JP2001156008A

JP2001156008A - 半導体ウェハの熱処理装置

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Publication number: JP2001156008A
Application number: JP33294199A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Takahashi; 一郎高橋
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-11-24
Filing date: 1999-11-24
Publication date: 2001-06-08
Anticipated expiration: 2019-11-24
Also published as: JP3383784B2

Abstract

(57)【要約】【課題】急速に昇温又は降温させたり、微小な温度制
御を行う際に制御が容易で且つ応答性を良くすると共
に、環境を阻害することが無く安全性の高い半導体ウェ
ハの熱処理装置を提供する。【解決手段】処理用ガスが導入される処理室２と、処
理室２に収容させた半導体ウェハ３を加熱する加熱手段
と、２処理室を囲繞する態様で加熱手段を装着して加熱
室５を形成する半導体ウェハの熱処理装置であって、加
熱手段は、給電部の先端側に環状の光放射部が形成され
た多数の光放射加熱用ヒータ４で構成され、光放射部を
処理室２に沿って所定間隔毎に並列状に配置する半導体
ウェハの熱処理装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンウエハな
どの半導体ウェハに対して化学的気相成長（ＣＶＤ）、
不純物拡散、アニール、エピタキシャル成長、その他の
処理を半導体製造工程で行う熱処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の半導体ウェハの熱処理装置で
は、石英などによる耐熱性のウエハボートに載置して支
持させた多数の半導体ウェハを、石英管などの耐熱及び
耐圧性容器で形成した処理室（拡散室、反応室など）に
収容させ、この処理室内に処理用ガスを導入すると共
に、当該処理室の外周囲に加熱手段を設け、処理室内を
予め設定された所望の均一な高温状態に加熱させて熱処
理が行われる。

【０００３】この半導体ウェハの熱処理装置では、加熱
手段としてコイル（スパイラル）状に加工した電熱線に
よる抵抗発熱体を用い、この電熱線の外周をアルミナ系
耐火物などによるスペーサで支持すると共に、セラミッ
クファイバなどの断熱材を巻き付けてその外側をアルミ
ニウム板などの金属板で包み込んだ構造が採られてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、加熱手
段として抵抗発熱体を用いた熱処理装置では、処理室を
急速に昇温又は降温させる場合や微小な温度制御を行う
場合に、タイムラグがあって温度の安定化に時間を要
し、迅速且つ微小な設定で正確に所望温度で均熱化する
ことが極めて困難であると共に、特に降温させる場合に
は断熱材が降温を阻害するので、製品性能に必要な良質
の加熱処理が損なわれたり、処理時間を要して生産性の
低下や電気代の増加を招く恐れがあった。

【０００５】また、処理室を形成する石英管内は低圧条
件下に置かれて内外圧力差があると共に、内部に導入さ
れる処理用ガスの中には漏洩すると有害なものもあり、
例えば大きな地震などの際にその衝撃と内外圧力差で石
英管が破損する恐れもあり、万一破損した場合に備えて
処理用ガスが外部に漏洩しないようにするためには格別
な安全対策が別途必要であった。

【０００６】また、最近では極めて大径の半導体ウエハ
が使用されるようになり、それに伴って大容積になって
いる処理室を迅速に均熱化することが一層困難になって
きており、特に電熱線を設けた石英管の周縁部は十分に
加熱されるが、中心部には十分に熱が行き届かないで温
度格差を生ずる場合もあった。

【０００７】また、電熱線からパーティクルが発生し易
いので、このパーティクルによって、半導体製造工程に
求められる清浄な環境を阻害する恐れもある。

【０００８】そこで本発明では、加熱手段として抵抗発
熱体を用いた従来の熱処理装置における前記課題を解決
し得る熱処理装置を提供するものであって、主たる目的
は急速に昇温又は降温させたり、微小な温度制御を行う
際に制御が容易で且つ応答性を良くすると共に、環境を
阻害することが無く安全性の高い半導体ウェハの熱処理
装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、処理用ガスが
導入される処理室と、この処理室に収容させた半導体ウ
ェハを加熱する加熱手段と、前記処理室を囲繞する態様
で前記加熱手段を装着して加熱室を形成する半導体ウェ
ハの熱処理装置を実施対象とする。

