JP2002324791A

JP2002324791A - 熱処理装置

Info

Publication number: JP2002324791A
Application number: JP2001125931A
Authority: JP
Inventors: Kenji Ono; 健治大野
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2001-04-24
Filing date: 2001-04-24
Publication date: 2002-11-08

Abstract

(57)【要約】【課題】処理全体を通じた場合に、被処理基板の全面で
受熱量が均一化する様にし、被処理基板の歩留りを向上
させる。【解決手段】複数の被処理体１１を多段に保持可能な保
持手段７と、前記保持手段を装入し、前記被処理体を熱
処理する為の処理室１と、該処理室を囲繞し、前記被処
理体の周縁部方向から加熱する加熱手段２と、前記被処
理体を回転させる回転手段８とを具備する熱処理装置に
於いて、熱処理される際の前記被処理体には、被処理体
回転方向に対し、高温加熱領域１３と低温加熱領域１４
とが形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェーハ等
の被処理基板に酸化膜の生成、不純物の拡散等の処理を
行う熱処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】熱処理装置として、例えば縦型熱処理装
置がある。

【０００３】縦型熱処理装置は下方が開放し石英ガラス
等の耐熱材料で作られた反応管、該反応管を囲繞し、該
反応管内を加熱する円筒状のヒータ、前記反応管内でウ
ェーハを水平姿勢で所定枚数保持するボート、該ボート
を昇降し前記反応管内に装入、引出しするボートエレベ
ータ等から構成されている。

【０００４】前記ウェーハの処理はウェーハを所定枚数
保持したボートを前記反応管に装入し、前記ヒータによ
り前記反応管内の基板を加熱しつつ反応ガスを導入し、
酸化、拡散等所要の処理を行う。

【０００５】前記ヒータは前記反応管の周囲に巡らされ
た抵抗発熱体を有し、該抵抗発熱体に電力を供給するこ
とで発熱させ、ウェーハを加熱するものである。又、前
記抵抗発熱体は前記反応管の周囲に均等に巡らされてい
ることから、ウェーハの周縁部に関しては全周で均等に
加熱し、温度差は生じない様になっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ウェーハは
ボートに水平姿勢で多段に保持されており、周囲には前
記抵抗発熱体という熱源があるが、上下には熱源がな
い。この為、ウェーハの周縁部が先に熱くなり、熱伝導
によってウェーハの中央部が徐々に熱せられる事とな
り、ウェーハの周縁部が高く中央部が低くなるという温
度差を生じてしまう。

【０００７】温度は、酸化、拡散の熱処理状態を決定す
る大きな要因であるので、ウェーハ面内に於いて温度差
が生じることで面内の処理の均一性が損われ、歩留りが
低下するという問題を有していた。

【０００８】本発明は斯かる実情に鑑み、処理全体を通
じた場合に、被処理基板の全面で受熱量が均一化する様
にし、被処理基板の歩留りを向上させようとするもので
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数の被処理
体を多段に保持可能な保持手段と、前記保持手段を装入
し、前記被処理体を熱処理する為の処理室と、該処理室
を囲繞し、前記被処理体の周縁部方向から加熱する加熱
手段と、前記被処理体を回転させる回転手段とを具備す
る熱処理装置に於いて、熱処理される際の前記被処理体
には、被処理体回転方向に対し、高温加熱領域と低温加
熱領域とが形成される熱処理装置に係るものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態を説明する。

【００１１】先ず、図１、図２に於いて、本実施の形態
に係る熱処理装置について概略を説明する。

【００１２】図中、１は石英製の反応管であり、下端が
開放された有天筒状をしている。該反応管１を覆う様に
ヒータ２が同心に配設されている。該ヒータ２は有天筒
状の断熱材４の内周全面に抵抗発熱体３が設けられてい
る。

【００１３】該抵抗発熱体３は前記反応管１の中心線を
含む平面を境に分れており、半円筒内に高温加熱部３
ａ，低温加熱部３ｂが含まれる様な形状をしている。
又、該高温加熱部３ａ，低温加熱部３ｂからは接続端子
５ａ，５ｂが前記断熱材４より突出しており、該接続端
子５ａ，５ｂは図示しない電力制御部に接続されてい
る。又、前記反応管１と前記ヒータ２との間に温度検出
器６ａ，６ｂが設けられている（尚、分かり易くする
為、図１では温度検出器６ａ，６ｂを図２に対して９０
°回転させた位置に示している）。該温度検出器６ａは
前記高温加熱部３ａと前記反応管１間に、前記温度検出
器６ｂは低温加熱部３ｂと前記反応管１間に設けられ、
それぞれ高温加熱部３ａと低温加熱部３ｂと対応する位
置での温度を検出する様になっている。

