JP2781616B2 - 半導体ウエハの熱処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は拡散装置、気相薄膜形成装置（CVD装置）な
ど半導体ウエハの熱処理装置に係り、特にウエハを消浄
に均一に短時間熱処理するのに好適な装置構造に関す
る。

〔従来の技術〕

従来の装置は、特開昭59−36927号公報に記載のよう
に、円筒形装置の天井部に同心円形状の加熱用ランプを
配置し、水平に保持したウエハを装置の下方から挿入
し、各ランプの出力を調整しながら、ウエハを加熱して
いた。

また、特開昭58−194332号公報に記載のように、ウエ
ハの上下に加熱ランプを設け、さらにウエハ外周部に補
助加熱ランプを設けてウエハを加熱するようになつてい
た。

また、特開昭63−232422号公報に記載のように、円筒
形の高温炉内壁の天井部および側面部に抵抗発熱ヒータ
を設け、高温炉の下方からウエハを挿入して、ウエハを
加熱していた。

また、特開昭60−131430号公報に記載のように、ラン
プで加熱しているウエハの温度を赤外線センサで測定
し、ランプの発熱量を制御していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来のうち特開昭59−36927号公報に記載の技術
はウエハのみを高温とし、装置の内壁や処理ガスを低温
の状態にしておくため、ウエハ挿入時にウエハに伴つて
ごみを含んだ外気を装置内部に持ち込んでしまうという
問題があつた。さらにウエハのような平面を均一に加熱
する点に配慮がされていなかつた。すなわち、フイラメ
ント１本ごとにガラス管で囲まれているため、ガラス管
の直径以下の距離にフイラメントを並べることができ
ず、発熱のないガラス管が不均一温度分布を発生する原
因となつていた。その結果、ウエハに熱応力欠陥を発生
し、熱処理にばらつきが生じるという問題があつた。

また特開昭58−194332号公報に記載の従来技術はウエ
ハの温度分布低減を目的としたものであるが、補助加熱
ランプの発熱量制御の最適条件を少しでも外れるっとウ
エハに不均一温度分布が生じ、ウエハ周縁部に熱応力欠
陥が発生するという問題があつた。

また特開昭63−232422号公報に記載の従来技術は抵抗
発熱ヒータのみで加熱しており、抵抗発熱ヒータは大気
中に設けるため線径が比較的太いので熱容量が大きく、
抵抗発熱ヒータは発熱量の非常に短時間の高速制御をす
ることができなかつた。仮に抵抗発熱ヒータのみを用
い、秒オーダの短時間加熱を連続処理を行つたとして
も、ヒータ温度が処理回数ごとに変化し、ウエハごとに
熱処理がばらついてしまうという問題があつた。

また特開昭60−131430号公報に記載の従来技術はウエ
ハ表面の放射率が表面状態によつて変化する点について
配慮がされておらず、加熱中に放射率が変化する場合、
赤外線センサにより温度指示値の誤差が大きくなるとい
う問題があつた。

本発明の第１の目的は、ウエハ挿入時に外気を巻き込
まず、清浄に短時間熱処理し、かつ温度上昇時及び定常
加熱時のウエハ温度分布を低減し、熱応力欠陥を発生せ
ず、均一に熱処理する装置を提供することにある。

第２の目的は、ウエハ表面状態によらず、制度良くウ
エハ温度を測定する方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記第１の目的を達成するために、本発明の熱処理装
置は縦型円筒形装置内に抵抗発熱ヒータと加熱用ランプ
を設け半導体ウエハ全体を加熱し、かつウエハ周辺部近
くに補助加熱用ランプを設け、かつ、集光器やレンズに
より、その加熱光に方向性を与えて、ウエハ周縁を含ま
ずに周縁から少し内側の位置を局所的に加熱させるよう
にしたものである。

ここで、抵抗発熱ヒータは線径が数mmの合金材料を用
い、大気圧にてジュール発熱させるヒータで、ヒータの
焼切れを防止するためヒータ温度が1500℃以下である
が、熱効率がよく連続加熱に適したヒータのことを言
う。一方加熱用ランプは線径が数百μｍのタングステン
線フィラメントをガラス管の中に封入し、ガラス管内に
不活性ガス又はハロゲンガスを入れ、フィラメントに電
流を流して3000℃程度の白熱状態にして発熱するもの
で、フィラメントが細いため発熱量の高速制御が可能な
加熱源のことを言う。抵抗発熱ヒーターは連続的に発熱
させて装置内壁や処理ガスを常に高温に保つものであ
る。加熱用ランプはウエハ温度に合わせて発熱量を制御
し、ウエハ温度を制御するものである。