【００１０】本発明による半導体ウェハの熱処理装置の
前記加熱手段は、給電部の先端側に環状の光放射部が形
成された多数の光放射加熱用ヒータで構成され、この光
放射部を前記処理室に沿って所定間隔毎に並列状に配置
する構成である。（請求項１）

【００１１】請求項１の熱処理装置では、加熱手段とし
て光放射加熱用ヒータの光放射エネルギーによって光加
熱を行い、この光加熱は各光放射加熱用ヒータを一括又
は個別或いは複数を任意に組み合わせた状態で制御して
温度制御を行うことができるので、加熱手段にコイル状
の抵抗発熱体を用いた従来の熱処理装置に比べて、急速
な昇温又は降温や微小な温度制御を行うことが容易で且
つ制御の応答性を良くすることができ、作業能率の向上
と電気代の節減を計った状態で均質な熱処理が可能であ
る。

【００１２】また、抵抗発熱体のように加熱手段自体が
発熱するものではないので、加熱手段の外側にセラミッ
クファイバーなどによる分厚い断熱材を巻いて保護する
必要が無く、小型で安全性の高い装置が得られると共
に、初期に空運転を行って断熱材中のバインダーを除去
する作業も必要ではなく、しかもパーティクルの発生が
少ないクリーンな加熱手段である。

【００１３】請求項１における光放射加熱用ヒータは、
アークランプなどの使用も可能ではあるが、放射エネル
ギーの密度が大きくて装置全体を小型化することが可能
であり、色温度も高いことなどの理由から赤外放射のハ
ロゲンランプの使用が望ましい。（請求項２）

【００１４】請求項１又は２の熱処理装置における前記
加熱室は、内側に開口して前記光放射部が個別に収容さ
れる環状溝を並列状に設けた外側カバー内に形成され、
当該環状溝には反射面を設けた構成を採ることができ
る。（請求項３）

【００１５】請求項３の熱処理装置では、各環状溝にそ
れぞれ収容された各光放射加熱用ヒータの光放射部は、
反射面の助勢を受けて光放射エネルギーを処理室側へ効
率よく放射することができ、この反射面は格別に鏡面板
を取り付けて形成しても良いが、環状溝自身を鏡面加工
して形成することもできる。

【００１６】請求項１〜３の熱処理装置における前記加
熱室は、密封状に形成して内部に圧力調整ガスを給排気
させる構成を採ることができる。（請求項４）

【００１７】請求項４の熱処理装置では、例えば窒素ガ
スなどの圧力調整ガスによって加熱室内部が保温層を形
成して所望の設定温度を維持すると共に、設定温度を下
げる際には加熱室内部を大気にすることで急速に降温さ
せることができ、しかも圧力調整ガスによって処理室と
の内外圧力差を少なくすると、処理室を形成している石
英管などによる内筒部の破損を防止して、処理室内の処
理用ガスが外部に漏洩する事故を防止することができ
る。

【００１８】請求項１〜４の熱処理装置における前記光
放射加熱用ヒータは、給電部の基部側外周にＯリングを
巻装して前記外側カバーの内外をシールした状態で外部
に突出させると共に、この突出させた給電部の基部側を
冷却する冷却手段を設けた構成を採ることができる。
（請求項５）

【００１９】請求項５の熱処理装置では、給電部の基部
側外周に巻装したＯリングで加熱室の内外を遮断するこ
とによって、加熱室中の熱気が外部へ流出することを防
止することができ、また給電部の基部側を冷却すること
で給電管体を形成する石英ガラスなどと接続ピンを形成
する金属導体との熱膨張計数の相違による管体の破損防
止や管体内の封入ガスの漏洩防止を行うと共に、その際
に冷媒が加熱室中に流入しないようにシールして効果的
な冷却を行うことができる。

【００２０】請求項１〜５の熱処理装置における前記光
放射加熱用ヒータは、前記光放射部が延在する円周方向
に沿って各給電部の位置をずらせた状態で配置させた構
成を採ることができる。（請求項６）

【００２１】請求項６の熱処理装置では、光放射が行わ
れない給電部が重なり合って加熱分布が不均一になるこ
とを防止することができると共に、給電部に対する配線
が局部的に集中しないように分散させることができる。

