒との間に配置した制御用の熱電対の検出値に基
づいてヒータへの供給電力を制御するようになってい
る。

【０００５】ここで従来の縦型成膜処理装置について説
明する。図９は従来の縦型の成膜処理装置を示す構成図
である。この成膜処理装置は、石英製の内筒２とこの外
側に同心円状に配置した石英製の外筒４とよりなる２重
管構造の処理容器６を有しており、その外側は加熱ヒー
タ等の加熱手段８と断熱材１０を備えた加熱炉１２によ
り覆われている。処理容器６の下端は開口されており、
下方より多数枚の被処理体としての半導体ウエハＷを載
置した支持ボート１４が昇降可能に挿脱自在になされて
いる。この支持ボート１４は石英製の保温筒１６を介し
て回転テーブル１８上に載置されており、この回転テー
ブル１８は回転軸２２の上端に取り付けられている。こ
の回転軸２２は処理容器６の下端開口部側を開放及び密
閉自在とする蓋部２０を気密に回転自在に貫通してお
り、支持ボート１４の昇降時には、この蓋部２０も一体
的に昇降される。

【０００６】処理容器６の下部側には、内筒２内に成膜
用の処理ガスを導入する処理ガス導入ノズル２４及び外
筒４の下部側には図示しない真空排気系に接続された排
気口２６が設けられる。また、上記加熱炉１２は、上下
方向に複数、例えば５つのゾーンに区分されており、ゾ
ーン毎に独立して温度制御を行なうためにゾーン毎に少
なくとも１つのヒータ用温度検出手段、例えば熱電対２
８Ａ〜２８Ｅを設け、また、このゾーンに対応して内筒
２と外筒４との間にも密閉された石英製の直径数ｍｍ程
度の保護管３０内に収容された制御用温度検出手段、例
えば熱電対３２Ａ〜３２Ｅが設けられている。

【０００７】さて、このように構成された装置におい
て、温度分布を着目すると、当然のこととして熱源であ
る加熱手段８の部分が最も温度が高く、これより処理容
器６の内側に行くに従って、温度が低下して温度勾配が
つくのが一般的である。例えば、容器中心に位置するウ
エハＷの処理温度を６００℃に設定したい場合には、そ
れより外側の制御用熱電対３２の温度は６３０℃程度、
それより更に外側のヒータ用熱電対２８の温度は６６０
℃程度となる。この場合、所望するウエハ温度と、その
時の制御用熱電対３２の温度とヒータ用熱電対２８の温
度との相関は、処理装置毎に僅かに異なっており、その
ため、プロセスを行なうに先立って組立工場レベル等に
おいて内筒２と支持ボート１４との間にテーブル用熱電
対３４Ａ〜３４Ｅをゾーンに対応させて配置し、このテ
ーブル用熱電対３４と、制御用熱電対３２と、ヒータ用
熱電対２８との温度相関をゾーン毎に、且つ複数の所望
するウエハ温度毎に取って予めテーブル化しておく。こ
の場合、ウエハに最も近いテーブル用熱電対３４の検出
温度をウエハ温度とみなす。

【０００８】このようなテーブルを制御用のコンピュー
タに記憶しておき、実際の成膜プロセスは、上記テーブ
ル用熱電対３４を取り除いた状態で行ない、制御用熱電
対３２の検出温度値に基づいてテーブルを参照しつつ例
えばＰＩＤ制御によりヒータへの電力供給を制御するこ
とになる。例えばウエハを６００℃で成膜処理したい場
合には、ウエハ温度を直接検出できないので、上記テー
ブルに基づいてその外側の制御用熱電対３２が６３０℃
を維持するように加熱ヒータ８への電力供給を制御する
ことになる。このような温度制御は、処理容器６の温度
をアイドリング時から所定のプロセス温度まで昇温する
場合にも同様に行なわれ、常に制御用熱電対３２の検出
温度値が基準となっている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、常温のウエ
ハを処理容器内に導入した後にウエハを所定の温度まで
昇温するには、処理効率の向上を図るためにできるだけ
迅速に昇温し、ウエハ全体をプロセス温度にて精度良く
安定化させる必要がある。この場合、縦方向に５つに分
割された各ゾーンの内、最下段に位置するゾーンには、
他の部分と比較して熱容量の大きな保温筒１６が位置
し、且つこの部分が最後に処理容器６内に収容されるの
で、この最下段のゾーンが加熱されるのが最も遅くな
り、この部分が温度安定化までの時間を律速することに
なる。従って、この最下段のゾーンの温度を如何に早く
安定化させるかが、処理効率の向上を図る上から重要な
ポイントとなる。

