JP2009124161A - Thermal processing equipment - Google Patents

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JP2009124161A
JP2009124161A JP2008334782A JP2008334782A JP2009124161A JP 2009124161 A JP2009124161 A JP 2009124161A JP 2008334782 A JP2008334782 A JP 2008334782A JP 2008334782 A JP2008334782 A JP 2008334782A JP 2009124161 A JP2009124161 A JP 2009124161A
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JP2008334782A
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Takanori Saito
孝規 齋藤
Kenichi Yamaga
健一 山賀
Masaru Nakao
中尾　　賢
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Tokyo Electron Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize thermal processing equipment, having a small thermal capacity which is suitable for rapid temperature rising and rapid lowering that will not generate uneven heating to a treated object, and which can effectively suppress generation of particles. <P>SOLUTION: The thermal processing equipment provided with at least a heating furnace body 1 whose upper end is opened, a heating means 7 installed inside the heating furnace body, and a reaction pipe 3 that is accommodated inside the heating furnace body and is composed of a single pipe, wherein the heating means is composed of a flocculent heater element disposed to enclose the periphery of the reaction pipe; a spiral heater element disposed at the periphery of a narrowed diameter section at an upper section of the reaction pipe; a zigzag heater element, disposed at the upper section of a straight body section in the reaction pipe; a flattened spiral heater element, disposed at the lower section of the straight body section in the reaction pipe; and a sheet heater element, disposed at the lower section of a treated substrate support member inside the reaction pipe. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は特に半導体ウェハの熱処理に適した熱処理装置に関する。   The present invention relates to a heat treatment apparatus particularly suitable for heat treatment of a semiconductor wafer.

従来、半導体製造工程においては、被処理体である半導体ウエハ（以下にウエハという）の表面に薄膜や酸化膜を積層したり、あるいは不純物の拡散等を行う工程があり、これらの工程において、ＣＶＤ装置、酸化膜形成装置、あるいは拡散装置等の熱処理装置が用いられている。
そして、これらの熱処理装置においては、複数枚の被処理体であるウェハを、ウェハボートと呼ばれる被処理基板保持部材に垂直方向に配列搭載して、高温加熱したプロセスチューブと呼ばれている反応管内に収容し、反応管内に反応ガスを導入して処理を行っている（特許文献１、および特許文献２参照）。 Conventionally, in a semiconductor manufacturing process, there is a process of laminating a thin film or an oxide film on the surface of a semiconductor wafer (hereinafter referred to as a wafer) as an object to be processed, or performing impurity diffusion, etc. A heat treatment apparatus such as an apparatus, an oxide film forming apparatus, or a diffusion apparatus is used.
In these heat treatment apparatuses, a plurality of wafers to be processed are arranged and mounted in a vertical direction on a substrate holding member to be processed called a wafer boat, and in a reaction tube called a process tube heated at a high temperature. The reaction gas is introduced into the reaction tube and processed (see Patent Document 1 and Patent Document 2).

従来使用されている縦型熱処理装置の例を図１０に示す。
図１０において、加熱炉本体１００１はベースプレート１０１１上に載置されており、加熱炉本体１００１の断熱層の内周面に、後述の反応管を囲繞するように抵抗加熱ヒータ１００７を設けて構成される。 An example of a conventionally used vertical heat treatment apparatus is shown in FIG.
In FIG. 10, the heating furnace main body 1001 is placed on a base plate 1011, and a resistance heater 1007 is provided on the inner peripheral surface of the heat insulating layer of the heating furnace main body 1001 so as to surround a reaction tube described later. The

前記加熱炉内には、例えば石英からなる上端が閉じている外管１００３ａと、この外管１００３ａ内に同心状に設置された例えば石英からなる内管１００３ｂとを備えた２重管構造の反応管であるいわゆるプロセスチューブが配設されている。そしてこの反応管は、被処理体であるウェハを処理する処理雰囲気を形成するため、気密に保持されるようになっている。   In the heating furnace, a reaction of a double tube structure including an outer tube 1003a made of, for example, quartz and an upper tube 1003a closed, and an inner tube 1003b made of, for example, quartz concentrically installed in the outer tube 1003a. A so-called process tube, which is a tube, is provided. And this reaction tube is kept airtight in order to form the processing atmosphere which processes the wafer which is a to-be-processed object.

前記反応管の外管１００３ａ及び内管１００３ｂは、各々その下端にてステンレス等からなる管状のマニホールド１０１３に保持されており、このマニホールド１０１３の下端開口部には、当該開口を気密に封止するための反応管下部蓋体１００４が開閉自在に設けられている。   The outer tube 1003a and the inner tube 1003b of the reaction tube are each held by a tubular manifold 1013 made of stainless steel or the like at the lower end, and the opening is hermetically sealed at the lower end opening of the manifold 1013. A reaction tube lower lid body 1004 for opening and closing is provided.

前記反応管下部蓋体１００４の中心部には、例えば磁性流体シール１０１５により気密な状態で回転可能な回転軸８１４が挿通されており、回転軸１０１４の下端は昇降機構１０１６の回転機構に接続されると共に、上端はターンテーブル１０１７に固定されている。前記ターンテーブル１０１７の上方側には、保温筒１０１２を介して被処理体保持具である例えば石英製の被処理基板支持部材であるウェハボート１００８が搭載されており、このウェハボート１００８に複数枚の被処理基板であるシリコンウェハＷが整列載置されている。   A rotating shaft 814 that is rotatable in an airtight state by, for example, a magnetic fluid seal 1015 is inserted into the center of the reaction tube lower lid 1004, and the lower end of the rotating shaft 1014 is connected to the rotating mechanism of the lifting mechanism 1016. In addition, the upper end is fixed to the turntable 1017. On the upper side of the turntable 1017, a wafer boat 1008, which is a target substrate support member made of quartz, for example, is mounted via a heat insulating cylinder 1012. A plurality of wafer boats 1008 are mounted on the wafer boat 1008. A silicon wafer W, which is a substrate to be processed, is aligned and placed.

前記マニホールド１０１３の下部側面には、ウェハ処理用のガスを反応管内管１００３ｂ内に導入するための単数もしくは複数のガス導入管１００５が水平に挿設されており、このガス導入管１００５は図示しないマスフローコントローラを介して図示しないガス供給源に接続されている。   One or more gas introduction pipes 1005 for introducing wafer processing gas into the reaction tube inner pipe 1003b are horizontally inserted in the lower side surface of the manifold 1013, and the gas introduction pipe 1005 is not shown. It is connected to a gas supply source (not shown) via a mass flow controller.

また前記マニホールド１０１３の上部側面には、反応管外管１００３ａと反応管内管１００３ｂとの間隙から処理ガスを排出して反応管内を所定の減圧雰囲気に設定するために、図示しない真空ポンプに連結された排気管１００６が接続されている。   Further, the upper side surface of the manifold 1013 is connected to a vacuum pump (not shown) in order to discharge the processing gas from the gap between the reaction tube outer tube 1003a and the reaction tube inner tube 1003b to set the inside of the reaction tube to a predetermined reduced pressure atmosphere. An exhaust pipe 1006 is connected.

ところで、近年、特に半導体製造装置のスループットを上げることが求められており、さまざまな改善がなされている。
上記熱処理工程において、半導体ウェハ表面の膜質に影響を及ぼすことなく工程のスループットを上げるためには、予備加熱工程、および冷却工程の時間を短縮することが最も実現性の高い方法である。そして、これらの工程でその時間を短縮するためには、加熱、冷却時間を短縮する必要があり、そのためには、加熱炉内の部材の熱容量を減少させ、昇温、降温を速やかに行えるようにすることが必要である。
ところで、従来の上記熱処理装置においては、反応管が二重管からなっているため、熱容量が大きく、急速加熱および急速冷却には向かない構造であった。
また、この構造の反応管においては、加熱を均一に行うことが困難で、被処理基板であるシリコンウェハの面内温度均一性に改善の余地があった。
さらに、この反応管内に導入される反応ガスが、未反応のまま比較的温度の低い反応管内管１００３ｂの天井部に達すると、未反応ガスが反応管内管天井部に析出固化し、パーティクル発生の原因となるおそれがあった。
そのため、このような従来の熱処理装置は、最近の半導体熱処理装置のスループット向上や、被処理基板の加熱温度の均一化、およびパーティクル汚染の防止の要請には十分応じられないという問題があった。 Incidentally, in recent years, there has been a demand for increasing the throughput of semiconductor manufacturing equipment in particular, and various improvements have been made.
In the heat treatment step, in order to increase the process throughput without affecting the film quality on the surface of the semiconductor wafer, it is the most feasible method to shorten the time of the preheating step and the cooling step. And in order to shorten the time in these processes, it is necessary to shorten the heating and cooling time. For that purpose, the heat capacity of the members in the heating furnace is decreased so that the temperature can be raised and lowered quickly. It is necessary to make it.
By the way, in the conventional heat treatment apparatus, since the reaction tube is a double tube, the heat capacity is large and the structure is not suitable for rapid heating and rapid cooling.
Further, in the reaction tube having this structure, it is difficult to perform heating uniformly, and there is room for improvement in the in-plane temperature uniformity of the silicon wafer as the substrate to be processed.
Further, when the reaction gas introduced into the reaction tube reaches the ceiling of the reaction tube inner tube 1003b having a relatively low temperature while remaining unreacted, the unreacted gas precipitates and solidifies on the ceiling of the reaction tube inner tube, and particle generation occurs. There was a risk of this.
Therefore, such a conventional heat treatment apparatus has a problem that it cannot sufficiently meet the demands for improving the throughput of a recent semiconductor heat treatment apparatus, uniformizing the heating temperature of the substrate to be processed, and preventing particle contamination.

特開２００１−２１０６３１号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-210631 特開２００１−１５６００５号公報JP 2001-156005 A

本発明は、従来技術のこのような問題点を解消すべくなされたもので、熱容量が小さく、急速昇温、急速降温に適した熱処理装置であって、シリコンウェハのような被処理体への加熱の不均一性を改善した熱処理装置を実現することを目的としている。
さらに本発明の他の目的は、半導体製造装置などの熱処理装置において、温度管理が容易で、かつ、パーティクルの発生を効果的に防止することができる熱処理装置を実現することである。 The present invention has been made in order to solve such problems of the prior art, and is a heat treatment apparatus having a small heat capacity and suitable for rapid temperature rise and fall, which is applied to an object to be processed such as a silicon wafer. It aims at realizing the heat processing apparatus which improved the nonuniformity of the heating.
Still another object of the present invention is to realize a heat treatment apparatus that can easily control temperature and can effectively prevent generation of particles in a heat treatment apparatus such as a semiconductor manufacturing apparatus.

