JP2003031510A - 熱処理装置および熱処理方法 - Google Patents
熱処理装置および熱処理方法Info
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- H—ELECTRICITY
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
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- H—ELECTRICITY
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- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/46—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for heating the substrate
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 熱処理温度の収束が速く、かつ広い処理
温度範囲で温度安定性が高い熱処理装置を提供する。 【解決手段】 熱処理装置は、収納された被処理体を熱
処理する処理室と、処理室の外面に沿って形成された流
体通路と、流体通路に配設された前記熱処理用の加熱手
段と、流体を加熱手段の加熱面に接触して流体通路を通
過させる流体通過手段と、流体通路を通過する流体の温
度および／または流量を制御する制御手段とを備える。
温度範囲で温度安定性が高い熱処理装置を提供する。 【解決手段】 熱処理装置は、収納された被処理体を熱
処理する処理室と、処理室の外面に沿って形成された流
体通路と、流体通路に配設された前記熱処理用の加熱手
段と、流体を加熱手段の加熱面に接触して流体通路を通
過させる流体通過手段と、流体通路を通過する流体の温
度および／または流量を制御する制御手段とを備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱処理装置および
それを用いた熱処理方法に関し、特に、半導体製造にお
いて半導体基板に膜形成等を行うための熱処理装置およ
び熱処理方法に関する。
それを用いた熱処理方法に関し、特に、半導体製造にお
いて半導体基板に膜形成等を行うための熱処理装置およ
び熱処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、半導体装置の製造においては、
熱処理成膜装置やＣＶＤ装置など（以下、熱処理装置と
総称する）を使用して、半導体基板上にポリシリコン
膜、酸化膜、窒化膜などの薄膜を形成する工程が多用さ
れている。これら熱処理工程は、デバイスの微細化に伴
って、低温化が求められるとともに、生産性の向上のた
めに処理時間の短縮が求められている。
熱処理成膜装置やＣＶＤ装置など（以下、熱処理装置と
総称する）を使用して、半導体基板上にポリシリコン
膜、酸化膜、窒化膜などの薄膜を形成する工程が多用さ
れている。これら熱処理工程は、デバイスの微細化に伴
って、低温化が求められるとともに、生産性の向上のた
めに処理時間の短縮が求められている。
【０００３】特開平６−５３１４１号公報には、図１０
に示すように、空冷装置を有し、スループットの向上が
図られた熱処理装置が開示されている。図１０におい
て、熱処理装置１００は、ボート２上に収納された半導
体ウエハ１に熱処理を施すための処理室３と、処理室３
との間に流体通路８、９を形成して処理室の外側を覆う
保温部材７と、流体通路８、９に配設され処理室３内を
加熱するヒーター６と、ヒーター６の加熱面に接触する
よう流体通路８、９に流体１４（空気）を通過させる送
風機２１（空冷装置）と、流体通路８、９の入口に配設
された開閉バルブ１９とからなる。送風機２１は一定風
量で駆動され、流体通路８、９を空冷する。
に示すように、空冷装置を有し、スループットの向上が
図られた熱処理装置が開示されている。図１０におい
て、熱処理装置１００は、ボート２上に収納された半導
体ウエハ１に熱処理を施すための処理室３と、処理室３
との間に流体通路８、９を形成して処理室の外側を覆う
保温部材７と、流体通路８、９に配設され処理室３内を
加熱するヒーター６と、ヒーター６の加熱面に接触する
よう流体通路８、９に流体１４（空気）を通過させる送
風機２１（空冷装置）と、流体通路８、９の入口に配設
された開閉バルブ１９とからなる。送風機２１は一定風
量で駆動され、流体通路８、９を空冷する。
【０００４】半導体ウエハ１に熱処理を施す際の処理室
３の最高温度は、処理内容によって異なり、例えば、低
温（１００〜５００℃）、中温（５００〜９００℃）お
よび高温（９００〜１３００℃）に分けることができ
る。ウエハ１を処理室３から取り出すには処理室３を冷
却する必要があるが、熱処理装置１００では、中温（例
えば、約８００℃）での処理後の冷却時に、処理室３を
−３０℃／分程度の速さで降温することが可能となり、
空冷装置をもたない装置（自然冷却による降温速度が−
５℃／分程度）に比べてスループットが大きく向上す
る。開閉バルブ１９は、冷却時のみ開かれて高温の排気
を排出し、冷却時以外では熱が無駄に放出されるのを防
ぐために閉じられる。
３の最高温度は、処理内容によって異なり、例えば、低
温（１００〜５００℃）、中温（５００〜９００℃）お
よび高温（９００〜１３００℃）に分けることができ
る。ウエハ１を処理室３から取り出すには処理室３を冷
却する必要があるが、熱処理装置１００では、中温（例
えば、約８００℃）での処理後の冷却時に、処理室３を
−３０℃／分程度の速さで降温することが可能となり、
空冷装置をもたない装置（自然冷却による降温速度が−
５℃／分程度）に比べてスループットが大きく向上す
る。開閉バルブ１９は、冷却時のみ開かれて高温の排気
を排出し、冷却時以外では熱が無駄に放出されるのを防
ぐために閉じられる。
【０００５】特開平７−１３５１８２号公報には、図１
１に示すように、上記と同様の空冷装置を有するととも
に、熱交換器２０が介設された排気循環路を備えた熱処
理装置２００が開示されている。熱処理装置２００で
は、排気循環路に排出された高温の排気を熱交換器２０
で冷却し、処理室３に戻して再利用される。
１に示すように、上記と同様の空冷装置を有するととも
に、熱交換器２０が介設された排気循環路を備えた熱処
理装置２００が開示されている。熱処理装置２００で
は、排気循環路に排出された高温の排気を熱交換器２０
で冷却し、処理室３に戻して再利用される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】前記の熱処理装置１０
０および熱処理装置２００では、処理室３内を短時間で
冷却することができる。しかしながら、これらの熱処理
装置では、処理室３での熱処理完了後に、室温程度の空
気を大量に流体通路８、９に流すため、処理室３が高温
状態（例えば、１２００℃位）にある場合には、急激な
温度変化により、ヒーター６および処理室３を破損する
おそれがあるという問題があった。
０および熱処理装置２００では、処理室３内を短時間で
冷却することができる。しかしながら、これらの熱処理
装置では、処理室３での熱処理完了後に、室温程度の空
気を大量に流体通路８、９に流すため、処理室３が高温
状態（例えば、１２００℃位）にある場合には、急激な
温度変化により、ヒーター６および処理室３を破損する