【００１０】一般にＣＶＤ等による成膜プロセスを繰り
返し行なっていくと、僅かずつではあるが、処理ガスと
接する部分、すなわち内筒２の内外壁面、外筒４の内壁
面、保護管３０の外壁面等に、ポリシリコン膜やＳｉ₃
Ｎ₄等の膜が付着する傾向となる。図１０は、図９中の
破線Ａで囲まれた部分の拡大図を示し、円筒状の内筒２
の内外壁面には不要な成膜３６Ａ、３６Ｂが付着し、円
筒状の外筒４の内壁面には不要な成膜３６Ｃが付着し、
密閉細管状の保護管３０の外壁面には不要な成膜３６Ｄ
が付着している。

【００１１】この成膜は、処理容器６を構成する石英と
比較して熱放射率（吸収率）が低く、熱反射率が高いた
めに加熱ヒータ８からの熱が処理容器６の中心側に届き
難くなる。この傾向は、例えば図１０に示す最下端のゾ
ーンの熱電対を例にとれば、昇温時において制御用熱電
対３２Ｅとウエハ温度（テーブル用熱電対３４Ｅの部
分）との温度勾配がプロセスを繰り返して成膜が付着す
る毎に大きくなることを意味する。すなわち、加熱ヒー
タ８からテーブル用熱電対３４Ｅを臨んだ時に熱線が透
過する成膜は、外筒４の内壁面に付着した成膜３６Ｃと
内筒２の両面に付着した２つの成膜３６Ａ、３６Ｂの合
計３つであり、これらの成膜の厚みが増すので、容器中
心部へ熱が伝わり難くなる。尚、保護管３０は直径数ｍ
ｍ程度なので、これに付着した成膜３６Ｄは容器中心部
への電熱に関しては関係ない。これに対して、加熱ヒー
タ８から制御用熱電対３２Ｅを臨んだ時に熱線が透過す
る成膜は、外筒４の内壁面に付着した成膜３６Ｃと、保
護管３０に付着した成膜３６Ｄの合計２つである。従っ
て、ウエハまで届く熱線の方が１つ余分な成膜を通過す
ることになり、その分、ウエハ部分の実際の温度の昇温
速度が、対応する制御用熱電対３２Ｅの昇温速度よりも
次第に遅くなってしまうことになる。

【００１２】この場合においても、炉内の温度制御は、
装置組み立て時に、実際のプロセスを行なうに先立って
求めた温度相関テーブルに基づいて行なっているので、
実際のウエハ温度の追従性が次第に悪くなり、ウエハ温
度が実際に安定するまでにより多くの時間を費やしてし
まうという問題があった。