【００１４】保持手段として石英製のボート７が用いら
れ、被処理基板１１は前記石英製のボート７により水平
に保持され、該ボート７は回転機構８を介して昇降台９
に支持され、該昇降台９は図示しないボートエレベータ
によって昇降可能となっている。

【００１５】前記被処理基板１１の処理は前記ボートエ
レベータの上昇によって前記ボート７が前記反応管１内
に装入されて行われる（図１の状態）。図示しない反応
ガス導入系により、前記反応管１内に反応ガスが導入さ
れ、図示しない電力制御部から前記高温加熱部３ａ、低
温加熱部３ｂに電力が供給され、前記温度検出器６ａ、
温度検出器６ｂの検出結果に基づき前記高温加熱部３
ａ、低温加熱部３ｂは個々に発熱が制御される。又、処
理中前記回転機構８により、前記ボート７が回転され
る。

【００１６】本実施の形態では前記高温加熱部３ａの加
熱温度と低温加熱部３ｂの加熱温度が異なる様に電力供
給が制御される。

【００１７】例えば、前記高温加熱部３ａの加熱目標温
度はＴ１とし、前記低温加熱部３ｂの加熱目標温度はＴ
２とし、前記加熱目標温度Ｔ１は前記加熱目標温度Ｔ２
よりΔＴ℃高く設定する。而して、前記高温加熱部３ａ
が被処理基板１１に高温加熱領域１３を形成し、前記低
温加熱部３ｂが被処理基板１１に低温加熱領域１４を形
成する。

【００１８】前記した様に処理中、前記ボート７は前記
回転機構８により回転されており、従って、前記被処理
基板１１は前記高温加熱部３ａが加熱する高温加熱領域
１３と前記低温加熱部３ｂが加熱する低温加熱領域１４
の中を回転しながら、加熱処理されることとなる。前記
被処理基板１１の所定点について観察すると、該所定点
は前記高温加熱領域１３と低温加熱領域１４に順次曝さ
れることとなる。

【００１９】所定点の温度変化について、図３〜図１１
に於いて説明する。

【００２０】該所定点は前記被処理基板１１の回転中心
である点Ｏ、及び該点Ｏを通る測定ライン１２上の点
Ｍ、点Ｅとする。尚、具体的には点Ｍは中心から１１５
mmの位置、点Ｅは中心から１４０mmの位置となってい
る。

【００２１】ある時点Ｔ0 に於いて、前記測定ライン１
２の位置は図３（Ａ）で示され、前記高温加熱領域１３
と前記低温加熱領域１４との境界に位置し、前記測定ラ
イン１２上の点Ｏに対する点Ｍ、点Ｅの温度偏差の分布
は図４で示される。

【００２２】時点Ｔ0 の状態より、前記被処理基板１１
が４５°回転した時点Ｔ1 に於ける前記測定ライン１２
の位置は図３（Ｂ）で示され、前記点Ｏに対する点Ｍ、
点Ｅの温度偏差分布は図５で示される。

【００２３】時点Ｔ1 の状態より、前記被処理基板１１
が更に４５°回転（時点Ｔ0 より９０°回転）した時点
Ｔ2 に於ける前記測定ライン１２の位置は図３（Ｃ）で
示され、前記点Ｏに対する点Ｍ、点Ｅの温度偏差分布は
図６で示される。

【００２４】時点Ｔ2 の状態より、前記被処理基板１１
が更に４５°回転（時点Ｔ0 より１３５°回転）した時
点Ｔ3 に於ける前記測定ライン１２の位置は図３（Ｄ）
で示され、前記点Ｏに対する点Ｍ、点Ｅの温度偏差分布
は図７で示される。

【００２５】時点Ｔ3 の状態より、前記被処理基板１１
が更に４５°回転（時点Ｔ0 より１８０°回転）した時
点Ｔ4 に於ける前記測定ライン１２の位置は図３（Ｅ）
で示され、前記点Ｏに対する点Ｍ、点Ｅの温度偏差分布
は図８で示される。