おそれがあるという問題があった。
【０００７】別の問題としては、昇温時のオーバーシュ
ートがある。通常、熱処理開始時に処理室３を高速で設
定温度まで上げると、温度のオーバーシュートが生じ
る。図１２は、このオーバーシュートの一例を示す。図
１２において、グラフ１は、＋３０℃／分で１００℃か
ら４００℃まで昇温した場合の処理室３内の温度変化を
示す。この場合、設定温度４００℃に対して＋８０℃の
オーバーシュートが起きており、処理室３内のウエハは
不必要な加熱を受ける。また、設定温度で反応を進める
には、温度が収束するまで待たなければならず、スルー
プットが低下する。
ートがある。通常、熱処理開始時に処理室３を高速で設
定温度まで上げると、温度のオーバーシュートが生じ
る。図１２は、このオーバーシュートの一例を示す。図
１２において、グラフ１は、＋３０℃／分で１００℃か
ら４００℃まで昇温した場合の処理室３内の温度変化を
示す。この場合、設定温度４００℃に対して＋８０℃の
オーバーシュートが起きており、処理室３内のウエハは
不必要な加熱を受ける。また、設定温度で反応を進める
には、温度が収束するまで待たなければならず、スルー
プットが低下する。
【０００８】温度のオーバーシュートを防ぐため、昇温
レートを段階的に低下させる方法がある。図１２のグラ
フ２は、設定温度を段階的に設定して設定温度４００℃
まで昇温した場合の処理室３内の温度変化を示す。この
場合、昇温完了までの時間が長くなり、結果的には不必
要な熱処理が行われることに変わりはなく、スループッ
トも同様に低下する。また、デバイスシミュレーション
を行う場合には、オーバーシュートを考慮せずにシミュ
レーションを行うことが多く、実際のデバイスとシミュ
レーションの結果との間に大きな差が出る。すなわち、
オーバーシュートは各熱処理装置間でばらつきがあるた
め、実験を行ってデータを取得せねばならず、シミュレ
ーションへフィードバックするには長時間を要するので
ある。
レートを段階的に低下させる方法がある。図１２のグラ
フ２は、設定温度を段階的に設定して設定温度４００℃
まで昇温した場合の処理室３内の温度変化を示す。この
場合、昇温完了までの時間が長くなり、結果的には不必
要な熱処理が行われることに変わりはなく、スループッ
トも同様に低下する。また、デバイスシミュレーション
を行う場合には、オーバーシュートを考慮せずにシミュ
レーションを行うことが多く、実際のデバイスとシミュ
レーションの結果との間に大きな差が出る。すなわち、
オーバーシュートは各熱処理装置間でばらつきがあるた
め、実験を行ってデータを取得せねばならず、シミュレ
ーションへフィードバックするには長時間を要するので
ある。
【０００９】このように、従来の熱処理装置は、昇温速
度には優れているが、その後の温度収束に要する時間が
長く、安定した熱処理プロセスを構築する上で障害とな
っていた。
度には優れているが、その後の温度収束に要する時間が
長く、安定した熱処理プロセスを構築する上で障害とな
っていた。
【００１０】さらに、別の問題として、熱処理時におけ
る処理室３内の温度の安定性がある。図１３は、従来の
熱処理装置（特に拡散炉）で、処理室３内の温度を４５
０℃から＋３℃／分の昇温速度で７００℃まで昇温し、
昇温開始２時間経過後（０分）からの処理室３内の温度
を記録したものである。また、図１４は、従来の熱処理
装置で、処理室３内の温度を４５０℃から−３℃／分の
降温速度で２００℃まで降温し、降温開始２時間経過後
（０分）からの処理室３内の温度を記録したものであ
る。
る処理室３内の温度の安定性がある。図１３は、従来の
熱処理装置（特に拡散炉）で、処理室３内の温度を４５
０℃から＋３℃／分の昇温速度で７００℃まで昇温し、
昇温開始２時間経過後（０分）からの処理室３内の温度
を記録したものである。また、図１４は、従来の熱処理
装置で、処理室３内の温度を４５０℃から−３℃／分の
降温速度で２００℃まで降温し、降温開始２時間経過後
（０分）からの処理室３内の温度を記録したものであ
る。
【００１１】図１３に示すように、処理室３内を中・高
温に維持する場合の温度安定性はよいが、図１４に示す
ように、処理室３内を低温（例えば、２００℃位）に維
持する場合の温度安定性はよくない。このため、配線形
成工程で必要な低温の熱処理を行うには、低温専用ヒー
ター等を搭載した熱処理装置を別途用意する必要があっ
た。
温に維持する場合の温度安定性はよいが、図１４に示す
ように、処理室３内を低温（例えば、２００℃位）に維
持する場合の温度安定性はよくない。このため、配線形
成工程で必要な低温の熱処理を行うには、低温専用ヒー
ター等を搭載した熱処理装置を別途用意する必要があっ
た。
【００１２】本発明は、上記の従来の問題点を解決する
ためになされたものであり、熱処理温度の収束が速く、
かつ広い処理温度範囲で温度安定性が高い熱処理装置を
提供することを目的とする。
ためになされたものであり、熱処理温度の収束が速く、
かつ広い処理温度範囲で温度安定性が高い熱処理装置を
提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】この発明によれば、収納
された被処理体を熱処理する処理室と、処理室の外面に
沿って形成された流体通路と、流体通路に配設された前
記熱処理用の加熱手段と、流体を加熱手段の加熱面に接
触して流体通路を通過させる流体通過手段と、流体通路
を通過する流体の温度および／または流量を制御する制
御手段とを備えた熱処理装置が提供される。
された被処理体を熱処理する処理室と、処理室の外面に
沿って形成された流体通路と、流体通路に配設された前
記熱処理用の加熱手段と、流体を加熱手段の加熱面に接
触して流体通路を通過させる流体通過手段と、流体通路
を通過する流体の温度および／または流量を制御する制
御手段とを備えた熱処理装置が提供される。
【００１４】すなわち、流体通路を通過させる流体の温
度および／または流量を制御する流体制御手段を備えた
上記構成により、加熱手段による熱処理を行う際に、昇
温および降温（すなわち、冷却）の速度を高めることが
できるとともに、加熱手段からの伝熱を微調整すること
ができるので、熱処理温度の収束が速く、さらに広い処
理温度範囲で高い温度安定性を得ることができ、スルー
プットが向上する。また、処理室を高温状態から中温状
態まで冷却する際においても、処理室に急激な温度変化
を生じないよう流体を制御することにより、処理室を破
損することがない。
度および／または流量を制御する流体制御手段を備えた
上記構成により、加熱手段による熱処理を行う際に、昇
温および降温（すなわち、冷却）の速度を高めることが
できるとともに、加熱手段からの伝熱を微調整すること
ができるので、熱処理温度の収束が速く、さらに広い処
理温度範囲で高い温度安定性を得ることができ、スルー
プットが向上する。また、処理室を高温状態から中温状
態まで冷却する際においても、処理室に急激な温度変化
を生じないよう流体を制御することにより、処理室を破
損することがない。
【００１５】この発明における被処理体としては、半導
体基板（ウェハー）等が挙げられるが、これに限定され
るものではない。この発明における熱処理装置として
は、半導体基板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ためのＣＶＤ装置、酸化膜
形成装置および拡散装置等が挙げられる。この発明にお
