JP2557137B2 - 半導体製造用加熱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、半導体装置を製造する過程において、例
えば熱処理や薄膜形成などに使用される半導体製造用加
熱装置に関するものである。

［従来の技術］ 第６図及び第７図は例えば『1987年版超LSI製造試験
装置ガイドブック』（工業調査会発行）の第55頁に示さ
れている従来の拡散炉を示す断面図であり、第６図はヒ
ータ下置形、第７図はヒータ上置形のものである。

図において、符号（１）は電気炉であり、その炉壁中
にはヒータ（２）が埋め込まれている。（３）は電気炉
（１）内に設けられている炉芯管であり、この炉芯管
（３）としては、例えば石英管が用いられている。
（４）は炉芯管（３）内に挿入されている石英ボード、
（５）は石英ボード（４）に多数セットされている被加
熱物としてのウエハである。

また、電気炉（１）と炉芯管（３）との間には、炉芯
管（３）を均一に加熱するための均熱管（図示せず）が
設けられている。さらに、電気炉（１）の外周部等、保
温や断熱を必要とする箇所には断熱材（図示せず）が設
けられている。

従来装置は、上記のように構成されているため、温度
安定性は良いが、昇温降温特性については十分ではな
い。即ち、従来装置では、室温から1200℃まで昇温する
のに40〜120分程度かかり（昇温速度10〜30℃／分）、1
200℃から600℃まで降温するのに60〜300分程度（降温
速度２〜10℃／分）必要とする。例えば、1000℃での処
理が必要な場合、炉芯管（３）内を600℃程度の低温に
してからウエハ（５）を炉芯体（３）内に挿入すると、
炉芯体（３）の昇温及び温度安定に要する時間は30分以
上となる。従って、デバイスの微細化に伴う低温化及び
短時間処理の要求に応えにくく、また温度×時間で与え
られる熱処理量を精密に制御することも困難である。

また、電気炉（１），炉芯体（３），均熱管及び断熱
材等の多数の部品を組み立てる必要があり、組立に手間
がかかるとともに、分解，洗浄にも手間がかかる。さら
に、ヒータ部が熱膨張により伸び、結果としてだれを生
じ、その結果各部品間のクリアランスが変化することも
装置の組立に考慮する必要があった。

一方、同様のシステム構成を有し、かつ真空排気系及
びガス系を備えている減圧CVD装置の加熱炉において
は、大気からの巻き込み酸素によって自然酸化膜が形成
されるので、これを避けるために、ロードロック室を設
けているが、この場合装置が大形複雑となる。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のように構成された従来の半導体製造用加熱装置
においては、昇降温に時間がかかり、また熱処理量の精
確な制御も困難であるという問題点があった。また、部
品点数が多いため、組立や分解、及び組立時の位置決め
などに手間がかかるという問題点もあった。さらに、減
圧CVD装置に使用する場合には、巻き込み酸化が発生す
るという問題点もあった。

この発明は、上記の問題点を解決することを課題とす
るもので、昇降温特性を向上させることができ、熱処理
量の制御をより精確に行うことができ、また構造を簡単
にすることができ、これにより組立や分解を容易にする
ことができ、さらに減圧CVD装置に使用する場合の巻き
込み酸化を防止することができる半導体製造用加熱装置
を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る半導体製造用加熱装置は、セラミック
材料製の炉芯体と、この炉芯体の壁部内に埋め込まれた
抵抗線とを有する加熱炉を用いたものである。

［作用］ この発明においては、熱伝導率の良いセラミック材料
製の炉芯体自体を発熱させるかたちとなるため、昇降温
特性が向上し、かつ温度制御が容易となる。

［実施例］ 以下、この発明の実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の第１実施例による加熱装置の断面図であ
る。

図において、符号（11）はセラミック材料製の炉芯体
（11a）とこの炉芯体（11a）の壁部内に埋め込まれてい
る抵抗線（図示せず）とからなる加熱炉であり、この実
施例では、SiC製の炉芯体（11a）とニクロム線とを使用
している。また、SiC製の炉芯体（11a）では、その熱伝
導率が0.2Cal/cm・sec・℃程度であり、これは金属の２
〜４倍程度、ガラスの10倍以上である。（12）は加熱炉
（11）を囲んで断熱している断熱材、（13）は加熱炉
（11）の一端部に設けられているキヤップ、（14）はウ
エハ（５）を加熱炉（11）に挿入するためのパドル及び
ウエハボートである。