また、ランプ管構造を偏平な円形，環状形とし、その
中にフアラメントを平面的に配線し、そのような平面形
状の加熱用ランプをウエハに平行となるように配置して
ウエハを加熱したものである。

第２の目的を達成するために、赤外線センサと共に同
じ波長の発光ランプを設け、発光ランプの光がウエハ表
面にて反射してくる光の強度を赤外線センサで測定する
ことにより、ウエハ放射率を測定する。次に発光ランプ
を消してウエハからの放射強度を測定し、先に求めたウ
エハ放射率を用いてウエハ温度を算出するものである。

〔作用〕

第１の目的を達するための縦形円筒形装置の側壁に設
けた抵抗発熱ヒータは連続的に発熱し、装置内壁や処理
ガスを縮に高温の状態に保つため、下端を開放した縦形
円筒形装置の内部に高温ガスの処理ガスが浮力で充満
し、ウエハ挿入時においてウエハに伴う低温の外気が高
温処理ガスで追い払われ、外気が装置内に持ち込まれる
ことはない。また、縦形円筒形装置の天井部に設けた加
熱用ランプは、ウエハの温度に合わせて発熱量を高速制
御するため、挿入直後のウエハ温度を急速に熱処理温度
まで加熱することが可能であり、またウエハ全面が均一
温度になるように加熱制御することが可能であり、秒オ
ーダの短時間熱処理をすることができる。

さらに、のウエハ周縁部近くに設けた補助ランプから
の方向性のある加熱光は、ウエハ周縁を含まずに周縁近
傍を局所的に加熱することができる。低温のウエハを熱
処理温度まで温度上昇させる際に、ウエハ周縁部はウエ
ハ側面と周端面の両者の加熱のために温度が高くなる。
またウエハ中央部は加熱源の中央に対面しているため温
度が高くなる。両者の作用によつてウエハ周縁から少し
内側の部分が最も温度が低くなる。方向性の加熱光にて
温度が低い部分を局所的に加熱するため、ウエハ温度分
布を低減することができる。

また、平面形状の加熱用ランプは平面的に均一な加熱
が可能であり、ランプに平行になるように配置したウエ
ハ全面を均一な温度にすることができる。特に定常処理
時のウエハ温度分布を低減することができる。

第２の目的を達成するための発光ランプと赤外線セン
サにより、ウエハの放射率を測定しながら、ウエハから
の放射強度を測定することができる。ウエハからの放射
強度からウエハ温度に換算するには、ウエハの放射率を
与える必要があるが、オンラインでウエハの放射率を測
定しているため、加熱中にウエハの放射率が変化して
も、それに対応してウエハ温度を精度よく求めることが
できる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図，第２図により説明
する。第１図は本発明を適用した拡散装置の縦断面図で
あり、第２図は加熱用ランプの配置を示す水平断面図で
ある。高温炉１は縦形円筒形状をしており、炉内側壁に
上下に２分割された抵抗発熱ヒータ２−1,2−２（直径
が２〜10mmのカンタル素線など）が設けられている。ヒ
ータ２−1,2−２の内側に均熱管３（シリコンカーバイ
ト製など）、反応管４（石英ガラス製など）が設けられ
ており、周囲に断熱材５が設けられている。高温炉１の
天井部に並列した棒状の加熱用ランプ６とリング状のラ
ンプ７が設けられている。リング状のランプ７の加熱光
がウエハ８の周縁部近傍のみに局所的に照射されるよう
に集光器９が設けられている。ランプ6,7の外側には反
射板10が設けられており、それには冷却用の空気の流路
11が設けられている。１枚のウエハ８が挿入治具12に乗
せられて高温炉１の下方から内部に挿入される。挿入治
具12は搬送台13に取り付けられており、ウエハ挿入時に
キヤンプ14が閉じるようになつている。挿入治具12にウ
エハを供給し、払い出すためのロード・アンロード治具
15が設けられている、高温炉１の下方にハーフミラー1
6,赤外線センサ17,赤外ランプ18から構成されたウエハ
温度計測系が設けられている。反応管４の内部は、拡散
装置の使用条件に応じて、窒素，アルゴン，酸素，水蒸
気などの処理ガスが流れている。反応管４の側壁に供給
管19が取り付けられており、外部から導びかれるガスが
供給管19を流れる間に予熱され、高温となつてガスが反
応管４の上部に供給される。第２図のランプ配置におい
て、棒状の加熱用ランプ６はウエハ８の全面にわたつて
多数並列しており、ランプの軸方向において発熱部はウ
エハ８に面している部分のみとする。リング状のランプ
７はウエハ８に周囲に軸対称となるように設けられてい
る。いずれのランプも電源供給端子20は高温部分から外
れた位置になつていて、十分に冷却されている。