第１の本発明は、上端が開口している加熱炉本体と、上端部が内部雰囲気を排気するための排気手段に接続される単一の管からなる反応管と、該反応管内部を気密に保持するための反応管下部蓋体と、該反応管内に収容される被処理基板支持部材により担持される被処理基板を加熱するための加熱手段を少なくとも備えた熱処理装置において、
前記被処理基板支持部材が、天板と、底板と、該天板および該底板間を固着結合し、かつ被処理基板が担持されるように溝部が形成されている複数の支柱とを備え、該被処理基板支持部材の底板中央部にこの被処理基板支持部材を支持するための柱状体が固着されていることを特徴とする熱処理装置である。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a heating furnace body having an open upper end, a reaction tube comprising a single tube connected to an exhaust means for exhausting an internal atmosphere at an upper end portion, and the inside of the reaction tube being hermetically sealed. A heat treatment apparatus comprising at least a reaction tube lower lid for holding the substrate and a heating means for heating the substrate to be processed supported by the substrate support member to be processed accommodated in the reaction tube;
The target substrate support member includes a top plate, a bottom plate, and a plurality of support columns that are fixedly coupled between the top plate and the bottom plate and in which grooves are formed so that the target substrate is supported. A columnar body for supporting the substrate support member to be processed is fixed to the center of the bottom plate of the substrate support member.

前記第１の本発明において、前記被処理基板支持部材を支持するための柱状体が、石英からなる中空の管とすることができる。これによって、製作が容易で、かつ、熱伝導の少ない被処理基板支持部材を得ることができる。この柱状体材料として石英を採用したのは、不純物汚染が少ないこと、および加工が容易であることの理由による。   In the first aspect of the present invention, the columnar body for supporting the substrate support member to be processed may be a hollow tube made of quartz. As a result, it is possible to obtain a substrate supporting member that is easy to manufacture and has low heat conduction. The reason for adopting quartz as the columnar material is that there is little impurity contamination and the processing is easy.

第２の本発明は、上端が開口している加熱炉本体と、上端部が内部雰囲気を排気するための排気手段に接続される単一の管からなる反応管と、該反応管内部を気密に保持するための反応管下部蓋体と、該反応管内に収容される被処理基板支持部材により担持される被処理基板を加熱するための加熱手段を少なくとも備えた熱処理装置において、
該熱処理装置が、複数の温度測定素子をセラミック中空管状体中に封止した温度測定手段を更に備えたものであることを特徴とする熱処理装置である。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a heating furnace body having an open upper end, a reaction tube comprising a single tube connected to an exhaust means for exhausting the internal atmosphere at the upper end, and the inside of the reaction tube being hermetically sealed. A heat treatment apparatus comprising at least a reaction tube lower lid for holding the substrate and a heating means for heating the substrate to be processed supported by the substrate support member to be processed accommodated in the reaction tube;
The heat treatment apparatus further comprises a temperature measurement means in which a plurality of temperature measurement elements are sealed in a ceramic hollow tubular body.

前記第２の本発明において、前記セラミック中空管状体は、石英チューブで形成することが好ましい。これによって温度測定素子に起因する不純物汚染を回避することができる。また、前記温度測定手段が、前記加熱手段が配置されている付近の温度を測定できるように、加熱手段の近辺に配置されていることが好ましい。   In the second aspect of the present invention, the ceramic hollow tubular body is preferably formed of a quartz tube. Thereby, impurity contamination caused by the temperature measuring element can be avoided. Moreover, it is preferable that the said temperature measurement means is arrange | positioned in the vicinity of a heating means so that the temperature of the vicinity where the said heating means is arrange | positioned can be measured.

前記第２の本発明において、前記温度測定手段としては、前記反応管下部蓋体から該反応管内部に挿入され回転自在に上部に向かって延設された中空管状体中に封入された複数の温度測定素子からなるものであり、該中空管状体の長手方向の中間位置において主軸から垂直に枝分かれした分枝部を有し、該中空管状体の分枝部内部に温度測定素子が配置されているものとすることができる。前記中空管状体は、前記反応管下部蓋体に回転自在、かつ、着脱自在に支承されていることが好ましい。さらに、前記中空管状体が、その上端部において被処理基板支持部材の天板に着脱自在に固定支持されるように構成することが好ましい。これによって、熱処理装置の組み立て時、立ち上げ時、あるいは定常稼働時のような状況に適合した前記温度測定手段の配置とすることが可能になる。   In the second aspect of the present invention, the temperature measuring means includes a plurality of tubes enclosed in a hollow tubular body that is inserted into the reaction tube from the reaction tube lower lid and is rotatably extended toward the upper portion. A temperature measuring element having a branching portion that branches perpendicularly from the main axis at an intermediate position in the longitudinal direction of the hollow tubular body, and the temperature measuring element is disposed inside the branching portion of the hollow tubular body. Can be. It is preferable that the hollow tubular body is rotatably and detachably supported by the reaction tube lower lid body. Furthermore, it is preferable that the hollow tubular body is configured to be detachably fixed and supported on the top plate of the substrate support member to be processed at the upper end portion thereof. This makes it possible to arrange the temperature measuring means suitable for situations such as when the heat treatment apparatus is assembled, started up, or in steady operation.

また、前記第２の本発明において、該温度測定手段としては、内部に温度測定素子を内蔵した中空管状体であり、該中空管状体が、前記反応管下部フランジから前記反応管壁面に沿って上方に延設され、該反応管の上部付近で該反応管の中心部に向かって屈曲しているものとすることができる。前記中空管状体に内蔵される前記温度測定素子は、被処理基板支持部材に載置されている多数の被処理基板の上部位置、中間位置、および下部位置の温度を測定するようにその近辺の少なくとも３カ所に配置することが好ましい。   In the second aspect of the present invention, the temperature measuring means is a hollow tubular body containing a temperature measuring element therein, and the hollow tubular body extends along the reaction tube wall surface from the lower flange of the reaction tube. It is possible to extend upward and bend toward the center of the reaction tube near the top of the reaction tube. The temperature measuring element incorporated in the hollow tubular body is arranged so as to measure the temperatures of the upper position, the intermediate position, and the lower position of a large number of substrates to be processed placed on the substrate support member to be processed. It is preferable to arrange at least three locations.

また、前記第２の本発明において、前記温度測定手段としては、前記加熱炉本体と前記反応管とで形成される間隙に配置された中空管状体であって、該中空管状体内部に複数の温度測定素子が配置されているものとすることができる。この温度測定手段においても、前記被処理基板支持部材に載置されている多数の被処理基板の上部位置、中間位置、および下部位置の温度を測定するようにその近辺の少なくとも３カ所に配置することが好ましい。   In the second aspect of the present invention, the temperature measuring means is a hollow tubular body disposed in a gap formed by the heating furnace body and the reaction tube, and a plurality of the temperature measuring means are provided inside the hollow tubular body. A temperature measuring element may be arranged. Also in this temperature measuring means, it is arranged in at least three locations in the vicinity so as to measure the temperatures of the upper position, the intermediate position, and the lower position of a large number of substrates to be processed placed on the substrate supporting member to be processed. It is preferable.

また、前記第２の本発明において、前記温度測定手段として、内部に温度測定素子を内蔵した中空管状体であり、該中空管状体が、前記反応管下部フランジから前記反応管壁面に沿って上方に延設され、該反応管の上部付近で該反応管の中心部に向かって屈曲している第２の温度測定手段と、前記加熱炉本体と前記反応管とで形成される間隙に配置された中空管状体であって、該中空管状体内部に複数の温度測定素子を有する第３の温度測定手段の２つを備えたものとすることが好ましい。これによって、本発明の熱処理装置を定常的に運用する際に精度および確度の高い熱処理装置内の温度測定を行うことができる。
また、前記第２の本発明において、前記温度測定手段として、前記反応管下部蓋体から挿入され回転自在に上部に向かって延設された中空管状体中に封入された複数の温度測定素子からなるものであり、該中空管状体の長手方向の中間位置において主軸から垂直に枝分かれした分枝部を有し、該中空管状体の分枝部内部に温度測定素子が配置されている第１の温度測定手段と、内部に温度測定素子を内蔵した中空管状体であり、該中空管状体が、前記反応管下部フランジから前記反応管壁面に沿って上方に延設され、該反応管の上部付近で該反応管の中心部に向かって屈曲している第２の温度測定手段と、前記加熱炉本体と前記反応管とで形成される間隙に配置された中空管状体であって、該中空管状体内部に複数の温度測定素子を有する第３の温度測定手段の３つを備えたものとすることが好ましい。これによって、特に本発明の熱処理装置の製造、あるいは立ち上げ時、もしくは、本発明の熱処理装置のメインテナンスや調整時に精度および確度の高い熱処理装置内の温度測定を行うことができる。 Further, in the second aspect of the present invention, the temperature measuring means is a hollow tubular body having a temperature measuring element incorporated therein, and the hollow tubular body is located above the reaction tube lower flange along the reaction tube wall surface. And is disposed in a gap formed by the second temperature measuring means bent toward the center of the reaction tube in the vicinity of the upper portion of the reaction tube, and the heating furnace main body and the reaction tube. The hollow tubular body preferably includes two third temperature measuring means having a plurality of temperature measuring elements inside the hollow tubular body. This makes it possible to measure the temperature in the heat treatment apparatus with high accuracy and accuracy when the heat treatment apparatus of the present invention is regularly operated.
In the second aspect of the present invention, as the temperature measuring means, a plurality of temperature measuring elements enclosed in a hollow tubular body that is inserted from the reaction tube lower cover and is rotatably extended toward the upper part. And a temperature measurement element is disposed inside the branch portion of the hollow tubular body, the branch portion vertically branching from the main axis at an intermediate position in the longitudinal direction of the hollow tubular body. A temperature measuring means and a hollow tubular body having a temperature measuring element incorporated therein, the hollow tubular body extending upward from the lower flange of the reaction tube along the wall surface of the reaction tube, and near an upper portion of the reaction tube A hollow tubular body disposed in a gap formed by the second temperature measuring means bent toward the center of the reaction tube and the heating furnace body and the reaction tube, the hollow tubular body The first having a plurality of temperature measuring elements inside the body It is preferred to those with three temperature measuring means. This makes it possible to measure the temperature in the heat treatment apparatus with high accuracy and accuracy, particularly during manufacture or startup of the heat treatment apparatus of the present invention, or during maintenance and adjustment of the heat treatment apparatus of the present invention.

上記したように本発明は、反応管を従来の二重管ではなく、単管にすることによって熱容量を減少させて、昇降温が迅速に行えるようにすることを可能にしている。
また、反応管の上方に延出される排気配管接続部およびこれに接続される排気配管の温度を精度よく制御できるようにすることによって、排気配管接続部および排気配管に発生しやすいパーティクルの発生を効果的に防止することができるようにするものである。さらに、排気配管接続部を屈曲させることによって、反応管の放射熱によって排気配管接続部および排気配管への熱放射を防止し、これらの温度制御を容易にすることができるようにするものである。
また、反応管から延出される排気配管接続部の頚部に温度制御手段を設けることによって、被処理体の面内の温度均一性を改善し、基板の温度不均一に起因する欠陥発生を防止するものである。
As described above, the present invention makes it possible to rapidly raise and lower the temperature by reducing the heat capacity by using a single tube instead of the conventional double tube.
In addition, by making it possible to control the temperature of the exhaust pipe connecting part extending above the reaction pipe and the exhaust pipe connected thereto with high accuracy, the generation of particles that are likely to occur in the exhaust pipe connecting part and the exhaust pipe is prevented. It is intended to be able to prevent effectively. Furthermore, by bending the exhaust pipe connection portion, heat radiation to the exhaust pipe connection portion and the exhaust pipe is prevented by the radiant heat of the reaction tube, and these temperature controls can be facilitated. .
Also, by providing a temperature control means at the neck of the exhaust pipe connection extending from the reaction tube, the temperature uniformity in the surface of the object to be processed is improved, and the occurrence of defects due to the temperature non-uniformity of the substrate is prevented. Is.