【００２２】請求項１〜６の熱処理装置における前記処
理室は、底部側が開口する縦長円筒状で耐熱性及び透光
性の内筒部で形成され、この内筒部にウエハボートで水
平支持した多数の半導体ウェハを、ボートローダによっ
て取り出し可能に収容させ、前記外側カバーは、耐熱金
属製の外筒部の上下を天板部と底板部で閉塞させ、当該
外筒部に前記光放射加熱用ヒータを装着させ、各半導体
ウェハを配列した垂直方向に沿って並列状に配置させた
構成を採ることができる。（請求項７）

【００２３】請求項７の熱処理装置では、垂直方向に積
層した半導体ウエハを水平に保持する縦型のバッチ式処
理室に適合したものであって、横型の処理室に比べて各
半導体ウエハを平行に保持することが容易であり、多数
の各半導体ウエハに対して熱処理が均一に行われる。

【００２４】請求項１〜７の熱処理装置における前記外
筒部は、断面半円状の分割筒を左右から合体して形成さ
れ、各分割筒には前記光放射加熱用ヒータを一段置きに
交互に装着させた構成を採ることができる。（請求項
８）

【００２５】請求項８の熱処理装置では、製造時の組み
立てやその後のメンテナンスを容易にすることができ、
特に光放射加熱用ヒータに対する保守点検及び内筒部や
反射面に対するパーティクルの除去を行う際に有効であ
り、しかも各光放射加熱用ヒータの光放射しない給電部
を左右へ均等に分散させた状態にさせ、光放射が不均一
にならないようにしている。

【００２６】請求項１〜８の熱処理装置における前記処
理室又は加熱室のいずれか一方には、前記光放射加熱用
ヒータに対向させて均熱管を設けた構成を採ることがで
きる。（請求項９）

【００２７】請求項９の熱処理装置では、より均熱精度
を必要とする場合には均熱管を設け、光放射加熱用ヒー
タが発生する光放射エネルギーを輻射熱に変換して処理
室へ均一に伝達させることができるが、この均熱管は必
要に応じて位置を選択して配設することが可能である。

【００２８】請求項１〜９の熱処理装置における前記加
熱室には、前記加熱手段と協働して前記半導体ウェハを
上下から加熱する補助加熱手段を設け、この補助加熱手
段は給電部の先端に環状の光放射部が形成された光放射
加熱用ヒータで構成されると共に、直径の異なる複数を
前記半導体ウェハの中心に対して同心円状に配置させた
構成を採ることができる。（請求項１０）

【００２９】請求項１０の熱処理装置では、特に熱処理
室及び加熱室が大型で熱容量が大きい場合に、加熱手段
を設けた外周側に比べて上下を含む中央に対する加熱を
より安定化させるために補助加熱手段を設けたものであ
り、この補助加熱手段は直径の異なる複数の光放射加熱
用ヒータを同心円状に配置させたので、均一な加熱を行
うことができると共に、内外周に温度差がある場合には
各光放射加熱用ヒータを個別に制御して均熱を計ること
が可能である。

【００３０】請求項１〜６の熱処理装置における前記外
側カバーは、上下に配置して取り外し可能に合体させた
上ケースと下ケースで形成され、この上ケースと下ケー
ス間に形成した空洞部には、耐熱性及び透光性の円板状
仕切板を上下へ平行状に設け、この上下の円板状仕切板
間で前記処理室を形成すると共に、当該円板状仕切板の
上部側及び下部側には前記加熱室が形成され、前記処理
室内には１〜複数枚の半導体ウェハを水平支持させる保
持部材を設け、前記光放射加熱用ヒータは直径の異なる
複数を前記円板状仕切板の中心に対して同心円状に配置
して前記上ケースと下ケースに装着させた構成を採るこ
とができる。（請求項１１）

