JP2007299971A - Heating device of semiconductor wafer - Google Patents
Heating device of semiconductor wafer Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007299971A JP2007299971A JP2006127307A JP2006127307A JP2007299971A JP 2007299971 A JP2007299971 A JP 2007299971A JP 2006127307 A JP2006127307 A JP 2006127307A JP 2006127307 A JP2006127307 A JP 2006127307A JP 2007299971 A JP2007299971 A JP 2007299971A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- black body
- carbon filament
- heat
- semiconductor wafer
- cylindrical portion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Abstract
Description
この発明は、半導体ウエハの加熱装置に係る発明であり、たとえば、半導体パワーデバイスの作製に用いられる炭化珪素半導体ウエハの加熱装置に適用することができる。 The present invention relates to a semiconductor wafer heating apparatus, and can be applied to, for example, a silicon carbide semiconductor wafer heating apparatus used for manufacturing a semiconductor power device.
炭化珪素のバンドギャップエネルギーは、珪素のバンドキャップエネルギーと比べて約3倍であり、また絶縁破壊電界は約10倍である。したがって、炭化珪素を用いた半導体パワーデバイスは、珪素を用いた半導体パワーデバイスに比べて、より高耐圧・低損失の優れたスイッチング性能を有する。 The band gap energy of silicon carbide is about 3 times that of silicon, and the breakdown electric field is about 10 times. Therefore, a semiconductor power device using silicon carbide has an excellent switching performance with higher withstand voltage and lower loss than a semiconductor power device using silicon.
炭化珪素を用いた半導体デバイスを作製するためには、炭化珪素ウエハに不純物ドーピング用のイオン注入を行った後、当該炭化珪素ウエハに対して1500℃〜1800℃の高温下での活性化アニール処理を行う必要がある。 In order to manufacture a semiconductor device using silicon carbide, ion implantation for impurity doping is performed on a silicon carbide wafer, and then activation annealing treatment is performed on the silicon carbide wafer at a high temperature of 1500 ° C. to 1800 ° C. Need to do.
また、製品の量産化を見据えた場合には、半導体ウエハの加熱装置の性能としては、処理の高スループット化、清浄な空間での熱処理、および半導体ウエハの昇温・降温の高速化などが要求される。 In addition, when looking at mass production of products, the performance of semiconductor wafer heating equipment requires higher processing throughput, heat treatment in a clean space, and faster heating and lowering of the semiconductor wafer. Is done.
特許文献1に示される加熱装置では、石英チューブおよびステンレスチャンバーにより密封された炉内に断熱用のカーボンフェルトで覆われた誘導加熱用の黒鉛円筒が保持されている。そして、石英の外側に設置されたコイルに高周波電流を流すことで黒鉛円筒に誘導電流を発生させ、そのジュール熱により黒鉛円筒を2000℃程度に加熱・保持している。 In the heating apparatus shown in Patent Document 1, a graphite cylinder for induction heating covered with a heat insulating carbon felt is held in a furnace sealed by a quartz tube and a stainless steel chamber. An induction current is generated in the graphite cylinder by flowing a high-frequency current through a coil installed outside the quartz, and the graphite cylinder is heated and held at about 2000 ° C. by the Joule heat.
当該特許文献1に開示されている技術では、半導体ウエハを加熱する際には、半導体ウエハをカーボンウエハ載置台に載置させた状態で、これを黒鉛円筒内部に搬送し、高温保持された円筒からの熱放射およびチューブ内雰囲気からの熱伝達により、ウエハ載置台および半導体ウエハを加熱している。 In the technique disclosed in Patent Document 1, when a semiconductor wafer is heated, the semiconductor wafer is placed on a carbon wafer mounting table, and this is transferred into a graphite cylinder and held at a high temperature. The wafer mounting table and the semiconductor wafer are heated by heat radiation from and heat transfer from the atmosphere in the tube.
上記のように、半導体ウエハの加熱装置の性能としては、高スループット化、清浄な空間での熱処理、および半導体ウエハの昇温・降温の高速化などが要求される。 As described above, the performance of the semiconductor wafer heating device requires high throughput, heat treatment in a clean space, and high speed of temperature rise / fall of the semiconductor wafer.
しかし、上記特許文献1で示した加熱装置では、温度均一性を保ちつつ一度に加熱処理できるウエハの枚数は一枚に限られるため、プロセス装置としての高スループット化は難しい。 However, in the heating apparatus disclosed in Patent Document 1, since the number of wafers that can be heat-treated at a time while maintaining temperature uniformity is limited to one, it is difficult to achieve high throughput as a process apparatus.
また、断熱用に用いられているカーボンフェルトは大量の発塵源となるため、半導体プロセス用装置として好ましくない。 In addition, carbon felt used for heat insulation becomes a large amount of dust generation sources, and is not preferable as a semiconductor process apparatus.
そこで、本発明は、高スループット化が可能であり、半導体ウエハの高速昇温または降温が可能であり、また清浄な空間での熱処理を可能せしめる半導体ウエハの加熱装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor wafer heating apparatus capable of increasing the throughput, allowing the semiconductor wafer to be heated or lowered at high speed, and enabling heat treatment in a clean space. .
上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項1に記載の半導体ウエハの加熱装置は、中空部を有し、側面に複数の穴が穿設されている筒部と、前記穴を通して前記筒部の前記中空部への出し入れが可能であり、黒体のトレイと黒体の蓋とから成り、前記黒体のトレイと前記黒体の蓋とが組み合わされることにより形成される空間に半導体ウエハを配置することができる、複数の黒体ボックスと、前記穴を通して前記筒部の前記中空部への出し入れが可能である、複数の熱源とを、備えており、前記半導体ウエハの加熱処理時には、前記筒部の前記中空部内において、前記黒体ボックスと前記熱源とが上下方向に交互に、配置される。 In order to achieve the above object, a semiconductor wafer heating device according to claim 1 according to the present invention includes a cylindrical portion having a hollow portion and a plurality of holes formed in a side surface, and through the holes. The cylindrical portion can be inserted into and removed from the hollow portion, and is composed of a black body tray and a black body lid, and is formed in a space formed by combining the black body tray and the black body lid. A heat treatment for the semiconductor wafer, comprising: a plurality of black body boxes on which a semiconductor wafer can be disposed; and a plurality of heat sources that can be inserted into and removed from the hollow portion of the cylindrical portion through the hole. Sometimes, the black body box and the heat source are alternately arranged in the vertical direction in the hollow portion of the cylindrical portion.
本発明の請求項1に記載の半導体ウエハの加熱装置は、中空部を有し、側面に複数の穴が穿設されている筒部と、前記穴を通して前記筒部の前記中空部への出し入れが可能であり、黒体のトレイと黒体の蓋とから成り、前記黒体のトレイと前記黒体の蓋とが組み合わされることにより形成される空間に半導体ウエハを配置することができる、複数の黒体ボックスと、前記穴を通して前記筒部の前記中空部への出し入れが可能である、複数の熱源とを、備えており、前記半導体ウエハの加熱処理時には、前記筒部の前記中空部内において、前記黒体ボックスと前記熱源とが上下方向に交互に、配置される。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a heating apparatus for a semiconductor wafer, comprising: a cylindrical portion having a hollow portion, a plurality of holes formed in a side surface; and the cylindrical portion being inserted into and removed from the hollow portion through the hole. A plurality of semiconductor wafers can be arranged in a space formed by combining the black body tray and the black body lid. A black body box, and a plurality of heat sources that can be taken in and out of the hollow portion of the cylindrical portion through the hole, and during the heat treatment of the semiconductor wafer, in the hollow portion of the cylindrical portion The black body box and the heat source are alternately arranged in the vertical direction.
つまり、熱源は、一の黒体ボックスの上面と他の黒体ボックスの下面とにより区画された空間(黒体により区画された空間と把握できる)内に配置されている。したがって、当該区画された空間内の温度を効率良く、しかもより早急に上昇させることができる。 That is, the heat source is disposed in a space defined by the upper surface of one blackbody box and the lower surface of another blackbody box (which can be recognized as a space partitioned by a blackbody). Therefore, the temperature in the partitioned space can be increased efficiently and more quickly.
また、半導体ウエハは、黒体ボックス内の空間に載置されている。したがって、黒体ボックスからの接触熱伝導と熱放射により、半導体ウエハは熱エネルギーを効率良く受け取ることができ、当該半導体ウエハの急速な加熱が可能となる。 The semiconductor wafer is placed in a space in the black body box. Therefore, the semiconductor wafer can efficiently receive heat energy by contact heat conduction and heat radiation from the black box, and the semiconductor wafer can be rapidly heated.
また、筒部において、その上下方向に複数の黒体ボックスが所定の間隔だけ隔てて配置されている。したがって、黒体ボックスにより仕切られていない場合よりも、筒部内において熱を篭もらせることができる。つまり、筒部内から筒部外への放熱を緩和させることができる。 In the cylindrical portion, a plurality of black body boxes are arranged at a predetermined interval in the vertical direction. Therefore, heat can be stored in the cylindrical portion as compared with the case where the black body box is not partitioned. That is, the heat radiation from the inside of the tube portion to the outside of the tube portion can be mitigated.
また、筒部の側面には、複数の穴が穿設されており、当該穴を通して、黒体ボックスおよび熱源の出し入れが実施される。したがって、たとえば、冷却時に黒体ボックスおよび熱源を筒部の中空部から、たとえばより体積の広いチャンバー内へと移動させることが可能となる。よって、半導体ウエハ等の冷却処理をより、早急に行うことができる。 Further, a plurality of holes are formed in the side surface of the cylindrical portion, and the black body box and the heat source are taken in and out through the holes. Therefore, for example, during cooling, the black body box and the heat source can be moved from the hollow portion of the cylindrical portion into, for example, a chamber having a larger volume. Therefore, the cooling process for the semiconductor wafer or the like can be performed more quickly.
また、複数の半導体ウエハの熱処理が一度に可能となるので、高スループット化の要請も満たすことができる。 In addition, since a plurality of semiconductor wafers can be heat-treated at once, the demand for high throughput can be satisfied.
以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings showing embodiments thereof.
<発明の全体構成>
図1は、本発明に係わる半導体ウエハの加熱装置の要部構成を示す正面断面図である。より具体的に、図1は、被加熱処理物である炭化珪素ウエハ(以下、単に半導体ウエハと称する)が内部に載置された複数の黒体ボックスと、カーボンフィラメントから構成される複数の熱源とが、加熱処理室となる筒部内に配置されている状態を示す図である。
<Overall configuration of the invention>
FIG. 1 is a front cross-sectional view showing the main configuration of a semiconductor wafer heating apparatus according to the present invention. More specifically, FIG. 1 shows a plurality of black body boxes on which silicon carbide wafers (hereinafter simply referred to as semiconductor wafers) that are to be heated are placed, and a plurality of heat sources composed of carbon filaments. These are figures which show the state arrange | positioned in the cylinder part used as a heat processing chamber.