本発明によれば、加熱処理装置において、加熱炉の熱容量が小さいため、昇降温速度が速く、スループットに優れている装置を実現することができた。さらに、加熱処理装置を構成する各部の温度制御が容易になり、パーティクル発生のおそれの少ない熱処理装置を実現することができた。
According to the present invention, since the heat capacity of the heating furnace is small in the heat treatment apparatus, it is possible to realize an apparatus having a high temperature raising / lowering speed and excellent throughput. Furthermore, the temperature control of each part constituting the heat treatment apparatus is facilitated, and a heat treatment apparatus with less risk of particle generation can be realized.

以下図面を用いて本発明の熱処理装置の実施の形態を説明する。   Embodiments of the heat treatment apparatus of the present invention will be described below with reference to the drawings.

［第１の実施の形態］
図１が、本発明の第１の実施の形態に係る熱処理装置の概略断面図である。本実施の形態の熱処理装置は、上端が開孔している加熱炉本体１と、この加熱炉本体の上部に配置され、反応管３上部から延出する反応管の狭径化部が挿通可能なように開孔を有する加熱炉蓋体２と、この加熱炉本体１の内部にその主要部が配設されている反応管３と、この反応管３の底部開口部に接してこの反応管内部を気密に保持するための反応管下部蓋体４と、この反応管３の内部に配置される被処理基板支持部材８に担持されるシリコンウェハなどの被処理基板Ｗを加熱するための加熱手段７を備えている。
以下、これら各部について詳細に説明する。 [First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic sectional view of a heat treatment apparatus according to the first embodiment of the present invention. The heat treatment apparatus of the present embodiment can be inserted into a heating furnace main body 1 having an open upper end, and a diameter-reduced portion of the reaction tube that is arranged at the upper part of the heating furnace main body and extends from the upper part of the reaction tube 3. In this way, the heating furnace lid body 2 having an opening, the reaction tube 3 whose main part is disposed inside the heating furnace body 1, and the reaction tube 3 in contact with the bottom opening of the reaction tube 3 Heating for heating the substrate W to be processed such as a silicon wafer carried on the substrate supporting member 8 to be processed and the reaction tube lower cover 4 for keeping the inside airtight. Means 7 are provided.
Hereinafter, each of these parts will be described in detail.

本実施の形態の熱処理装置において、加熱炉本体１の上端は開口しており、この加熱炉本体１上端開口部には加熱炉本体蓋体２が覆設されている。そして、反応管３上端部は、突出して排気配管接続部が形成されている。そのため、反応管３をこの加熱炉本体１内部に配設した後、この加熱炉本体蓋体２を、この排気配管接続部が貫通して、加熱炉本体１を覆設できるように、加熱炉本体蓋体２の中央部には、開口部が設けられている。このために、加熱炉本体蓋体２は、複数に分割され、これらを組み合わせて加熱炉本体蓋体２を構成することが、望ましい。
また、前記加熱炉本体１の内壁面には筒状の熱反射体が設けられていることが望ましい。この熱反射体は例えばアルミニウムからなり、内面が鏡面として形成されていて後述の加熱手段からの輻射熱の放熱を抑えている。この熱反射体の内部には冷媒流路である例えば冷却水路がコイル状に形成されている。なお冷媒流路としては細い水路の代りに広い部屋として形成するようにしてもよい。 In the heat treatment apparatus of the present embodiment, the upper end of the heating furnace main body 1 is opened, and the heating furnace main body lid 2 is covered with the upper opening of the heating furnace main body 1. And the upper end part of the reaction tube 3 protrudes and the exhaust pipe connection part is formed. Therefore, after the reaction tube 3 is disposed inside the heating furnace main body 1, the heating furnace main body cover 2 is penetrated by the exhaust pipe connecting portion so that the heating furnace main body 1 can be covered. An opening is provided at the center of the main body lid 2. For this reason, it is desirable that the heating furnace body lid body 2 is divided into a plurality of parts, and the heating furnace body lid body 2 is configured by combining them.
Moreover, it is desirable that a cylindrical heat reflector is provided on the inner wall surface of the heating furnace body 1. This heat reflector is made of, for example, aluminum, and the inner surface is formed as a mirror surface to suppress radiation of radiant heat from the heating means described later. Inside the heat reflector, for example, a cooling water channel that is a coolant channel is formed in a coil shape. The refrigerant channel may be formed as a large room instead of a narrow water channel.

（反応管）
上記加熱炉本体内に配置されている上記反応管３は、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、その構造は、底部開口部から、被処理基板支持部材を囲繞する反応管直胴部３ａを経て、上端部で径が細くなって狭径化部３ｂを形成し、その上部でおおよそ９０°屈曲して屈曲部３ｃを形成性し、さらに前記反応管３の直径方向に延出して、反応ガスなどを排出するための排気ガス排出口６となっている。また、該反応管の下部には、反応管下部フランジ３ｄが反応管下部蓋体との気密性を確保するように形成されている。そして、この反応管下部フランジ３ｄには、少なくとも１本の反応ガス導入管５が配設されており、この反応ガス導入管５から半導体ウェハなどの被処理基板処理用の反応ガスが供給されるようになっている。 (Reaction tube)
The reaction tube 3 arranged in the heating furnace body is a single tube type reaction tube made of a ceramic such as quartz glass or silicon carbide, and its structure is such that the substrate supporting member to be processed is provided from the bottom opening. Through the surrounding reaction tube straight body portion 3a, the diameter is narrowed at the upper end portion to form a narrow diameter portion 3b, and bent at about 90 ° to form a bent portion 3c. Further, the reaction tube 3 The exhaust gas discharge port 6 is provided for discharging reaction gas and the like. Further, a reaction tube lower flange 3d is formed at the lower part of the reaction tube so as to ensure airtightness with the reaction tube lower lid. The reaction tube lower flange 3d is provided with at least one reaction gas introduction pipe 5 from which a reaction gas for processing a substrate to be processed such as a semiconductor wafer is supplied. It is like that.

また、この反応管３下部には、ステンレススチールなどでできているマニホールドを配設することもできる。この場合、反応管３下部開孔面と、このマニホールドとはＯリングなどの手段で気密に接続する。また、上記反応ガス導入管は、このマニホールドの側面に挿設することもできる。また、マニホールド下部には、Ｏリングを介して反応管下部蓋体４を接続して、反応管内を気密に保持することができる。   Further, a manifold made of stainless steel or the like can be disposed at the lower part of the reaction tube 3. In this case, the lower opening surface of the reaction tube 3 and this manifold are hermetically connected by means such as an O-ring. The reactive gas introduction pipe can be inserted on the side surface of the manifold. Further, the reaction tube lower lid 4 can be connected to the lower portion of the manifold via an O-ring to keep the inside of the reaction tube airtight.

（被処理基板支持部材）
この反応管３の内部には、複数、例えば１２６枚程度の半導体ウェハなどの被処理基板Ｗを垂直方向に等ピッチで配列保持する石英などのセラミックス製のウェハボートなどと呼ばれている被処理基板支持部材８が配置されている。このウェハボートは、天板８ａ、底板８ｃ、およびこの天板８ａと底板８ｃとを固着接合するための複数の支柱８ｂと、この底板の中央部に固着された支持体８ｄとからなっている。そして、この支柱８ｂには、被処理基板を水平に保持するための溝が形成されており、この溝に被処理基板Ｗの周縁部が支承されるようになっている。
そして、この支持体８ｄが、回転駆動装置１０の回転軸に、反応管下部蓋体４の中央部に配設された磁性流体シールのようなシーリング装置１１を貫通して接続され、この被処理基板支持部材８が、熱処理工程において回転運動できるようになっている。
また、この被処理基板支持部材８、反応管下部蓋体４、シーリング装置１１、回転駆動装置１０が、図示しない上下に昇降自在な昇降機構に接続され、被処理基板支持部材８を反応管３から外部に取り出すことができるようになっており、この位置において、被処理基板支持部材８に、被処理基板Ｗを移載可能になっている。 (Substrate support member)
Inside the reaction tube 3, a plurality of, for example, about 126 wafers to be processed W, such as a wafer boat made of ceramics such as quartz, which holds the substrates W to be processed in the vertical direction at an equal pitch, etc. A substrate support member 8 is disposed. This wafer boat includes a top plate 8a, a bottom plate 8c, a plurality of support columns 8b for fixing and joining the top plate 8a and the bottom plate 8c, and a support 8d fixed to the center of the bottom plate. . A groove for horizontally holding the substrate to be processed is formed in the support column 8b, and the peripheral edge of the substrate to be processed W is supported by the groove.
The support 8d is connected to the rotating shaft of the rotary drive device 10 through a sealing device 11 such as a magnetic fluid seal disposed in the central portion of the reaction tube lower cover 4, and this processed object. The substrate support member 8 can be rotated in the heat treatment step.
Further, the substrate support member 8 to be processed, the reaction tube lower cover 4, the sealing device 11, and the rotation drive device 10 are connected to a lifting mechanism that is movable up and down (not shown), and the substrate support member 8 to be processed is connected to the reaction tube 3. The substrate W to be processed can be transferred to the substrate support member 8 at this position.

（加熱手段）
前記加熱手段７は、前記反応管３の直胴部３ａの周囲に配置される第１の加熱手段７ａと、前記反応管３の狭径化部３ｂ周囲に配置される第２の加熱手段７ｂと、前記反応管３の直胴部上部に配置される第３の加熱手段７ｃと、前記反応管３の直胴部下部に配置される加熱手段７ｄと、前記反応管３内部の被処理基板支持部材８の下部に配置される第５の加熱手段からなっている。以下各加熱手段について詳述する。 (Heating means)
The heating means 7 includes a first heating means 7a arranged around the straight body portion 3a of the reaction tube 3 and a second heating means 7b arranged around the diameter-decreasing portion 3b of the reaction tube 3. A third heating means 7c disposed above the straight body portion of the reaction tube 3, a heating means 7d disposed below the straight body portion of the reaction tube 3, and a substrate to be processed inside the reaction tube 3 It consists of the 5th heating means arrange | positioned at the lower part of the supporting member 8. FIG. Hereinafter, each heating means will be described in detail.