【００２６】時点Ｔ4 の状態より、前記被処理基板１１
が更に４５°回転（時点Ｔ0 より２２５°回転）した時
点Ｔ5 に於ける前記測定ライン１２の位置は図３（Ｆ）
で示され、前記点Ｏに対する点Ｍ、点Ｅの温度偏差分布
は図９で示される。

【００２７】時点Ｔ5 の状態より、前記被処理基板１１
が更に４５°回転（時点Ｔ0 より２７０°回転）した時
点Ｔ6 に於ける前記測定ライン１２の位置は図３（Ｇ）
で示され、前記点Ｏに対する点Ｍ、点Ｅの温度偏差分布
は図１０で示される。

【００２８】時点Ｔ6 の状態より、前記被処理基板１１
が更に４５°回転（時点Ｔ0 より３１５°回転）した時
点Ｔ7 に於ける前記測定ライン１２の位置は図３（Ｈ）
で示され、前記点Ｏに対する点Ｍ、点Ｅの温度偏差分布
は図１１で示される。

【００２９】時点Ｔ7 の状態より、前記被処理基板１１
が更に４５°回転（時点Ｔ0 より３６０°回転）した時
点ではＴ0 の状態に戻り（図３（Ｉ）参照）、前記点Ｏ
に対する点Ｍ、点Ｅの温度偏差分布は図４で示されたも
のとなる。

【００３０】而して、回転を継続すると前記図４から図
１１に示す状態が繰返される。

【００３１】上記した様に、前記被処理基板１１が回転
し、前記高温加熱領域１３、低温加熱領域１４を通過す
ることで、所定点は時間の経過と共に変動する。更に、
ある所定ライン（前記測定ライン１２）に着目して、該
測定ライン１２上での温度分布の変動を観察すると、該
測定ライン１２が高温加熱領域１３を通過する状態では
前記被処理基板１１の周辺部が高温となり、前記測定ラ
イン１２が低温加熱領域１４を通過する状態では、周辺
部が低温となっている。これは、前記被処理基板１１が
熱容量を有し、給熱状態が変化した場合の追従の遅れに
よるものであると考えられる。

【００３２】次に、図１２は前記測定ライン１２が３６
０°回転した場合、前記点Ｏに対する点Ｍ、点Ｅの温度
偏差の推移を示すものである。更に、点Ｏ、点Ｍ、点Ｅ
が３６０°回転した場合の、これら点Ｏ、点Ｍ、点Ｅの
受熱総量の差は、図１２に示す温度偏差を積算したもの
と比例する。

【００３３】図１２の最下段には点Ｏ、点Ｍ、点Ｅの温
度偏差の積算値を示しているが、点Ｏ、点Ｍ、点Ｅでの
温度偏差の積算値は０となっている。従って、前記測定
ライン１２が３６０°回転する過程で点Ｏ、点Ｍ、点Ｅ
の受熱総量は等しくなっている。

【００３４】尚、前記被処理基板１１の熱処理に於い
て、熱処理の成果、即ち品質は受熱総量が重要な要因と
なっており、受熱総量を一定にすることで処理品質を一
定に保持できることを、本発明者は、過去の実績、実験
等で確認している。

【００３５】而して、被処理基板１１を高温加熱領域１
３、低温加熱領域１４から形成された加熱領域内で回転
させ、熱処理過程での受熱総量を一定にする様にすれ
ば、被処理基板面内での処理品質の均一化を向上させる
ことができる。

【００３６】尚、温度分布の変化、被処理基板の回転速
度、高温加熱領域１３、低温加熱領域１４との加熱温度
差、被処理基板の材質、形状により、温度偏差の積算値
が０となる様な条件が異なるのは当然であり、適宜温度
偏差の積算値が０となる様な条件を選択しなければなら
ないことは勿論である。要は、熱処理過程を通して、被
処理基板１１の任意の点での受熱総量が等しくなればよ
い。換言すれば、熱処理過程を通して、被処理基板１１
の任意の点での温度偏差の積算値が０となる様にすれば
よい。

【００３７】尚、被処理基板１１の回転速度が大きい場
合、加熱温度差が少ない場合、被処理基板１１の比熱が
大きい場合等では、前記温度偏差の変動量は少なくな
る。即ち、被処理基板１１の回転速度、加熱温度差、或
は加熱領域の分割の態様等を適宜選択することで、多種
に亘る材質、形状の被処理基板１１に対しても、温度偏
差の積算値が０となる様な条件を選択することが可能と
なる。