図1に示すように、半導体ウエハの加熱装置100は、ステンレス製のチャンバー3を備えている。当該チャンバー3内には、当該チャンバー3の底面から上部方向に向かって、複数の支柱8が延設されている。当該支柱8は、カーボンやタングステン等の耐熱性に優れた材料により形成されている。
As shown in FIG. 1, the semiconductor
また、チャンバー内3には、加熱部1が配設されており、当該加熱部1は、支柱8によりチャンバー3内において支持されている。
A heating unit 1 is disposed in the
ここで、半導体ウエハの加熱処理時には、半導体ウエハが所定の位置に配置された状態で当該チャンバー3内は密閉され、当該チャンバー3内は、真空状態もしくはAr等の不活性ガスが導入される。また、当該チャンバー3は、外部から水を使って水冷可能であり、また、必要に応じてチャンバー3内部に冷却用ガスを供給して、チャンバー3内を冷却することもできる。
Here, during the heat treatment of the semiconductor wafer, the
また、チャンバー3の外側には、カーボンフィラメント(熱源)加熱用の電源(熱源から熱を発生させるためのエネルギーを、当該熱源に供給する電源部であると把握できる)4と、接地用金属電極5とが配置されている。そして、図1に示すように、加熱部1と電源4との間および加熱部1と接地用金属電極5との間は共に、支持棒6および金属棒7とにより接続されている。
Further, on the outside of the
ここで、金属棒7は、後述するように、熱源13を構成する各カーボンフィラメント群毎に複数本(電源側4に少なくとも1以上、接地用金属電極5に少なくとも1以上)配設されている。
Here, as will be described later, a plurality of metal rods 7 are provided for each carbon filament group constituting the heat source 13 (at least one on the
また、支持棒6は、金属棒7を支えることができる部材である。電源4側の支持棒6内部には、複数本(接続されるカーボンフィラメント群の個数に対応した数)の銅線が配設されている。ここで、各銅線は、各々電気的に独立な状態となっている。つまり、電源4からの各カーボンフィラメント群へと独立した、エネルギー(電流)供給を実現することができるように、支持棒6内に各銅線が配設されている。
The
なお、接地用金属電極5側の支持棒6は、金属棒7と接地用金属電極5とを電気的に接続し、かつ当該金属棒7を支えることができれば、どのような構成であっても良い。
The
また、チャンバー3内の真空排気は、真空ポンプ9を用いて行われる。また、所定のガス導入は、ガス導入ライン10を通して行われる。
Further, the
また、半導体ウエハを内部に載置された黒体ボックスをチャンバー3内外で搬送するための搬送用アーム11(図示しないが、2本存在する)が、本発明に係わる半導体加熱装置は備えている。
Further, the semiconductor heating apparatus according to the present invention is provided with a transfer arm 11 (two, not shown) for transferring a black body box on which a semiconductor wafer is placed inside and outside the
<加熱部1の構成>
次に、加熱部1の詳細な構成について説明する。
<Configuration of heating unit 1>
Next, a detailed configuration of the heating unit 1 will be described.
図2は、半導体ウエハの加熱処理が行われていないとき(半導体ウエハの冷却時等)の加熱部1の構成を示す断面図である。また、図3は、半導体ウエハの加熱処理が行われるときの加熱部1の構成を示す断面図である。なお、図3では、図面の簡略化のため、図2で示している筒部14の側面部14aの一部および爪部14bの全部の図示を省略している。また、図4に、筒部14の外観を示す斜視図を示す。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration of the heating unit 1 when the semiconductor wafer is not subjected to heat treatment (when the semiconductor wafer is cooled). FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the heating unit 1 when the semiconductor wafer is heat-treated. In FIG. 3, for simplification of the drawing, a part of the
図2に示すように、半導体ウエハの加熱処理が行われない場合には、加熱部1は、支柱8に支持されている状態の筒部14のみで構成されている。
As shown in FIG. 2, when the heat treatment of the semiconductor wafer is not performed, the heating unit 1 is composed only of the
図2、4から分かるように、筒部14は、中空部14cを有している。また、筒部14の側面部14aには、複数の穴14dが穿設されている。より具体的に、筒部14の側面は、4面から成る側面部14aにより構成されており、各側面部14aには、上下方向に、複数の穴14dが並んで穿設されている。なお、上下方向に隣接する穴14d同士は、所定の間隔だけ隔てて穿設されている。
As can be seen from FIGS. 2 and 4, the
加熱処理の際には、当該穴14dを通して、筒部14の中空部14c内へ、後述する黒体ボックス12および熱源13が導入される。また、加熱処理後には、当該穴14dを通して、筒部14の中空部14cから筒部14外へ、後述する黒体ボックス12および熱源13が取り出される。
During the heat treatment, a
また、当該側面部14aから略垂直(中空部14c)方向に爪部14bが形成されている。ここで、当該爪部14bには、後述する黒体ボックス12が載置される。
In addition, a
また、図2,4に示すように、筒部14の上下面は、たとえばモリブデン、タンタル、またはタングステン等の、熱に対する反射率が高い高融点金属(反射断熱板)2から構成されている。なお、本明細書内では、筒部14の側面部14aおよび爪部14bは、カーボンから成る。ただし、もちろん筒部14の全て(つまり、側面部14aおよび上下面)を、上記高融点金属により構成することもできる。
As shown in FIGS. 2 and 4, the upper and lower surfaces of the
図3に示すように、半導体ウエハの加熱処理が行われる場合には、支柱8に支持されている状態の筒部14には、複数の黒体ボックス12および複数の熱源13が所定の位置に配置されている。したがって、半導体ウエハの加熱処理が行われる場合には、加熱部1は、筒部14、当該筒部14内部に存する複数の黒体ボックス12、および当該筒部14内部に存する複数の熱源13により、構成されている。
As shown in FIG. 3, when the heat treatment of the semiconductor wafer is performed, a plurality of
また、図3から分かるように、半導体ウエハの加熱処理を実施する際には、筒部14の中空部14c内において、黒体ボックス12と熱源13とが上下方向に交互に、配置されている。つまり、黒体ボックス12はそれぞれ、一塊の熱源13(当該熱源13は、2セットのカーボンフィラメント群から構成されている)によって上下が囲まれるように、上記中空部14cにおいて、当該黒体ボックス12および熱源13は各々配置される。
As can be seen from FIG. 3, when the heat treatment of the semiconductor wafer is performed, the
<黒体ボックス12の構成>
各黒体ボックス12は、後述する方法により、筒部14の側面部14aに設けられた穴14dを通して、筒部14の中空部14cの所定の位置に設置される(具体的に、黒体ボックス12は、所定の爪部14b上に載置されるが、図3では、上述の通り爪部14bは図示していない)。ここで、図3では、黒体ボックス12は、上記中空部14c内において、6個配置されている。
<Configuration of
Each
図5は、黒体ボックス12の構成を示す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the configuration of the
図5に示すように、黒体ボックス12は、たとえばカーボン製の黒体のトレイ12aと、たとえばカーボン製の黒体の蓋12bとから構成されている。図5の点線で囲まれた領域に示されているように、黒体のトレイ12aの外周部および黒体の蓋12bの外周部には、各々凹凸部が形成されている。そして、当該凹凸同士を勘合させることにより、図5に示すように、黒体のトレイ12aと黒体のトレイ12bとを、組み合わせることができる(黒体ボックス12)。
As shown in FIG. 5, the
また、黒体のトレイ12aと黒体のトレイ12bとを組み合わせることにより、黒体ボックス12内部に空間12dが形成される。そして、図5に示すように、半導体ウエハ20が、当該空間12d内に載置される。半導体ウエハ20の加熱処理を行う際には、図5のように、半導体ウエハ20が内部に載置されている黒体ボックス12が、筒部14の中空部14c内部に設置される。
Further, a
ここで、黒体のトレイ12aの底部には、段差部12eが設けられており、当該段差部12eを筒部14の爪部14b上に載置させる。また、半導体ウエハ20は、たとえば炭化珪素ウエハであり、当該黒体ボックス12内部に載置される前に、不純物ドーピング用のイオン注入処理が施されている。
Here, a
<熱源13の構成>
次に、熱源13の構成について説明する。
<Configuration of
Next, the configuration of the
各熱源13は、後述する方法により、筒部14の側面部14aに設けられた穴14dを通して、筒部14の中空部14cの所定の位置に設置される。ここで、図3では、一塊の熱源13(一塊の熱源(1の熱源)13は、2セットのカーボンフィラメント群から構成されている)は、上記中空部14c内において、7個配置されている。
Each
図6は、熱源13の構成を示す斜視図である。図3の点線部で囲まれた部分が図6であると把握できる。
FIG. 6 is a perspective view showing the configuration of the
図6に示すように、熱源13は、平面視においてマトリクス状に配設された、複数のカーボンフィラメント16から構成されている。当該構成から、熱源13を、カーボンフィラメントヒータと称することもできる。
As shown in FIG. 6, the
上記1本のカーボンフィラメント16は、空芯のカーボン筒から構成されている。当該構成を採用することにより、カーボンフィラメント16自体をより高速に昇温することができ、カーボンフィラメント16の熱容量をでき得るかぎり小さくでき、かつカーボンフィラメント16の有効放射面積を十分に確保することができる。また、筒状のカーボンフィラメント16の肉厚は、カーボンの力学的な耐久性を考慮すると0.5mmが適当である。
The one
図6に示すように、複数のカーボンフィラメント16を、一平面内において、一方向に所定の間隔を隔てて配設することにより、1セットのカーボンフィラメント群13gが構成される。また、複数のカーボンフィラメント16を、一平面内において、前記一方向と直交する他の方向に所定の間隔を隔てて配設することにより、1セットのカーボンフィラメント群13hが構成される。当該カーボンフィラメント群13g,13hを上下方向に所定の間隔だけ隔てて配置させて構成されたものが、図3,6に示す熱源13である。
As shown in FIG. 6, a set of carbon filament groups 13g is configured by disposing a plurality of
上記のように、熱源13を構成するカーボンフィラメント16を平面視においてマトリクス状に配設し、当該構成の熱源13を各々一の黒体ボックス12の上下に、所定の間隔だけ隔てて配置することにより、黒体ボックス12に対してより均一に加熱処理を施すことができる。
As described above, the