（加熱手段１）
第１の加熱手段は、線状発熱素子７ａを前記反応管３の直胴部３ａを囲繞するようにその周囲に前記反応管３の長手方向に沿って複数本配置したもので、具体的には、数センチオーダの間隔で、多数配置されている。この線状発熱素子７ａは、前記反応管３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、前記反応管３を囲繞するように配置しても良い。
この線状発熱素子７ａ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る。
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。 (Heating means 1)
The first heating means includes a plurality of linear heating elements 7 a arranged around the straight body portion 3 a of the reaction tube 3 along the longitudinal direction of the reaction tube 3. Are arranged at intervals of several centimeters. The linear heating element 7a may be arranged linearly in the longitudinal direction of the reaction tube 3 or a plurality of linear heating elements bent in a U shape so as to surround the reaction tube 3. You may do it.
The linear heating element 7a is formed by braiding a high-purity linear flexible resistance heating element, for example, a bundle of carbon fibers having a wire diameter of about 10 μm, and a carbon wire is formed in a straight tubular quartz. It is arranged in a ceramic tube having an outer diameter of several tens of millimeters such as a tube, and the end of the ceramic tube is sealed so that a terminal for power supply to the outside can be connected.
Such a linear heating element has a characteristic that it has excellent dynamic temperature characteristics due to its small heat capacity, can be rapidly raised and lowered, and is easily controlled.

この第１の加熱手段は、図示しない制御装置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、この第１の加熱手段のすべてに同一の電力を供給して制御しても良いし、この第１の加熱手段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、これらの複数の第１の加熱手段を直列に接続し、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。 This first heating means is controlled by a control device (not shown), supplied with electric power, and driven. At this time, the same electric power may be supplied to all of the first heating means for control, or the first heating means is divided into a plurality of groups and different electric power is supplied to each group. It is also possible to control the heat generation amount divided into a plurality of groups.
Further, the plurality of first heating means may be connected in series and connected to a power supply device for driving, or connected in parallel for driving.

（加熱手段２）
第２の加熱手段は、図１において、符号７ｂで示される部材である。この第２の加熱手段は、反応管３の直胴部３ａ上部の狭径化部３ｂの周囲に配置されており、その構造は、図２に見られるように、線状発熱素子をスパイラル状に捲回した構造とすることができる。これによって、単位体積あたりの発熱量を上昇させることができる。 (Heating means 2)
A 2nd heating means is a member shown by the code | symbol 7b in FIG. This second heating means is disposed around the diameter-decreasing portion 3b at the upper portion of the straight body portion 3a of the reaction tube 3, and as shown in FIG. It is possible to have a structure wound around. Thereby, the calorific value per unit volume can be increased.

この第２の加熱手段７ｂは、前記反応管３の狭径化部３ｂの周囲に複数本本配置され、被処理基板支持部材８の最上位に位置している被処理基板Ｗの中心部を加熱するようになっている。この被処理基板支持部材８の最上位に位置する被処理基板Ｗの中心部上部は、反応管３内のガスが排気される排気ガス排出口６に近く、また、前記第１の加熱手段７ａから最も遠い部分に位置しており、温度低下が発生しやすい場所となっている。そこで、このスパイラル状の加熱手段７ｂを配置して、この被処理基板支持部材８の最上位に位置する被処理基板Ｗの中心部を加熱して、被処理基板の面内温度の不均一性を解消しようとするものである。
そして、このスパイラル状発熱素子に接続されている端子は、加熱炉本体１から取り出されて、図示しない制御装置からの電力供給で加熱できるようになっている。 A plurality of the second heating means 7b are arranged around the diameter-narrowing portion 3b of the reaction tube 3 and heat the central portion of the substrate W to be processed located at the top of the substrate support member 8 to be processed. It is supposed to be. The upper portion of the center of the substrate W to be processed located at the top of the substrate support member 8 is close to the exhaust gas discharge port 6 through which the gas in the reaction tube 3 is exhausted, and the first heating means 7a. It is located in the furthest part from the location, and it is a place where temperature drop is likely to occur. Therefore, the spiral heating means 7b is arranged to heat the central portion of the substrate to be processed W positioned at the uppermost position of the substrate support member 8 to be processed, so that the in-plane temperature of the substrate to be processed is not uniform. It is intended to eliminate.
And the terminal connected to this spiral heating element is taken out from the heating furnace main body 1 and can be heated by power supply from a control device (not shown).

このスパイラル状加熱素子７ｂは、上記第１の加熱手段の線状発熱素子と同様に、例えば、石英のような電気絶縁性及び耐熱性を有する材料でチューブ状に成形され、その内部に抵抗発熱体であるカーボンワイヤが配置されている。これらの材質は、石英あるいはカーボンに限定されず同等の機能を有する材料を用いることが可能である。
このスパイラル状加熱素子は、反応管３の狭径化部３ｂの周囲に４つ配置することが好ましく、その内の少なくとも１つは、水平方向に移動可能となっており、この熱処理装置の組み立てあるいはメインテナンスなどの分解時の作業に支障が生じないようにすることが望ましい。 Like the linear heating element of the first heating means, the spiral heating element 7b is formed into a tube shape with a material having electrical insulation and heat resistance, such as quartz, and has a resistance heating inside. The body carbon wire is arranged. These materials are not limited to quartz or carbon, and materials having equivalent functions can be used.
It is preferable that four spiral heating elements are arranged around the diameter-decreasing portion 3b of the reaction tube 3, and at least one of them is movable in the horizontal direction. Alternatively, it is desirable not to cause any trouble in the work during disassembly such as maintenance.

（加熱手段３）
この第３の加熱手段は、図１において、符号７ｃで示される部材である。この加熱手段は、前記反応管３直胴部３ａの上部に、これを囲繞するように複数配置されており、その形状は、図３に示すように、線状発熱素子をつづら折り状に屈曲させた形状、または、図２に示すようにスパイラル状に捲回した形状とすることができる。図３において、３１が、線状発熱素子であり、その端部に、２つの電力供給端子３２が接続されている。この第３の加熱手段は、上記第１および第２の加熱手段の線状発熱素子と同様、石英チューブに収容されたカーボンワイヤヒータで構成したものが好ましい。
この第３の加熱手段を配置することによって、反応管３の上部における加熱の均一性を改善することができる。 (Heating means 3)
This 3rd heating means is a member shown by the code | symbol 7c in FIG. A plurality of heating means are arranged at the upper part of the reaction tube 3 straight body portion 3a so as to surround it, and as shown in FIG. 3, the linear heating element is bent into a folded shape as shown in FIG. Or a spirally wound shape as shown in FIG. In FIG. 3, reference numeral 31 denotes a linear heating element, and two power supply terminals 32 are connected to the end portions thereof. The third heating means is preferably composed of a carbon wire heater housed in a quartz tube, like the linear heating elements of the first and second heating means.
By disposing the third heating means, the uniformity of heating in the upper part of the reaction tube 3 can be improved.

（加熱手段４）
この第４の加熱手段は、図１において、符号７ｄで示される部材である。この加熱手段は、前記反応管３の直胴部３ａの下部にこれを囲繞するように複数配置されており、その形状は、図４に示すように、上記第１ないし第３加熱手段で説明した線状発熱素子と同様の線状加熱素子を扁平スパイラル状に捲回したもの、または、図３に示すようにつづら折り状に屈曲させたものとすることができる。
この第３の加熱手段を配置することによって、反応管３下部から熱が散逸し、被処理基板支持部材８の最下部に位置している被処理基板Ｗの温度の低下を防止するものである。従って、この加熱手段７ｄは、前記被処理基板支持部材８の底板より下部に配置することが好ましい。
この形状や、配置数については、反応管内の熱計算に基づいて適宜設計することができる。 (Heating means 4)
This 4th heating means is a member shown by the code | symbol 7d in FIG. A plurality of heating means are arranged in the lower part of the straight body portion 3a of the reaction tube 3 so as to surround it, and the shape thereof is explained by the first to third heating means as shown in FIG. The linear heating element similar to the linear heating element can be wound in a flat spiral shape, or can be bent in a zigzag manner as shown in FIG.
By disposing the third heating means, heat is dissipated from the lower part of the reaction tube 3 to prevent the temperature of the substrate W to be processed located at the lowest part of the substrate support member 8 to be processed. . Therefore, it is preferable that the heating means 7d is disposed below the bottom plate of the substrate support member 8 to be processed.
About this shape and the number of arrangement | positioning, it can design suitably based on the heat calculation in a reaction tube.

（加熱手段５）
第５の加熱手段は、図１において、符号７ｅで示される部材である。この加熱手段は、前記反応管３内に配置されている被処理基板支持部材８の下部底板から、下方に向かって熱が散逸し被処理基板支持部材８の下部において温度低下が生ずるのを防止するため、配置されるものである。そのためにこの第５の加熱手段７ｅは、円盤状の面状発熱体、あるいは発熱素子を被処理基板支持部材底部平面に沿って配置した複数の発熱体からなるものであり、その中央部には開口部を有しており、その内部に上記被処理基板支持部材８を支持する柱状体８ｄが挿通されるようになっている。 (Heating means 5)
A 5th heating means is a member shown by the code | symbol 7e in FIG. This heating means prevents heat from dissipating downward from the lower bottom plate of the substrate supporting member 8 disposed in the reaction tube 3 and lowering the temperature in the lower portion of the substrate supporting member 8 to be processed. Therefore, it is arranged. For this purpose, the fifth heating means 7e is composed of a disk-shaped planar heating element or a plurality of heating elements in which heating elements are arranged along the bottom plane of the substrate supporting member to be processed. It has an opening, and a columnar body 8d that supports the substrate support member 8 is inserted into the opening.

この第５の加熱手段である面状発熱体は、例えば膜状抵抗発熱体を円盤状に形成したものであっても良いし、線状抵抗発熱体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。面状発熱体は、保温効果を大きくするために被処理基板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、上記複数の発熱体を用いて第５の加熱手段とする場合には、ブロック状発熱体などのような任意の形状の発熱体を被処理基板支持部材底部平面に沿って複数の発熱体を、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。 The planar heating element as the fifth heating means may be, for example, a film-like resistance heating element formed in a disk shape, or as if the linear resistance heating elements are densely arranged on a plane. May be configured to generate heat uniformly. In the case of using a linear resistance heating element, a linear resistance heating element with less metal impurities is enclosed in a ceramic, for example, quartz, and in this example, a quartz resistance heating element having a thickness of about 8 mm is used. A heating wire such as a carbon wire made of a high-purity carbon material can be arranged in a spiral shape or a zigzag shape in a disc-like body (quartz plate). Further, quartz may be interposed between the heating lines adjacent to each other. In this case, the heating lines are wired between the spiral partition walls made of quartz. The planar heating element is preferably the same size or larger than the substrate W to be processed in order to increase the heat retaining effect.
In the case where the plurality of heating elements are used as the fifth heating means, a heating element having an arbitrary shape such as a block-like heating element is provided along the bottom plane of the substrate support member to be processed. Can be realized by arranging so that the heated temperature is uniform.