【００３１】請求項１１の熱処理装置では、少数枚の半
導体ウェハ望ましくは１枚毎に熱処理するのに適合する
枚葉式のものであり、特に加熱手段として直径の異なる
複数の光放射加熱用ヒータを同心円状に配置させたの
で、均一な加熱を行うことができると共に、内外周に温
度差がある場合には各光放射加熱用ヒータを個別に制御
して均熱を計ることが可能である。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明による半導体ウエ
ハの熱処理装置について、望ましい実施形態を示す添付
図面に基づいて詳細に説明するが、図１は第１の実施形
態によるバッジ式の熱処理装置を縦断面図で示し、図２
は図１の装置における要部を平面図で示し、図３及び図
４は同装置に加熱手段として用いる光放射加熱用ヒータ
を平面図と側面図で示し、図５は第２の実施形態による
枚葉式の熱処理装置を縦断面図で示し、図６は図５の装
置における要部を平面図で示す。

【００３３】第１の実施形態によるバッジ式の熱処理装
置１は、処理用ガスが導入される処理室２と、処理室２
に収容させた半導体ウェハ３の加熱手段として用いる光
放射加熱用ヒータ４と、処理室２を囲繞する態様で多数
の光放射加熱用ヒータ４を装着して加熱室５を形成する
外側カバーを備えている。

【００３４】光放射加熱用ヒータ４は、給電部７の先端
側に環状の光放射部８を形成した赤外放射のハロゲンラ
ンプが使用され、多数の光放射部８は処理室２に沿って
所定間隔毎に並列状に配置する態様で外側カバーの外筒
部６に装着させ、一括又は個別或いは任意の組み合わせ
での点灯及び出力制御を可能にしている。

【００３５】外筒部６には、処理室２のある内側に開口
して各光放射部８を個別に収容する環状溝９を並列状に
設け、環状溝９には光放射エネルギーを有効に利用する
るために、内面を鏡面加工した反射面で形成している。

【００３６】外側カバーは、全体が例えばアルミニウム
などの耐熱金属材料で形成され、外筒部６の上下に天板
部１０と底板部１１を取り付けて内部に加熱室５を形成
するものであり、抵抗発熱体を加熱手段とした従来の熱
処理装置のように分厚い断熱材を用いることなく小型化
したものである。

【００３７】外筒部６は、断面半円状の分割筒６Ａ，６
Ｂを左右から合体して形成され、各分割筒６Ａ，６Ｂに
は光放射加熱用ヒータ４を一段置きに交互に装着させ、
これによって光放射が行われない給電部７が左右の一方
に集中して均熱が損なわれることを防止している。

【００３８】光放射加熱用ヒータ４は、環状溝９に収容
させた光放射部８から水平状に突設された平行する２本
の給電部７，７の基端側を、環状溝９の底面に穿設した
引き出し穴を介して外筒部６の外側に突出させている
が、この給電部７を介して加熱室５内の熱が外部へ流出
しないようにシールが施されている。

【００３９】即ち、引き出し穴の外側開口部には、各給
電部７，７を個別に挿通させる通孔を備えた取付板４５
が装着されており、各給電部７，７の外周にそれぞれO
リングを被着させると共に、Oリングを取付板４５の通
孔内に係止保持させ、これにより加熱室５の内外をシー
ルした状態で給電部７，７の基端側が外部に引き出され
る。

【００４０】給電部７，７の基端側は、各光放射加熱用
ヒータ４を一括又は個別或いは任意の組み合わせで点灯
及び出力制御が可能に接続ピンを介してＰＩＤ温度制御
装置（図示は省略）に接続されると共に、管体部分は近
傍に設けた（図示は省略）水冷又は空冷による公知の冷
却手段で冷却し、給電管体を形成する石英ガラスなどと
接続ピンを形成する金属導体との熱膨張計数の相違によ
る管体の破損防止や管体内の封入ガスの漏洩防止を行
う。

【００４１】光放射加熱用ヒータ４は、光放射が行われ
ない給電部７が一個所に集中すると均熱が損なわれるの
で、各給電部７の位置を光放射部８が延在する円周方向
に沿ってずらせた状態に分散して配置させており、これ
によって給電部７の接続ピンから引き出されるＰＩＤ温
度制御装置への配線も一個所に集中しないでので、配線
が容易になって且つ外径も小型化できる。

【００４２】加熱室５は、前記した給電部７のほかに要
所にシール部材介在させて密封状に形成し、給排気部１
２を介して例えば窒素ガスなどの不燃性の圧力調整ガス
が給排気可能にＰＩＤ圧力制御装置（図示を省略）に接
続し、圧力調整ガスを封入した内部を保温層として所望
の設定温度を維持することができ、加熱室５内は真空度
を高めるに従って保温効果が増大する。