なお、図3から把握できるように、上記した各カーボンフィラメント群の一方端および他方端には、電極部15を介して少なくとも1以上の金属棒7が各々接続されている。つまり、電極部15により、各カーボンフィラメント群は支持されている。上述したように、一方の金属棒7は電源4に接続され、他の金属棒7は接地用金属電極5に接続されている。なお、図3では、熱源13は7個配置されているので、カーボンフィラメント群は、14個配置されている。
As can be seen from FIG. 3, at least one or more metal rods 7 are connected to one end and the other end of each of the carbon filament groups described above via the
半導体ウエハ20の加熱処理を行う際には、図3に示すように、電極部15を介して金属棒7が接続されているカーボンフィラメント群が、筒部14の中空部14cに設置される。ここで、各カーボンフィラメント群は、筒部14の穴14dに挿通されている状態で、筒部14の側面部14a(図3において、一部図示せず)により当該電極部15が固定されることにより、各カーボンフィラメント群は上記中空部14c内の所定の位置に固定配置される。
When performing the heat treatment of the
また、上述したように、電源4は、熱源13から熱を発生させるためのエネルギーを、当該熱源13に供給する電源部と把握でき、当該電源4は、各カーボンフィラメント群に対して、独立に、上記エネルギー(電流)を供給することができる。つまり、電源4は、別個独立に、各カーボンフィラメント群の発熱制御を行うことができる。なお、電源4から供給されるエネルギーに従い、カーボンフィラメント16に電流を流すことで、熱源13から熱が発せられる。
Further, as described above, the
ここで、一の電源4において、各カーボンフィラメント群の発熱を制御する構成について言及したが、各カーボンフィラメント群に対応して、電源4を複数設ける構成を採用しても良い。当該構成の場合においても、各カーボンフィラメント群に対して別個独立に発熱のための電流を供給することができる。
Here, the configuration for controlling the heat generation of each carbon filament group in one
<黒体ボックス12の筒部14への導入・設置方法>
次に、半導体ウエハ20の加熱処理を行う前に実施される、黒体ボックス12の筒部14内(つまり、中空部14c)への導入・設置方法について、図7ないし図12を用いて説明する。ここで、図7ないし図12は、拡大視した場合の筒部14の構成を示す拡大断面図である。
<Introduction / Installation Method of the
Next, a method for introducing and installing the
まず、図5に示したように、半導体ウエハ20が内部に載置されている黒体ボックス12を用意する。ここで、上述したように、半導体ウエハ20には、不純物ドーピング用のイオン注入処理が施されている。
First, as shown in FIG. 5, a
また、加熱処理前であり黒体ボックス12が導入・設置される前の筒部14内部の様子は、図7の通りである(つまり、図7に示すように筒部14の中空部14cには如何なる部材も設置されていない)。
The state of the inside of the
次に、図8に示すように、筒部14の側面部14aに穿設されている穴(当該穴は、穴14dに相当するものであり、図8の紙面(表裏)方向に穿設されており、断面図である図8では図示されていない)から、黒体ボックス12を筒部14の中空部14c内へ導入する。
Next, as shown in FIG. 8, holes formed in the
ここで、当該黒体ボックス12の導入は、図8に示すように、黒体ボックス12を保持した搬送用アーム11aを用いた搬送処理により実施される。なお、図8(以降図9ないし図12も含む)において、簡略化のために、黒体ボックス12内部に載置されている半導体ウエハ20の図示は省略している。
Here, the introduction of the
上記黒体ボックス12の中空部14c内への導入後、搬送用アーム11aを移動させることにより、黒体ボックス12の段差部12e(図5参照)を筒部14の爪部14b上方に位置させる。そして、黒体ボックス12の段差部12eが爪部14b上方に位置した時点で、搬送用アーム11aの移動を停止させる。
After the introduction of the
次に、図9に示すように、筒部14の側面部14aに穿設されている穴14d(当該穴14dは、図9において断面的に図示されているように、図の左右方向に穿設されている)から、搬送用アーム11bを上記中空部14c内へと差し込む。そして、搬送用アーム11bの先端部11tが黒体ボックス12の下方に位置させた時点で、当該搬送用アーム11bの移動を一時停止させる。
Next, as shown in FIG. 9, a
次に、図10に示すように、搬送用アーム11bを上方向に移動させる。これにより、図10に示すように、搬送用アーム11bの先端部11tが黒体ボックス12の底面と当接し、当該当接後、搬送用アーム11bは、黒体ボックス12を搬送用アーム11aの保持状態から数mm程度上方向に持ち上げる(つまり、搬送用アーム11bは、搬送用アーム11aの黒体ボックス12による保持状態を解消させる)。
Next, as shown in FIG. 10, the
次に、図11に示すように、搬送用アーム11bの先端部11tが黒体ボックス12を持ち上げている状態で、搬送用アーム11aを筒部14の中空部14cから外部へと移動させる。
Next, as illustrated in FIG. 11, the
次に、搬送用アーム11bの先端部11tを下方向に移動させる。これにより、当該先端部11tに保持されている黒体ボックス12も、同時に下方向に移動する。そして、図12に示すように、筒部14の爪部14b上に黒体ボックス12が載置・固定させられる。
Next, the
その後、搬送用アーム11bを筒部14の中空部14cから外部へと移動させる。以上により、黒体ボックス12の上記中空部14c内への設置処理が完了する。
Thereafter, the
<熱源13の筒部14への導入・設置方法>
次に、熱源13の筒部14内への導入・設置方法について、図3を参照しつつ、簡単に説明する。なお、上述したように、1の熱源13は、2つ(2セット)のカーボンフィラメント群により構成されており、当該1の熱源13を平面視した場合、複数のカーボンフィラメント16がマトリクス状に配設されている(図6参照)。
<Introduction / Installation Method of the
Next, a method for introducing and installing the
1の熱源13を構成する1のカーボンフィラメント群の一端に電極部15および少なくとも1以上の金属棒7が接続されている状態で、筒部14の側面部14aに穿設されている穴14d(図2,3の左右方向に穿設されている穴)から、当該カーボンフィラメント群を筒部14の中空部14c内に導入する。
A
そして、当該1のカーボンフィラメント群が導入された穴14dに対面する穴14dに向けて、少なくとも1以上の他の金属棒7に接続された他の電極部15を移動させる。そして、当該1のカーボンフィラメント群の他端に、当該他の電極部15を接続させる。
Then, the
同様の方法により、1の熱源13を構成するもう一つのカーボンフィラメント群(他のカーボンフィラメント群と称する)を、上記中空部14cの所定の位置に導入・配置し、電極部15の接続処理を行う。ここで、当該他のカーボンフィラメント群の導入は、図2,3の表裏方向に穿設されている穴(図2,3では図示されていない)を通して行われる。
In the same manner, another carbon filament group (referred to as another carbon filament group) constituting one
以上により、1の熱源13のセッティングが終了する。したがって、図3に示すように、7つの熱源13を配設する場合には、上記カーボンフィラメント群の導入・設置処理を、14回行う必要がある。
Thus, the setting of one
以上により、図3に示すように、熱源13の上記中空部14c内への設置処理が完了する。ここで、電極15を上記穴14dに固定させる(嵌め込む)ことにより、カーボンフィラメント群の筒部14に対する固定がなされる。
Thus, as shown in FIG. 3, the installation process of the
なお、図4に示すように、4面から成る筒部14の側面部14aには、各面毎に複数の穴14dが穿設されている。そして、上記全熱源13の固定処理の結果、全ての穴14dには電極15が嵌め込まれる。
As shown in FIG. 4, a plurality of
なお、上記熱源13の設置・固定後、金属棒7と電源4とを接続するために、一の支持棒6の接続処理を実施する。また、金属棒7と接地用金属電極5とを接続するために、他の支持棒6の接続処理も実施する。
In addition, in order to connect the metal bar 7 and the
<黒体ボックス12の加熱・冷却方法>
上記のように、複数の黒体ボックス12および複数の熱源13が筒部14の所定の位置に設置されたなら(図3参照)、次に、半導体ウエハ20の加熱処理を行う。加熱処理の詳細は、以下の要領で実施される。なお、半導体ウエハ20には、上述の通り既に不純物ドーピング用のイオン注入処理が施されているので、これから説明する熱処理は、活性化アニール処理であると把握できる。
<Heating / cooling method of
As described above, if the plurality of
まず、上述のように、筒部14の中空部14c内に複数の黒体ボックス12および複数の熱源13を所定の位置に設置・固定し、熱源13を発熱させるための電流をカーボンフィラメント16に流すことができる状態にした後、加熱部1を内部に設置されているチャンバー3を密閉する(図1参照)。そして、当該チャンバー3内に対して、真空ポンプ9を用いた排気処理を実施する。以上の工程により、当該チャンバー3内を高真空状態にする。
First, as described above, a plurality of
ここで、チャンバー3内を高真空状態にした後に、ガス導入ライン10を通して当該チャンバー3内にAr等の不活性ガスを供給し、チャンバー3内を大気圧の不活性ガスで密閉した状態にしても良い。
Here, after the inside of the
次に、電源4からカーボンフィラメント16に対して直流あるいは交流の電流を供給する。ここで、当該電流の供給は、各カーボンフィラメント群に対して別個独立に制御されて、行われる。カーボンフィラメント16に電流が流されると、当該カーボンフィラメント16は、高温に加熱する(熱源13の発熱)。
Next, a direct current or an alternating current is supplied from the
ここで、カーボンフィラメント16(熱源13)の温度は、電流を供給する際のカーボンフィラメント16の温度上昇に伴う、カーボンフィラメント16自体の電気抵抗の変化値から測定される。
Here, the temperature of the carbon filament 16 (heat source 13) is measured from the change in electrical resistance of the
カーボンフィラメント16(熱源13)をたとえば1900℃の高温に保持することで、半導体ウエハ20が内部に載置された黒体ボックス12は、当該カーボンフィラメント16からの放射熱により急速に高温に加熱される。
By holding the carbon filament 16 (heat source 13) at a high temperature of, for example, 1900 ° C., the
ここで、図1,3等に示すように、熱源13は、その上下において黒体ボックス12が存在している。つまり、熱源13は、一の黒体ボックス12の上面と他の黒体ボックス12の下面とにより区画された空間(つまり、黒体により区画された空間)内に配置されている。したがって、当該区画された空間内の温度を効率良く、しかもより早急に上昇させることができる。
Here, as shown in FIGS. 1 and 3 and the like, the
また、半導体ウエハ20は、上記の如く高温に加熱(昇温)された黒体ボックス12に閉じ込められている。したがって、黒体ボックス12からの接触熱伝導と熱放射により、半導体ウエハ20は熱エネルギーを効率良く受け取ることができ、当該半導体ウエハ20の急速な加熱が可能となる。
Further, the
また、加熱部1を一つの高温部として捉えると、加熱部1は筒部14の上下をモリブデン、タンタル、タングステン等の反射率が高く、なおかつ融点の高い金属から構成された高融点金属(反射断熱板)2により囲まれている。したがって、加熱部1全体を高速かつ効率良く昇温する上で非常に有利となる。