また、加熱炉（11）の他端部からは、窒素，酸素，水
蒸気及びアルゴン等のガス（15）が導入される。

上記のような加熱装置においては、加熱炉（11）とし
ていわゆるセラミックヒータを使用してウエハ（５）の
熱処理を行っているので、100℃／分以上の速度での急
速な昇降温が可能である。また、急熱急冷ができるた
め、熱処理量（温度×時間）も定量化が可能である。即
ち、第２図に示すように、台形の面積で示される熱処理
量が、従来の約半分近くに大幅に減少する。

また、従来装置は電気炉（１），炉芯体（３），均熱
管及び断熱材等により構成さていたのに対して、この実
施例の装置は、チューブ状の加熱炉（11）とその外周に
設けられている断熱材（12）とにより構成されているの
で、構造が簡単であり、このため組立や分解が容易であ
り、かつ各部品間のクリアランスを調整する必要もな
く、各部品の中心位置などの位置決めも容易である。

なお、上記第１実施例では、加熱炉（11）を一体物と
したが、第２実施例である第３図に示すように、加熱炉
（16）を複数個、例えば４個の部分加熱炉（16a）〜（1
6d）に分割し、それぞれを分割制御することによって、
炉内温度にプロファイルを持たせることも可能である。

また、上記各実施例は、いずれも横形炉によって説明
したが、縦形炉としてもよく、上記と同様の効果が得ら
れる。

さらに、第４図に示す第３実施例は、この発明を減圧
CVD装置に適用したものであり、加熱炉（16）の両端部
にキヤップ（13）を設け、その一方に真空系のポンプ
（17）を、他方にガス流入口（18）を設けているもので
ある。

このような装置では、昇温が速いので、巻き込み酸化
をしない温度（例えば500℃以下）まで炉温を下げてウ
エハ（５）を挿入した後、内部の空気を不活性ガスと置
換し、この後再度昇温して使用することができる。即
ち、この方法によれば、ロードロック室やパージ管構造
を設けることなく、巻き込み酸化を防止できる。

さらにまた、第５図A,Bに示すように、枚葉式のもの
にもこの発明を適用できる。

図において、符号（19）は上記各実施例と同様のセラ
ミックヒータ構造の加熱炉であり、これによると、ラン
プアニール程の急加熱はできないものの、ウエハ（５）
全体に対して加熱できるので、ストレスの発生が少な
い。

また、炉芯体（11a）のセラミック材料はSiCに限定さ
れるものではなく、抵抗線もニクロム線に限定されるも
のではない。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明の半導体製造用加熱装
置は、セラミック材料製の炉芯体と、この炉芯体の壁部
内に埋め込まれた抵抗線とを有する加熱炉を用いたの
で、昇降温特性を向上させることができ、熱処理量の制
御をより精確に行うことができるという効果を奏する。
また、構造を簡単にすることができ、これにより組立や
分解を容易にすることができるとともに、位置決め精度
を向上させることができるなどの効果も奏する。さら
に、減圧CVD装置に使用する場合、昇降温が速いため、
低温状態で被加熱物を挿入して、内部の空気を不活性ガ
スと置換した後、再度昇温して成膜することができ、こ
れにより巻き込み酸化を防止することができるという効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例を示す断面図、第２図は
第１図の装置及び従来装置のそれぞれの熱処理量を示す
時間と温度との関係図、第３図はこの発明の第２実施例
を示す断面図、第４図はこの発明の第３実施例を示す断
面図、第５図Ａはこの発明の第４実施例を示す斜視図、
第５図Ｂは第５図Ａの矢印VBによる正面図、第６図は従
来装置の一例を示す断面図、第７図は従来装置の他の例
を示す断面図である。 図において、（５）は被加熱物（ウエハ）、（11），
（16）及び（19）は加熱炉、（11a）は炉芯体である。 なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被加熱物を加熱炉内に入れて加熱する半導
   体製造用加熱装置において、前記加熱炉は、セラミック
   材料製の炉芯体と、この炉芯体の壁部内に埋め込まれた
   抵抗線とを有していることを特徴とする半導体製造用加
   熱装置。