【００４３】また、設定温度を下げる際には加熱室５内
部を大気にすることで急速に降温させることができ、し
かも圧力調整ガスによって処理室２との内外圧力差を少
なくすると、処理室２を形成している石英管などによる
内筒部１３の破損を防止して、処理室２内の処理用ガス
が外部に漏洩する事故を防止できる。

【００４４】処理室２は、底部側が開口する縦長円筒状
で耐熱性及び透光性の内筒部１３が石英管で形成され、
内筒部１３にはウエハボート１４で水平支持した多数の
半導体ウェハ３を収容させるが、このウエハボート１４
はボートローダ（図示を省略）の回転軸１５の先端に取
り付けられ、ボートローダによって出し入れ自在になっ
ている。

【００４５】加熱室５には、内筒部１３の上端側に設け
た処理ガス導入部１６から処理用ガスを導入し、内筒部
１３の下端側に設けた処理ガス排気部１７を介して排気
するようになっており、当該処理室５の上下には前記加
熱手段と協働して半導体ウェハ３を上下から加熱する補
助加熱手段を設けている。

【００４６】補助加熱手段は、上部側の補助加熱手段は
天板部１０に下部側の補助加熱手段は底板部１１にそれ
ぞれ装着させており、いずれも給電部１８の先端に環状
の光放射部１９が形成された多数の光放射加熱用ヒータ
２０で構成されるが、この光放射加熱用ヒータ２０は給
電部１８の先端から光放射部１９が直角状に突出形成さ
れている。

【００４７】光放射加熱用ヒータ２０は、処理室２のあ
る内側に開口する態様で天板部１０及び底板部１１に設
けた複数の環状溝（図示の実施形態では、上部環状溝２
１が５本で下部環状溝２２が３本）内に各光放射部１９
を個別に収容させるが、環状溝２１，２２は半導体ウェ
ハ３の中心に対して直径の異なる複数の各光放射部１９
を同心円状態で並列状に配置させ、各環状溝２１，２２
は内面を鏡面加工した反射面で形成している。

【００４８】光放射加熱用ヒータ２０は、光放射加熱用
ヒータ４の場合と同様に給電部１８，１８の基端側にＯ
リングを巻装してシールした状態とし、取付板２３，２
４を介して外側に突出させて基端側を冷却手段で冷却さ
せる。

【００４９】また、隣接する環状溝２１，２１及び環状
溝２２，２２の相互間は側面に穿設した連通孔２５，２
６を介して連通させると共に、環状溝２１，２２の開口
する前面側には天板部１０及び底板部１１に取り付けた
石英ガラスなどの耐熱性で光透過性の仕切り板２７，２
８で密閉させる。

【００５０】これにより、光放射加熱用ヒータ２０を装
着した処理室２の上下には密閉状の補助加熱室が形成さ
れ、補助加熱室には加熱室５の場合と同様に給排気部を
介してＰＩＤ圧力制御装置（図示を省略）に接続し、圧
力調整ガスを給排気させると共に、光放射加熱用ヒータ
２０にはＰＩＤ温度制御装置（図示は省略）で一括又は
個別或いは任意の組み合わせで点灯及び出力制御が行わ
れる。

【００５１】また、光放射加熱用ヒータ４に対向させた
所望位置に、カーボンや炭化シリコン（ＳＩＣ）で形成
した均熱管２９，３０を選択的に設けることができ、そ
の位置は内筒部１３の内周面に沿った内均熱管２９を処
理室２内に設けるか、内筒部１３の外周面に沿った外均
熱管３０を加熱室５内に設ける。

【００５２】これらの均熱管２９，３０は、光放射加熱
用ヒータ４が発生する光放射エネルギーを受け、均熱さ
せた輻射熱に変換して処理室２内の半導体ウエハ３を加
熱するものであり、処理用ガスで内筒部１３が汚染され
て透過率が変化する恐れのある場合には外均熱管３０を
用い、汚染の恐れがない場合には昇温効率の良い内均熱
管２９を用いるような使い分けができる。