Further, when the heating unit 1 is regarded as one high temperature part, the heating unit 1 has a high melting point metal (reflective) made of a metal having a high reflectivity such as molybdenum, tantalum, tungsten, and the like at the upper and lower portions of the
ここで、筒部14の側面部14aの総面積は、多数の穴14dの穿設の影響により、極めて小さい。したがって、筒部14の側面部14aをカーボンで構成しても良い。しかし、より高速に効率良く加熱部1を昇温するためには、筒部14自体を高融点金属(反射断熱材)により構成することが望ましい(つまり、筒部14の上下面および側面は、高融点金属により構成されている)。
Here, the total area of the
また、筒部14の大部分が上記高融点金属2により構成され、その他の面積の小さい領域はカーボンで構成されている(もしくは、筒部14全体が上記高融点金属により構成されている)。したがって、当該筒部14をカーボンフェルトで構成した場合に発生していた塵の発生を、防止することができる。
Further, most of the
また、加熱部1の上部と下部とでは、通常温度勾配が生じ得る。しかし、熱源13への電流制御は、各カーボンフィラメント群毎に独立して行うことができる。したがって、上記黒体ボックス12で区画された空間の温度を、均一に保持することが可能となる。つまり、多数の半導体ウエハ20に対して、同じ加熱条件で同時に加熱処理を実施することができる。
In addition, a normal temperature gradient may occur between the upper part and the lower part of the heating unit 1. However, the current control to the
また、加熱部1において、その上下方向に複数の黒体ボックス12が所定の間隔だけ隔てて配置されている。したがって、黒体ボックス12により仕切られていない場合よりも、加熱部1内において熱を篭もらせることができる。つまり、筒部14内から筒部14外への放熱を緩和させることができる。
Further, in the heating unit 1, a plurality of
上記半導体ウエハ20に対する加熱処理が所定の時間行われ、当該加熱処理が終了したなら、上記した熱源13の導入とは逆の手順により、筒部14の中空部14cから熱源13を水平方向に引き抜く。さらに、上記した黒体ボックス12の導入(図7ないし図12)とは逆の手順により、黒体ボックス12を筒部14外部へ引き出す。最終的には、加熱部1(筒部14内部)を図7に示す状態にする。
When the heat treatment for the
その後、ガス導入ライン10を通してチャンバー3内部に冷却用ガスを供給することにより、および/または、チャンバー3外部に水が循環する管を設け当該管に水を流すことにより、チャンバー3内部(黒体ボックス12および半導体ウエハ20等も含む)を冷却することができる。
Thereafter, by supplying a cooling gas into the
当該半導体ウエハ20の冷却処理は、加熱部1(つまり筒部14)の体積よりも十分に大きい体積を有するチャンバー3内で行われるので、筒部14内部に設置された状態で冷却処理を施す場合よりも、半導体ウエハ20等はより早急に冷却される。
Since the cooling process of the
以上のように、本発明に係わる半導体ウエハの加熱装置では、加熱処理時には筒部14の中空部14cにおいて、黒体ボックス12と熱源13とが上下方向に交互に、配置されている。
As described above, in the semiconductor wafer heating apparatus according to the present invention, the
つまり、熱源13は、一の黒体ボックス12の上面と他の黒体ボックス12の下面とにより区画された空間(つまり、黒体により区画された空間)内に配置されている。したがって、当該区画された空間内の温度を効率良く、しかもより早急に上昇させることができる。
That is, the
また、半導体ウエハ20は、黒体ボックス12内の空間に載置されている。したがって、黒体ボックス12からの接触熱伝導と熱放射により、半導体ウエハ20は熱エネルギーを効率良く受け取ることができ、当該半導体ウエハ20の急速な加熱が可能となる。
The
また、加熱部1(筒部14)において、その上下方向に複数の黒体ボックス12が所定の間隔だけ隔てて配置されている。したがって、黒体ボックス12により仕切られていない場合よりも、加熱部1(筒部14)内において熱を篭もらせることができる。つまり、筒部14内から筒部14外への放熱を緩和させることができる。
Moreover, in the heating part 1 (cylinder part 14), the several
また、筒部14の側面部14aには、複数の穴14dが穿設されており、当該穴を通して、黒体ボックス12および熱源13の出し入れが実施される。
Further, a plurality of
したがって、たとえば、冷却時に黒体ボックス12および熱源13を筒部14の中空部14cから、より体積の広いチャンバー3内へと移動させることが可能となる。よって、半導体ウエハ20等の冷却処理をより、早急に行うことができる。
Therefore, for example, the
また、一度に複数(図3の場合では、6個)の半導体ウエハ20の加熱処理が可能と成るので、高スループット化の要請を満たすこともできる。
In addition, since a plurality of (six in the case of FIG. 3)
また、本発明に係わる半導体ウエハの加熱装置が備える電源4は、各カーボンフィラメント群に対して、独立に、エネルギー(電流)を供給することができる。
Further, the
したがって、黒体ボックス12で区画された空間の温度を、均一に保持することが可能となる。つまり、多数の半導体ウエハ20に対して、同じ加熱条件で同時に加熱処理を実施することができる。
Therefore, the temperature of the space defined by the
また、本発明に係わる半導体ウエハの加熱装置では、筒部14の少なくとも上下面は、高融点金属(反射断熱板)2から構成されている。
Further, in the semiconductor wafer heating apparatus according to the present invention, at least the upper and lower surfaces of the
したがって、加熱部1(筒部14)全体を高速かつ効率良く昇温する上で非常に有利となる。 Therefore, it is very advantageous for increasing the temperature of the entire heating unit 1 (cylinder unit 14) at high speed and efficiency.
また、本発明に係わる半導体ウエハの加熱装置では、筒部14自体(つまり、筒部14の上下面および側面)を、高融点金属から構成しても良い。当該場合には、上下面だけが高融点金属により構成されている場合よりも、より高速に効率良く加熱部1(筒部14)を昇温することができる。
In the semiconductor wafer heating apparatus according to the present invention, the
なお、筒部14の大部分が上記高融点金属2により構成され、その他の面積の小さい領域はカーボンで構成されている(もしくは、筒部14全体が上記高融点金属により構成されている)。したがって、当該筒部14をカーボンフェルトで構成した場合に発生していた塵の発生を、防止することができる(つまり、清浄な空間での半導体ウエハ20の熱処理が可能となる)。
Note that most of the
<実施例>
次に、本発明に係わる半導体ウエハの加熱装置の各部材の寸法等の最適値を計算する。なお、ここでの最適値とは、上記加熱手順で実行される半導体ウエハ20の加熱処理に際して、加熱部1内部を10〜20秒の短時間で1800℃程度にまで昇温できるような値である。
<Example>
Next, the optimum values such as the dimensions of each member of the semiconductor wafer heating apparatus according to the present invention are calculated. Here, the optimum value is a value that can raise the temperature inside the heating unit 1 to about 1800 ° C. in a short time of 10 to 20 seconds during the heat treatment of the
<カーボンフィラメント16の本数n1、径r1の適正値の算出>
はじめに、1個(1セット)のカーボンフィラメント群を構成するカーボンフィラメント16の本数n1と、各カーボンフィラメント16の径r1の適正値を算出する。なお、上述のように、1の熱源13は、2個(2セット)のカーボンフィラメント群により構成されている(図6参照)。
<Calculation of appropriate values of the number n 1 of
First, an appropriate value of the number n 1 of
カーボンフィラメント16を高速に昇温するためには、カーボンフィラメント16自体の熱容量を小さくする必要がある。したがって、1のカーボンフィラメント群を構成するカーボンフィラメント16の本数n1および、当該カーボンフィラメント16の径r1をできる限り小さくする必要がある。
In order to raise the temperature of the
一方、当該本数n1および径r1を小さくすると、カーボンフィラメント16の有効放射面積が小さくなる。これに伴い、カーボンフィラメント16から黒体ボックス12に供給できる放射エネルギーが小さくなる。したがって、加熱時のカーボンフィラメント16の温度をより高く設定する必要性が生じる。
On the other hand, when the number n 1 and the diameter r 1 are reduced, the effective radiation area of the
真空中におけるカーボンの耐熱温度は2200℃以上であるが、1900℃以上でも10-2Pa程度の蒸気圧を持ち、昇華により少しずつ消耗する。 The heat-resistant temperature of carbon in vacuum is 2200 ° C. or higher, but even at 1900 ° C. or higher, it has a vapor pressure of about 10 −2 Pa and is gradually consumed by sublimation.
よって、カーボンフィラメント16の熱容量をできる限り小さくし、なおかつ1900℃以下(さらに望ましくは1850℃以下)のフィラメント温度でも十分な放射エネルギーを黒体ボックス12に供給し得るような、1のカーボンフィラメント群を構成するカーボンフィラメント16の本数n1および、各カーボンフィラメント16の径r1を以下において算出する。
Therefore, a group of carbon filaments that can reduce the heat capacity of the
1本のカーボンフィラメント16の長さをL1、加熱時のカーボンフィラメント16の温度をT1、被加熱体(黒体ボックス12および筒部14などのように、加熱部1において加熱される各部材。つまり、熱源13を除く加熱部1を構成する各部材)の温度をT2、ステファン・ボルツマン定数をσとする。
The length of one
すると、1の黒体ボックス12の上方に存する1のカーボンフィラメント群および当該1の黒体ボックスの下方に存する1のカーボンフィラメント群から、当該1の黒体ボックス12に供給される放射エネルギーW12は、次式(1)のように表される。
Then, the radiant energy W 12 supplied to the one
W12=σ(T1 4−T2 4)・2πr1×10-3・L1・2n1 (1) W 12 = σ (T 1 4 −T 2 4 ) · 2πr 1 × 10 −3 · L 1 · 2n 1 (1)
ここで、L1を、たとえば120mmとする。また、ステファン・ボルツマン定数σは、5.67×10-8である。 Here, L 1 is set to 120 mm, for example. The Stefan-Boltzmann constant σ is 5.67 × 10 −8 .