【００１３】図１１は不要なポリシリコン膜が厚み５μ
ｍ程度付着した時における温度プロフィールを示すグラ
フであり、図中、Ｒは、最下ゾーンの制御用熱電対、Ｓ
は最下ゾーンのヒータ用熱電対、Ｐは最下ゾーンのテー
ブル用熱電対（試験のために装着）の各温度変化を示
す。ここで、成膜プロセスを繰り返す毎に不要部分に付
着する成膜の膜厚が大きくなるので、テーブルの熱電対
の温度（ウエハの実際の温度とみなすことができる）の
昇温速度は、一点鎖線で示すように次第に遅くなり、常
温のウエハを容器内にロードした後から６００℃に温度
が安定するまでの時間が次第に長くなってしまう。すな
わち、制御用熱電対の検出温度が、早めに安定領域に至
ってもウエハの実際の温度は、安定領域から程遠い所に
あり、検出温度が安定領域に入った結果、ヒータパワー
が絞り込まれ、その結果、その後、ウエハ温度が安定領
域に入るまでにかなり多くの時間を要してしまう。図示
例では例えば、厚み５μｍのポリシリコン膜が不要部分
に付着した場合には、温度安定までに１１１．２分を要
している。

【００１４】このような問題を、解決するためにＰＩＤ
制御のパラメータを途中で変更して昇温速度の劣化分を
補償したり、温度相関のテーブルをとるときに、予め、
僅かな成膜を内筒、外筒、保護管に付着させておくこと
も行なわれているが、ソフトウエア的にパラメータを補
正するのは限界があり、また、予め成膜を付着させてお
いても、上記した問題を十分に解決できるものではなか
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、不要な部分に成膜が付着しても被処理体の温度を迅
速に安定化させることができる成膜処理装置を提供する
ことにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、成膜処理の
温度制御について鋭意研究した結果、加熱ヒータから制
御用熱電対に対する熱線の電熱効率を意図的に劣化させ
ることによりＰＩＤ制御される加熱ヒータへの供給電力
を増大させれば、その分、被処理体の昇温速度を向上さ
せることができる、といった知見を得ることにより本発
明に至ったものである。本発明は、内筒とその外側に同
心円状に配置した外筒とよりなる処理容器と、複数の被
処理体を載置して前記処理容器内に挿脱可能に収容され
る支持ボートと、前記処理容器の外側に同心円状に配置
された加熱手段と、この加熱手段の近傍に配置したヒー
タ用温度検出手段と、密閉された保護管内へ収容されて
前記外筒と内筒との間に設置された制御用温度検出手段
と、この制御用温度検出手段の検出値に基づいて前記加
熱手段への供給電力を制御する制御部とを有し、処理ガ
スにより前記被処理体に成膜を施す成膜処理装置におい
て、前記保護管の外側に、内部を通気可能にした、透明
耐熱材料よりなる温度抑制管を設けるように構成したも
のである。

【００１６】このように装置により成膜処理を繰り返し
行なうことにより、処理容器の内筒の両面、外筒の内壁
面、保護管の外側面、温度抑制管の内外面に熱の反射率
が大きい不要な成膜が次第に付着することとなる。する
と、加熱手段と制御用温度検出手段との間の不要な成膜
の数が、加熱手段と被処理体との間の不要な成膜の数が
多くなっている結果、その分、制御用温度検出手段の昇
温速度が低下するので、この検出値に基づいて加熱手段
への供給電力を制御する制御部が、制御用温度検出手段
にて検知された温度の昇温速度が遅い分だけ供給電力を
多くするように動作する。

【００１７】従って、被処理体は、迅速に加熱されるこ
ととなり、迅速に温度安定領域に達することになる。す
なわち、温度抑制管を設けてこれに付着する不要な成膜
を利用して制御用温度検出手段への熱供給量を意図的に
抑制することにより、その分、加熱手段への電力供給量
を増大させ、被処理体を迅速に温度安定領域まで昇温さ
せる。この場合、処理容器は、縦方向に複数のゾーンに
区分されて、ゾーン毎に別個独立的に温度制御される
が、被処理体の温度安定化までの時間を律速する最下端
のゾーンに位置する制御用温度検出手段に対応させて温
度抑制管を少なくとも設けるようにする。この温度抑制
管は、例えば、石英管よりなり、溶着により保護管の外
壁に固定する。また、上記各温度検出手段は、熱電対で
構成することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る成膜処理装
置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図１は本
発明に係る成膜処理装置を示す構成図、図２は図１中の
要部の拡大図、図３は図２に示す要部の部分平面図、図
４は保護管と温度抑制管を示す斜視図である。尚、従来
装置と同一部分については同一符号を付して説明する。