【００５３】次に、第２の実施形態による枚葉式の熱処
理装置３１に付いて説明すると、上下に配置した上ケー
ス３２と下ケース３３とで外側カバー３４が形成され、
両ケース３２，３３の間には例えば石英ガラスのように
耐熱性及び透光性の材料で形成された円板状の仕切板３
５，３６を上下へ平行状に設けている、

【００５４】外側カバー３４の間には、Ｏリング等のシ
ール部材を介して装着された仕切板３５，３６の間に、
密封状に区分されて円板状の空間を形成する処理室３７
が形成され、処理室３７の外側には複数の光放射加熱用
ヒータ３８を装着した密閉状の加熱室３９が形成され
る。

【００５５】加熱室３９は、処理室３７側に開口する態
様で上ケース３２及び下ケース３３に設けた複数の環状
溝（図示の実施形態では各５本）４０，４１内に光放射
加熱用ヒータ３８を収容させるが、各環状溝４０，４１
は内面を鏡面加工した反射面で形成し、環状溝４０，４
１には半導体ウェハ３の中心に対して直径の異なる複数
の各光放射部４２を同心円状態で並列状に配置させる。

【００５６】光放射加熱用ヒータ３８は、光放射加熱用
ヒータ２０と同様に給電部４３の先端に環状の光放射部
４２を直角状に形成した構成であり、給電部４３の基端
側にＯリングを巻装してシールした状態とし、取付板４
４，４４を介して外側に突出させて基端側を冷却手段で
冷却させ、隣接する環状溝４０及び環状溝４１の相互間
は側面に穿設した連通孔４６，４７を介して連通させ
る。

【００５７】この加熱室３９には、加熱室５及び補助加
熱室の場合と同様に、給排気部４８を介してＰＩＤ圧力
制御装置（図示を省略）を接続して圧力調整ガスを給排
気させると共に、光放射加熱用ヒータ３８に対してはＰ
ＩＤ温度制御装置（図示は省略）によって一括又は個別
或いは任意の組み合わせで点灯及び出力制御が行われ
る。

【００５８】処理室３７には、支持台４９を設けて半導
体ウエハ３を支持させると共に、ＰＩＤ圧力制御装置に
接続させた処理ガス導入部５０と処理ガス排気部５１を
介して処理用ガスの給排気をさせ、加熱手段である光放
射加熱用ヒータ３８の光放射エネルギーによって半導体
ウエハ３の熱処理を行うが、必要に応じて支持台４９を
ターンテーブルにしても良い。

【００５９】外側カバー３４は、常時はＯリングなどの
シール部材を介して上ケース３２と下ケース３３が密封
状に接合されているが、半導体ウエハ３を出し入れする
作業は下ケース３３から上ケース３２を取り外した分離
状態にして行う。

【００６０】熱処理装置３１では、熱処理装置１におけ
る補助加熱手段の場合と同様に、仕切板３５，３６によ
って処理室３７から分離された加熱室４８，４８を形成
するが、この仕切板３５，３６となる耐熱性ガラスは、
光放射加熱用ヒータ３８を装着する環状溝４０，４１の
開口部周縁に当接した状態で支持されるので、板厚３ｍ
ｍ以下の薄いものでも加圧変化に対して強度的に耐えら
れる。

【００６１】従って、この熱処理装置３１では構造的に
光放射加熱用ヒータ３８を処理室３７に近接して配置さ
せることができると共に、仕切板３５，３６の板厚を薄
くすることで光放射エネルギーのロスを軽減できるの
で、この点からも昇温及び降温に対する加熱応答性を良
くすることが可能である。

【００６２】次に、第１の実施形態による熱処理装置１
を用いた熱処理方法について説明すると、ウエハボート
１４で水平支持された多数の半導体ウエハ３をボートロ
ーダによって処理室２内へ収容させ、給排気部１２に接
続したＰＩＤ圧力制御装置で加熱室５内を減圧させて少
なくとも１０^-3Ｔｏｒｒ程度の真空度とし、上下の補助
加熱室に対しても同様の真空度に減圧させ、加熱室５及
び補助加熱室は処理室２を囲繞する保温層を形成する。