さて、カーボンフィラメント群の加熱により被加熱体の温度T2をたとえば1800℃に昇温・保持することを想定した場合、少なくとも当該被加熱体の温度T2を1800℃に昇温した後、それを1800℃に保持しておくためのエネルギーが必要である。 When it is assumed that the temperature T 2 of the object to be heated is raised to 1800 ° C., for example, by heating the carbon filament group, at least after the temperature T 2 of the object to be heated is raised to 1800 ° C., Is required to keep the temperature at 1800 ° C.
本発明に係わる加熱装置では、加熱部1の上下には高融点金属(反射断熱板)2が設けられており、またその側面積(つまり筒部14の側面部14aの総面積)は十分に小さく設計される。したがって、加熱部1(筒部14とも把握できる)内から外部へ放出される熱エネルギーは最大でも20kW程度と想定される。したがって、1の黒体ボックス12の上下に存する各カーボンフィラメント群から供給される放射エネルギーW12は、平均3kW以上であれば十分である。
In the heating apparatus according to the present invention, the refractory metal (reflective heat insulating plate) 2 is provided above and below the heating unit 1, and the side area thereof (that is, the total area of the
よって、W12>3×103(W)とすると、式(1)は次式(2)のように書き直すことができる。 Therefore, when W 12 > 3 × 10 3 (W), the expression (1) can be rewritten as the following expression (2).
W12=8.55×10-11・r1・n1(T1 4−T2 4)>3×103 (2) W 12 = 8.55 × 10 −11 · r 1 · n 1 (T 1 4 −T 2 4 )> 3 × 10 3 (2)
当該式(2)をさらに変形して、次式(3)を得る。 The formula (2) is further modified to obtain the following formula (3).
T1 4>T2 4+3×1014/(8.55r1n1) (3) T 1 4 > T 2 4 + 3 × 10 14 /(8.55r 1 n 1 ) (3)
また、カーボンフィラメント16の温度は1850℃以下であることが望ましいことから、次式(4)を得る。
Moreover, since it is desirable for the temperature of the
T1<1850+273(K) (4) T 1 <1850 + 273 (K) (4)
T2を1800+273(K)とし、r1n1を横軸、T1を縦軸にとって式(3)および式(4)を図示すると。図13のようになる。図13において、カーボンフィラメント16を図中の斜線部の領域において動作させることが望ましいことから、r1n1は次の条件式(5)を満たす必要がある。
When T 2 is 1800 + 273 (K), r 1 n 1 is the horizontal axis, and T 1 is the vertical axis, equations (3) and (4) are illustrated. As shown in FIG. In FIG. 13, since it is desirable to operate the
r1n1>18.8 (5) r 1 n 1> 18.8 (5 )
すなわち、カーボンフィラメント16の温度を1850℃以下で使用しつつ、黒体ボックス12の上下に各々存するカーボンフィラメント群から、当該黒体ボックス12へ供給される平均の放射エネルギーW12が少なくとも3kW以上となることを満たすにためは、各カーボンフィラメント径r1とカーボンフィラメント本数n1の積は、18.8より大きいことが必要である。
That is, while using the temperature of the
また、カーボンフィラメント16からの放射エネルギーを用いて黒体ボックス12を加熱する上で、当該黒体ボックス12を面内で均一に昇温する必要がある。このことから、1の(1セットの)カーボンフィラメント群に含まれるカーボンフィラメント16の本数n1を少なくとも5本以上として、適切な位置に配置することが望ましい。
Further, when the
さらに、カーボンフィラメント16の力学的な耐久性から、少なくともフィラメント径r1は2mm以上であることが望ましい。n1を横軸とし、r1を縦軸として以上の条件を図示すると図14のようになる。
Furthermore, from the viewpoint of the mechanical durability of the
図14において、n1およびr1は、斜線部で図示される領域においてできる限り小さな値に設定することが望ましい。本実施例では、一のカーボンフィラメント群を構成するカーボンフィラメント16の本数の最適値は、n1=7であり、各カーボンフィラメント16の径は、r1=2.7mmとする。
In FIG. 14, it is desirable to set n 1 and r 1 to the smallest possible value in the region indicated by the shaded area. In this embodiment, the optimum number of
<カーボンフィラメント16の昇温速度の概算>
次に、カーボンフィラメント16に電流を供給し、そのジュール熱でカーボンフィラメント16を昇温する際の、カーボンフィラメント16の昇温速度を概算する。
<Estimation of heating rate of
Next, an electric current is supplied to the
電源4から1のカーボンフィラメント群に供給される、あるいは当該1のカーボンフィラメント群で消費される電力エネルギーをW1とし、当該エネルギーW1によりカーボンフィラメント16の温度が時間Δtの間にΔT1変化したとする。この場合には、1のカーボンフィラメント群内のエネルギー収支は、次式(6)で表すことができる。
The power energy supplied from the
W1Δt=C1ΔT1+(W12/2+2×W13+2×Q13)Δt (6)
W 1 Δt = C 1 ΔT 1 + (
ここで、C1は1のカーボンフィラメント群の熱容量、W13は1のカーボンフィラメント群に接続されている電極部15から外部へ放射される放射エネルギー、Q13は当該電極15および金属棒7を伝って外部へ放出される熱エネルギーである。
Here, C 1 is the heat capacity of one carbon filament group, W 13 is the radiation energy radiated to the outside from the
式(6)をさらに変形することにより、次式(7)を得る。 The following equation (7) is obtained by further modifying the equation (6).
ΔT1/Δt=(W1―W12/2―2×W13―2×Q13)/C1 (7) ΔT 1 / Δt = (W 1 −W 12 / 2-2 × W 13 −2 × Q 13 ) / C 1 (7)
式(7)から分かるように、熱容量C1が小さいとき、カーボンフィラメント16の温度上昇は短時間で飽和する。その後、カーボンフィラメント16に供給されるエネルギーは全て、カーボンフィラメント16と電極部15とからの放射エネルギー、および金属棒7を伝って外部へ放出される熱伝導エネルギーにより消費される。
As can be seen from Equation (7), when the heat capacity C 1 is small, the temperature rise of the
さて、1本のカーボンフィラメント16の断面積をS1、長さをL1、比重をρ1、比熱をc1とすると、1のカーボンフィラメント群の熱容量C1は次式(8)のように表される。
Assuming that the cross-sectional area of one
C1=S1・L1・n1・ρ1・c1 (8) C 1 = S 1 · L 1 · n 1 · ρ 1 · c 1 (8)
また、上述したようにカーボンフィラメント16は空芯の円筒構造をしており、肉厚は0.5mmである。このことから、1本のカーボンフィラメント16の断面積S1は次式(9)のように表すことができる。
Further, as described above, the
S1=π(r1 2―(r1―0.5)2)×10-6
=π(r1−0.25)×10-6 (m2) (9)
S 1 = π (r 1 2 − (r 1 −0.5) 2 ) × 10 −6
= Π (r 1 −0.25) × 10 −6 (m 2 ) (9)
L1を装置寸法からたとえば120mmとする。また、ρ1およびc1はカーボンの物性値からそれぞれ2.25g/cm3、0.7J/g・Kとする。また、n1およびr1は上述した最適値の7と2.7を適用する。当該各値および式(9)を用いると、式(8)、つまり1のカーボンフィラメント群の熱容量C1は、9.1(J/K)となる。 L 1 is set to 120 mm, for example, from the apparatus dimensions. Further, ρ 1 and c 1 are set to 2.25 g / cm 3 and 0.7 J / g · K, respectively, from the physical property values of carbon. Further, the optimum values 7 and 2.7 described above are applied to n 1 and r 1 . When each value and Equation (9) are used, Equation (8), that is, the heat capacity C 1 of one carbon filament group is 9.1 (J / K).
また、W13は次式(10)のように表される。 W 13 is expressed as the following equation (10).
W13=γ・σT1 4・S13 (10) W 13 = γ · σT 1 4 · S 13 (10)
ここで、γは電極部15の放射係数であり、たとえば電極部15の材料を高融点金属であるタングステンとした場合、γの値は0.2〜0.4程度となる。なお、以下の計算ではγを0.3とする。また、S13は1のカーボンフィラメント群に接続されている電極部15の面積であり、装置寸法から1000mm2と計算する。
Here, γ is a radiation coefficient of the
また、電極部15および金属棒7を伝って外部へ放出される熱エネルギーQ13は、次式(11)のように表される。
Further, the thermal energy Q 13 released to the outside through the
Q13=(T1−300)/R13 (11) Q 13 = (T 1 −300) / R 13 (11)
ただし、外部の温度は室温(27℃=300K)とした。また、R3は金属棒7の熱抵抗であり、次式(12)のように表される。 However, the external temperature was room temperature (27 ° C. = 300 K). R 3 is the thermal resistance of the metal rod 7 and is represented by the following equation (12).
R13=(1/K3)×L3/n3/S3 (12) R 13 = (1 / K 3 ) × L 3 / n 3 / S 3 (12)
ここで、K3は金属棒5の熱伝導率、L3は金属棒7の長さ、n3は1のカーボンフィラメント群に一方の電極15を介し接続される金属棒7の本数、S3は金属棒7の断面積である。
Here, K 3 is the thermal conductivity of the
たとえば金属棒7が高融点金属であるタングステン製の場合、熱伝導率K3=150であり、L3は装置寸法からたとえば120mmとする。さらに、金属棒7の断面積は金属棒7の半径r3を用いて次式(13)のように表される。 For example, when the metal rod 7 is made of tungsten, which is a refractory metal, the thermal conductivity K 3 = 150, and L 3 is, for example, 120 mm from the device dimensions. Further, the cross-sectional area of the metal rod 7 is expressed by the following equation (13) using the radius r 3 of the metal rod 7.
S3=π(r3×10-3)2 (13) S 3 = π (r 3 × 10 −3 ) 2 (13)
またn3およびr3を、後述するように、最適値としてn3=2、r3=2.2mmとして設定すると、熱抵抗R13は26.3と算出される。 Further, when n 3 and r 3 are set as optimum values n 3 = 2 and r 3 = 2.2 mm as will be described later, the thermal resistance R 13 is calculated to be 26.3.