上記面上発熱体を用いる場合には、面状発熱体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が設けられ、これら支柱は反応管下部蓋体に固定されている。
そして３本の支柱のうちの１本の支柱は管状体により構成されており、ヒータ線の両端部が例えば面状発熱体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、例えば前記ヒータ線と同じ材質の給電線を細い石英管の中に通し、更にこの石英管を管状体（支柱）の中を通すことにより、前記給電線が蓋体の外に配線されている。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本の支柱は管状体であってもロッド体であってもよく、蓋体の上面に支持される。 In the case where the above-described surface heating element is used, on the lower surface side of the peripheral portion of the sheet heating element, for example, a support column made of quartz is provided in a portion equally divided in the circumferential direction, and these support columns are attached to the reaction tube lower cover. It is fixed.
One of the three struts is formed of a tubular body, and both ends of the heater wire are brought close to, for example, one peripheral edge of the planar heating element, and a pair connected to the heater wire. The feed line member, for example, a feed line made of the same material as the heater wire is passed through a thin quartz tube, and the quartz tube is further passed through a tubular body (support) so that the feed line is placed outside the lid. Wired. Therefore, the heater wire generates heat by connecting an external power supply unit to the feeder line. The remaining two struts may be tubular bodies or rod bodies, and are supported on the upper surface of the lid body.

また、上記面状発熱体である第５の加熱手段の下部には、間隙を介してこの面状発熱体７ｅと平行して、これも中央に開口部を有する熱反射体１２を配置することが好ましい。この熱反射体１２は、上記面状発熱体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。面状発熱体とこの熱反射体は、ほぼ同形状とすることが好ましい。この面状発熱体と熱反射体とは、図１に見られるように反応管下部蓋体４に固着されている。
この熱反射体は、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。 In addition, a heat reflector 12 having an opening at the center thereof is also arranged below the fifth heating means, which is the planar heating element, in parallel with the planar heating element 7e via a gap. Is preferred. The heat reflector 12 reflects the heat generated by the planar heating element so as not to dissipate downward. Further, the heat reflector may be a single sheet or a plurality of sheets. It is preferable that the planar heating element and the heat reflector have substantially the same shape. The planar heating element and the heat reflector are fixed to the reaction tube lower cover 4 as seen in FIG.
This heat reflector can be made of, for example, opaque quartz or silicon carbide.

上記本実施の形態における５種の加熱手段は、それぞれの発熱量を制御して、反応管内の温度分布を均一化するために、図示しない制御装置によって個別に制御され適切な電力供給がなされるようになっている。   The five types of heating means in the present embodiment are individually controlled by a control device (not shown) and appropriately supplied with electric power in order to control the amount of generated heat and make the temperature distribution in the reaction tube uniform. It is like that.

上述の加熱手段によれば、温度管理が容易で、かつ、パーティクルの発生を効果的に防止することができるのみならず、熱容量が小さいため、急速昇温、急速降温に適しており、シリコンウェハのような被処理体への加熱の不均一性を格段に改善することができる。   According to the heating means described above, the temperature management is easy and the generation of particles can be effectively prevented, and since the heat capacity is small, the silicon wafer is suitable for rapid temperature rise and fall. Thus, the non-uniformity of heating to the object to be processed can be remarkably improved.

本実施の形態においては、５種類の加熱手段によって反応管内に配置される被処理基板Ｗの加熱を行うことを示したが、これらは、協同して被処理基板Ｗの面内温度分布を可能な限り均一にするために採用されているもので、さらに加熱炉本体内の容積による制限が許す限り他の加熱手段を併用することは差し支えない。   In the present embodiment, it has been shown that the substrate to be processed W placed in the reaction tube is heated by five types of heating means, but these can cooperate to achieve in-plane temperature distribution of the substrate to be processed W. It is employed to make it as uniform as possible, and other heating means may be used in combination as long as the restriction by the volume in the heating furnace body permits.

［第２の実施の形態］
本実施の形態は、前述の第１の実施の形態の熱処理装置に加えて、被処理基板の熱処理温度を計測するために、温度測定手段を設けるものである。この温度測定手段を設けた熱処理装置の概略を図５に示す。図５に見られるように、この実施の形態においては、３つの温度測定手段を配設する例を示す。図５において、図１と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
以下、本実施の形態において特徴的な温度測定手段を中心に説明する。 [Second Embodiment]
In this embodiment, in addition to the heat treatment apparatus of the first embodiment described above, a temperature measuring means is provided for measuring the heat treatment temperature of the substrate to be processed. An outline of a heat treatment apparatus provided with this temperature measuring means is shown in FIG. As shown in FIG. 5, in this embodiment, an example in which three temperature measuring means are provided is shown. 5, members having the same functions as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
Hereinafter, the characteristic temperature measurement means in this embodiment will be mainly described.

（第１の温度測定手段）
図５の９ａが、第１の温度測定手段である。この温度測定手段は、直線状の中空管状体からなる主軸部と、その中空管状体主軸部の中間位置において、この中空管状体に垂直方向に中空管状体が枝分かれして分枝部を形成する構造をしている。そして、この中空管状体の内部、すなわち、分枝部に熱電対のような公知の温度計測素子が封入されている。この温度計測素子は、複数の位置の温度を同時に測定できるように複数の素子が封入されていることが好ましい。この中空管状体は、例えば炭化珪素や石英チューブのようなセラミック中空体から形成されている。 (First temperature measuring means)
5a of FIG. 5 is a 1st temperature measurement means. This temperature measuring means forms a branch portion by branching a hollow tubular body perpendicularly to the hollow tubular body at a position between the main shaft portion composed of a straight hollow tubular body and the hollow tubular body main shaft portion. Has a structure. And the well-known temperature measuring element like a thermocouple is enclosed with the inside of this hollow tubular body, ie, a branch part. It is preferable that a plurality of elements are enclosed in the temperature measuring element so that temperatures at a plurality of positions can be measured simultaneously. The hollow tubular body is formed of a ceramic hollow body such as silicon carbide or a quartz tube.

この温度測定手段９ａは、反応管下部蓋体４の平面に垂直に配置されており、この平面に垂直な軸を中心として回転できるように反応管下部蓋体４に形成された気密を維持するようになっている開孔に挿入されている。すなわち、反応管３内を上部から見た断面図である図６に見られるように、温度測定手段９ａの分枝部は、その先端部が被処理体基板支持部材の天板８ａの中心部付近に位置する配置（位置Ａ）と、その先端部が、被処理体基板支持部材の天板の外部に位置する配置（位置Ｂ）の間で回転可能となっている。そして、この温度測定手段が位置Ａに配置されている際に、この温度測定手段９ａの分枝部に複数配置されている温度測定素子によって被処理基板の表面複数の位置の温度を測定することができ、面内温度分布を観測できる。また、この温度測定手段の分枝部を、Ｂの位置に移動させることによって、被処理基板の周縁部の温度を計測することができるようになっている。   The temperature measuring means 9a is arranged perpendicular to the plane of the reaction tube lower lid 4 and maintains the airtightness formed in the reaction tube lower lid 4 so as to be rotatable about an axis perpendicular to the plane. Is inserted into the opening. That is, as seen in FIG. 6 which is a cross-sectional view of the inside of the reaction tube 3 as viewed from above, the branching portion of the temperature measuring means 9a has a tip portion at the center of the top plate 8a of the substrate support member to be processed. The arrangement (position A) located in the vicinity and the tip thereof can be rotated between the arrangement (position B) located outside the top plate of the substrate support member to be processed. And when this temperature measurement means is arrange | positioned in the position A, the temperature of the surface of a to-be-processed substrate is measured with the temperature measurement element arranged in multiple numbers in the branch part of this temperature measurement means 9a. In-plane temperature distribution can be observed. Further, the temperature of the peripheral portion of the substrate to be processed can be measured by moving the branch portion of the temperature measuring means to the position B.

この温度測定手段において、主軸部から枝分かれする分枝部を、複数備えることが温度測定の精度向上のためには好ましく、少なくとも、複数枚配置されている被処理基板Ｗの上部間隙、中間間隙および下部間隙の３カ所に配置することが望ましい。   In this temperature measuring means, it is preferable to provide a plurality of branch parts branching from the main shaft part in order to improve the accuracy of temperature measurement, and at least the upper gap, intermediate gap, and It is desirable to arrange at three places in the lower gap.

また、この温度測定手段９ａは、反応管下部蓋体４に形成された開孔から反応管内部に脱着自在に配設されている。これは、この熱処理装置の立ち上げ時に、熱処理装置の加熱特性を評価する際に、被加熱対である被処理基板の表面温度を測定する必要があり、このために主としてこの温度測定手段９ａが用いられ、定常的な熱処理装置稼働時には、この温度測定手段を用いる必要性が少ないことから、定常的な熱処理装置稼働時に、この温度測定手段を、熱処理工程の障害にならないように熱処理装置外に取り出すことができるようにするためである。   The temperature measuring means 9a is detachably disposed in the reaction tube from an opening formed in the reaction tube lower lid 4. This is because it is necessary to measure the surface temperature of the substrate to be heated, which is a pair to be heated, when the heating characteristics of the heat treatment device are evaluated when the heat treatment device is started up. Since there is little need to use this temperature measurement means when operating a steady heat treatment apparatus, this temperature measurement means should be placed outside the heat treatment apparatus so that it does not interfere with the heat treatment process during regular heat treatment apparatus operation. This is so that it can be taken out.

さらに、前記中空管状体９ａが、その上端部において被処理基板支持部材の上端部板状体である天板８ａによって着脱自在に固着支持されるように構成することが好ましい。これによって、この中空管状体が熱処理装置稼働中に振動することなく、安定して温度測定を行うことができるようになる。   Further, it is preferable that the hollow tubular body 9a is detachably fixed and supported by a top plate 8a which is an upper end plate-like body of the substrate support member to be processed at the upper end thereof. As a result, the hollow tubular body can be stably measured without vibration during operation of the heat treatment apparatus.

（第２の温度測定手段）
第２の温度測定手段は、図５において符号９ｂで示される部材である。この温度測定手段は、前記第１の温度測定手段と同様に、炭化珪素や石英チューブのようなセラミック中空体の内部に熱電対のような温度計測素子を封入したものである。この温度測定手段は、該中空管状体９ｂが、前記反応管下部フランジ３ｄから前記反応管３壁面に沿って上方に延設され、該反応管３の上部付近で該反応管３の中心部に向かって屈曲している構造とすることができる。そして、この中空管状体９ｂの複数の位置に温度計測素子を封入しておくことができる。この温度測定手段９ｂは、この熱処理装置の定常的に稼働時に作動させて、被処理基板付近の温度を計測し、熱処理装置の定常的な運転状況を把握するために主として用いられる。 (Second temperature measurement means)
The second temperature measuring means is a member indicated by reference numeral 9b in FIG. Similar to the first temperature measuring means, this temperature measuring means is such that a temperature measuring element such as a thermocouple is enclosed inside a ceramic hollow body such as silicon carbide or a quartz tube. In this temperature measuring means, the hollow tubular body 9b is extended upward from the reaction tube lower flange 3d along the wall surface of the reaction tube 3, and at the center of the reaction tube 3 near the upper portion of the reaction tube 3. It can be set as the structure bent toward. And a temperature measuring element can be enclosed with the several position of this hollow tubular body 9b. The temperature measuring means 9b is mainly used for operating the heat treatment apparatus during regular operation, measuring the temperature in the vicinity of the substrate to be processed, and grasping the steady operation state of the heat treatment apparatus.