【００６３】次いで、処理ガス排気部１７に接続したＰ
ＩＤ圧力制御装置で処理室２内を加圧又は減圧させる
が、この設定圧力は熱処理の内容によって概ね５０〜１
０^-7Ｔｏｒｒの範囲内で設定を可変できるようにしてい
る。

【００６４】次いで、処理室２内へ処理ガス導入部１６
から処理用ガスを導入するが、例えば半導体ウエハ３に
酸化膜を形成する場合には処理用ガスとしてN²．O₂を導
入すると共に、処理室２内の設定圧力は処理工程に適合
させて２Ｋｇ／ｃｍ²の加圧状態から１０^-7Ｔｏｒｒの
減圧状態の範囲内で可変させながら行う。

【００６５】次いで、光放射加熱用ヒータ４，２０に対
する通電を行って加熱室５及び補助加熱室が所望の設定
温度（例えば、酸化膜の成膜の場合には７００〜１２０
０℃）になるようにＰＩＤ温度制御装置で制御するが、
その際には要所に配置した熱電対温度計の実測値に基づ
いて各光放射加熱用ヒータを必要な出力比率で個別に制
御したり、所望の温度勾配を持たせる制御も可能であ
る。

【００６６】成膜などの熱処理が終了して新たな熱処理
を行う際などに降温させる場合には、保温層を形成して
いる加熱室５及び補助加熱室に対する減圧を解除して大
気又は加圧状態にすると、加熱室内部の温度を急激に低
下させて新たな熱処理作業に迅速に移行させることがで
き、また熱処理中において設定温度を段階的に微小に変
化させることも容易である。

【００６７】従って、作業能率が良くて生産性の向上及
び電力消費の低減を図ることができることは勿論である
が、処理室２内の温度を短時間で而も微細な設定温度に
追従させることができることによって、半導体ウエハ３
に対してサーマルショックを軽減させることができると
共に、均一で良質な熱処理を行うことができる。

【００６８】尚、本発明による熱処理装置と抵抗発熱体
を用いた従来の熱処理装置装置に付いて、外径３００ｍ
ｍの半導体ウエハ５０枚を熱処理した際における熱処理
特性を実測したので、その比較データを以下に示す。

【００６９】本発明による熱処理装置１の場合昇温特性１０００℃／ＭＩＮ均熱特性 ±０．５℃ 降温特性３００℃／ＭＩＮ圧力特性２Ｋｇ／ｃｍ²〜１０^-7Ｔｏｒｒ

【００７０】従来の熱処理装置の場合昇温特性１５〜２０℃／ＭＩＮ均熱特性 ±０．５℃ 降温特性５〜１５℃／ＭＩＮ圧力特性７６０Ｔｏｒｒ〜１０^-3Ｔｏｒｒ

【００７１】また、第２の実施形態による熱処理装置３
１を用いた熱処理方法は、第１の実施形態による熱処理
装置１の場合と同様に行われるが、外径２００ｍｍの半
導体ウエハを熱処理した際における熱処理特性を実測し
たデータを以下に示す。

【００７２】昇温特性５００℃／ＳＥＣ均熱特性 ±１℃ 降温特性１０００℃から５００℃まで（１）２．５ＳＥＣ（加熱室の圧力を１０^-3Ｔｏｒｒから５０Ｔｏｒｒに増
圧した場合）（２）４ＳＥＣ（加熱室の圧力を１０^-3Ｔｏｒｒに維持した場合）

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における第１の実施形態によるバッジ式
の熱処理装置を縦断面図。

【図２】図１の装置における要部平面図。

【図３】同装置に加熱手段として用いる光放射加熱用ヒ
ータの平面図と側面図。

【図４】同装置に加熱手段として用いる他の光放射加熱
用ヒータの平面図と側面図。

【図５】本発明における第２の実施形態による枚葉式の
熱処理装置を縦断面図。

【図６】図５の装置における要部を平面図。

【符号の説明】

１熱処理装置（バッチ式）２，３７処理室３半導体ウエハ４，２０，３８光放射加熱ヒータ（加熱手段）５，３９加熱室６外筒部６Ａ，６Ｂ分割筒７，１８，４３給電部８，１９，４２光放射部９，２１，２２，４０，４１環状溝１０天板部１１底板部１２，４８給排気部１３内筒部１４ウエハボート１５回転軸１６，５０処理ガス導入部１７，５１処理ガス排気部２３，２４，４４，４５取付板２５，２６，４６，４７連通孔２７，２８，３５，３６仕切り板２９，３０均熱管３１熱処理装置（枚葉式）３２上ケース３３下ケース３４外側カバー４９支持台