【００１９】ここでは成膜装置としてＣＶＤによる縦型
熱処理装置を例にとって説明する。図示するようにこの
熱処理装置は、筒体状の石英製の内筒２とその外側に同
心円状に配置して石英製の外筒４とよりなる２重管構造
の処理容器６を有しており、その外側は、加熱ヒータ等
の加熱手段８と断熱材１０を備えた加熱炉１２により覆
われている。上記加熱手段８は断熱材１０の内面に全面
に亘って設けられている。処理容器６の下端は、例えば
ステンレススチール製の筒体状のマニホールド３８によ
って支持されており、このマニホールド３８の下方より
多数枚の被処理体としての半導体ウエハＷを載置した石
英製の支持ボート１４が昇降可能に挿脱自在になされて
いる。

【００２０】この支持ボート１４は、石英製の保温筒１
６を介して回転テーブル１８上に載置されており、この
回転テーブル１８は、マニホールド３８の下端開口部を
開閉する蓋部２０を貫通する回転軸２２上に支持され
る。そして、この回転軸２２の貫通部には、例えば磁性
流体シール４０が介設され、この回転軸２２を気密にシ
ールしつつ回転可能に支持している。また、蓋部２０の
周辺部とマニホールド３８の下端部には、例えばＯリン
グ等よりなるシール部材４２が介設されており、容器内
のシール性を保持している。

【００２１】上記した回転軸２２は、例えばボートエレ
ベータ等の昇降機構４４に支持されたアーム４６の先端
に取り付けられており、支持ボート１４及び蓋部２０等
を一体的に昇降できるようになされている。マニホール
ド３８の側部には、内筒２内に成膜用の処理ガスを導入
する処理ガス導入ノズル２４及び内筒２と外筒４との間
から容器内の雰囲気を排出する排気口２６が設けられて
おり、この排気口２６には、図示しない真空ポンプ等を
介設した真空排気系が接続されている。

【００２２】一方、このような加熱炉１２は、全体の温
度を精度良く制御するために、上下方向に複数、例えば
５つのゾーン４８Ａ〜４８Ｅに区分されており、各ゾー
ンに対応させて、加熱ヒータも８Ａ〜８Ｅに５つに区分
されている。そして、各ゾーンの加熱ヒータ８Ａ〜８Ｅ
の近傍にそれぞれヒータ温度を検出するためのヒータ用
温度検出手段として例えばヒータ用熱電対２８Ａ〜２８
Ｅが設けられている。

【００２３】また、内筒２と外筒４との間にも、各ゾー
ンに対応させて制御用温度検出手段としてここでは５つ
の制御用熱電対３２Ａ〜３２Ｅが、１つの密封された石
英製の保護管３０内に収容された状態で位置されてお
り、この保護管３０の下端は、屈曲されてマニホールド
３８を気密に貫通して支持されている。上記各熱電対の
検出値は、例えばマイクロコンピュータ等よりなる制御
部４９へ入力されており、プロセス時にはこの検出値に
基づいて各ゾーンの加熱ヒータ８Ａ〜８Ｅへの供給電力
を個別的に独立して制御するようになっている。そし
て、この保護管３０に、本発明の特徴とする温度抑制管
５０が設けられている。具体的には、この温度抑制管５
０は、保護管３０の全体を覆うのではなく、熱容量が大
きい保温筒１６が位置されるなどして昇温が最も遅くな
って被処理体全体の温度安定化までの速度を律速する最
下端のゾーン４８Ｅに位置する制御用熱電対３２Ｅの部
分を少なくとも覆うようにして設ける。図２乃至図４に
示すように具体的には、この温度抑制管５０は、長さＬ
が３０ｍｍ程度の石英管よりなり、その内径Ｒ１は、外
径９ｍｍ程度の保護管３０よりも僅かに大きい１１ｍｍ
程度に設定され、肉厚は１ｍｍ程度になされている。