ける流体通路とは、処理室の外面に加熱用流体あるいは
冷却用流体を接触させて処理室内と処理室外との間で熱
の授受を行う通路であり、具体的には、処理室の外面と
その外側の保温材からなる外壁との間に形成される通路
が挙げられる。
体基板（ウェハー）等が挙げられるが、これに限定され
るものではない。この発明における熱処理装置として
は、半導体基板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ためのＣＶＤ装置、酸化膜
形成装置および拡散装置等が挙げられる。この発明にお
ける流体通路とは、処理室の外面に加熱用流体あるいは
冷却用流体を接触させて処理室内と処理室外との間で熱
の授受を行う通路であり、具体的には、処理室の外面と
その外側の保温材からなる外壁との間に形成される通路
が挙げられる。
【００１６】この発明における加熱手段としては、その
表面に流体と接触する十分な接触面積を有する加熱面を
備え、流体への伝熱が良好に行えるものが好ましい。こ
の発明における流体として空気等の気体あるいは液体が
用いられる。特に、冷却効果を高めたい場合には、水等
の液体を使用することが好ましい。この発明における制
御手段は、流体通路を通過する流体を流体通路の上流で
冷却または加熱する温度調整手段と、流体通路を通過す
る流体の流量を制御する流量制御手段と、処理室または
被処理体の温度を検知して温度調整手段と流量制御手段
の駆動を制御する流体制御部とからなるものが挙げられ
る。
表面に流体と接触する十分な接触面積を有する加熱面を
備え、流体への伝熱が良好に行えるものが好ましい。こ
の発明における流体として空気等の気体あるいは液体が
用いられる。特に、冷却効果を高めたい場合には、水等
の液体を使用することが好ましい。この発明における制
御手段は、流体通路を通過する流体を流体通路の上流で
冷却または加熱する温度調整手段と、流体通路を通過す
る流体の流量を制御する流量制御手段と、処理室または
被処理体の温度を検知して温度調整手段と流量制御手段
の駆動を制御する流体制御部とからなるものが挙げられ
る。
【００１７】流量制御手段としては、流体通路に配設さ
れた流量制御バルブが挙げられる。流体通過手段として
は、送風量可変のファンまたは送液量可変のポンプが挙
げられる。流体通過手段が、流体通路に並列に配置され
流量が互いに異なる複数の送風量可変のファンであれ
ば、きめ細かい流量調整が可能になる。制御手段は、処
理室または被処理体の温度を熱電対等の温度測定手段で
検知して加熱手段および温度調整手段をオンオフ制御す
るものが挙げられる。この場合処理室に収納された被処
理体の条件、すなわち、被処理体の種類、数量、設定温
度や外因による様々な変動に対応して、高い温度安定性
を得ることができる。なお、この発明において予め設定
されたプログラムに基づいて温度制御を行うプログラム
制御等を行えば、温度測定手段を設けなくてもよい。
れた流量制御バルブが挙げられる。流体通過手段として
は、送風量可変のファンまたは送液量可変のポンプが挙
げられる。流体通過手段が、流体通路に並列に配置され
流量が互いに異なる複数の送風量可変のファンであれ
ば、きめ細かい流量調整が可能になる。制御手段は、処
理室または被処理体の温度を熱電対等の温度測定手段で
検知して加熱手段および温度調整手段をオンオフ制御す
るものが挙げられる。この場合処理室に収納された被処
理体の条件、すなわち、被処理体の種類、数量、設定温
度や外因による様々な変動に対応して、高い温度安定性
を得ることができる。なお、この発明において予め設定
されたプログラムに基づいて温度制御を行うプログラム
制御等を行えば、温度測定手段を設けなくてもよい。
【００１８】この発明の別の観点によれば、収納された
被処理体を熱処理する処理室と、処理室の外面に沿って
形成された流体通路と、流体通路に配設された前記熱処
理用の加熱手段と、流体を加熱手段の加熱面に接触して
流体通路を通過させる流体通過手段と、加熱手段および
流体通過手段を制御する制御手段とを備えた熱処理装置
を用いて熱処理を行うに際し、制御手段が、熱処理中の
少なくとも一時期に、流体の温度および／または流量を
変えながら流体通路に流体を通過させるよう流体通過手
段に指令を行う熱処理方法が提供される。この発明で
は、熱処理が、予め設定された処理温度に到達するまで
の昇温期間、前記設定温度を一定範囲で維持する維持期
間および熱処理が終了するまでの降温期間からなり、制
御手段が、前記期間の少なくとも一時期に、処理室また
は被処理体の温度を検知して流体の温度および／または
流量を制御する。
被処理体を熱処理する処理室と、処理室の外面に沿って
形成された流体通路と、流体通路に配設された前記熱処
理用の加熱手段と、流体を加熱手段の加熱面に接触して
流体通路を通過させる流体通過手段と、加熱手段および
流体通過手段を制御する制御手段とを備えた熱処理装置
を用いて熱処理を行うに際し、制御手段が、熱処理中の
少なくとも一時期に、流体の温度および／または流量を
変えながら流体通路に流体を通過させるよう流体通過手
段に指令を行う熱処理方法が提供される。この発明で
は、熱処理が、予め設定された処理温度に到達するまで
の昇温期間、前記設定温度を一定範囲で維持する維持期
間および熱処理が終了するまでの降温期間からなり、制
御手段が、前記期間の少なくとも一時期に、処理室また
は被処理体の温度を検知して流体の温度および／または
流量を制御する。
【００１９】また、制御手段が、予め設定された処理温
度に到達する直前に、前記流体を流体通路に通過させる
よう流体通過手段に指令を行うことにより、昇温のため
に過剰に与えられた熱を除去できるので、温度のオーバ
ーシュートが抑制できる。また、制御手段が、被処理体
の熱処理に際し、熱処理設定温度に対して、例えば、−
１００℃に制御した流体を流し続けるよう流体通過手段
に指令を行うことにより、所定温度での熱処理の際に熱
処理温度を安定させることができる。特に低温での熱処
理の際、流体通路に極低温（例えば、−１００〜１００
℃程度）に制御した流体を流し続けることにより、熱処
理温度を安定させることができる。
度に到達する直前に、前記流体を流体通路に通過させる
よう流体通過手段に指令を行うことにより、昇温のため
に過剰に与えられた熱を除去できるので、温度のオーバ
ーシュートが抑制できる。また、制御手段が、被処理体
の熱処理に際し、熱処理設定温度に対して、例えば、−
１００℃に制御した流体を流し続けるよう流体通過手段
に指令を行うことにより、所定温度での熱処理の際に熱
処理温度を安定させることができる。特に低温での熱処
理の際、流体通路に極低温（例えば、−１００〜１００
℃程度）に制御した流体を流し続けることにより、熱処
理温度を安定させることができる。
【００２０】さらに、制御手段が、予め設定された熱処
理温度に到達する直前まで、平均＋１０℃／分以上の温
度上昇率で、かつ設定温度に対しオーバーシュートが＋
１℃以下で昇温させるよう加熱手段に指令を行うので、
温度の安定に要する時間、すなわち、オーバーシュート
から設定温度に下げるために要する時間または設定温度
からオーバーしないように温度上昇率を下げた場合に設
定温度に到達する時間を短縮することができる。この発
明の熱処理装置は、半導体基板上に薄膜を形成する際の
熱処理に使用することができる。
理温度に到達する直前まで、平均＋１０℃／分以上の温
度上昇率で、かつ設定温度に対しオーバーシュートが＋
１℃以下で昇温させるよう加熱手段に指令を行うので、