（第３の温度測定手段）
第３の温度測定手段は、図５において、符号９ｃで示される部材である。この温度測定手段も前記温度測定手段１および２と同様にセラミック中空管状体の内部に温度計測素子を封入したものであり、加熱炉本体１と、反応管３とで形成される空隙に反応管長手方向に平行に配置される。そして、この温度測定手段９ｃの中空管状体の内部には複数の温度計測素子が配置され、精度の良い温度計測を可能にしている。この温度測定手段は、この熱処理装置の定常稼働時において作動させ、反応管周辺の温度を計測し、熱処理装置の運転状況を把握するのに使用される。 (Third temperature measuring means)
The third temperature measuring means is a member indicated by reference numeral 9c in FIG. Similarly to the temperature measuring means 1 and 2, this temperature measuring means is a ceramic hollow tubular body in which a temperature measuring element is enclosed, and the reaction tube length is formed in the gap formed by the heating furnace body 1 and the reaction tube 3. Arranged parallel to the hand direction. A plurality of temperature measuring elements are arranged inside the hollow tubular body of the temperature measuring means 9c to enable accurate temperature measurement. This temperature measuring means is used during the steady operation of the heat treatment apparatus, measures the temperature around the reaction tube, and is used for grasping the operating condition of the heat treatment apparatus.

本実施の形態においては、前述の第１の実施の形態の装置に、さらに、温度測定手段を配置して、精度の良い温度計測を行い、熱処理装置の運転条件の把握を可能にするものである。そして、この温度測定手段によって計測された反応管３内部、特に被処理基板Ｗの温度分布の情報に基づいて、前記加熱手段の制御を行い、被処理基板Ｗの温度の均一化が図られる。
上記第２の実施の形態においては、３つの温度測定手段を示したが、これらは少なくともいずれか１つを採用することが好ましく、３つを完備することが最も好ましい。さらに、熱処理装置の稼働を妨げない範囲で、付加的な温度測定手段を配置すること可能である。 In the present embodiment, the temperature measurement means is further arranged in the apparatus of the first embodiment described above to perform accurate temperature measurement, and to make it possible to grasp the operating conditions of the heat treatment apparatus. is there. The heating means is controlled on the basis of the temperature distribution information of the inside of the reaction tube 3 measured by the temperature measuring means, particularly the substrate W to be processed, so that the temperature of the substrate W to be processed is made uniform.
In the second embodiment, three temperature measuring means are shown. However, it is preferable to employ at least one of them, and it is most preferable that three are provided. Furthermore, it is possible to arrange an additional temperature measuring means as long as the operation of the heat treatment apparatus is not hindered.

［第３の実施の形態］
本実施の形態は、上記第１の実施の形態の熱処理装置に加えて、反応管３を強制的に冷却するための冷却機構を備えるものである。この冷却機構を設けた熱処理装置の概略を図７に示す。図７において、図１と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
以下、本実施の形態において特徴的な冷却機構を中心に説明する。 [Third Embodiment]
In this embodiment, in addition to the heat treatment apparatus of the first embodiment, a cooling mechanism for forcibly cooling the reaction tube 3 is provided. An outline of a heat treatment apparatus provided with this cooling mechanism is shown in FIG. 7, members having the same functions as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
Hereinafter, the cooling mechanism characteristic of this embodiment will be mainly described.

この冷却機構は、図７に見られるように、加熱炉本体１の壁体下部に形成された冷却媒体供給口１３と、これに接続された図示しない冷却媒体供給装置からなる冷却媒体供給系と、前記加熱炉本体蓋体２に形成された冷却媒体排出口１４からなっている。
そして、冷却媒体供給装置から例えば冷却空気のような媒体をポンプのような圧送装置を用いて冷却媒体供給口１３から加熱炉本体１内に圧入し、反応管３を強制的に冷却するものである。この冷却媒体供給口１３は、少なくとも１つ備えていることが好ましく、更には、反応管の周囲を均一に冷却できるように複数備えていることが望ましい。
この冷却機構によって、熱処理装置の冷却時間を短縮し、熱処理装置稼働のスループットを向上させることができる。 As shown in FIG. 7, the cooling mechanism includes a cooling medium supply port 13 formed in the lower part of the wall of the heating furnace body 1, and a cooling medium supply system including a cooling medium supply device (not shown) connected to the cooling medium supply port. The cooling medium discharge port 14 is formed in the heating furnace body lid 2.
Then, for example, a medium such as cooling air is pressed into the heating furnace main body 1 from the cooling medium supply port 13 using a pumping device such as a pump from the cooling medium supply device, and the reaction tube 3 is forcibly cooled. is there. It is preferable that at least one cooling medium supply port 13 is provided, and it is more preferable that a plurality of cooling medium supply ports 13 be provided so that the periphery of the reaction tube can be uniformly cooled.
With this cooling mechanism, the cooling time of the heat treatment apparatus can be shortened, and the throughput of the heat treatment apparatus operation can be improved.

［第４の実施の形態］
第４の実施の形態は、上記第１の実施の形態における熱処理装置７に加えて、上記第２の実施の形態において説明した温度測定手段８、上記第３の実施の形態において説明した冷却機構１３，１４、および、後述する反応管３上部の排気ガス排出口６と排気配管１６との接続部付近の温度を制御するための温度制御手段１５を備えた熱処理装置である。
本実施の形態の熱処理装置の概略図を、図８に示す。図８において、図１、図５、図７と同等の部材には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
以下本実施の形態において特徴的な排気ガス排出口と排気配管との接続部付近の温度制御手段を中心に本実施の形態を説明する。 [Fourth Embodiment]
In the fourth embodiment, in addition to the heat treatment apparatus 7 in the first embodiment, the temperature measuring means 8 described in the second embodiment and the cooling mechanism described in the third embodiment. 13 and 14 and a heat treatment apparatus provided with temperature control means 15 for controlling the temperature in the vicinity of the connection portion between exhaust gas discharge port 6 and exhaust pipe 16 at the top of reaction tube 3 described later.
A schematic diagram of the heat treatment apparatus of the present embodiment is shown in FIG. 8, the same members as those in FIGS. 1, 5, and 7 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
Hereinafter, the present embodiment will be described focusing on the temperature control means in the vicinity of the connection portion between the exhaust gas discharge port and the exhaust pipe that are characteristic in the present embodiment.

本実施の形態の熱処理装置は、前述したように、加熱炉本体１内に、５種の加熱手段７と、３種の温度測定手段９と、冷却機構１３，１４を備えている。このような装置において、反応管３上部の狭径化部３ｂから屈曲部３ｃ、さらに排気ガス排出口６の部分は、加熱炉本体１から突出して形成されており、この部分の温度は、加熱炉本体の内部温度より低い温度となっている。そして、この領域の温度が比較的低温になると、反応管３に供給された反応ガス、あるいは、反応管において生成した生成ガスが、この領域において冷却され、これらの物質の固化析出物などが反応管３の屈曲部３ｃなどに析出し不純物膜を生成してしまう。この所望しない膜が成長すると、次第に剥離しやすくなり、熱応力などによりこれが剥離すると、剥離した析出物はパーティクルとなって、反応管３内部に落下し、シリコンウェハなどの被処理基板Ｗを汚染することになる。これを回避するために、これらの反応管３の上部領域の温度を制御しパーティクル汚染の原因となる析出物の生成を防止することが重要である。そのため本実施の形態においては、反応管３上部の領域の温度を制御する手段を設けている。   As described above, the heat treatment apparatus of the present embodiment includes five types of heating means 7, three types of temperature measuring means 9, and cooling mechanisms 13 and 14 in the heating furnace body 1. In such an apparatus, the diameter-reduced portion 3b at the upper part of the reaction tube 3 to the bent portion 3c and the portion of the exhaust gas discharge port 6 are formed so as to protrude from the heating furnace body 1, and the temperature of this portion is heated. The temperature is lower than the internal temperature of the furnace body. When the temperature in this region becomes relatively low, the reaction gas supplied to the reaction tube 3 or the product gas generated in the reaction tube is cooled in this region, and the solidified precipitates of these substances react. An impurity film is generated by being deposited on the bent portion 3c of the tube 3 or the like. When this undesired film grows, it gradually becomes easy to peel off. When this peels off due to thermal stress or the like, the peeled deposits become particles and fall into the reaction tube 3 to contaminate the substrate W to be processed such as a silicon wafer. Will do. In order to avoid this, it is important to control the temperature of the upper region of these reaction tubes 3 to prevent the formation of precipitates that cause particle contamination. Therefore, in this embodiment, means for controlling the temperature of the region above the reaction tube 3 is provided.

本発明において、排気ガス排出口６と排気配管１６との接続部に近接して配置される温度制御手段１５としては、断熱材もしくは抵抗加熱ヒータを使用することができる。特に、温度制御手段として、抵抗加熱ヒータを使用することが保温効果を上げるために好ましい。また、抵抗加熱装置によって排気配管接続部の温度を、ウェハ処理温度（プロセス温度）と同一温度とすることが好ましく、これによって反応管上部位置に設置されたウェハの温度均一性を大幅に向上させることができる。また、通常被処理基板支持部材の最上段に配置され、ウェハの温度の均一性を図っているダミーウェハを削減でき、これによって、加熱手段の高さも低くできる。
図９においては、この温度制御手段１５を複数に分割して構成した例を示しているが、これは一体化されたものであっても差し支えない。 In the present invention, a heat insulating material or a resistance heater can be used as the temperature control means 15 disposed close to the connection portion between the exhaust gas discharge port 6 and the exhaust pipe 16. In particular, it is preferable to use a resistance heater as the temperature control means in order to increase the heat retaining effect. Further, it is preferable that the temperature of the exhaust pipe connection portion is made the same temperature as the wafer processing temperature (process temperature) by the resistance heating device, and this greatly improves the temperature uniformity of the wafer installed at the upper position of the reaction tube. be able to. In addition, it is possible to reduce the number of dummy wafers that are normally arranged on the uppermost stage of the substrate support member and aim at uniformity of the wafer temperature, thereby reducing the height of the heating means.
Although FIG. 9 shows an example in which the temperature control means 15 is divided into a plurality of parts, it may be integrated.

この抵抗加熱装置としては不純物を含有することの少ないカーボンワイヤ製の加熱装置が好ましい。また、この加熱装置は、可撓性の加熱装置を用いて複雑な形状をしている排気配管接続部６に捲回してもよいし、この排気配管接続部６の形状に適合するように予め賦形された加熱装置を用いてもよい。
可撓性の加熱装置としては、カーボンファイバを複数本束ねて編成し、ワイヤ状に構成した加熱装置本体の両端に金属端子を取り付けたものを用いることができる。このような可撓性の加熱装置は、上記反応管上部の排気配管接続部に捲回して加熱に用いることができる。
また、予め賦形された加熱装置としては、該カーボンワイヤを所定形状に成形し、これを２枚の石英ガラス板の間に狭着し石英ガラスを加熱融着して所要形状に成形したものを用いることができる。この石英ガラスによって封止した加熱装置は、不純物汚染の可能性が極めて低いため本発明において好適に使用できる。
いずれの場合においても、不純物による汚染を避けるためには、かかる温度制御手段の配設が簡単に行えるような装置設計を行うことが望ましい。 As this resistance heating device, a heating device made of carbon wire that contains little impurities is preferable. In addition, this heating device may be wound around the exhaust pipe connection portion 6 having a complicated shape by using a flexible heating device, or in advance so as to conform to the shape of the exhaust pipe connection portion 6. A shaped heating device may be used.
As a flexible heating device, a device in which a plurality of carbon fibers are bundled and knitted, and metal terminals are attached to both ends of a heating device body configured in a wire shape can be used. Such a flexible heating device can be used for heating by being wound around the exhaust pipe connection portion above the reaction tube.
In addition, as a pre-shaped heating device, a carbon wire is formed into a predetermined shape, and the carbon wire is tightly sandwiched between two quartz glass plates, and quartz glass is heat-fused and formed into a required shape. be able to. The heating device sealed with quartz glass can be preferably used in the present invention because the possibility of impurity contamination is extremely low.
In any case, in order to avoid contamination by impurities, it is desirable to design the apparatus so that the temperature control means can be easily arranged.