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】処理用ガスが導入される処理室と、この
処理室に収容させた半導体ウェハを加熱する加熱手段
と、前記処理室を囲繞する態様で前記加熱手段を装着し
て加熱室を形成する半導体ウェハの熱処理装置であっ
て、前記加熱手段は、給電部の先端側に環状の光放射部が形
成された多数の光放射加熱用ヒータで構成され、この光
放射部を前記処理室に沿って所定間隔毎に並列状に配置
することを特徴とした半導体ウェハの熱処理装置。
【請求項２】前記光放射加熱用ヒータは、赤外放射の
ハロゲンランプである請求項１に記載した半導体ウェハ
の熱処理装置。
【請求項３】前記加熱室は、内側に開口して前記光放
射部が個別に収容される環状溝を並列状に設けた外側カ
バー内に形成され、当該環状溝には反射面を設けた請求
項１又は２に記載した半導体ウェハの熱処理装置。
【請求項４】前記加熱室は、密封状に形成して内部に
圧力調整ガスを給排気させる請求項１〜３のいずれかに
記載した半導体ウェハの熱処理装置。
【請求項５】前記光放射加熱用ヒータは、給電部の基
部側外周にＯリングを巻装して前記外側カバーの内外を
シールした状態で外部に突出させると共に、この突出さ
せた給電部の基部側を冷却する冷却手段を設けた請求項
１〜４のいずれかに記載した半導体ウェハの熱処理装
置。
【請求項６】前記光放射加熱用ヒータは、前記光放射
部が延在する円周方向に沿って各給電部の位置をずらせ
た状態で配置させた請求項１〜５のいずれかに記載した
半導体ウェハの熱処理装置。
【請求項７】前記処理室は、底部側が開口する縦長円
筒状で耐熱性及び透光性の内筒部で形成され、この内筒
部にウエハボートで水平支持した多数の半導体ウェハ
を、ボートローダによって取り出し可能に収容させ、前
記外側カバーは、耐熱金属製の外筒部の上下を天板部と
底板部で閉塞させ、当該外筒部に前記光放射加熱用ヒー
タを装着させ、各半導体ウェハを配列した垂直方向に沿
って並列状に配置させた請求項１〜６のいずれかに記載
した半導体ウェハの熱処理装置。
【請求項８】前記外筒部は、断面半円状の分割筒を左
右から合体して形成され、各分割筒には前記光放射加熱
用ヒータを一段置きに交互に装着させた請求項１〜７の
いずれかに記載した半導体ウェハの熱処理装置。
【請求項９】前記処理室又は加熱室のいずれか一方に
は、前記光放射加熱用ヒータに対向させて均熱管を設け
た請求項１〜８のいずれかに記載した半導体ウェハの熱
処理装置。
【請求項１０】前記加熱室には、前記加熱手段と協働
して前記半導体ウェハを上下から加熱する補助加熱手段
を設け、この補助加熱手段は給電部の先端に環状の光放
射部が形成された多数の光放射加熱用ヒータで構成され
ると共に、前記半導体ウェハの中心に対して直径の異な
る複数を同心円状に配置させた請求項１〜９のいずれか
に記載した半導体ウェハの熱処理装置。
【請求項１１】前記外側カバーは、上下に配置して取
り外し可能に合体させた上ケースと下ケースで形成さ
れ、この上ケースと下ケース間に形成した空洞部には、
耐熱性及び透光性の円板状仕切板を上下へ平行状に設
け、この上下の円板状仕切板間で前記処理室を形成する
と共に、当該円板状仕切板の上部側及び下部側には前記
加熱室が形成され、前記処理室内には１〜複数枚の半導
体ウェハを水平支持させる保持部材を設け、前記光放射
加熱用ヒータは直径の異なる複数を前記円板状仕切板の
中心に対して同心円状に配置して前記上ケースと下ケー
スに装着させた請求項１〜６のいずれかに記載した半導
体ウェハの熱処理装置。