温度の安定に要する時間、すなわち、オーバーシュート
から設定温度に下げるために要する時間または設定温度
からオーバーしないように温度上昇率を下げた場合に設
定温度に到達する時間を短縮することができる。この発
明の熱処理装置は、半導体基板上に薄膜を形成する際の
熱処理に使用することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいてこの発明の
実施の形態を説明するが、これらによってこの発明は限
定されるものではない。 実施の形態１ 図１は、この発明の実施の形態１による熱処理装置の基
本的な構成を示す断面図である。
実施の形態を説明するが、これらによってこの発明は限
定されるものではない。 実施の形態１ 図１は、この発明の実施の形態１による熱処理装置の基
本的な構成を示す断面図である。
【００２２】図１に示すように、拡散炉である熱処理装
置１０は、半導体ウエハ１を載置するためのボート２
と、所望の温度下で前記半導体ウエハ１に熱処理を施す
ための処理室３と、半導体ウエハ１の載置されたボート
２を前記処理室３内へ出し入れするためのエレベーター
機構４と、処理室３内を所望の温度にするために処理室
３の外壁５の側部を囲むように配設されたヒーター６
と、ヒーター６の周囲および処理室３の外壁５の上部を
囲むように配設された保温材７とを備える。
置１０は、半導体ウエハ１を載置するためのボート２
と、所望の温度下で前記半導体ウエハ１に熱処理を施す
ための処理室３と、半導体ウエハ１の載置されたボート
２を前記処理室３内へ出し入れするためのエレベーター
機構４と、処理室３内を所望の温度にするために処理室
３の外壁５の側部を囲むように配設されたヒーター６
と、ヒーター６の周囲および処理室３の外壁５の上部を
囲むように配設された保温材７とを備える。
【００２３】また、処理室３と保温材７の間には、流体
１４（空気）をヒーター６の表裏に形成された加熱面６
ａに接触させて通過させる流体通路８、９がそれぞれ形
成されている。流体通路８、９の下流側（図中上方）に
は送風機２１が配設されている。送風機２１は、送風量
が可変であり、室内の空気を流体入口２２から流体通路
８、９へ吸引し、吸引された空気を加熱面６ａに接触さ
せて通過させた後、熱処理装置１０外へ排出することが
できる。流体入口２２の近傍には処理室３へガスを導入
するガス導入口１１および処理室３内のガスを排気する
ガス排気口１２がそれぞれ配設されている。処理室３に
は処理室３内の温度を測定するための熱電対１３が配設
されている。熱電対１３は、設定温度に基づいて処理室
３内の温度を制御するための温度制御手段（図示せず）
に接続されている。
１４（空気）をヒーター６の表裏に形成された加熱面６
ａに接触させて通過させる流体通路８、９がそれぞれ形
成されている。流体通路８、９の下流側（図中上方）に
は送風機２１が配設されている。送風機２１は、送風量
が可変であり、室内の空気を流体入口２２から流体通路
８、９へ吸引し、吸引された空気を加熱面６ａに接触さ
せて通過させた後、熱処理装置１０外へ排出することが
できる。流体入口２２の近傍には処理室３へガスを導入
するガス導入口１１および処理室３内のガスを排気する
ガス排気口１２がそれぞれ配設されている。処理室３に
は処理室３内の温度を測定するための熱電対１３が配設
されている。熱電対１３は、設定温度に基づいて処理室
３内の温度を制御するための温度制御手段（図示せず）
に接続されている。
【００２４】熱処理装置１０を用いて、ヒーター６の加
熱により処理室３内を１００℃から設定温度４００℃ま
で、＋３０℃／分の昇温速度で昇温するに際し、処理室
３の温度が３５０℃となった時点で、送風機２１の送風
量が最大送風量の１０％、３０％、５０％となるよう
に、送風機２１の出力を変えて流体入口２２から室温の
空気を流体通路８、９に流した際の処理室３内の温度測
定結果を図２に示す（グラフ１〜３）。さらに、従来装
置による処理室３内の温度測定結果との比較例を挙げた
（グラフ４）。この従来例（グラフ４）は、熱処理装置
１０を用いて上記と同様に処理室３の温度を３５０℃ま
で昇温させるが、送風機２１による送風は行わない、す
なわち、本発明による冷却動作を行わない構成とした。
熱により処理室３内を１００℃から設定温度４００℃ま
で、＋３０℃／分の昇温速度で昇温するに際し、処理室
３の温度が３５０℃となった時点で、送風機２１の送風
量が最大送風量の１０％、３０％、５０％となるよう
に、送風機２１の出力を変えて流体入口２２から室温の
空気を流体通路８、９に流した際の処理室３内の温度測
定結果を図２に示す（グラフ１〜３）。さらに、従来装
置による処理室３内の温度測定結果との比較例を挙げた
（グラフ４）。この従来例（グラフ４）は、熱処理装置
１０を用いて上記と同様に処理室３の温度を３５０℃ま
で昇温させるが、送風機２１による送風は行わない、す
なわち、本発明による冷却動作を行わない構成とした。
【００２５】図２に示すように、グラフ２に示した本発
明による冷却動作を行った測定結果では、上記の冷却動
作を行わない従来例による測定結果（グラフ４）に比
べ、設定温度への収束が速かった。しかし、送風量を１
０％とした場合（グラフ１）には、冷却能力が低すぎ
て、約１０℃のオーバーシュートが生じた。また、送風
量を５０％とした場合（グラフ３）には、冷却能力が強
すぎたため、いったん温度が落ち込み、その後昇温し
た。送風量を３０％とした場合（グラフ２）には、オー
バーシュートの発生がなく、昇温の終了と同時に設定温
度に収束していることがわかる。このように、昇温中に
（昇温工程の終了前に）、冷却動作を加えることによ
り、半導体ウエハ１は不必要な熱処理を受けることがな
く、また段階的に昇温する従来の方法と比べた場合、昇
温に要する時間は飛躍的に短くなった。
明による冷却動作を行った測定結果では、上記の冷却動
作を行わない従来例による測定結果（グラフ４）に比
べ、設定温度への収束が速かった。しかし、送風量を１
０％とした場合（グラフ１）には、冷却能力が低すぎ
て、約１０℃のオーバーシュートが生じた。また、送風
量を５０％とした場合（グラフ３）には、冷却能力が強
すぎたため、いったん温度が落ち込み、その後昇温し
た。送風量を３０％とした場合（グラフ２）には、オー
バーシュートの発生がなく、昇温の終了と同時に設定温
度に収束していることがわかる。このように、昇温中に
（昇温工程の終了前に）、冷却動作を加えることによ
り、半導体ウエハ１は不必要な熱処理を受けることがな
く、また段階的に昇温する従来の方法と比べた場合、昇
温に要する時間は飛躍的に短くなった。
【００２６】実施の形態２
図３は、この発明の実施の形態２による熱処理装置の基
本的な構成を示す断面図である。実施の形態１による熱
処理装置１０では、流体通路８、９の下流側に一基の送
風機２１を配置する構成としたが、この実施の形態２に
よる熱処理装置３０は、図３に示すように、流体通路
８、９の下流側に第１の流量コントローラ１５と第２の
流量コントローラ１６を配置する構成とした。この点以
外の構成は、熱処理装置１０と基本的に同一の構成であ
るため、各部の構成の説明は省略する。
本的な構成を示す断面図である。実施の形態１による熱
処理装置１０では、流体通路８、９の下流側に一基の送
風機２１を配置する構成としたが、この実施の形態２に
よる熱処理装置３０は、図３に示すように、流体通路
８、９の下流側に第１の流量コントローラ１５と第２の