【００２４】この温度抑制管５０は、その上下端側にお
いて部分的な溶着５２により保護管３０の外壁に溶接固
定されており、この温度抑制管５０内にも排気されつつ
ある処理ガスが流入して管壁面に不要な成膜を形成し得
るようになっている。このように温度抑制管５０を設け
ることにより、成膜プロセス時にこの内外面にも石英よ
りも反射率の高い不要なポリシリコン膜、ナイトライド
膜等が付着し、この内側に位置する制御用熱電対３２Ｅ
の昇温速度を意図的に抑制し得るようになっている。上
記温度抑制管５０の長さＬや内径Ｒ１は、上記値に限定
されないのは勿論である。また、温度抑制管５０の保持
方法も、上述のように溶着によるものではなく、この抑
制管５０の長さを長くして保護管３０の屈曲部にて支持
するようにしてもよく、いずれにしても温度抑制管５０
内に処理ガスが流通し得る状態としておく。

【００２５】次に、以上のように構成された装置を用い
た成膜プロセスについて説明する。まず、実際の成膜プ
ロセスの実行に先立って、この処理容器の半径方向の温
度プロフィールをゾーン毎にとって予めテーブル化して
おく。この温度プロフィールは、例えば装置を組み立て
た時など、或いは試験的に成膜処理を行なって非常に僅
かな不要な成膜が容器内壁に付着した時などに行なう。
このテーブルを作成する時には、図１にて一点鎖線で示
すようにゾーン毎に配置したテーブル用熱電対３４Ａ〜
３４Ｅを石英細管５６内に収容した状態で内筒２の内側
に設置する。このテーブル用熱電対３４Ａ〜３４Ｅは、
限りなくウエハＷに近いので、その検出値がそのゾーン
における実際のウエハ温度とみなすことができる。

【００２６】さて、このような状態において、テーブル
用熱電対３４Ａ〜３４Ｅの検出値が種々のプロセス温度
になる時のそれに対応する制御用熱電対３２Ａ〜３２Ｅ
及びヒータ用熱電対２８Ａ〜２８Ｅの各検出値をゾーン
毎に検出し、テーブル化しておく。例えばプロセス温度
を６００℃にしたい時には、テーブル用熱電対３４Ａ〜
３４Ｅが６００℃を検出した時の、制御用熱電対及びヒ
ータ用熱電対の検出値をテーブル化しておく。通常、加
熱ヒータの近傍が最も温度が高いので、この時は例えば
ヒータ用熱電対が６６０℃、制御用熱電対が６３０℃と
いうように容器の中心に行く程、検出値は低下する。従
って、実際のプロセス時には、障害となるテーブル用熱
電対３４Ａ〜３４Ｅは取り除いた状態で行なわれるの
で、プロセス温度６００℃でウエハを処理する場合に
は、制御部４９は、制御用熱電対３２Ａ〜３２Ｅが６３
０℃を維持するように加熱ヒータへの供給電力を制御す
ることになる。

【００２７】この場合、制御部は、周知のＰＩＤ制御で
供給電力を制御し、当然のこととして温度偏差が大きい
程、供給電力を大きくし、偏差が小さい程、供給電力を
絞り込むように動作する。従って、制御用熱電対３２Ａ
〜３２Ｅの昇温速度が遅くて目標温度値との偏差が容易
に縮まらないような場合には、その分、加熱ヒータへの
供給電力を増加してより多くの発熱を行なうように動作
する。尚、本発明はこの現像を利用して意図的に制御用
熱電対の昇温速度を落としめて、より多くの発熱を導く
ようにしている。このようにして温度プロフィールのテ
ーブルが完了したならば、これは制御部４９に記憶さ
れ、以後の実際の成膜処理時に参照されることになる。