図８に示すように、上記排気配管接続部６の端部開口部は、前記反応管の側面方向に向かって約９０度の角度で屈曲していることが好ましい。これは、排気配管接続部と排気配管とが接続されている部分において、反応管本体より温度が低下していると、この部分で排気ガス中に残留している反応ガスや生成ガスが冷却され、固化して、不純物膜を形成し、これが剥離してパーティクルが発生しやすい。そして、この排気配管接続部９が被処理体ボートの直上部に形成されていると、この接続部分において発生したパーティクルは、直接被処理基板支持部材上に直接落下し、シリコンウェハの汚染を招くことになる。従って、たとえ排気配管接続部と排気配管との接続部分においてパーティクルが発生したとしても、直接被処理基板支持部材に落下しないように、排気配管接続部の形状を屈曲させることが望ましい。
さらに、排気配管接続部６を、屈曲させることによって、反応管を加熱している加熱手段４からの放射熱が、排気配管接続部端部および排気配管端部に形成されているフランジ１７および排気配管１６に直接照射することがないため、これらの部材の温度制御が容易になる。そのためには、排気配管接続部６の端部は、反応管の側壁面の延長線付近まで、延出していることが望ましい。 As shown in FIG. 8, the end opening of the exhaust pipe connecting portion 6 is preferably bent at an angle of about 90 degrees toward the side surface of the reaction tube. This is because when the temperature of the reaction pipe main body is lower than the temperature at the part where the exhaust pipe connection part and the exhaust pipe are connected, the reaction gas and product gas remaining in the exhaust gas are cooled at this part. Solidify to form an impurity film that peels off and tends to generate particles. When the exhaust pipe connecting portion 9 is formed immediately above the processing object boat, particles generated in the connecting portion directly fall on the processing target substrate supporting member and cause contamination of the silicon wafer. It will be. Accordingly, it is desirable to bend the shape of the exhaust pipe connection portion so that it does not fall directly on the substrate support member even if particles are generated at the connection portion between the exhaust pipe connection portion and the exhaust pipe.
Further, by bending the exhaust pipe connecting portion 6, the radiant heat from the heating means 4 heating the reaction tube is generated at the flange 17 and the exhaust gas formed at the exhaust pipe connecting portion end and the exhaust pipe end. Since the pipe 16 is not directly irradiated, the temperature control of these members becomes easy. For this purpose, it is desirable that the end of the exhaust pipe connecting portion 6 extends to the vicinity of the extension line of the side wall surface of the reaction tube.

この排気ガス排出口６と排気配管１６との接続部には、反応管３内部の雰囲気を排気するための排気配管１６が接続されているが、この接続部の詳細を図９に示す。
すなわち、排気ガス排出口６の端部には、フランジ１７ａが形成されており、このフランジ１７ａに、排気配管１６側のフランジ１７ｂが、フッ素樹脂系などのエラストマーでできているＯリング１８を介して気密を保持するように衝合固定されている。
このエラストマーの耐熱温度は、通常高々３００℃程度であり、これより高温に加熱されると劣化を起こして気密保持性が低下すため、このエラストマーに近接する部分の温度を制御する必要がある。そのために、このフランジ１７ｂには、温度制御のための流体通路１９を形成することによって、冷却水のような温度制御用の流体を通過させ、フランジ部の温度を最適に制御できるようにすることが好ましい。また、排気配管７側のフランジ１７ｂの側壁部に沿って抵抗加熱ヒータのような温度制御手段８ｃを配置することによって、さらに温度分布を精度よく制御することができる。 An exhaust pipe 16 for exhausting the atmosphere inside the reaction tube 3 is connected to a connection part between the exhaust gas discharge port 6 and the exhaust pipe 16, and details of this connection part are shown in FIG.
That is, a flange 17a is formed at the end of the exhaust gas discharge port 6, and a flange 17b on the exhaust pipe 16 side is connected to the flange 17a via an O-ring 18 made of an elastomer such as a fluororesin. It is fixed so that it is airtight.
The heat-resistant temperature of this elastomer is usually about 300 ° C. at the highest, and when heated to a temperature higher than this, deterioration occurs and airtightness is lowered. Therefore, it is necessary to control the temperature in the vicinity of this elastomer. For this purpose, a fluid passage 19 for temperature control is formed in the flange 17b to allow a temperature control fluid such as cooling water to pass therethrough so that the temperature of the flange portion can be optimally controlled. Is preferred. Further, by arranging the temperature control means 8c such as a resistance heater along the side wall portion of the flange 17b on the exhaust pipe 7 side, the temperature distribution can be further accurately controlled.

そして、この排気ガス排出口６の端部に接続される排気配管１６には、図示しない真空ポンプ等の吸引手段が接続され、これによって反応管３内が真空引きされると共に、残存反応ガスや生成ガスなどのプロセスチューブ内の排気を行えるように構成されている。
この排気配管１６の周囲にも温度制御手段１５を配設することによって、さらに精度の高い温度制御を可能にすることができる。この温度制御手段１５としては、電気加熱ヒータが、制御が容易であることから望ましい。この排気配管１６の温度としては、１５０〜３００℃の範囲に制御される。さらに好ましい排気配管の温度は、２００℃である。これによって、反応管３からの排気が、通過しても、排気配管１６中に、不要な析出物である不純物膜を生じることなく排気を行うことができる。
この排気配管１６から排出される排気ガスは、排気配管に接続される図示しない冷却フィンなどを有するトラップによって、冷却することにより、反応管３から排気される残留反応ガスや生成ガスなどを固化して捕捉することができる。このトラップは、排気配管端部のフランジと、この排気配管に接続される真空ポンプの間に配設されることが好ましい。 A suction means such as a vacuum pump (not shown) is connected to the exhaust pipe 16 connected to the end of the exhaust gas discharge port 6, whereby the inside of the reaction tube 3 is evacuated and the remaining reaction gas and It is configured to be able to exhaust the process gas such as generated gas.
By providing the temperature control means 15 also around the exhaust pipe 16, it is possible to perform temperature control with higher accuracy. As the temperature control means 15, an electric heater is desirable because it is easy to control. The temperature of the exhaust pipe 16 is controlled in the range of 150 to 300 ° C. A more preferable exhaust pipe temperature is 200 ° C. As a result, even if the exhaust gas from the reaction tube 3 passes, the exhaust gas can be exhausted without generating an impurity film as an unnecessary precipitate in the exhaust pipe 16.
The exhaust gas discharged from the exhaust pipe 16 is cooled by a trap having a cooling fin (not shown) connected to the exhaust pipe, thereby solidifying residual reaction gas and product gas exhausted from the reaction pipe 3. Can be captured. This trap is preferably disposed between a flange at the end of the exhaust pipe and a vacuum pump connected to the exhaust pipe.

上述のように、本実施の形態の加熱手段には、排気配管接続部６の温度を制御するための手段８ａ，８ｂ、排気配管７側のフランジ１７ｂに埋め込まれた温度制御用流体の流通孔１９、排気配管７側のフランジ１７ｂ側壁部に配置された温度制御手段８ｃ、および排気配管７に沿って配設された温度制御手段１５によって、その温度が制御され、これらの部材付近において不要な固体析出物である不純物膜が生成されることによって生じるパーティクルの発生を効果的に防止することができる。
As described above, the heating means of the present embodiment includes means 8a, 8b for controlling the temperature of the exhaust pipe connecting portion 6, and a flow hole for the temperature control fluid embedded in the flange 17b on the exhaust pipe 7 side. 19, the temperature is controlled by the temperature control means 8c arranged on the side wall of the flange 17b on the exhaust pipe 7 side, and the temperature control means 15 arranged along the exhaust pipe 7, and unnecessary in the vicinity of these members. It is possible to effectively prevent the generation of particles caused by the generation of an impurity film that is a solid precipitate.

以上に説明した本発明の実施の形態においては、被処理基板としてシリコンウェハの例を取って説明したが、被処理体としてはシリコンウェハに限らず、ＬＣＤ基板、ガラス基板にも適用できることはもちろんである。
In the embodiment of the present invention described above, an example of a silicon wafer as a substrate to be processed has been described. However, the object to be processed is not limited to a silicon wafer, but can be applied to an LCD substrate and a glass substrate. It is.

本発明の１実施の形態に係る熱処理装置の概略断面図。1 is a schematic cross-sectional view of a heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention. 第１の実施の形態の熱処理装置で用いるスパイラル状発熱体を示す概略図。Schematic which shows the spiral heating element used with the heat processing apparatus of 1st Embodiment. 第１の実施の形態の熱処理装置で用いるつづら折り状発熱体を示す概略斜視図。The schematic perspective view which shows the zigzag-shaped heat generating body used with the heat processing apparatus of 1st Embodiment. 第１の実施の形態の熱処理装置で用いる扁平スパイラル状発熱体を示す概略図。Schematic which shows the flat spiral heating element used with the heat processing apparatus of 1st Embodiment. 本発明の第２の実施の形態に係る熱処理装置の概略断面図。The schematic sectional drawing of the heat processing apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施の形態における温度測定素子の移動について説明するための熱処理装置の要部概略断面図。The principal part schematic sectional drawing of the heat processing apparatus for demonstrating the movement of the temperature measurement element in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施の形態に係る熱処理装置の概略断面図。The schematic sectional drawing of the heat processing apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第４の実施の形態に係る熱処理装置の概略断面図。The schematic sectional drawing of the heat processing apparatus which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第４の実施の形態に係る熱処理装置の要部概略断面図。The principal part schematic sectional drawing of the heat processing apparatus which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 従来の熱処理装置の概略断面図。The schematic sectional drawing of the conventional heat processing apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