流量コントローラ１６を配置する構成とした。この点以
外の構成は、熱処理装置１０と基本的に同一の構成であ
るため、各部の構成の説明は省略する。
【００２７】第１および第２の流量コントローラ１５、
１６は、送風機とその送風量を制御するコントローラと
からなる。第１流量コントローラ１５では、例えば、流
量制御範囲が５〜１００ＳＬＭ（リットル毎分）程度の
大送風量が制御され、第２流量コントローラ１６では、
例えば、流量制御範囲が５００ＳＣＭ（立方センチメー
トル毎分）〜１０ＳＬＭ程度の小送風量が制御される。
第１および第２流量コントローラ１５、１６の位置は、
流体通路８、９の上流側、すなわち、流体入口２２の近
傍でもよい。この実施の形態２による熱処理装置３０で
は、流量制御範囲が異なる大小二基のコントローラ１
５、１６を備えているので、さらにきめ細かい流量制御
が可能となる。
１６は、送風機とその送風量を制御するコントローラと
からなる。第１流量コントローラ１５では、例えば、流
量制御範囲が５〜１００ＳＬＭ（リットル毎分）程度の
大送風量が制御され、第２流量コントローラ１６では、
例えば、流量制御範囲が５００ＳＣＭ（立方センチメー
トル毎分）〜１０ＳＬＭ程度の小送風量が制御される。
第１および第２流量コントローラ１５、１６の位置は、
流体通路８、９の上流側、すなわち、流体入口２２の近
傍でもよい。この実施の形態２による熱処理装置３０で
は、流量制御範囲が異なる大小二基のコントローラ１
５、１６を備えているので、さらにきめ細かい流量制御
が可能となる。
【００２８】熱処理装置３０を用いて、ヒーター６にか
かるパワーと、第１および第２流量コントローラ１５、
１６の送風量を変化させて、流体入口２２から室温の空
気を流体通路８、９に流した際の処理室３内の温度測定
結果を図４に示す。なお、図中の送風量は１００ＳＬＭ
を１００％としたときの百分率で示す。この例では、ヒ
ーター６の加熱により処理室３内の温度を１００℃から
設定温度４００℃まで＋３０℃／分の昇温速度で昇温す
る際、処理室３の温度が３５０℃となった時点で第１流
量コントローラ１５を３０ＳＬＭで駆動し、処理室３の
温度が３５０℃を超えて収束した後、第１の流量コント
ローラ１５の送風量を徐々に低下させ、送風量が１０Ｓ
ＬＭ以下となった時点で、第２の流量コントローラ１６
に切り替え、さらに流量を徐々に低下させ、ヒーター６
にかかるパワーも前記送風量の低下に伴い、徐々に低下
させた。
かるパワーと、第１および第２流量コントローラ１５、
１６の送風量を変化させて、流体入口２２から室温の空
気を流体通路８、９に流した際の処理室３内の温度測定
結果を図４に示す。なお、図中の送風量は１００ＳＬＭ
を１００％としたときの百分率で示す。この例では、ヒ
ーター６の加熱により処理室３内の温度を１００℃から
設定温度４００℃まで＋３０℃／分の昇温速度で昇温す
る際、処理室３の温度が３５０℃となった時点で第１流
量コントローラ１５を３０ＳＬＭで駆動し、処理室３の
温度が３５０℃を超えて収束した後、第１の流量コント
ローラ１５の送風量を徐々に低下させ、送風量が１０Ｓ
ＬＭ以下となった時点で、第２の流量コントローラ１６
に切り替え、さらに流量を徐々に低下させ、ヒーター６
にかかるパワーも前記送風量の低下に伴い、徐々に低下
させた。
【００２９】処理室３内の温度は、図２のグラフ２で示
した送風量３０％の場合と略同じように変化するが、冷
却能力を低下させながら、つまり、送風量を低下させな
がら、ヒーター６のパワーも低下させているので、無駄
なエネルギー消費を低減することができる。
した送風量３０％の場合と略同じように変化するが、冷
却能力を低下させながら、つまり、送風量を低下させな
がら、ヒーター６のパワーも低下させているので、無駄
なエネルギー消費を低減することができる。
【００３０】実施の形態３
図５は、この発明の実施の形態３による熱処理装置の基
本的な構成を示す断面図である。実施の形態３による熱
処理装置５０では、実施の形態１による熱処理装置１０
の流体入口２２に第２の加熱器１７を配設する構成とし
た。この点以外の構成は、熱処理装置１０と基本的に同
一の構成であるため、各部の構成の説明は省略する。
本的な構成を示す断面図である。実施の形態３による熱
処理装置５０では、実施の形態１による熱処理装置１０
の流体入口２２に第２の加熱器１７を配設する構成とし
た。この点以外の構成は、熱処理装置１０と基本的に同
一の構成であるため、各部の構成の説明は省略する。
【００３１】熱処理装置５０を用いて、ヒーター６の駆
動により１１００℃となった処理室３内の温度を、ヒー
ター６の駆動を停止して冷却するに際し、流体入口２２
から第２のヒーター１７で７５０℃に加熱した空気を流
体通路８、９に流した場合の処理室３内の温度測定結果
を図６にグラフ１として示す。本発明による上記の冷却
動作、すなわち強制冷却を行わずに、自然に冷却される
のを待った場合の処理室３内の温度測定結果を図６にグ
ラフ２として示す。この例では、従来のように自然冷却
した場合（グラフ２）には、−５℃／分程度の降温速度
であったが、本発明による冷却動作を行った場合（グラ
フ１）には、−１５℃／分程度の降温速度を得ることが
できた。なお、上記の冷却動作の際に流体通路８、９に
流す流体の温度を７５０℃にしたのは、流体の温度をよ
り低温（例えば、処理室３内との温度差が５００℃以上
となる流体の温度）にした場合には、急激な温度変化に
より、熱処理装置５０の各部に損傷が生じるのを防止す
るためである。
動により１１００℃となった処理室３内の温度を、ヒー
ター６の駆動を停止して冷却するに際し、流体入口２２
から第２のヒーター１７で７５０℃に加熱した空気を流
体通路８、９に流した場合の処理室３内の温度測定結果
を図６にグラフ１として示す。本発明による上記の冷却
動作、すなわち強制冷却を行わずに、自然に冷却される
のを待った場合の処理室３内の温度測定結果を図６にグ
ラフ２として示す。この例では、従来のように自然冷却
した場合（グラフ２）には、−５℃／分程度の降温速度
であったが、本発明による冷却動作を行った場合（グラ
フ１）には、−１５℃／分程度の降温速度を得ることが
できた。なお、上記の冷却動作の際に流体通路８、９に
流す流体の温度を７５０℃にしたのは、流体の温度をよ
り低温（例えば、処理室３内との温度差が５００℃以上
となる流体の温度）にした場合には、急激な温度変化に
より、熱処理装置５０の各部に損傷が生じるのを防止す
るためである。
【００３２】実施の形態４
図７は、この発明の実施の形態４による熱処理装置の基
本的な構成を示す断面図である。実施の形態４による熱
処理装置７０では、実施の形態１による熱処理装置１０
の流体入口２２に冷却器１８を配設する構成とした。こ
の点以外の構成は、熱処理装置１０と基本的に同一の構
成であるため、各部の構成の説明は省略する。
本的な構成を示す断面図である。実施の形態４による熱
処理装置７０では、実施の形態１による熱処理装置１０
の流体入口２２に冷却器１８を配設する構成とした。こ
の点以外の構成は、熱処理装置１０と基本的に同一の構
成であるため、各部の構成の説明は省略する。
【００３３】熱処理装置７０を用いて、処理室３内の温
度を１００℃、２００℃および７００℃に設定し、上記
各設定温度で処理室３内の温度制御を行った場合の処理
室３内の温度測定結果を図８に示す（グラフ１〜５）。
なお、この例では、ヒーター６は高温用のヒーターを使
用した。設定温度７００℃では、本発明による冷却動
