JP2003109962A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スループットの低下を抑制しつつ処理結果の
ばらつきを防止する。 【解決手段】 プロセスチューブ１１の内部を加熱する
ヒータ３２は第一ヒータ部３２ａ〜第十ヒータ部３２ｊ
に細かく分割され、各ヒータ部３２ａ〜３２ｊはゾーン
長を短縮し得るように構成されている。プロセスチュー
ブ１１の内部に敷設されたカスケード熱電対３７には十
個の熱電対部３７ａ〜３７ｊが設定され、各熱電対部３
７ａ〜３７ｊは各ヒータ部３２ａ〜３２ｊに対向され、
計測結果を温度コントローラ３３に送信するようになっ
ている。 【効果】 ヒータ３２のゾーン長をボート２１のウエハ
Ｗの保持領域に対応して短縮することにより、予め設定
された熱処理条件で加熱できるため、ウエハＷの枚数が
減少したバッチでもダミーウエハを補充せずに通常のバ
ッチと同一の熱処理条件をもって同等の熱処理結果を得
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、熱処理装置（furn
ace ）に関し、例えば、半導体集積回路装置（以下、Ｉ
Ｃという。）が作り込まれる半導体ウエハ（以下、ウエ
ハという。）に酸化処理や拡散処理および拡散だけでな
くイオン打ち込み後のキャリア活性化や平坦化のための
リフローやアニール等の熱処理に使用される熱処理装置
に利用して有効な技術に関する。 【０００２】 【従来の技術】ＩＣの製造方法における酸化処理や拡散
処理等の熱処理には、バッチ式ホットウオール形熱処理
装置（以下、ホットウオール形熱処理装置という。）
が、広く使用されている。ホットウオール形熱処理装置
は、ウエハが搬入される処理室を形成するプロセスチュ
ーブと、プロセスチューブの外部に敷設されてプロセス
チューブ内を加熱するヒータと、処理室内の温度の均一
化および汚染低減のためにプロセスチューブとヒータと
の間に敷設された均熱チューブ（均熱管）と、処理室内
に敷設されてヒータをフィードバック制御するのに使用
される熱電対と、複数枚のウエハを互いに中心を揃えて
整列させた状態で保持し処理室に対して搬入搬出するボ
ートとを備えており、処理室内に炉口から搬入されたボ
ート上のウエハ群をヒータによって加熱することによ
り、ウエハ群に熱処理を一括して施すように構成されて
いる。 【０００３】このようなホットウオール形熱処理装置に
おいては、ヒータの長さ方向の加熱領域（以下、ゾーン
という。）を複数のゾーンに分割するとともに、複数の
ゾーンをカスケード制御することにより、処理室の長さ
方向の温度分布を適正に制御することが実施されてい
る。すなわち、ヒータが長さ方向において複数のヒータ
部に分割されるとともに、処理室内には複数個のカスケ
ード熱電対が配置され、各ヒータ部が複数個のカスケー
ド熱電対によってカスケード制御されるようになってい
る。 【０００４】ところで、このようなホットウオール形熱
処理装置においては、一回の処理作業（以下、バッチと
いう。）相互間の処理状況のばらつきを抑制するため
に、各バッチ間の処理条件を同一に調整することが、一
般的に実施されている。例えば、製品になるウエハ（以
下、プロダクトウエハという。）の一回のバッチで処理
すべき枚数が減少した場合には、製品とならないウエハ
（以下、ダミーウエハという。）を減少した枚数分のプ
ロダクトウエハの代わりに補充することにより、枚数が
減少したバッチの処理条件と、枚数が減少しない時のバ
ッチの処理条件とが一致されている。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
たホットウオール形熱処理装置においては、ダミーウエ
ハの分だけコストアップとなり、また、スループットが
低下するため、ＩＣの製造コストが大幅に増加してしま
うという問題点がある。 【０００６】本発明の目的は、コストアップおよびスル
ープットの低下を抑制しつつ処理結果のばらつきの発生
を防止することができる熱処理装置を提供することにあ
る。 【０００７】 【課題を解決するための手段】本発明に係る熱処理装置
は、プロセスチューブを加熱するヒータが複数のゾーン
に分割されており、これらゾーンの長さが調整自在に構
成されていることを特徴とする。 【０００８】前記した手段によれば、製品になる基板の
一回で処理すべき枚数が減少した場合には、ダミーの基
板を補充する代わりにヒータのゾーンの長さを短縮する