上記において得られた各値と式(7)を用いて、一のカーボンフィラメント群に電気エネルギーW1を供給した際の、カーボンフィラメント16の昇温速度を概算する。式(7)をさらに式変形すると、次式(14)を得ることができる。
Using the values obtained above and Equation (7), the temperature increase rate of the
Δt/ΔT1=C1/(W1―W12/2―2×W13―2×Q13) (14) Δt / ΔT 1 = C 1 / (W 1 −W 12 / 2-2 × W 13 −2 × Q 13 ) (14)
次に、上述した1のカーボンフィラメント群の熱容量C1の値9.1(J/K)、式(2)、式(10)および式(11)を、式(14)に代入し、さらに、上記した各変数の値を用いて整理する。すると、次式(15)を得ることができる。 Next, the value 9.1 (J / K), formula (2), formula (10), and formula (11) of the heat capacity C 1 of the one carbon filament group described above are substituted into formula (14), and Organize using the values of each variable described above. Then, the following formula (15) can be obtained.
Δt/ΔT1=9.1 /(W1−8.1×10-10(T1 4−T2 4)
―2×γ・σT1 4・S13―2×(T1−300)/26.3) (15)
Δt / ΔT 1 = 9.1 / (W 1 −8.1 × 10 −10 (T 1 4 −T 2 4 ))
−2 × γ · σT 1 4 · S 13 —2 × (T 1 −300) /26.3) (15)
さらに、Δt/ΔT1→dt/dT1として両辺をT1で積分すると、次式(16)を得ることができる。 Furthermore, when Δt / ΔT 1 → dt / dT 1 and both sides are integrated with T 1 , the following equation (16) can be obtained.
t=∫ 9.1 /(W1−8.1×10-10(T1 4−T2 4)
―2×γ・σT1 4・S13―2×(T1−300)/26.3)dT1 (16)
t = ∫ 9.1 / (W 1 −8.1 × 10 −10 (T 1 4 −T 2 4 ))
−2 × γ · σT 1 4 · S 13 —2 × (T 1 −300) /26.3) dT 1 (16)
1のカーボンフィラメント群に供給される電気エネルギーW1をたとえば2.5kWとしたときの、カーボンフィラメント16の昇温プロファイルを式(16)を用いて算出すると、図15のようになる。
When the temperature rise profile of the
図15から分かるように、1のカーボンフィラメント群に2.5kWの電力を投入すると、カーボンフィラメント16の温度は急激に上昇し、6秒程度で1000℃付近に到達する(カーボンフィラメント16の昇温速度の概算となる)。
As can be seen from FIG. 15, when a power of 2.5 kW is applied to one carbon filament group, the temperature of the
なお、カーボンフィラメント16の温度T1が当該1000℃付近に到達した後、1のカーボンフィラメント群に供給されるエネルギーは、そのほとんどが放射エネルギーとして上記被加熱体に供給される。これにより、温度T1の上昇と並行して式(16)における被加熱体の温度T2も昇温され始める。
Note that most of the energy supplied to one carbon filament group after the temperature T 1 of the
このように、被加熱体の温度T2が上昇することにより、カーボンフィラメント16の温度も1000℃からさらに上昇し始める。そして、最終的には、加熱部1(筒部14とも把握できる)内から外部への放熱エネルギーと電源4からの供給エネルギーとが釣り合うまで、カーボンフィラメント15の温度T1および被加熱体の温度T2は、共に上昇し続ける。
As described above, as the temperature T 2 of the object to be heated increases, the temperature of the
<金属棒7の本数n3、径r3の適正値の算出>
次に、カーボンフィラメント群にエネルギーを供給することで上記被加熱体を昇温する際、電源4からの供給エネルギーに対して最も効率的に昇温を行うための、1のカーボンフィラメント群に電流を供給するための金属棒7の本数n3と、各金属棒7の径r3の適正値を算出する。
<Calculation of appropriate values of number n 3 of metal rods 7 and diameter r 3 >
Next, when the temperature of the object to be heated is increased by supplying energy to the carbon filament group, a current is supplied to one carbon filament group for the most efficient temperature increase with respect to the energy supplied from the
ここで、金属棒7の本数n3は、電源側4側に配設されている一の電極部15を介して、1のカーボンフィラメント群に接続される金属棒7の本数である。
Here, the number n 3 of the metal rods 7 is the number of the metal rods 7 connected to one carbon filament group through one
カーボンフィラメント群に電力エネルギーを供給するためには、金属棒7を媒介して電源4から直流あるいは交流の電流を供給する必要がある。したがって、電流供給時の金属棒7においてジュール熱損が生じる。当該ジュール熱損をW3とし、1のカーボンフィラメント群を加熱するために電源4から供給される全電力エネルギーをWTとする。すると、WTは、次式(17)のように表される。
In order to supply electric power energy to the carbon filament group, it is necessary to supply direct current or alternating current from the
WT=W1+W3 (17) W T = W 1 + W 3 (17)
また、上述したように、カーボンフィラメント群を昇温した際、1のカーボンフィラメント群に供給される電気エネルギーW1のうち、金属棒7を通して熱伝導により外部へ放出される熱エネルギーQ13と、カーボンフィラメント群に接続されている電極部15から放射される放射エネルギーW13とは、カーボンフィラメント群および被加熱体の加熱には寄与しない損失エネルギーである。
Further, as described above, among the electric energy W 1 supplied to one carbon filament group when the temperature of the carbon filament group is increased, the thermal energy Q 13 released to the outside through heat conduction through the metal rod 7; The radiant energy W 13 radiated from the
したがって、1のカーボンフィラメント群を加熱するために電源4から供給される全電力エネルギーWTのうち、W3+2×Q13+2×W13は、カーボンフィラメント群および被加熱体の加熱には寄与しない損失エネルギーの和となる。
Therefore, W 3 + 2 × Q 13 + 2 × W 13 out of the total power energy W T supplied from the
当該損失エネルギーの和をWT’とすると、WT’/WTが最小となるように(すなわち、1のカーボンフィラメント群を加熱するために電源4から供給される全電力エネルギーWTに対する、カーボンフィラメント群および被加熱体の加熱に寄与しない損失エネルギーの比率が最小となるように)、金属棒7の本数n3、および各金属棒7の径r3を設定する必要がある。
When the sum of the loss energy is W T ′, W T ′ / W T is minimized (that is, with respect to the total power energy W T supplied from the
W3は1のカーボンフィラメント群に供給されるエネルギーW1を用いて、次式(18)のように表すことができる。 W 3 can be expressed by the following equation (18) using the energy W 1 supplied to one carbon filament group.
W3=W1×2×R3/R1 (18) W 3 = W 1 × 2 × R 3 / R 1 (18)
ここで、R1は、1のカーボンフィラメント群の電気抵抗、R3は、1のカーボンフィラメント群に一方の電極部15を介して接続される金属棒7の電気抵抗である。よって、R1およびR3は、それぞれ次式(19)、(20)のように表すことができる。
Here, R 1 is the electrical resistance of one carbon filament group, and R 3 is the electrical resistance of the metal rod 7 connected to one carbon filament group through one
R1=k1・L1/S1/n1 (19) R 1 = k 1 · L 1 / S 1 / n 1 (19)
R3=k3・L3/S3/n3 (20) R 3 = k 3 · L 3 / S 3 / n 3 (20)
ここで、k1は、カーボンフィラメント16の電気抵抗率、k3は、金属棒7の電気抵抗率である。たとえば、金属棒7が高融点金属であるタングステン製の場合、k3は7.3×10-8であり、カーボンフィラメント16の電気抵抗率はカーボンの物性値から1×10-5となる。
Here, k 1 is the electrical resistivity of the
よって、式(9)、(13)、(19)、(20)等を用いることにより、式(18)は、次式(21)のように書き換えることができる。 Therefore, by using the equations (9), (13), (19), (20), etc., the equation (18) can be rewritten as the following equation (21).
W3=W1×1.46×10-2×r1 2n1/r3 2n3 (21) W 3 = W 1 × 1.46 × 10 −2 × r 1 2 n 1 / r 3 2 n 3 (21)
また、Q13は、式(11)、(12)、(13)から、次式(22)となる。 Also, Q 13 has the formula (11) and (12), from (13), the following equation (22).