作、すなわち、流体通路８、９に流体を通過させる冷却
を行わないで、ヒーター６のオンオフ制御だけによる従
来の温度制御を行った（グラフ１）。
度を１００℃、２００℃および７００℃に設定し、上記
各設定温度で処理室３内の温度制御を行った場合の処理
室３内の温度測定結果を図８に示す（グラフ１〜５）。
なお、この例では、ヒーター６は高温用のヒーターを使
用した。設定温度７００℃では、本発明による冷却動
作、すなわち、流体通路８、９に流体を通過させる冷却
を行わないで、ヒーター６のオンオフ制御だけによる従
来の温度制御を行った（グラフ１）。
【００３４】設定温度２００℃では、ヒーター６のオン
オフ制御だけによる従来の温度制御を行った場合（グラ
フ２）と、この温度制御に加えて、この発明の冷却動作
として、流体入口２２から室内の空気（２６℃）〔以
下、外気と称する〕を、送風機２１の送風量を７０％に
設定して流体通路８、９に流した場合（グラフ３）の結
果を示す。また、設定温度１００℃では、ヒーター６の
オンオフ制御に加えて、この発明の冷却動作として、送
風機２１の送風量を１００％に設定し、流体入口２２か
ら外気（２６℃）を流体通路８、９に流した場合（グラ
フ４）と、ヒーター６のオンオフ制御に加えて、この発
明の温度調整用の冷却として、送風機２１の送風量を１
００％に設定し、流体入口２２から取り込んだ外気（２
６℃）を冷却器１８で０℃に冷却して流体通路８、９に
流した場合（グラフ５）の結果を示す。
オフ制御だけによる従来の温度制御を行った場合（グラ
フ２）と、この温度制御に加えて、この発明の冷却動作
として、流体入口２２から室内の空気（２６℃）〔以
下、外気と称する〕を、送風機２１の送風量を７０％に
設定して流体通路８、９に流した場合（グラフ３）の結
果を示す。また、設定温度１００℃では、ヒーター６の
オンオフ制御に加えて、この発明の冷却動作として、送
風機２１の送風量を１００％に設定し、流体入口２２か
ら外気（２６℃）を流体通路８、９に流した場合（グラ
フ４）と、ヒーター６のオンオフ制御に加えて、この発
明の温度調整用の冷却として、送風機２１の送風量を１
００％に設定し、流体入口２２から取り込んだ外気（２
６℃）を冷却器１８で０℃に冷却して流体通路８、９に
流した場合（グラフ５）の結果を示す。
【００３５】図８に示すように、設定温度７００℃で
は、ヒーター６のオンオフ制御だけで処理室３内の温度
が安定したが（グラフ１）、設定温度２００℃では、±
５℃以上の温度の振れが発生した（グラフ２）。
は、ヒーター６のオンオフ制御だけで処理室３内の温度
が安定したが（グラフ１）、設定温度２００℃では、±
５℃以上の温度の振れが発生した（グラフ２）。
【００３６】このような温度の振れが発生する原因の一
つは、設定温度に対して処理室３内の温度が高くなった
場合、高温の処理室３内では外気温度との差が大きいた
め温度が下がるのは速いが、低温では外気温度との差が
小さいため、自然冷却に時間がかかるためである。上記
の原因のもう一つは、ヒーター６が高温仕様であるた
め、ヒーターにかかる出力がわずかに揺らいだだけで、
処理室３内の温度が大きく変動するためである。よっ
て、処理室３内の温度と外気温度との差を大きくすれ
ば、設定温度１００℃程度の低温でも処理室３内の温度
は安定すると考えられる。
つは、設定温度に対して処理室３内の温度が高くなった
場合、高温の処理室３内では外気温度との差が大きいた
め温度が下がるのは速いが、低温では外気温度との差が
小さいため、自然冷却に時間がかかるためである。上記
の原因のもう一つは、ヒーター６が高温仕様であるた
め、ヒーターにかかる出力がわずかに揺らいだだけで、
処理室３内の温度が大きく変動するためである。よっ
て、処理室３内の温度と外気温度との差を大きくすれ
ば、設定温度１００℃程度の低温でも処理室３内の温度
は安定すると考えられる。
【００３７】この考えに基づいて行われた実験例が、図
８のグラフ３として結果が得られた、この発明の冷却動
作を行った場合である。図８のグラフ３が示すように、
温度の振れは±１℃以内に収まり、この発明の冷却動作
を行わない場合に比べて、処理室３内の温度の安定性が
非常によくなっている。図８のグラフ４として結果が得
られた、外気を取り込んで行う冷却動作を行った場合に
は、上記の冷却動作による温度降下が小さいため、温度
の振れは±１０℃以上となり、処理室３内の温度の安定
性がよくなかった。図８のグラフ５として結果が得られ
た冷却した外気（０℃）による上記の温度制御では、温
度の振れは±１℃以内に収まり、グラフ４の場合に比べ
て処理室３内の温度の安定性は格段に向上した。
８のグラフ３として結果が得られた、この発明の冷却動
作を行った場合である。図８のグラフ３が示すように、
温度の振れは±１℃以内に収まり、この発明の冷却動作
を行わない場合に比べて、処理室３内の温度の安定性が
非常によくなっている。図８のグラフ４として結果が得
られた、外気を取り込んで行う冷却動作を行った場合に
は、上記の冷却動作による温度降下が小さいため、温度
の振れは±１０℃以上となり、処理室３内の温度の安定
性がよくなかった。図８のグラフ５として結果が得られ
た冷却した外気（０℃）による上記の温度制御では、温
度の振れは±１℃以内に収まり、グラフ４の場合に比べ
て処理室３内の温度の安定性は格段に向上した。
【００３８】実施の形態５
実施の形態５では、熱処理装置１０を用い、処理室３内
に配置された熱電対１３で処理室３内の温度を監視しな
がら、処理室３内の温度に応じて送風機２１のパワーを
変化させてこの発明の冷却を行った。この例では、処理
室３内の温度を４００℃に設定し、１００℃となった処
理室３内の温度を設定温度４００℃まで＋３０℃／分の
温度上昇率で昇温して、設定温度４００℃に維持した。
送風機２１のパワーは、実施の形態１で図２を用いて説
明したように、送風機２１の送風量が最大送風量の３０
％となるように設定した。
に配置された熱電対１３で処理室３内の温度を監視しな
がら、処理室３内の温度に応じて送風機２１のパワーを
変化させてこの発明の冷却を行った。この例では、処理
室３内の温度を４００℃に設定し、１００℃となった処
理室３内の温度を設定温度４００℃まで＋３０℃／分の
温度上昇率で昇温して、設定温度４００℃に維持した。
送風機２１のパワーは、実施の形態１で図２を用いて説
明したように、送風機２１の送風量が最大送風量の３０
％となるように設定した。
【００３９】実施の形態５に基づいて処理室３内の温度
制御を行った場合の処理室３内の温度測定結果を図９に
示す（グラフ１および２）。なお、図９のグラフ２は、
ヒーター６をオンオフ制御で制御しながら送風機２１の
パワーを一定に維持して行った従来の温度制御による処
理室３内の温度測定結果である。
制御を行った場合の処理室３内の温度測定結果を図９に
示す（グラフ１および２）。なお、図９のグラフ２は、
ヒーター６をオンオフ制御で制御しながら送風機２１の
パワーを一定に維持して行った従来の温度制御による処
理室３内の温度測定結果である。
【００４０】この発明の温度制御では、処理室３内の温
度を熱電対１３で監視しながら自動的に送風機２１のパ
ワーを変化させているため（グラフ１）、送風機２１の
パワーを変化させない場合（グラフ２）と比較して、昇
温の最終段階においても昇温速度をほとんど下げること
なく、また温度のオーバーシュートも＋１℃以内に収ま
り、温度収束までの時間が短縮された。
度を熱電対１３で監視しながら自動的に送風機２１のパ