ことにより、枚数が減少した時の加熱条件と枚数が減少
しない時の加熱条件とを一致させることができるため、
補充するダミーの基板の分だけコストアップやスループ
ットが低下するのを防止することができるとともに、一
回の処理作業相互間の処理状況のばらつきを抑制するこ
とができる。 【０００９】 【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
面に即して説明する。 【００１０】本実施の形態において、図１に示されてい
るように、本発明に係る熱処理装置はＩＣの製造方法に
おける熱処理工程を実施するホットウオール形熱処理装
置（バッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置）１０と
して構成されている。 【００１１】図１に示されているホットウオール形熱処
理装置１０は、中心線が垂直になるように縦に配されて
固定的に支持された縦形のプロセスチューブ１１を備え
ており、プロセスチューブ１１は石英ガラスが使用され
て上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されてい
る。プロセスチューブ１１の筒中空部はボートによって
長く整列した状態に保持された複数枚のウエハが搬入さ
れる処理室１２を実質的に形成しており、プロセスチュ
ーブ１１の下端開口はウエハを出し入れするための炉口
１３を実質的に構成している。したがって、プロセスチ
ューブ１１の内径は取り扱うウエハの最大外径（例え
ば、三百ｍｍ）よりも大きくなるように設定されてい
る。 【００１２】プロセスチューブ１１の外側には均熱チュ
ーブ１４が同心円に配されて被せられている。均熱チュ
ーブ１４は炭化シリコン（ＳｉＣ）または石英ガラスが
使用されて、内径がプロセスチューブ１１の外径よりも
大きく上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成され
ており、プロセスチューブ１１にその外側を取り囲むよ
うに同心円に被せられている。プロセスチューブ１１と
均熱チューブ１４との間の下端部は多段の円筒筐体形状
に構築されたスカベンジャ１５によって気密封止されて
おり、スカベンジャ１５がホットウオール形熱処理装置
の機枠３０に支持されることにより、プロセスチューブ
１１および均熱チューブ１４は垂直に据え付けられた状
態になっている。 【００１３】プロセスチューブ１１の下端部には排気管
１６が接続されており、排気管１６は排気装置（図示せ
ず）に接続されて処理室１２を排気し得るようになって
いる。 【００１４】スカベンジャ１５には原料ガス供給装置お
よびキャリアガス供給装置（いずれも図示せず）に接続
されたガス導入管１７が挿入されており、ガス導入管１
７はプロセスチューブ１１の側面に沿って上方に敷設さ
れてプロセスチューブ１１の上端部において処理室１２
に連通するように接続されている。ガス導入管１７によ
って処理室１２の上端部に導入されたガスはプロセスチ
ューブ１１の処理室１２を流下して排気管１６によって
排気される。 【００１５】プロセスチューブ１１には下端開口を閉塞
するシールキャップ２０が、垂直方向下側から当接され
るようになっている。シールキャップ２０はプロセスチ
ューブ１１の外径と略等しい円盤形状に構築されてお
り、プロセスチューブ１１の外部に垂直に設備されたエ
レベータ（図示せず）によって垂直方向に昇降されるよ
うに構成されている。シールキャップ２０の中心線上に
はボート２１が垂直に立脚されて支持されるようになっ
ている。 【００１６】ボート２１は上下で一対の端板２２、２３
と、両端板２２と２３との間に架設されて垂直に配設さ
れた三本の保持部材２４とを備えており、三本の保持部
材２４には多数の保持溝２５が長手方向に等間隔に配さ
れて互いに対向して開口するように刻設されている。ボ
ート２１は三本の保持部材２４の保持溝２５間にウエハ
Ｗを挿入されることにより、複数枚のウエハＷを水平に
かつ互いに中心を揃えた状態に整列させて保持するよう
になっている。ボート２１とシールキャップ２０との間
には内部に断熱材（図示せず）が封入された断熱キャッ
プ部２６および支柱２７が配置されており、断熱キャッ
プ部２６および支柱２７はボート２１をシールキャップ
２０の上面から持ち上げた状態に支持することにより、
ボート２１の下端を処理室１２の炉口１３の位置から適
当な距離だけ離間させるように構成されている。 【００１７】図１に示されているように、プロセスチュ
ーブ１１の外側は断熱カバー３１によって全体的に被覆
されており、断熱カバー３１の内側にはプロセスチュー
ブ１１の内部を加熱するヒータ３２が均熱チューブ１４
の周囲を包囲するように同心円に設備されている。断熱
カバー３１およびヒータ３２はホットウオール形熱処理
装置の機枠３０に支持されることによって垂直に据え付
けられている。図２に示されているように、ヒータ３２
は電気抵抗体から構成されており、プロセスチューブ１
１の長さ方向において複数に細かく分割されている。本
実施の形態においては、ヒータ３２は上側から順に、第
一ヒータ部３２ａ、第二ヒータ部３２ｂ、第三ヒータ部
３２ｃ・・・第十ヒータ部３２ｊに十分割されており、
これらヒータ部３２ａ〜３２ｊは温度コントローラ３３
によって互いに連携および独立してシーケンス制御され
るように構成されている。 【００１８】図２に示されているように、ヒータ３２の
十個のヒータ部３２ａ〜３２ｊには電源３５がトライア
ック３６を介してそれぞれ二個ずつを一組として閉回路
を構成するように接続されており、各閉回路には切換ス
イッチ３４−３、３４−６、３４−８および３４−９が
それぞれ介設されている。さらに、第一ヒータ部３２ａ
と第二ヒータ部３２ｂとの中間点と第一電源３５−１と
の間には切換スイッチ３４−１が、第二ヒータ部３２ｂ
と第三ヒータ部３２ｃとの中間点と第二電源３５−２と
の間には切換スイッチ３４−２が、第三ヒータ部３２ｃ
と第四ヒータ部３２ｄとの中間点と第三電源３５−３と
の間には切換スイッチ３４−４が、第四ヒータ部３２ｄ
と第五ヒータ部３２ｅとの中間点と第四電源３５−４と
の間には切換スイッチ３４−５が、第五ヒータ部３２ｅ
と第六ヒータ部３２ｆとの中間点と第五電源３５−５と
の間には切換スイッチ３４−７が、それぞれ介設されて
いる。ヒータ３２のゾーンの長さはこれらの切換スイッ
チ３４−１〜３４−９を適宜に選定することにより、所
望の長さに設定し得るように構成されている。 【００１９】プロセスチューブ１１の下端部にはカスケ
ード熱電対３７が貫通されて支持されており、カスケー
ド熱電対３７の挿入端部は処理室１２の内周面に沿って
垂直に敷設された状態になっている。カスケード熱電対
３７には十個の熱電対部３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７
ｄ・・・３７ｊが設定されており、各熱電対部３７ａ〜
３７ｊは処理室１２において各ヒータ部３２ａ〜３２ｊ
にそれぞれ対向するように配置されている。各熱電対部
３７ａ〜３７ｊは計測結果を温度コントローラ３３にそ
れぞれ送信するようになっており、温度コントローラ３
３は各熱電対部３７ａ〜３７ｊからの計測温度によって
各ヒータ部３２ａ〜３２ｊをフィードバック制御するよ
うになっている。すなわち、温度コントローラ３３は各
ヒータ部３２ａ〜３２ｊの目標温度と各熱電対部３７ａ
〜３７ｊの計測温度との誤差を求めて、誤差がある場合
には誤差を解消させるフィードバック制御を実行するよ
うになっている。 【００２０】次に、前記構成に係るホットウオール形熱
処理装置の作用を温度制御を主体にして説明する。ま
ず、一度に処理可能な最大枚数を処理する通常のバッチ
処理について説明する。 【００２１】図１に示されているように、複数枚（一度
に処理可能な最大枚数）のウエハＷを整列保持したボー
ト２１はシールキャップ２０の上にウエハＷ群が並んだ
方向が垂直になる状態で載置され、エレベータによって
差し上げられてプロセスチューブ１１の炉口１３から処
理室１２に搬入（ボートローディング）されて行き、シ
ールキャップ２０に支持されたままの状態で処理室１２
に存置される。 【００２２】プロセスチューブ１１の内部が排気管１６
によって排気されるとともに、プロセスチューブ１１の
内部がヒータ３２の各ヒータ部３２ａ〜３２ｊによって
温度コントローラ３３のシーケンス制御の目標温度（例
えば、６００〜１２００℃）に加熱される。この際、ヒ
ータ３２の各ヒータ部３２ａ〜３２ｊのシーケンス制御
の目標温度とこれらヒータ部３２ａ〜３２ｊの加熱によ
るプロセスチューブ１１の内部の実際の上昇温度との誤
差は、カスケード熱電対３７の各熱電対部３７ａ〜３７
ｊの計測結果に基づくフィードバック制御によって補正
される。 【００２３】この通常のバッチ処理に際しては、図２に
示されたヒータ３２の給電回路において、切換スイッチ
３４−３、３４−６、３４−８および３４−９が閉じら
れ、切換スイッチ３４−１、３４−２、３４−４、３４