【００２８】次に、ウエハに対して実際の成膜処理を行
なう時には、上述のように障害となるテーブル用熱電対
３４Ａ〜３４Ｅを処理容器内から撤去して行なう。ま
ず、ウエハがアンロード状態で処理装置が待機状態の時
には、処理容器６はプロセス温度、例えば６００℃、或
いはそれよりも低い温度に維持されており、常温の多数
枚のウエハＷを支持ボート１４に載置した状態で処理容
器６内にその下方より上昇させてロードし、蓋部２０で
マニホールド３８の下端開口部を閉じることにより容器
内を密閉する。そして、処理容器６内を所定のプロセス
圧に維持すると共に、ウエハ温度が上昇して所定のプロ
セス温度に安定するまで待機し、その後、所定の成膜用
の処理ガス、例えばシラン等を処理容器６内に導入す
る。ウエハの温度が安定したか否かの判定は、熱容量の
大きな保温筒１６が位置することになる最下端のゾーン
の温度が安定したか否かで判断する。処理ガスは、処理
ガス導入ノズル２４から内筒２内の底部に導入された後
にこの中を回転されているウエハＷと接触しつつ成膜反
応して上昇して、天井部から内筒２と外筒４との間の間
隙を流下して、排気口２６から容器外へ排出される。プ
ロセス中における温度制御は、制御用熱電対３２Ａ〜３
２Ｅでの検出値が、その時のプロセス温度に対応するテ
ーブル上の制御用熱電対の温度になるように、ＰＩＤ制
御でもって加熱ヒータ８Ａ〜８Ｅへの供給電力を制御す
ることによって行なわれる。

【００２９】以上が、成膜プロセスの流れであるが、こ
のようなプロセスを繰り返し行なっていくと、処理ガス
の流れ方向に沿ってこれと接触する石英部材の壁面に不
要な成膜、例えばポリシリコン膜が僅かずつではある
が、形成されることは避けられない。不要な成膜は、内
筒２の内外面、外筒４の内側面、制御用熱電対３２Ａ〜
３２Ｅを収容する保護管３０の外側面、及び温度抑制管
５０の内外面等に付着する。図５及び図６は、その時の
不要な成膜の付着状況を示しており、内筒２の内面には
成膜３６Ａが付着し、その外面には成膜３６Ｂが付着し
ている。外筒４の内面には成膜３６Ｃが付着し、保護管
３０の外面には成膜３６Ｄが付着している。ここまで
は、図１０に示す従来装置と同様である。更に、本発明
では、最下端のゾーンに対応する制御用熱電対３２Ｅを
囲む温度抑制管５０の内側面及び外側面にもそれぞれ成
膜３６Ｅ及び成膜３６Ｆが付着することとなる。これら
の成膜は、プロセス回数にもよるが、通常、数μｍ程度
の厚みである。

【００３０】前述したように、これらの不要な成膜は一
般的には熱線に対する吸収率が低く、反射率が高いの
で、膜厚が成長するに従って、当初求めた温度プロフィ
ールが次第に崩れて、適正な温度プロフィールを反映し
たテーブルではなくなってくる。図１１を参照して説明
したように、例えば、従来装置では、加熱ヒータ８から
ウエハを臨んだ時には、熱線は３つの成膜３６Ａ、３６
Ｂ、３６Ｃを通過し、加熱ヒータ８から制御用熱電対３
２を臨んだ時には、熱線は２つの成膜３６Ｃ、３６Ｄを
通過するので、この熱線が透過する成膜数の差が原因と
なって、制御用熱電対３２の方が早く温度安定領域に入
っても、ウエハの実際の温度は、温度プロフィールで求
めた時の温度までは上がってはおらず、これがために、
ウエハ温度が安定領域に入るまでには次第に多くの時間
を要するようになっていた。