Q13=n3r3 2(T1−300)/ 250 (22) Q 13 = n 3 r 3 2 (T 1 −300) / 250 (22)
また、1のカーボンフィラメント群に接続される一方の電極部15から外部へ放射される放射エネルギーW13は、式(10)で示されている。また、n1およびr1をそれぞれ上述した最適値7および2.7mmとし、1のカーボンフィラメント群に供給されるエネルギーW1をたとえば2.5kWとする。すると、カーボンフィラメント群および被加熱体の加熱に寄与しない損失エネルギーの和WT’は、次式(23)のように表される。
In addition, the radiant energy W 13 radiated to the outside from one
WT’=W3+2×Q13+2×W13
=1.86×103/n3r3 2
+2×n3r3 2(T1−300)/250
+2×γ・σT1 4・S13 (23)
W T '= W 3 + 2 × Q 13 + 2 × W 13
= 1.86 × 10 3 / n 3 r 3 2
+ 2 × n 3 r 3 2 (T 1 −300) / 250
+ 2 × γ · σT 1 4 · S 13 (23)
また、1のカーボンフィラメント群を加熱するために電源4から供給される全電力エネルギーWTのうち、カーボンフィラメント群および被加熱体を昇温するために用いられるエネルギーの比率ηは、次式(24)のように表される。
Of the total power energy W T supplied from the
η=1―WT’/WT (24) η = 1−W T '/ W T (24)
式(17)〜(21)を用いてWTを計算し、T1をパラメータとして、n3r3 2を横軸に、ηの値を縦軸にプロットすると、図16のように図示される。 When W T is calculated using the equations (17) to (21), and n 3 r 3 2 is plotted on the horizontal axis and the value of η is plotted on the vertical axis using T 1 as a parameter, the result is shown in FIG. The
図16からηが最大値をとるようなn3r3 2の値は、カーボンフィラメント16の温度が100℃のときで56.0、また1000℃のときで15.0、また1850℃のときで9.0である。
From FIG. 16, the value of n 3 r 3 2 at which η takes the maximum value is 56.0 when the temperature of the
被加熱体をたとえば1800℃に昇温する上で、カーボンフィラメント16を1850℃付近で動作させる時間が最も長いと予想される。このことから、n3r3 2の最適値を9.0とし、1のカーボンフィラメント群に配設されている一方の電極部15に接続される金属棒7の本数n3を2本(したがって、図3に示した1のカーボンフィラメント群の電源4側に配設されている電極部15に着目すると、図3の表裏方向に2本の金属棒7が並走して配設される)、各金属棒7の径r3を2.2mmと設定する(以上が、金属棒7の本数n3、径r3の適正値の算出である)。
For example, when the temperature of the object to be heated is raised to 1800 ° C., the time for operating the
このとき、1のカーボンフィラメント群を加熱するために電源4から供給される全電力エネルギーWTのうち、カーボンフィラメント群および被加熱体を昇温するために用いられるフィラメント放射エネルギーの比率ηは、カーボンフィラメント16の温度が100℃の時に0.97、1000℃で0.87、1850℃で0.62となる。
In this case, of the total electric energy W T supplied from the
また、カーボンフィラメント16の温度が1850℃の時、金属棒7を通して熱伝導により外部へ放出される熱エネルギーQ13は0.14kW、またカーボンフィラメント群に接続される電極部15から放射される放射エネルギーW13は0.35kWとなる。
When the temperature of the
このことから、1のカーボンフィラメント群に供給される電気エネルギーW1を2.5kWとしたときの、カーボンフィラメント群および被加熱体を昇温するために用いられるエネルギーは〜2.0kW(したがって、1の黒体ボックス12の上方に配置される1のカーボンフィラメント群および当該1の黒体ボックス12の下方に配置される1のカーボンフィラメント群に供給される昇温に有効なエネルギーは〜4.0kW)となる。
From this, when the electric energy W 1 supplied to one carbon filament group is 2.5 kW, the energy used to raise the temperature of the carbon filament group and the object to be heated is ˜2.0 kW (therefore, The energy effective for raising the temperature supplied to one carbon filament group disposed above one
上述したように、黒体ボックス12の上下に各々配置されている計2つのカーボンフィラメント群から供給される放射エネルギーW12は、平均3kW以上であれば十分である。このことから、1のカーボンフィラメント群に供給される電気エネルギーW1は、2.5kW以上であれば十分である。また、電流供給時の金属棒7におけるジュール熱損W3は0.2kWとなることから、1のカーボンフィラメント群を加熱するために電源4から供給される全電力エネルギーWTは、2.7kWであることが適当である。
As described above, the average radiant energy W 12 supplied from the two carbon filament groups respectively disposed above and below the
<被加熱体の昇温プロファイルを算出>
次に、上記で得られたn1、r1、n3、r3の最適値を用いて装置を構成し、次に記すような場合を想定して、上記被加熱体の昇温プロファイルを算出する。
<Calculation of temperature rise profile of heated object>
Next, the apparatus is configured using the optimum values of n 1 , r 1 , n 3 , and r 3 obtained above, and assuming the case described below, the temperature rise profile of the object to be heated is calculate.
つまり、以下で行う被加熱体の昇温プロファイルを算出では、4インチの炭化珪素ウエハ6枚を同時にアニール処理し、側面部14aがカーボン製である筒部14の中空部14cに、カーボン製の黒体ボックス12を6個および(図3の点線に囲まれた部分の)熱源13を7個挿入し、カーボンフィラメント16に電流を供給して熱源13を高温に昇温・保持した場合を、想定する。
That is, in the calculation of the temperature rise profile of the object to be heated as described below, six 4-inch silicon carbide wafers are annealed simultaneously, and the
被加熱体の熱容量をC2、1の黒体ボックス12に供給される2のカーボンフィラメント群(つまり、1の黒体ボックス12の上方に配置されている1のカーボンフィラメント群、および当該1の黒体ボックス12を下方に配置されている1のカーボンフィラメント群)からの放射エネルギーをW12とする。
The heat capacity of the object to be heated is C 2 , two carbon filament groups supplied to one black body box 12 (that is, one carbon filament group disposed above one
また、黒体ボックス12および筒部14の側面から外部へ放射されるエネルギーをW23とする。また、最上部に配置されている黒体ボックス12の上面および最下部に配置されている黒体ボックス12の下面から、筒部14の上下面に設置された高融点金属(反射断熱板)2に向かって放射されるエネルギーをW24とする。また、黒体ボックス12と筒部14との接触熱伝導により高融点金属2に伝導する熱エネルギーをQ24とする。
Further, the energy emitted from the side surface of the
すると、被加熱体の熱エネルギー収支は、次式(25)のような計算式で表される。 Then, the thermal energy balance of a to-be-heated body is represented by the calculation formula like following Formula (25).
7×W12Δt=C2ΔT2+(W23+W24+Q24)Δt (25) 7 × W 12 Δt = C 2 ΔT 2 + (W 23 + W 24 + Q 24 ) Δt (25)
この式(25)を式(6)と同様の方法で式変形すると、当該式(25)は次式(26)のように表すことができる。 When the equation (25) is transformed by the same method as the equation (6), the equation (25) can be expressed as the following equation (26).
t=∫C2 /(7×W12―W23―W24―Q24)dT2 (26) t = ∫C 2 / (7 × W 12 -W 23 -W 24 -Q 24 ) dT 2 (26)
次に、上述した熱容量C2の値を算出する。 Next, the value of the heat capacity C 2 described above is calculated.
筒部14の肉厚をたとえば1mmとし、幅および奥行きの長さを120mm、高さを86mmとする。また、上述したように、筒部14の側面部14aには穴14dが複数穿設されている。当該穴14dの幅(横方向の寸法)および高さ(縦方向の寸法)は、それぞれ100mm、10mmとする。また、筒部14の側面部14aには、全部で28個の穴14dが穿設される。
The thickness of the
以上のことから、筒部14の体積は1.32×10-5(m2)となる。
From the above, the volume of the
また、黒体ボックス12の幅および奥行きの長さを120mm、厚さを2mmとする。また、半導体ウエハ20が載置される黒体ボックス12内部の空間12dの、幅および奥行きの長さを100mm、高さを0.5mmとする。
The
すると、黒体ボックス12の6個分の体積は1.43×10-4(m3)となる。よって、カーボンの比熱および比重の値からC2は、246(J/K)と算出される。
Then, the volume of the six
また、筒部14の表面積をS2とすると、上記W23は、次式(27)のように表される。
Further, when the surface area of the
W23=σT2 4・S2 (27) W 23 = σT 2 4 · S 2 (27)
ここで、上記で示した装置寸法からS2は、1.32×10-2(m2)と計算される。 Here, S 2 is calculated as 1.32 × 10 −2 (m 2 ) from the apparatus dimensions shown above.
また、黒体ボックス12の表面積をS2'、高融点金属(反射断熱板)2の温度をT4、放射率が0.2〜0.4と比較的低い高融点金属2と黒体ボックス12との間の放射伝達係数を、λとする。すると、上記W24は、次式(28)のように表される。
Further, the surface area of the
W24=λσ(T2 4―T4 4)・S2' (28) W 24 = λσ (T 2 4 −T 4 4 ) · S 2 ′ (28)
また、最上部に配置される黒体ボックス12の上面(あるいは最下部に配置される黒体ボックス12の下面)と高融点金属2との間の熱抵抗を、R24とする。すると、Q24は、次式(29)のように表される。
Further, the thermal resistance between the upper surface of the
Q24=(T2―T4)/R24 (29) Q 24 = (T 2 -T 4 ) / R 24 (29)
ここで、カーボンの熱伝導率を100とすると、装置寸法からR24は、4.2×10-2と計算される。 Here, assuming that the thermal conductivity of carbon is 100, R 24 is calculated as 4.2 × 10 −2 from the device dimensions.
よって、式(26)に式(27)、式(28)、式(29)を代入すると、次式(30)を得ることができる。 Therefore, the following equation (30) can be obtained by substituting the equations (27), (28), and (29) into the equation (26).
t=∫C2 /(7×W12―σT2 4・S2―λσ(T2 4―T4 4)・S2'
―(T2―T4)/R24)dT2 (30)
t = ∫C 2 / (7 × W 12 −σT 2 4 · S 2 −λσ (T 2 4 −T 4 4 ) · S 2 ′
- (T 2 -T 4) / R 24) dT 2 (30)
式(30)において、λをたとえば0.3、W12を3kWとし、T4をパラメータとしてT2の昇温速度をプロットすると、図17のようになる。図17は、被加熱体の昇温プロファイルである。 In equation (30), when λ is 0.3, W 12 is 3 kW, and T 4 is a parameter and T 2 is heated, the rate of temperature rise is plotted as shown in FIG. FIG. 17 is a temperature rise profile of the object to be heated.
1のカーボンフィラメント群からの放射エネルギーW12によって上記被加熱体が加熱され、その熱エネルギーは、放射および熱伝導を媒介して高融点金属(反射断熱板)2にも供給される。これに伴い、高融点金属2の温度T4も上昇し始め、1のカーボンフィラメント群からの放射エネルギーW12によって加熱される被加熱体の飽和温度も上昇する。すなわち、被加熱体の温度T2および高融点金属2の温度T4が、ともに上昇することになる。
The object to be heated is heated by the radiant energy W 12 from one carbon filament group, and the heat energy is also supplied to the refractory metal (reflective heat insulating plate) 2 through radiation and heat conduction. Along with this, the temperature T 4 of the
被加熱体と高融点金属2との間の熱抵抗R24は、4.2×10-2と小さい。また、高融点金属2の材料をタングステンとした場合、当該高融点金属2の厚さを1mm程度にすることで、その熱容量は40(J/K)程度となる。したがって、両者間のCR時定数は1.6(s)程度となることから、上記した温度T2および温度T4の熱応答は非常に速いと言える。
The thermal resistance R 24 between the object to be heated and the
上記各計算結果と図17で示した被加熱体の昇温プロファイルから、実施例に係わる加熱装置において、1の黒体ボックス12の上下に存する2つのカーボンフィラメント群から当該1の黒体ボックス12に対して、平均〜3kW(1のカーボンフィラメント群あたり〜1.5kW)の放射エネルギーが投入されることで、被加熱体を約15秒程度で1800℃付近に昇温できる。また、このときのカーボンフィラメント16の温度は式(1)から1850℃である。
From the above calculation results and the temperature rise profile of the object to be heated shown in FIG. 17, in the heating apparatus according to the example, from the two carbon filament groups existing above and below the one
<実施例の結論>
これまでの計算結果から、本発明に係わる加熱装置の最適な実施例について結論する(つまり、最適と考えられる装置構造、装置各部の寸法について結論する)。
<Conclusion of Examples>
From the calculation results so far, the optimum embodiment of the heating device according to the present invention is concluded (that is, the device structure considered to be optimum and the dimensions of each part of the device are concluded).