【００３８】更に、最適な条件が得られた場合、回転速
度、前記高温加熱領域１３、低温加熱領域１４の加熱状
態を再現性よく制御することで、前記被処理基板１１の
歩留りを向上させることができる。

【００３９】尚、前記ヒータ２は高温加熱部３ａ、低温
加熱部３ｂとに均等に２分割したが、必ずしも均等に２
分割する必要はなく、被処理基板１１に高温加熱領域１
３、低温加熱領域１４が存在すればよい。又、ヒータ自
体は高温加熱部３ａ、低温加熱部３ｂとに分割せず、冷
却媒体、例えば空気、窒素ガス等の冷却ガスが通過する
冷却パイプを設け、或はノズルより冷却ガスを所定部分
に供給して部分的に温度が低い領域を形成する冷却手段
を具備した加熱手段としてもよい。更に、高温加熱部３
ａと低温加熱部３ｂの配置はそれぞれ一箇所以上あれば
よく、同数である必要もなく、加熱面積などの構造的な
等比性も必要ない。又、本実施の形態では、ヒータ２を
高温加熱部３ａ、低温加熱部３ｂという２分割とした
が、例えば、高温、中温、低温という３つ以上の温度帯
に分割したヒータであってもよい。

【００４０】又、前記被処理基板１１を回転させている
が、回転速度については再現性があれば、熱処理中一定
である必要はなく、回転軸も被処理基板１１の中心、重
心を通る必要もない。

【００４１】更に又、上記実施の形態では、円筒型ヒー
タにより多数の被処理基板１１を処理する縦型熱処理装
置について説明したが、ヒータ形状は円筒形に限らず、
４角柱など多角柱型であってもよく、前記被処理基板１
１の枚数は多数枚でも、一枚でも実施可能であることは
言う迄もない。又、ヒータは抵抗発熱体にて説明した
が、ランプ等、他の加熱手段によるものであってもよ
い。

【００４２】

【発明の効果】以上述べた如く本発明によれば、複数の
被処理体を多段に保持可能な保持手段と、前記保持手段
を装入し、前記被処理体を熱処理する為の処理室と、該
処理室を囲繞し、前記被処理体の周縁部方向から加熱す
る加熱手段と、前記被処理体を回転させる回転手段とを
具備する熱処理装置に於いて、熱処理される際の前記被
処理体には、被処理体回転方向に対し、高温加熱領域と
低温加熱領域とが形成されるので、処理全体を通じた場
合に、被処理基板の全面で受熱量が均一化し、処理品質
が安定し、被処理基板の歩留りが向上するという優れた
効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す概略断面図である。

【図２】同前実施の形態の平断面図である。

【図３】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）（Ｆ）（Ｇ）
（Ｈ）（Ｉ）は同前実施例に於いて、被処理基板を４５
°ずつ回転させた場合の状態を示す説明図である。

【図４】図３（Ａ）の被処理基板の位置に対応する温度
偏差のグラフである。

【図５】図３（Ｂ）の被処理基板の位置に対応する温度
偏差のグラフである。

【図６】図３（Ｃ）の被処理基板の位置に対応する温度
偏差のグラフである。

【図７】図３（Ｄ）の被処理基板の位置に対応する温度
偏差のグラフである。

【図８】図３（Ｅ）の被処理基板の位置に対応する温度
偏差のグラフである。

【図９】図３（Ｆ）の被処理基板の位置に対応する温度
偏差のグラフである。

【図１０】図３（Ｇ）の被処理基板の位置に対応する温
度偏差のグラフである。

【図１１】図３（Ｈ）の被処理基板の位置に対応する温
度偏差のグラフである。

【図１２】温度偏差の時間的変化を示す表である。

【符号の説明】

１反応管２ヒータ３抵抗発熱体４断熱材６温度検出器７ボート８回転機構１２測定ライン１３高温加熱領域１４低温加熱領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の被処理体を多段に保持可能な保持
手段と、前記保持手段を装入し、前記被処理体を熱処理
する為の処理室と、該処理室を囲繞し、前記被処理体の
周縁部方向から加熱する加熱手段と、前記被処理体を回
転させる回転手段とを具備する熱処理装置に於いて、熱
処理される際の前記被処理体には、被処理体回転方向に
対し、高温加熱領域と低温加熱領域とが形成されること
を特徴とする熱処理装置。