【００３１】これに対して、本発明においては、温度抑
制管５０を設けてこの内外面に不要な成膜を付着させる
ことにより、加熱ヒータ８Ｅから最下端のゾーンの制御
用熱電対３２Ｅを臨んだ時には、熱線は外筒４の成膜３
６Ｃ、保護管３０の成膜３６Ｄに加え、温度抑制管５０
の内外面の２つの成膜３６Ｅ、３６Ｆを通過するので合
計４つの成膜を通過し、ヒータよりウエハまでの成膜数
３つ（従来と変わらず）よりも１つ増加している。この
ことは、加熱ヒータ８Ｅから同等の発熱量が放出されて
いてもこの制御用熱電対３２Ｅの温度上昇が抑制されて
しまうことを意味する。ＰＩＤ制御下では検出温度値と
目標とする温度値の偏差が大きければ大きい程、上限は
あるにしても単位時間当たりより多くの発熱量を放出し
て迅速に温度差を縮めるように動作するが、上述のよう
に制御用熱電対３２Ｅの昇温速度が抑制される結果、制
御部４８はその分、より多くの熱量を放出するように加
熱ヒータ８Ｅへの供給電力を増大することになる。その
結果、ウエハＷの実際の温度は、プロセスの繰り返しに
より不要な成膜が形成されているにもかかわらず、迅速
に温度安定領域まで加熱され、初期時と比較して昇温速
度がほとんど低下することがなくなり、昇温速度を高く
維持することができる。

【００３２】このように、温度抑制管５０を設けて最下
端のゾーンの制御用熱電対３２Ｅの熱応答性をあえて低
下させることにより、結果的に、ウエハ自体の昇温速度
を高く維持することができ、これを迅速に熱安定領域ま
で昇温することができる。図７はこの時の昇温速度を模
式的に示したグラフであり、上から順にヒータ用熱電対
の検出値、制御用熱電対の検出値、ウエハ温度を示して
いる。図中、実線は、従来の温度カーブであり、一点鎖
線は本発明の温度カーブを示している。常温のウエハが
容器内にローディングされると、制御用熱電対３２Ｅの
検出値は一時的に低下するが、この低下を検出した制御
部４８は、加熱ヒータの供給電力を増加し、制御用熱電
対３２Ｅの検出値を温度安定領域へ早急に引き込もうと
している。これにつれて、ウエハ温度も、例えば６００
℃に向けて急速に昇温していく。

【００３３】ここで、本発明のように温度抑制管５０を
設けると、これに形成された不要な成膜により、その
分、ウエハロード後の制御用熱電対３２Ｅの昇温速度が
低下し、これに対してＰＩＤ制御下で制御される加熱ヒ
ータにはより多くの電力が供給されてヒータ用熱電対２
８Ｅの温度は上昇し、同様に、ウエハＷの昇温速度も上
昇することになり、迅速に温度安定領域に入ることにな
る。ここで温度安定領域とは、検出値が目標とする温度
の±１℃の範囲内に入った状態をいう。図８は、実際の
装置を用いて最下端のゾーンにおける温度カーブを求め
たグラフであり、不要な成膜として厚さ５μｍ程度のポ
リシリコン膜を形成した状態で行なっている。ウエハ部
分の目標温度値は６００℃に設定しており、グラフ中に
おいて上より、ヒータ用熱電対の検出値、制御用熱電対
の検出値、実験のために設けたテーブル用熱電対（ウエ
ハ温度）の検出値の各温度カーブを示している。