断面が120×120mm2の正方形、肉厚が1mm、高さが86mmで、その上下端が高融点金属(反射断熱板)2により覆われた筒部14を、内部が冷やされたステンレス製のチャンバー2内部に設置する。ここで、筒部14の側面部14aはカーボンで形成されている。
A
また、筒部14の側面部14aには、熱源13(より具体的には各カーボンフィラメント群)を挿入するための穴14dが複数穿設されている。当該穴14dは、10×100mm2の長方形であり、7×4個穿設されている。なお、熱源13の数は7個であり、1の熱源13を構成するカーボンフィラメント群の数は2個(2セット)である。したがって、筒部14に設置されるカーボンフィラメント群の総数は、14個(14セット)となる。
Further, a plurality of
また、各穴14dに固定される各電極部15には、各々2本の金属棒7が接続されている。上述の通り、1のカーボンフィラメント群の一端および他端に、各々電極部15が接続されている。なお、以上から分かるように、7×4個の穴14dの全てに、電極15が固定されている。
Two metal rods 7 are connected to each
炭化珪素ウエハなどの半導体ウエハが載置された、カーボン製の6個の黒体ボックス12と、7個の上記熱源13とは、筒部14の中空部14c内部において縦方向に交互にセットされる。
Six
1のカーボンフィラメント群を形成する7本のカーボンフィラメント16は、空芯のカーボン筒から構成されており、内側の肉厚は0.5mm、断面の半径は2.7mmである。
The seven
また、各カーボンフィラメント群には、一方端および他方端に、電極部15が各々配設されており、各電極部15には、2本の金属棒7が接続されている。当該金属棒7の断面の半径は2.2mmである。
Each carbon filament group is provided with an
このようにして構成された加熱装置において、1セットのカーボンフィラメント群に平均2.7kW(合計〜37.8kW)の電力エネルギーを投入する。すると、各カーボンフィラメント16は、〜6秒で1000℃付近に上昇する。そして、当該各カーボンフィラメント16からの放射エネルギーにより、黒体ボックス12および筒部14を含めた被加熱体も加熱される。
In the heating apparatus configured as described above, an average of 2.7 kW (total to 37.8 kW) of electric energy is input to one set of carbon filament groups. Then, each
結果、〜15秒でカーボンフィラメント16は1850℃に、被加熱体は1800℃に昇温される。
As a result, in about 15 seconds, the
1 加熱部、2 高融点金属(反射断熱板)、3 チャンバー、4 電源、5 接地用金属電極、6 支持棒、7 金属棒、8 支柱、9 真空ポンプ、10 ガス導入ライン、11,11a,11b 搬送用アーム、12 黒体ボックス、12a 黒体のトレイ、12b 黒体の蓋、13 熱源、13g,13h カーボンフィラメント群、14 筒、14a 側面部、14b 爪部、14c 中空部、14d 穴、15 電極部、16 カーボンフィラメント、100 半導体ウエハの加熱装置。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heating part, 2 refractory metal (reflective heat insulation board), 3 chamber, 4 power supply, 5 ground metal electrode, 6 support bar, 7 metal bar, 8 support | pillar, 9 vacuum pump, 10 gas introduction line, 11, 11a, 11b Transfer arm, 12 black body box, 12a black body tray, 12b black body lid, 13 heat source, 13g, 13h carbon filament group, 14 cylinders, 14a side surface part, 14b claw part, 14c hollow part, 14d hole, 15 Electrode unit, 16 carbon filament, 100 Semiconductor wafer heating device.
Claims (5)
前記穴を通して前記筒部の前記中空部への出し入れが可能であり、黒体のトレイと黒体の蓋とから成り、前記黒体のトレイと前記黒体の蓋とが組み合わされることにより形成される空間に半導体ウエハを配置することができる、複数の黒体ボックスと、
前記穴を通して前記筒部の前記中空部への出し入れが可能である、複数の熱源とを、備えており、
前記半導体ウエハの加熱処理時には、
前記筒部の前記中空部内において、前記黒体ボックスと前記熱源とが上下方向に交互に、配置される、
ことを特徴とする半導体ウエハの加熱装置。 A cylindrical portion having a hollow portion and having a plurality of holes drilled in a side surface;
The cylindrical portion can be inserted into and withdrawn from the hollow portion through the hole, and includes a black body tray and a black body lid, and is formed by combining the black body tray and the black body lid. A plurality of black body boxes capable of placing semiconductor wafers in a space to be
A plurality of heat sources capable of being taken in and out of the hollow portion of the cylindrical portion through the hole,
During the heat treatment of the semiconductor wafer,
In the hollow portion of the cylindrical portion, the black body box and the heat source are alternately arranged in the vertical direction.
A semiconductor wafer heating apparatus.
各前記熱源は、複数のカーボンフィラメントから構成されるカーボンフィラメント群により構成されており、
前記電源部は、
各前記カーボンフィラメント群に対して、独立に、前記エネルギーを供給することができる、
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体ウエハの加熱装置。 A power source that supplies energy for generating heat from the heat source to the heat source;
Each of the heat sources is composed of a carbon filament group composed of a plurality of carbon filaments,
The power supply unit is
The energy can be supplied independently to each of the carbon filament groups.
The apparatus for heating a semiconductor wafer according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体ウエハの加熱装置。 The black body box is made of carbon.
The apparatus for heating a semiconductor wafer according to claim 1.
上面および下面を有しており、
前記筒部の少なくとも前記上面および前記下面は、
高融点金属から成る、
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体ウエハの加熱装置。 The cylindrical portion is
Has an upper surface and a lower surface,
At least the upper surface and the lower surface of the cylindrical portion are
Made of refractory metal,
The apparatus for heating a semiconductor wafer according to claim 1.
高融点金属から構成されている、
ことを特徴とする請求項4に記載の半導体ウエハの加熱装置。
The cylindrical portion is
Composed of refractory metal,
The apparatus for heating a semiconductor wafer according to claim 4.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006127307A JP4907222B2 (en) | 2006-05-01 | 2006-05-01 | Semiconductor wafer heating device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006127307A JP4907222B2 (en) | 2006-05-01 | 2006-05-01 | Semiconductor wafer heating device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007299971A true JP2007299971A (en) | 2007-11-15 |
JP4907222B2 JP4907222B2 (en) | 2012-03-28 |
Family
ID=38769213
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006127307A Expired - Fee Related JP4907222B2 (en) | 2006-05-01 | 2006-05-01 | Semiconductor wafer heating device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4907222B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107699673A (en) * | 2017-10-12 | 2018-02-16 | 钢铁研究总院 | A kind of high flux gradient thermal processing array crucible |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6418729A (en) * | 1987-07-15 | 1989-01-23 | Kubota Ltd | Hydraulic circuit structure of four-wheel drive type working vehicle |
JPH02303121A (en) * | 1989-05-01 | 1990-12-17 | American Teleph & Telegr Co <Att> | Manufacture of semicowductor device |
JPH0661165A (en) * | 1992-08-11 | 1994-03-04 | Hitachi Ltd | Heat treatment device |
JPH06232138A (en) * | 1993-02-03 | 1994-08-19 | Mitsubishi Electric Corp | Annealing device |
JPH07106274A (en) * | 1993-10-04 | 1995-04-21 | Hitachi Ltd | Specimen heating method and specimen heat-treating equipment |
JP2004297034A (en) * | 2003-03-10 | 2004-10-21 | Kwansei Gakuin | Thermal treatment equipment and thermal treatment method using the same |
-
2006
- 2006-05-01 JP JP2006127307A patent/JP4907222B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6418729A (en) * | 1987-07-15 | 1989-01-23 | Kubota Ltd | Hydraulic circuit structure of four-wheel drive type working vehicle |
JPH02303121A (en) * | 1989-05-01 | 1990-12-17 | American Teleph & Telegr Co <Att> | Manufacture of semicowductor device |
JPH0661165A (en) * | 1992-08-11 | 1994-03-04 | Hitachi Ltd | Heat treatment device |
JPH06232138A (en) * | 1993-02-03 | 1994-08-19 | Mitsubishi Electric Corp | Annealing device |
JPH07106274A (en) * | 1993-10-04 | 1995-04-21 | Hitachi Ltd | Specimen heating method and specimen heat-treating equipment |
JP2004297034A (en) * | 2003-03-10 | 2004-10-21 | Kwansei Gakuin | Thermal treatment equipment and thermal treatment method using the same |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107699673A (en) * | 2017-10-12 | 2018-02-16 | 钢铁研究总院 | A kind of high flux gradient thermal processing array crucible |
CN107699673B (en) * | 2017-10-12 | 2019-05-31 | 钢铁研究总院 | A kind of high throughput gradient thermal processing array crucible |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4907222B2 (en) | 2012-03-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5645942B2 (en) | Graphitization furnace and method for producing graphite | |
US5324920A (en) | Heat treatment apparatus | |
JP2003142037A (en) | Improved lamp | |
WO2005095680A1 (en) | Semiconductor single crystal manufacturing equipment and graphite crucible | |
JP5653830B2 (en) | Polycrystalline silicon manufacturing apparatus and polycrystalline silicon manufacturing method | |
JP4907222B2 (en) | Semiconductor wafer heating device | |
JP3307924B2 (en) | Heat treatment equipment | |
WO2015194675A1 (en) | Heating device, heating method, temperature adjustment mechanism, and semiconductor manufacturing device | |
US20050183820A1 (en) | Thermal treatment equipment | |
JPH0718446A (en) | Heat treating device | |
US20060193366A1 (en) | Heating element structure with efficient heat generation and mechanical stability | |
JP5914922B2 (en) | Heater for semiconductor heat treatment | |
JP4350322B2 (en) | Heat treatment equipment | |
JP2007096334A (en) | Substrate treatment apparatus, method of manufacturing semiconductor device, and heating unit | |
JP5686467B2 (en) | Substrate processing apparatus and semiconductor device manufacturing method | |
JPH01236615A (en) | Heat-treatment device | |
JP6772753B2 (en) | Polycrystalline silicon reactor | |
KR101539566B1 (en) | Method and apparatus for igniting silicon rods outside a cvd-reactor | |
KR20140052272A (en) | Heat treatment device for annealing process | |
JP2011103469A (en) | Substrate processing apparatus, method of manufacturing semiconductor device, heating device, and heat insulating material | |
JP3768093B2 (en) | MoSi2 module heater with excellent heat uniformity | |
JPH04155822A (en) | Heat treatment device | |
JPH0718445A (en) | Heat treating device | |
TW202320585A (en) | Heating element | |
JP2020093974A (en) | Crystal growth apparatus and crucible |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20081208 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20081208 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20111110 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120110 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120111 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150120 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |