JP2005093685A - 熱処理装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 反応管内の広範囲の均熱長を安定して得られるようにする。
【解決手段】 反応管１のガスイン側を覆うように配置され、断熱材５ａと分離可能な断熱材５ｂを反応管１のガスイン側に設け、反応管１のガスイン側が断熱材５ｂで覆われた状態でウェハＷの熱処理を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は熱処理装置および半導体装置の製造方法に関し、特に、熱処理装置に用いられる断熱材の構造に適用して好適なものである。

従来の熱処理装置では、横型拡散炉のチューブの周囲にヒータを配置し、さらにその周囲に断熱材を配置することにより、チューブ内の温度の均一性を確保することが行われている。
また、例えば、特許文献１には、弾性断熱層が設けられた断熱部材を円筒形加熱炉の両端に配置し、円筒形加熱炉の両端に設けられたハウジングに沿って円筒形加熱炉の半径方向に断熱部材が移動できるようにすることにより、円筒形加熱炉内の均一温度領域を広げる方法が開示されている。
特開平５−５５８７号公報

しかしながら、従来の熱処理装置では、１２００℃以上の高温になると、チューブ内の温度の均一性を保つことが困難になり、広範囲の均熱長を得るためには、ヒータの温度補正を行わなければならないという問題があった。
特に、従来の熱処理装置では、チューブの取り外しを容易にするために、ガスイン側では断熱材から露出する部分が生じる。このため、ガスイン側での断熱材の位置合わせの再現性の確保が困難となり、広範囲の均熱長を安定して得ることができないという問題があった。

そこで、本発明の目的は、反応管内の広範囲の均熱長を安定して得ることが可能な熱処理装置および半導体装置の製造方法を提供することである。

上述した課題を解決するために、本発明の一態様に係る熱処理装置によれば、処理対象が挿入される反応管と、前記反応管に結合されたガス供給管と、前記反応管内を加熱するヒータと、ガスイン側が覆われるようにして、前記反応管の周囲に配置された断熱材とを備えることを特徴とする。
これにより、反応管のガスイン側を断熱材で覆うことが可能となり、温度変化の激しいガスイン側の温度を安定化させることが可能となる。このため、反応管内の温度の均一性を向上させることが可能となり、広範囲の均熱長を安定して得ることが可能となり、１度に処理できるウェハの枚数を増加させることが可能となり、スループットを向上させることが可能となる。

また、本発明の一態様に係る熱処理装置によれば、処理対象が挿入される反応管と、前記反応管に結合されたガス供給管と、前記反応管内を加熱するヒータと、前記反応管の周囲に配置された第１の断熱材と、前記反応管のガスイン側を覆うように配置され、前記第１の断熱材と分離可能な第２の断熱材とを備えることを特徴とする。
これにより、反応管のガスイン側を第２の断熱材で覆うことを可能としつつ、第２の断熱材を取り外すことが可能となり、温度変化の激しいガスイン側の温度を安定化させることが可能となるとともに、反応管を容易に取り外すことが可能となる。このため、反応管内の温度の均一性を向上させることが可能となり、反応管のメンテナンスを容易に行うことを可能としつつ、反応管のメンテナンス後の均熱長の確認にかかる手間を減らすことが可能となる。

また、本発明の一態様に係る熱処理装置によれば、前記第２の断熱材の前記反応管側の表面形状は、前記反応管のガスイン側の形状に対応していることを特徴とする。
これにより、反応管のガスイン側を断熱材でほぼ隙間なく覆うことが可能となり、ガスイン側の温度を安定化させることを可能として、反応管内の温度の均一性を向上させることが可能となる。

また、本発明の一態様に係る熱処理装置によれば、前記第２の断熱材を前記反応管の長手方向に移動させる駆動装置をさらに備えることを特徴とする。
これにより、ガスイン側での断熱材の位置合わせの再現性を向上させることが可能となる。このため、反応管交換時の反応管と断熱材と間の位置ずれに起因する均熱長の変動を低減することが可能となり、広範囲の均熱長を安定して得ることが可能となるとともに、反応管のメンテナンス後の均熱長の確認にかかる手間を減らすことが可能となる。

また、本発明の一態様に係る熱処理装置によれば、前記反応管の長手方向の温度分布を計測する均温度分布計測装置をさらに備え、前記駆動装置は、前記温度分布計測装置にて計測された温度分布に基づいて、前記第２の断熱材を移動させることを特徴とする。
これにより、断熱材を移動させることで、反応管内の温度の均一性を向上させることが可能となり、ヒータの温度補正の回数を減らすことが可能となるとともに、広範囲の均熱長を安定して得ることを可能として、１度に処理できるウェハの枚数を増加させることが可能となる。

また、本発明の一態様に係る熱処理装置によれば、前記駆動装置は、前記反応管内の長手方向の温度分布が均一化されるように前記第２の断熱材を移動させることを特徴とする。
これにより、断熱材を移動させることで、広範囲の均熱長を安定して得ることを可能となり、１度に処理できるウェハの枚数を増加させることを可能として、スループットを向上させることが可能となるとともに、反応管のメンテナンス後の均熱長の確認にかかる手間を減らすことが可能となる。

また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、ガスイン側が覆われるように断熱材が周囲に配置された反応管内にウェハを載置する工程と、前記反応管内を加熱することにより、前記反応管内に載置されたウェハの熱処理を行う工程とを備えることを特徴とする。
これにより、ガスイン側の温度を安定化させながら、ウェハの熱処理を行うことが可能となる。このため、広範囲の均熱長を安定して得ることを可能として、１度に処理できるウェハの枚数を増加させることが可能となり、スループットを向上させることが可能となる。

また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、反応管のガスイン側が覆われるように配置された断熱材の位置を、前記反応管内の長手方向の温度分布が均一化されるように調整する工程と、前記反応管内に載置されたウェハの熱処理を行う工程とを備えることを特徴とする。
これにより、断熱材を移動させることで、広範囲の均熱長を安定して得ることを可能となり、１度に処理できるウェハの枚数を増加させることを可能として、スループットを向上させることが可能となる。

以下、本発明の実施形態に係る熱処理装置について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る熱処理装置の概略構成を示す断面図である。
図１において、反応管１の一端には、反応管１内にガスを供給するガス供給管２が結合されるとともに、反応管１の他端には、反応管１を塞ぐ蓋３が設けられている。なお、反応管１としては、例えば、円筒形の石英チューブ又はシリコンカーバイドチューブを用いることができる。

また、反応管１の周囲には、反応管１内を加熱するヒータ４ａ、４ｂ、４ｃが配置されるとともに、ヒータ４ａ、４ｂ、４ｃの周囲には、断熱材５ａが配置されている。ここで、反応管１内の均熱長を広範囲に安定させる場合、ヒータ４ａ、４ｂ、４ｃの温度補正を行うことができる。
さらに、反応管１のガスイン側には、反応管１のガスイン側を取り囲むように配置され、断熱材５ａと分離可能な断熱材５ｂが設けられている。ここで、断熱材５ｂは、反応管１とガス供給管２との結合部を覆うとともに、ガス供給管２にかかるように配置することができる。また、断熱材５ｂの反応管１側の表面形状は、反応管１のガスイン側の形状に対応させることができ、例えば、反応管１のガスイン側のアール形状に対応させて断熱材５ｂにアール部分を持たせることができる。

また、断熱材５ａ、５ｂの周囲には遮蔽材７が設けられ、断熱材５ｂは、固定金具６ａ、６ｂを介して遮蔽材７に固定することができる。
そして、ウェハＷの熱処理を行う場合、ウェハホルダ８で保持されたウェハＷを反応管１内に挿入する。そして、ガス供給管２を介して反応管１内にガスを供給しながら、ヒータ４ａ、４ｂ、４ｃを用いて反応管１内を加熱する。

これにより、反応管１のガスイン側が断熱材５ｂで取り囲まれた状態で、ウェハＷの熱処理を行うことが可能となり、ウェハＷの熱処理を行う際に、温度変化の激しいガスイン側の温度を安定化させることが可能となる。このため、反応管１内の温度の均一性を向上させることが可能となり、ヒータ４ａ、４ｂ、４ｃの温度補正の回数を減らすことが可能となるとともに、広範囲の均熱長を安定して得ることを可能として、１度に処理できるウェハＷの枚数を増加させることが可能となり、スループットを向上させることが可能となる。

また、断熱材５ａ、５ｂを分離可能とすることにより、ガスイン側の断熱材５ｂを取り外すことを可能として、反応管１を容易に取り外すことが可能となる。このため、反応管のメンテナンスを容易に行うことを可能としつつ、反応管のメンテナンス後の均熱長の確認にかかる手間を減らすことが可能となる。
図２は、本発明の第２実施形態に係る熱処理装置の概略構成を示す断面図である。

図２において、反応管１１の一端には、反応管１１内にガスを供給するガス供給管１２が結合されるとともに、反応管１１の他端には、反応管１１を塞ぐ蓋１３が設けられている。なお、反応管１１としては、例えば、円筒形の石英チューブ又はシリコンカーバイドチューブを用いることができる。
また、反応管１１の周囲には、反応管１１内を加熱するヒータ１４ａ、１４ｂ、１４ｃが配置されるとともに、ヒータ１４ａ、１４ｂ、１４ｃの周囲には、断熱材１５ａが配置されている。ここで、反応管１内の均熱長を広範囲に安定させる場合、ヒータ４ａ、４ｂ、４ｃの温度補正を行うことができる。

さらに、反応管１１のガスイン側には、反応管１１のガスイン側を取り囲むように配置され、反応管１１の長手方向に移動可能な断熱材１５ｂが設けられている。ここで、断熱材１５ｂは、反応管１１とガス供給管１２との結合部を覆うとともに、ガス供給管１２にかかるように配置することができる。
また、断熱材１５ｂの反応管１１側の表面形状は、反応管１１のガスイン側の形状に対応させることができ、例えば、反応管１１のガスイン側のアール形状に対応させて断熱材１５ｂにアール部分を持たせることができる。

また、断熱材１５ａ、１５ｂの周囲には遮蔽材１７が設けられ、遮蔽材１７には、断熱材１５ｂを保持する保持部材１６ａ、１６ｂが設けられている。
また、反応管１１内には、反応管１１内の温度を計測する温度センサ１９ａ〜１９ｅが反応管１１の長手方向に沿って配置され、温度センサ１９ａ〜１９ｅは、反応管１１内の長手方向の温度分布を算出する温度分布算出部２０に接続されている。なお、温度センサ１９ａ〜１９ｅとしては、例えば、熱電対などを用いることができる。

また、熱処理装置には、温度分布算出部２０にて算出された反応管１１内の温度分布に基づいて、反応管１１の長手方向に沿って断熱材１５ｂを移動させる駆動装置２１が設けられている。ここで、駆動装置２１は、反応管１１内の長手方向の温度分布が均一化されるように、断熱材１５ｂを移動させることができる。
そして、ヒータ１４ａ、１４ｂ、１４ｃを用いて反応管１１内を加熱し、温度センサ１９ａ〜１９ｅにて反応管１１内の温度を計測する。そして、温度センサ１９ａ〜１９ｅにて反応管１１内の温度が計測されると、その計測結果が温度分布算出部２０に送られ、温度分布算出部２０にて反応管１１内の長手方向の温度分布が算出される。そして、温度分布算出部２０にて反応管１１内の長手方向の温度分布を算出されると、その温度分布が駆動装置２１に送られ、駆動装置２１にて反応管１１内の長手方向の温度分布が均一化されるように断熱材１５ｂの位置を制御することができる。

これにより、反応管１１内の温度の均一性を向上させることが可能となり、ヒータ１４ａ、１４ｂ、１４ｃの温度補正の回数を減らすことが可能となるとともに、広範囲の均熱長を安定して得ることを可能として、１度に処理できるウェハＷの枚数を増加させることが可能となる。
また、断熱材１５ｂを移動させることで、ガスイン側での断熱材１５ｂの位置合わせの再現性を向上させることが可能となる。このため、反応管１１交換時の反応管１１と断熱材１５ｂと間の位置ずれに起因する均熱長の変動を低減することが可能となり、広範囲の均熱長を安定して得ることが可能となるとともに、反応管１１のメンテナンス後の均熱長の確認にかかる手間を減らすことが可能となる。

なお、本発明の熱処理装置は、例えば、横型拡散炉、アニール炉、熱酸化炉または熱ＣＶＤ炉などに適用することができる。

本発明の第１実施形態に係る熱処理装置の概略構成を示す断面図。 本発明の第２実施形態に係る熱処理装置の概略構成を示す断面図。

符号の説明

１、１１ 反応管、２、１２ ガス供給管、３、１３ 蓋、４ａ、４ｂ、４ｃ、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ ヒータ、５ａ、５ｂ、１５ａ、１５ｂ 断熱材、６ａ、６ｂ 固定金具、７、１７ 遮蔽材、８、１８ ウェハホルダ、１６ａ、１６ｂ 保持部材、１９ａ〜１９ｅ 温度センサ、２０ 温度分布算出部、２１ 駆動装置

Claims (8)

1. 処理対象が挿入される反応管と、
   前記反応管に結合されたガス供給管と、
   前記反応管内を加熱するヒータと、
   ガスイン側が覆われるようにして、前記反応管の周囲に配置された断熱材とを備えることを特徴とする熱処理装置。
2. 処理対象が挿入される反応管と、
   前記反応管に結合されたガス供給管と、
   前記反応管内を加熱するヒータと、
   前記反応管の周囲に配置された第１の断熱材と、
   前記反応管のガスイン側を覆うように配置され、前記第１の断熱材と分離可能な第２の断熱材とを備えることを特徴とする熱処理装置。
3. 前記第２の断熱材の前記反応管側の表面形状は、前記反応管のガスイン側の形状に対応していることを特徴とする請求項２記載の熱処理装置。
4. 前記第２の断熱材を前記反応管の長手方向に移動させる駆動装置をさらに備えることを特徴とする請求項２または３記載の熱処理装置。
5. 前記反応管内の長手方向の温度分布を計測する均温度分布計測装置をさらに備え、
   前記駆動装置は、前記温度分布計測装置にて計測された温度分布に基づいて、前記第２の断熱材を移動させることを特徴とする請求項４記載の熱処理装置。
6. 前記駆動装置は、前記反応管内の長手方向の温度分布が均一化されるように前記第２の断熱材を移動させることを特徴とする請求項５記載の熱処理装置。
7. ガスイン側が覆われるように断熱材が周囲に配置された反応管内にウェハを載置する工程と、
   前記反応管内を加熱することにより、前記反応管内に載置されたウェハの熱処理を行う工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
8. 反応管のガスイン側が覆われるように配置された断熱材の位置を、前記反応管内の長手方向の温度分布が均一化されるように調整する工程と、
   前記反応管内に載置されたウェハの熱処理を行う工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。

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