ワーを変化させているため（グラフ１）、送風機２１の
パワーを変化させない場合（グラフ２）と比較して、昇
温の最終段階においても昇温速度をほとんど下げること
なく、また温度のオーバーシュートも＋１℃以内に収ま
り、温度収束までの時間が短縮された。
【００４１】前記の各実施の形態では、流体に空気を用
いたが、熱処理の条件等に応じて比熱等が異なる種々の
気体あるいは液体を流体として用いることができる。特
に、冷却効果を高めたい場合には、水等の液体を使用す
ることが好ましい。
いたが、熱処理の条件等に応じて比熱等が異なる種々の
気体あるいは液体を流体として用いることができる。特
に、冷却効果を高めたい場合には、水等の液体を使用す
ることが好ましい。
【００４２】
【発明の効果】この発明の熱処理装置では、流体通路を
通過させる流体の温度および／または流量を制御する流
体制御手段を備えた上記構成により、加熱手段による熱
処理を行う際に、昇温および降温（すなわち、冷却）の
速度を高めることができるとともに、加熱手段からの伝
熱を微調整することができるので、熱処理温度の収束が
速く、さらに広い処理温度範囲で高い温度安定性を得る
ことができ、スループットが向上する。また、処理室を
高温状態から中温状態まで冷却する際においても、処理
室に急激な温度変化を生じないよう流体を制御すること
により、処理室を破損することがない。
通過させる流体の温度および／または流量を制御する流
体制御手段を備えた上記構成により、加熱手段による熱
処理を行う際に、昇温および降温（すなわち、冷却）の
速度を高めることができるとともに、加熱手段からの伝
熱を微調整することができるので、熱処理温度の収束が
速く、さらに広い処理温度範囲で高い温度安定性を得る
ことができ、スループットが向上する。また、処理室を
高温状態から中温状態まで冷却する際においても、処理
室に急激な温度変化を生じないよう流体を制御すること
により、処理室を破損することがない。
【００４３】この発明では、特に、中温からの冷却速度
を高めることができるとともに、高温から中温までの冷
却を円滑に行うことができるので、処理室の破損が確実
に防止される。熱処理温度のオーバーシュートが抑制で
きるため、デバイスシミュレーションとの整合性もよ
く、生産性および品質が向上する。さらに、低温でも温
度を安定させることができるので、半導体装置等の被処
理体の品質が向上する。また、１台の装置で高温から低
温までの熱処理ができるので、設備投資も少なくて済
む。
を高めることができるとともに、高温から中温までの冷
却を円滑に行うことができるので、処理室の破損が確実
に防止される。熱処理温度のオーバーシュートが抑制で
きるため、デバイスシミュレーションとの整合性もよ
く、生産性および品質が向上する。さらに、低温でも温
度を安定させることができるので、半導体装置等の被処
理体の品質が向上する。また、１台の装置で高温から低
温までの熱処理ができるので、設備投資も少なくて済
む。
【図１】この発明の実施の形態１による熱処理装置の基
本的な構成を示す断面図である。
本的な構成を示す断面図である。
【図２】図１の熱処理装置を用いて行った熱処理方法の
一例による処理室内の温度測定結果を示すグラフであ
る。
一例による処理室内の温度測定結果を示すグラフであ
る。
【図３】この発明の実施の形態２による熱処理装置の基
本的な構成を示す断面図である。
本的な構成を示す断面図である。
【図４】図３の熱処理装置を用いて行った熱処理方法の
一例による処理室内の温度測定結果を示すグラフであ
る。
一例による処理室内の温度測定結果を示すグラフであ
る。
【図５】この発明の実施の形態３による熱処理装置の基
本的な構成を示す断面図である。
本的な構成を示す断面図である。
【図６】図５の熱処理装置を用いて行った熱処理方法の
一例による処理室内の温度測定結果を示すグラフであ
る。
一例による処理室内の温度測定結果を示すグラフであ
る。
【図７】この発明の実施の形態４による熱処理装置の基
本的な構成を示す断面図である。
本的な構成を示す断面図である。
【図８】図７の熱処理装置を用いて行った熱処理方法の
一例による処理室内の温度測定結果を示すグラフであ
る。
一例による処理室内の温度測定結果を示すグラフであ
る。
【図９】図１の熱処理装置を用いて行った熱処理方法の
一例による処理室内の温度測定結果を示すグラフであ
る。
一例による処理室内の温度測定結果を示すグラフであ
る。
【図１０】従来の熱処理装置の基本的な構成を示す断面
図である。
図である。
【図１１】従来の熱処理装置の基本的な構成を示す断面
図である。。
図である。。
【図１２】従来の熱処理装置の用いて行った熱処理方法
の一例による処理室内の温度測定結果を示すグラフであ
る。
の一例による処理室内の温度測定結果を示すグラフであ
る。
【図１３】従来の熱処理装置の用いて行った熱処理方法
の一例による処理室内の温度測定結果を示すグラフであ
る。
の一例による処理室内の温度測定結果を示すグラフであ
る。
【図１４】従来の熱処理装置の用いて行った熱処理方法
の一例による処理室内の温度測定結果を示すグラフであ
る。
の一例による処理室内の温度測定結果を示すグラフであ
る。
１ 半導体ウエハ（被処理体）
２ ボート
３ 処理室
４ エレベータ機構
５ 外壁
６ ヒーター（加熱手段）
６ａ 加熱面
７ 保温材
８ 流体通路
９ 流体通路
１０ 熱処理装置
１１ ガス導入口
１２ ガス排気口
１３ 熱電対
１４ 空気（流体）
１５ 第１の流量コントローラ（流体通過手段）
１６ 第２の流量コントローラ（流体通過手段）
１７ 第２のヒーター（温度調整手段）
１８ 冷却機（温度調整手段）
１９ 開閉バルブ（流量制御手段）
２１ 送風機（流体通過手段）
３０ 熱処理装置
５０ 熱処理装置
７０ 熱処理装置
Claims (9)
- 【請求項１】 収納された被処理体を熱処理する処理室
と、処理室の外面に沿って形成された流体通路と、流体
通路に配設された前記熱処理用の加熱手段と、流体を加
熱手段の加熱面に接触して流体通路を通過させる流体通
過手段と、流体通路を通過する流体の温度および／また
は流量を制御する制御手段とを備えた熱処理装置。 - 【請求項２】 制御手段が、流体通路を通過する流体を
流体通路の上流で冷却または加熱する温度調整手段と、
流体通路を通過する流体の流量を制御する流量制御手段
と、処理室または被処理体の温度を検知して温度調整手
段と流量制御手段の駆動を制御する流体制御部とからな
る請求項１に記載の熱処理装置。 - 【請求項３】 流量制御手段が、流体通路に配設された
流量制御バルブである請求項２記載の熱処理装置。 - 【請求項４】 流体通過手段が、流体通路に並列に配置
され流量が互いに異なる複数の送風量可変のファンであ
る請求項１に記載の熱処理装置。 - 【請求項５】 半導体基板上に薄膜を形成する際の熱処
理に使用される請求項１から４のいずれか１つに記載の
熱処理装置。 - 【請求項６】 収納された被処理体を熱処理する処理室
と、処理室の外面に沿って形成された流体通路と、流体
通路に配設された前記熱処理用の加熱手段と、流体を加
熱手段の加熱面に接触して流体通路を通過させる流体通
過手段と、加熱手段および流体通過手段を制御する制御
手段とを備えた熱処理装置を用いて熱処理を行うに際
し、制御手段が、熱処理中の少なくとも一時期に、流体
の温度および／または流量を変えながら流体通路に流体
を通過させるよう流体通過手段に指令を行う熱処理方