−５および３４−７が開かれる。この給電回路の制御に
より、図１に示されているように、ヒータ３２は上から
順に、アッパゾーンＵ、センタアッパゾーンＣＵ、セン
タゾーンＣ、センタロアゾーンＣＬおよびロアゾーンＬ
の五つのゾーンを形成する。すなわち、アッパゾーンＵ
は第一ヒータ部３２ａと第二ヒータ部３２ｂによって、
センタアッパゾーンＣＵは第三ヒータ部３２ｃと第四ヒ
ータ部３２ｄによって、センタゾーンＣは第五ヒータ部
３２ｅと第六ヒータ部３２ｆによって、センタロアゾー
ンＣＬは第七ヒータ部３２ｇと第八ヒータ部３２ｈによ
って、ロアゾーンＬは第九ヒータ部３２ｉと第十ヒータ
部３２ｊによって、それぞれ形成されている。 【００２４】以上の温度制御による熱処理が実施されて
予め設定された熱処理時間が経過すると、ヒータ３２の
加熱が温度コントローラ３３のシーケンス制御によって
停止される。プロセスチューブ１１の内部の温度が降下
されて行き予め設定された降下時間が経過すると、シー
ルキャップ２０が下降されて炉口１３が開口されるとと
もに、ボート２１に保持された状態でウエハＷ群が炉口
１３からプロセスチューブ１１の外部に搬出される。 【００２５】ところで、ＩＴ（情報技術）等の技術革新
が進む今日、多品種少量生産に対応可能なＩＣの製造方
法の開発が要望されている。この多品種少量生産に対応
可能なＩＣの製造方法における熱処理工程においては、
一つのロットのプロダクトウエハの枚数がホットウオー
ル形熱処理装置の一回のバッチのプロダクトウエハの枚
数に満たない場合が多々発生する。具体例で説明する
と、通常のホットウオール形熱処理装置における一回の
バッチのプロダクトウエハの枚数が１５０枚程度である
のに対し、多品種少量生産における熱処理工程の実施に
際しては、一つのロット自体のプロダクトウエハの枚数
が、例えば、５０〜７５枚になってしまう場合が発生す
る。 【００２６】大量生産下のＩＣの製造方法においては、
一つのロットの構成に際してホットウオール形熱処理装
置における一回のバッチのプロダクトウエハの枚数（１
５０枚）について配慮することができる。しかしなが
ら、少量生産に対応可能なＩＣの製造方法においては、
一つのロット自体のプロダクトウエハの枚数がホットウ
オール形熱処理装置の通常の一回のバッチの枚数に満た
ないために、通常の一回のバッチにおけるプロダクトウ
エハの枚数（１５０枚）よりも大幅に減少した枚数（例
えば、５０〜７５枚）をもってホットウオール形熱処理
装置による熱処理工程を実施しなければならないことに
なる。 【００２７】このように減少した枚数（５０〜７５枚）
のプロダクトウエハのバッチに対するホットウオール形
熱処理装置による熱処理工程の実施に際して、その減少
した時の熱処理条件を通常の枚数（１５０枚）の熱処理
条件と一致させるためにダミーウエハをボートに補充す
ると、その補充枚数は多数枚（７５〜１００枚）になっ
てしまうため、ダミーウエハのコストが少量生産のＩＣ
の製造コストに大きく影響してしまう。 【００２８】そこで、本実施の形態においては、図３に
示されているように、減少したウエハの枚数分の空きス
ペースがプロセスチューブの処理室内に形成された場合
には、ヒータ３２のゾーン長を短縮することにより、図
１に示されているウエハが減少しない通常のバッチと同
等の熱処理結果を得るものとしている。この際、図３に
示されているように、ボート２１に保持可能な枚数より
も少ない枚数のウエハＷがボート２１に保持されるに際
しては、その複数枚のウエハＷをボート２１の処理室１
２の上部すなわち処理室１２のガス流の上流側に詰めて
保持するものとしている。すなわち、ボート２１の下側
領域に空きスペースが発生しても、ダミーウエハを補充
しないままにしておく。但し、均熱化やガス流の整流等
の補充以外の作用を果たす所謂サイドダミーウエハ（図
示せず）はプロダクトウエハＷ群の両脇である上端部お
よび下端部にそれぞれ適当な枚数ずつ配置される。例え
ば、サイドダミーウエハは５枚や１０枚、１５枚程度ず
つ配置される。 【００２９】減少した処理枚数のウエハＷがボート２１
の上部に詰められて処理されるに際しては、図２に示さ
れたヒータ３２の給電回路において、切換スイッチ３４
−３、３４−６、３４−８および３４−９が開かれ、切
換スイッチ３４−１、３４−２、３４−４、３４−５お
よび３４−７が閉じられる。この給電回路の制御によ
り、図３に示されているように、ヒータ３２は図１の通
常の処理の場合に比べて短くなったアッパゾーンＵ、セ