【００３４】これによれば、テーブル用熱電対の検出
値、すなわち実際のウエハ温度が安定化するまで８９分
を要しており、図１１に示す従来装置の場合が１１１．
２分であるのに対して、本発明では略２２分も早く温度
安定領域まで昇温できることが判明する。尚、上記実施
例では、保護管３０の部分にしか温度抑制管を設けてい
ないが、これに限らず、保護管全体に亘ってこれを設け
るようにしてもよい。また、被処理体として半導体ウエ
ハを例にとって説明したが、ＬＣＤ等の他の基板への成
膜時にも適用し得るのは勿論である。更に、ここでは縦
型の成膜処理装置について説明したが、本発明は、横型
の成膜処理装置にも適用し得る。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の成膜処理
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。制御用温度検出手段を収容した保護管に温
度抑制管を設けて、これに付着する不要な成膜によりこ
の温度検出手段の昇温速度を抑制するようにしたので、
その分、加熱手段からの放熱量を多くでき、不要な成膜
が付着したにもかかわらず、被処理体の実際の温度の昇
温速度を高く維持できる。従って、被処理体の温度安定
までの待機時間を大幅に短くでき、スループットを向上
できるのみならず、温度不安定時に成膜プロセスを行な
うことによって生ずる膜厚の不均一性を抑制することが
できる。特に、温度安定化までの速度を律速する最下端
のゾーンに対応する制御用温度検出手段に温度抑制管を
設けることにより、簡単な構造で上記効果を発揮するこ
とができる。また、この温度抑制管は、溶着により簡単
に保護管に取り付け固定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る成膜処理装置を示す構成図であ
る。

【図２】図１中の要部の拡大図である。

【図３】図２に示す要部の部分平面図である。

【図４】保護管と温度抑制管を示す斜視図である。

【図５】図２に示す部分に不要な成膜が付着した時の状
態を示す部分拡大図である。

【図６】図５に示す部分の部分平面図である。

【図７】本発明の昇温速度を模式的に示したグラフであ
る。

【図８】実際の装置を用いて行なった時の昇温速度を示
すグラフである。

【図９】従来の成膜処理装置を示す構成図である。

【図１０】図９に示す装置内に不要な成膜が付着した時
の一部を示す部分拡大図である。

【図１１】従来の成膜処理装置の昇温速度を示すグラフ
である。

【符号の説明】

２内筒４外筒６処理容器８加熱手段（加熱ヒータ）１４支持ボート１６保護筒２８ヒータ用温度検出手段（熱電対）３０保護管３２Ａ〜３２Ｅ制御用温度検出手段（熱電対）３４Ａ〜３４Ｅテーブル用熱電対３６Ａ〜３６Ｆ不要な成膜４８ゾーン４９制御部５０温度抑制管５２溶着Ｗ半導体ウエハ（被処理体）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内筒とその外側に同心円状に配置した外
筒とよりなる処理容器と、複数の被処理体を載置して前
記処理容器内に挿脱可能に収容される支持ボートと、前
記処理容器の外側に同心円状に配置された加熱手段と、
この加熱手段の近傍に配置したヒータ用温度検出手段
と、密閉された保護管内へ収容されて前記外筒と内筒と
の間に設置された制御用温度検出手段と、この制御用温
度検出手段の検出値に基づいて前記加熱手段への供給電
力を制御する制御部とを有し、処理ガスにより前記被処
理体に成膜を施す成膜処理装置において、前記保護管の
外側に、内部を通気可能にした、透明耐熱材料よりなる
温度抑制管を設けるように構成したことを特徴とする成
膜処理装置。
【請求項２】前記加熱手段は、高さ方向に複数のゾー
ンに区分されており、前記ヒータ用温度検出手段及び前
記制御用温度検出手段は、前記ゾーンに対応させて複数
個設けられていることを特徴とする請求項１記載の成膜
処理装置。
【請求項３】前記温度抑制管は、前記複数のゾーンの
内、少なくとも最下端に位置するゾーンに対応する前記
制御用温度検出手段に対応させて設けられていることを
特徴とする請求項２記載の成膜処理装置。
【請求項４】前記各温度検出手段は、熱電対よりなる
ことを特徴とする請求項１乃至３記載の成膜処理装置。
【請求項５】前記温度抑制管は、石英管よりなり、前
記保護管の外壁に、溶着により固定されていることを特
徴とする請求項１乃至４記載の成膜処理装置。