法。 - 【請求項７】 熱処理が、予め設定された処理温度に到
達するまでの昇温期間、前記設定温度を一定範囲で維持
する維持期間および熱処理が終了するまでの降温期間か
らなり、制御手段が、前記期間の少なくとも一時期に、
処理室または被処理体の温度を検知して流体の温度およ
び／または流量を制御する請求項６に記載の熱処理方
法。 - 【請求項８】 制御手段が、予め設定された処理温度に
到達する直前に前記流体を流体通路に通過させるよう流
体通過手段に指令を行う請求項６に記載の熱処理方法。 - 【請求項９】 さらに、制御手段が、予め設定された熱
処理温度に到達する直前まで、平均＋１０℃／分以上の
温度上昇率で、かつ設定温度に対しオーバーシュートが
＋１℃以下で昇温させるよう加熱手段および／または流
体通過手段に指令を行う請求項６に記載の熱処理方法。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007105431A1 (ja) * | 2006-03-07 | 2007-09-20 | Hitachi Kokusai Electric Inc. | 基板処理装置および基板処理方法 |
| JP2009135541A (ja) * | 2003-09-19 | 2009-06-18 | Hitachi Kokusai Electric Inc | 半導体装置の製造方法および基板処理装置 |
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| WO2018100826A1 (ja) * | 2016-11-30 | 2018-06-07 | 株式会社日立国際電気 | 基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム |
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|---|---|---|---|---|
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| US8119953B2 (en) | 2007-11-01 | 2012-02-21 | Oshkosh Truck Corporation | Heating control system using a fluid level sensor and a heating control element |
| JP4936567B2 (ja) * | 2009-09-18 | 2012-05-23 | 東京エレクトロン株式会社 | 熱処理装置 |
| CN102560441B (zh) * | 2010-12-23 | 2015-01-14 | 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 | 加热控制方法、装置和系统,加热腔及等离子体设备 |
| US8950470B2 (en) | 2010-12-30 | 2015-02-10 | Poole Ventura, Inc. | Thermal diffusion chamber control device and method |
| CN102637594B (zh) * | 2012-03-19 | 2017-08-22 | 晶能光电（江西）有限公司 | 对外延片进行退火合金的装置及方法 |
| FR3036200B1 (fr) * | 2015-05-13 | 2017-05-05 | Soitec Silicon On Insulator | Methode de calibration pour equipements de traitement thermique |
| WO2016204974A1 (en) * | 2015-06-17 | 2016-12-22 | Applied Materials, Inc. | Gas control in process chamber |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPH031066A (ja) | 1989-05-25 | 1991-01-07 | Deisuko Haitetsuku:Kk | 熱処理炉における冷却システム |
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2001
- 2001-07-19 JP JP2001220125A patent/JP4149687B2/ja not_active Expired - Fee Related
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2002
- 2002-07-18 KR KR1020047000581A patent/KR100559820B1/ko not_active IP Right Cessation
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Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8636882B2 (en) | 2003-09-19 | 2014-01-28 | Hitachi Kokusai Electric Inc. | Producing method of semiconductor device and substrate processing apparatus |
| JP2009135541A (ja) * | 2003-09-19 | 2009-06-18 | Hitachi Kokusai Electric Inc | 半導体装置の製造方法および基板処理装置 |
| JP2009158968A (ja) * | 2006-03-07 | 2009-07-16 | Hitachi Kokusai Electric Inc | 基板処理方法および膜形成方法 |
| WO2007105431A1 (ja) * | 2006-03-07 | 2007-09-20 | Hitachi Kokusai Electric Inc. | 基板処理装置および基板処理方法 |
| JP2012216851A (ja) * | 2006-03-07 | 2012-11-08 | Hitachi Kokusai Electric Inc | 基板処理装置、基板処理方法、制御プログラムおよび記録媒体 |
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| US8501599B2 (en) | 2006-03-07 | 2013-08-06 | Hitachi Kokusai Electric Inc. | Substrate processing apparatus and substrate processing method |
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| WO2018100826A1 (ja) * | 2016-11-30 | 2018-06-07 | 株式会社日立国際電気 | 基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム |
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