ンタアッパゾーンＣＵ、センタゾーンＣ、センタロアゾ
ーンＣＬおよびロアゾーンＬを形成する。すなわち、ア
ッパゾーンＵは第一ヒータ部３２ａによって、センタア
ッパゾーンＣＵは第二ヒータ部３２ｂによって、センタ
ゾーンＣは第三ヒータ部３２ｃによって、センタロアゾ
ーンＣＬは第四ヒータ部３２ｄによって、ロアゾーンＬ
は第五ヒータ部３２ｅによって、それぞれ形成されてい
る。そして、第五ヒータ部３２ｆ〜第十ヒータ部３２ｊ
は使用されない状態になる。 【００３０】以上のように、ボート２１が保持可能な枚
数よりも少ない枚数のプロダクトウエハＷをボート２１
の上部すなわち処理室１２のガス流の上流側に詰めて保
持するとともに、ヒータ３２のゾーン長をその保持領域
に対応して短縮することにより、ボート２１に保持され
たプロダクトウエハＷ群を予め設定された熱処理条件に
よって加熱することができるため、プロダクトウエハＷ
の枚数が減少したバッチであってもダミーウエハを補充
せずに、枚数が減少しない通常のバッチと同一の熱処理
条件をもって同等の熱処理結果を得ることができる。 【００３１】つまり、プロダクトウエハＷの一回で処理
すべき枚数が減少した場合であっても、枚数が減少しな
い時の熱処理条件と一致させることができるため、一回
の処理作業相互間の処理状況のばらつきを抑制すること
ができ、ＩＣの製造方法における品質および信頼性を高
めることができる。 【００３２】また、ダミーウエハを補充する代わりにヒ
ータのゾーン長を短縮することにより、枚数が減少した
時の加熱条件を枚数が減少しない時の加熱条件と一致さ
せることができるため、補充するダミーウエハの分だけ
スループットが低下するのを防止することができ、ＩＣ
の製造方法における製造コストを低減させることができ
る。 【００３３】なお、本発明は前記実施の形態に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変
更が可能であることはいうまでもない。 【００３４】例えば、ヒータの分割段数およびカスケー
ド熱電対の測定位置の段数は、十段に限らない。 【００３５】ヒータのゾーン長の変更調整手段として
は、図２に示された電気回路を使用するに限らない。 【００３６】本発明は、バッチ式縦形ホットウオール形
熱処理装置に限らず、バッチ式横形ホットウオール形熱
処理装置や縦形および横形ホットウオール形減圧ＣＶＤ
装置等の熱処理装置全般に適用することができる。 【００３７】前記実施の形態ではウエハに処理が施され
る場合について説明したが、処理対象はホトマスクやプ
リント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよ
び磁気ディスク等であってもよい。 【００３８】 【発明の効果】本発明によれば、スループットの低下を
抑制しつつ処理結果のばらつきの発生を防止することが
できる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施の形態であるホットウオール形
熱処理装置を示す正面断面図である。 【図２】ヒータの電気回路図である。 【図３】プロダクトウエハの減少時の処理の一例を示す
正面断面図である。 【符号の説明】 Ｗ…ウエハ（基板）、１０…ホットウオール形熱処理装
置（バッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置）、１１
…プロセスチューブ、１２…処理室、１３…炉口、１４
…均熱チューブ、１５…スカベンジャ、１６…排気管、
１７…ガス導入管、２０…シールキャップ、２１…ボー
ト、２２、２３…端板、２４…保持部材、２５…保持
溝、２６…断熱キャップ部、３０…機枠、３１…断熱カ
バー、３２…ヒータ、３２ａ〜３２ｊ…ヒータ部、３３
…温度コントローラ、３４…切換スイッチ、３５…電
源、３６…トライアック、３７…カスケード熱電対、３
７ａ〜３７ｊ…熱電対部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K063 AA05 AA12 BA12 CA01 CA03 CA04 FA01 5F045 AA20 AB32 BB08 EC02 EK06 EK22 EK30 GB05

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 プロセスチューブを加熱する複数のゾー
   ンに分割されたヒータの各ゾーンの長さが調整自在に構
   成されていることを特徴とする熱処理装置。