Ｗ・・・被処理基板
１・・・加熱炉本体
２・・・加熱炉本体蓋体
３・・・反応管
３ｄ・・・反応管下部フランジ
４・・・加熱手段
５・・・反応ガス導入口
６・・・排気ガス排気口
７・・・加熱手段
８・・・被処理基板支持部材
９・・・温度測定手段
１０・・・回転駆動装置
１１・・・シーリング装置
１２・・・熱反射体
１３・・・冷却媒体供給口
１４・・・冷却媒体排出口
１５・・・温度制御手段
１６・・・排気配管
１７・・・フランジ
１８・・・Ｏリング
１９・・・温度制御用流体流通孔 W ... Substrate to be treated 1 ... Heating furnace body 2 ... Heating furnace body lid 3 ... Reaction tube 3d ... Reaction tube lower flange 4 ... Heating means 5 ... Reaction gas introduction 6 ... Exhaust gas exhaust port 7 ... Heating means 8 ... Substrate support member 9 ... Temperature measuring means 10 ... Rotation drive device 11 ... Sealing device 12 ... Heat reflection Body 13 ... Cooling medium supply port 14 ... Cooling medium discharge port 15 ... Temperature control means 16 ... Exhaust piping 17 ... Flange 18 ... O-ring 19 ... Fluid flow for temperature control Hole

Claims (14)

上端が開口している加熱炉本体と、上端部が内部雰囲気を排気するための排気手段に接続される単一の管からなる反応管と、該反応管内部を気密に保持するための反応管下部蓋体と、該反応管内に収容される被処理基板支持部材により担持される被処理基板を加熱するための加熱手段を少なくとも備えた熱処理装置において、
前記被処理基板支持部材が、天板と、底板と、該天板および該底板間を固着結合し、かつ被処理基板が担持されるように溝部が形成されている複数の支柱とを備え、該被処理基板支持部材の底板中央部にこの被処理基板支持部材を支持するための柱状体が固着されていることを特徴とする熱処理装置。 A heating furnace main body having an open upper end, a reaction tube comprising a single tube connected to an exhaust means for exhausting the internal atmosphere at the upper end, and a reaction tube for keeping the reaction tube airtight In a heat treatment apparatus including at least a heating means for heating a substrate to be processed supported by a substrate supporting member to be processed accommodated in the reaction tube and a lower lid,
The target substrate support member includes a top plate, a bottom plate, and a plurality of support columns that are fixedly coupled between the top plate and the bottom plate and in which grooves are formed so that the target substrate is supported. A heat treatment apparatus, wherein a columnar body for supporting the substrate support member to be processed is fixed to a central portion of the bottom plate of the substrate support member. 前記被処理基板支持部材を支持するための柱状体が、石英からなる中空の管であることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。   2. The heat treatment apparatus according to claim 1, wherein the columnar body for supporting the substrate to be processed is a hollow tube made of quartz. 上端が開口している加熱炉本体と、上端部が内部雰囲気を排気するための排気手段に接続される単一の管からなる反応管と、該反応管内部を気密に保持するための反応管下部蓋体と、該反応管内に収容される被処理基板支持部材により担持される被処理基板を加熱するための加熱手段を少なくとも備えた熱処理装置において、
該熱処理装置が、複数の温度測定素子をセラミック中空管状体中に封止した温度測定手段を更に備えたものであることを特徴とする熱処理装置。 A heating furnace main body having an open upper end, a reaction tube comprising a single tube connected to an exhaust means for exhausting the internal atmosphere at the upper end, and a reaction tube for keeping the reaction tube airtight In a heat treatment apparatus comprising at least a heating means for heating a substrate to be processed supported by a substrate supporting member to be processed accommodated in a lower lid and the substrate to be processed,
The heat treatment apparatus further comprises a temperature measurement means in which a plurality of temperature measurement elements are sealed in a ceramic hollow tubular body. 前記セラミック中空管状体が、石英チューブであることを特徴とする請求項３に記載の熱処理装置。   The heat treatment apparatus according to claim 3, wherein the ceramic hollow tubular body is a quartz tube. 前記温度測定手段が、前記加熱手段が配置されている付近の温度を測定できるように、前記加熱手段の近辺に配置されていることを特徴とする請求項１４または請求項４に記載の熱処理装置。   5. The heat treatment apparatus according to claim 14, wherein the temperature measuring unit is disposed in the vicinity of the heating unit so that the temperature in the vicinity of the heating unit can be measured. . 前記温度測定手段が、前記反応管下部蓋体から該反応管内部に挿入され回転自在に上部に向かって延設された中空管状体中に封入された複数の温度測定素子からなるものであり、該中空管状体の長手方向の中間位置において主軸から垂直に枝分かれした分枝部を有し、該中空管状体の分枝部内部に温度測定素子が配置されていることを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれかに記載の熱処理装置。   The temperature measuring means is composed of a plurality of temperature measuring elements enclosed in a hollow tubular body that is inserted into the reaction tube from the reaction tube lower lid and is rotatably extended upward. 3. A branch part perpendicularly branched from a main axis at an intermediate position in the longitudinal direction of the hollow tubular body, and a temperature measuring element is disposed inside the branch part of the hollow tubular body. The heat processing apparatus in any one of Claim 4 thru | or 4. 前記中空管状体が、前記反応管下部蓋体に回転自在、かつ、着脱自在に支承されていることを特徴とする請求項６に記載の熱処理装置。   The heat treatment apparatus according to claim 6, wherein the hollow tubular body is rotatably and detachably supported by the reaction tube lower lid body. 前記中空管状体が、その上端部において被処理基板支持部材の天板に着脱自在に固定されることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の熱処理装置。   The heat treatment apparatus according to claim 6 or 7, wherein the hollow tubular body is detachably fixed to a top plate of a substrate support member to be processed at an upper end portion thereof. 該温度測定手段が、前記反応管の内部に配置される被処理基板支持部材に載置されている複数の被処理基板の間隙に位置し、該被処理基板付近の温度を測定することができるものであることを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれかに記載の熱処理装置。   The temperature measuring means is located in a gap between a plurality of substrates to be processed placed on a substrate to be processed substrate disposed inside the reaction tube, and can measure the temperature in the vicinity of the substrate to be processed. The heat treatment apparatus according to claim 3, wherein the heat treatment apparatus is a device. 前記温度測定手段が、内部に温度測定素子を内蔵した中空管状体であり、該中空管状体が、前記反応管下部フランジから前記反応管内部壁面に沿って上方に延設され、該反応管の上部付近で該反応管の中心部に向かって屈曲していることを特徴とする請求項９に記載の熱処理装置。   The temperature measuring means is a hollow tubular body containing a temperature measuring element therein, and the hollow tubular body extends upward from the lower flange of the reaction tube along the inner wall surface of the reaction tube. The heat treatment apparatus according to claim 9, wherein the heat treatment apparatus is bent toward the center of the reaction tube in the vicinity of the upper part. 前記温度測定手段が、前記加熱炉本体と前記反応管とで形成される間隙に配置された中空管状体であって、該中空管状体内部に複数の温度測定素子が配置されていることを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれかに記載の熱処理装置。   The temperature measuring means is a hollow tubular body disposed in a gap formed by the heating furnace main body and the reaction tube, and a plurality of temperature measuring elements are disposed inside the hollow tubular body. A heat treatment apparatus according to any one of claims 3 to 5. 前記温度測定手段が、前記反応管下部蓋体から挿入され回転自在に上部に向かって延設された中空管状体中に封入された複数の温度測定素子からなるものであり、該中空管状体の長手方向の中間位置において主軸から垂直に枝分かれした分枝部を有し、該中空管状体の分枝部内部に温度測定素子が配置されている第１の温度測定手段と、内部に温度測定素子を内蔵した中空管状体であり、該中空管状体が、前記反応管下部フランジから前記反応管壁面に沿って上方に延設され、該反応管の上部付近で該反応管の中心部に向かって屈曲している第２の温度測定手段と、前記加熱炉本体と前記反応管とで形成される間隙に配置された中空管状体であって、該中空管状体内部に複数の温度測定素子を有する第３の温度測定手段を少なくとも備えたことを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれかに記載の熱処理装置。   The temperature measuring means comprises a plurality of temperature measuring elements enclosed in a hollow tubular body that is inserted from the reaction tube lower lid and is rotatably extended upward. A first temperature measuring means having a branching portion perpendicularly branched from the main axis at an intermediate position in the longitudinal direction, wherein the temperature measuring element is disposed inside the branching portion of the hollow tubular body; The hollow tubular body extends upward from the lower flange of the reaction tube along the wall surface of the reaction tube, and toward the center of the reaction tube near the upper portion of the reaction tube. A hollow tubular body disposed in a gap formed by the bent second temperature measuring means, the heating furnace body and the reaction tube, and having a plurality of temperature measuring elements inside the hollow tubular body At least a third temperature measuring means The heat treatment apparatus according to any one of claims 3 to 5, characterized in. 上端が開口している加熱炉本体と、上端部が内部雰囲気を排気するための排気手段に接続される単一の管からなる反応管と、該反応管内部を気密に保持するための反応管下部蓋体と、該反応管内に収容される被処理基板支持部材により担持される被処理基板を加熱するための加熱手段とを少なくとも備えた熱処理装置において、
内部に複数の温度測定素子を内蔵した中空管状体を、前記反応管下部フランジから前記反応管壁面に沿って上方に延設し、該反応管の上部付近で該反応管の中心部に向かって屈曲している第２の温度測定手段と、
内部に複数の温度測定素子を内蔵した中空管状体を、前記加熱炉本体と前記反応管とで形成される間隙に配置した第３の温度測定手段とをさらに備えたことを特徴とする熱処理装置。 A heating furnace main body having an open upper end, a reaction tube comprising a single tube connected to an exhaust means for exhausting the internal atmosphere at the upper end, and a reaction tube for keeping the reaction tube airtight In a heat treatment apparatus comprising at least a lower lid and a heating means for heating a substrate to be processed supported by the substrate-supporting member to be processed accommodated in the reaction tube,
A hollow tubular body containing a plurality of temperature measuring elements therein is extended upward from the lower flange of the reaction tube along the wall surface of the reaction tube, and toward the center of the reaction tube near the upper portion of the reaction tube. Bent second temperature measuring means;
A heat treatment apparatus, further comprising: a third temperature measuring means in which a hollow tubular body containing a plurality of temperature measuring elements is disposed in a gap formed by the heating furnace main body and the reaction tube. . 上端が開口している加熱炉本体と、上端部が内部雰囲気を排気するための排気手段に接続される単一の管からなる反応管と、該反応管内部を気密に保持するための反応管下部蓋体と、該反応管内に収容される被処理基板支持部材により担持される被処理基板を加熱するための加熱手段を少なくとも備えた熱処理装置において、
前記加熱炉本体と、前記反応管とで形成される間隙の上方および下方に配置された少なくとも２つの開孔を有し、この下方開孔から冷却用媒体を送入し、上方開孔から該冷却用媒体を排出して該反応管を冷却するようにしたことを特徴とする熱処理装置。
A heating furnace main body having an open upper end, a reaction tube comprising a single tube connected to an exhaust means for exhausting the internal atmosphere at the upper end, and a reaction tube for keeping the reaction tube airtight In a heat treatment apparatus including at least a heating means for heating a substrate to be processed supported by a substrate supporting member to be processed accommodated in the reaction tube and a lower lid,
It has at least two openings arranged above and below the gap formed by the heating furnace main body and the reaction tube, the cooling medium is fed from the lower opening, and the upper opening opens. A heat treatment apparatus, wherein the reaction medium is cooled by discharging a cooling medium.
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