発熱制御系は第１図に示してあるように、抵抗発熱ヒ
ータ２−1,2−２は発熱部中央に熱電対21が設けられて
おり、温調器22にて目標温度に近づくように発熱量がPI
D制御され、電源23からの供給電力が調整される。ま
た、赤外線センサ17の指示値はウエハ温度計24にて目標
温度に近づくように発熱量がPID制御され、電源25から
の供給電力が調整される。温調器22やウエハ温度計24へ
の目標温度の設定などは生コントローラ26の信号によつ
て行われる。

以上のように構成された拡散装置を用いてウエハ熱処
理を行う場合の動作を次に示す。抵抗発熱ヒータ２−1,
2−２の発熱により高温炉１の内部は、例えば1000℃の
高温状態になつている。２つに分割されたヒータ２−1,
2−２及びランプ6,7の発熱量を制御することにより、高
温炉１の上部に均一温度場が形成されている。挿入治具
12が高温炉１の直下に移動し、ロード・アンロード治具
15によつてウエハが乗せられる。挿入治具12が上方に移
動し（例えば200mm/秒の速度）ウエハ８を高温炉１の内
部に収納する。後で説明するように、ウエハ温度計測系
により、ウエハ温度を測定し、ウエハ温度が熱処理温度
（例えば1000℃）に速く近づくように、加熱用ランプ6.
7の発熱量が制御される。また、後で詳細に説明するよ
うに、棒状ランプ６とリング状ランプ７との発熱量は、
温度上昇時及び定常時のウエハ温度が均一になるように
制御される。常温で挿入されたウエハが例えば10秒程度
で熱処理温度に達し、その後熱処理温度が一定値に保た
れる。所定時間（例えば10秒）の熱処理後、ウエハは高
温炉１の直下に取り出され、ロード・アンロード治具15
によつて次のウエハと交換され上記動作が連続する。

抵抗発熱ヒータ２−1,2−２は連続的に発熱してお
り、反応管４の内部が高温状態の処理ガスが浮力で充満
しているため、外部の空気は反応管４の内部に入り込む
ことがない。

ウエハ面内温度分布について、ウエハ中央部は棒状ラ
ンプ６に近いために高温となる。装置上壁の周辺にラン
プやヒータがない部分があるため、ウエハの周縁の近く
が低温となる。一方、ウエハの最外周部は周端面への加
熱のために再び高温となる。数値シミユレーシヨンによ
り、ウエハ半径方向の温度分布を計算した結果を第３図
に示す。第３図のＡが棒状ランプ６のみを使用した場合
で量る。リング状ランプ７によりウエハ周縁を含まず周
縁から少し内側の部分を局所的に加熱した場合を第３図
のＢに示す。この場合、最大と最小の温度差を低減する
ことがわかる。これは、リング状ランプ７に集光器９が
設けられているので加熱光に方向性が生じ、ウエハ周縁
を含まず周縁近傍で局所的に加熱することが可能となる
ため、温度差が低減するためである。局所加熱領域を適
正化することにより温度分布をさらに低減できる。集光
器９をなくし、リング状ランプ７からウエハ全面を加熱
した場合を第３図のＣに示す。この場合ウエハ周端面へ
の加熱量も増し、ウエハ最外周部の温度が非常に高くな
り、温度差が大きくなる。次にウエハ温度測定について
示す。赤外線センサ17によりウエハ温度を測定するウエ
ハ表面の放射率を与える必要がある。ところがウエハの
放射率は酸化膜厚の変化によつて変化するため、熱処理
中の表面状態の変化が測定誤差を生じる。600℃以上の
ウエハは不透明であるため、ウエハの反射率と放射率の
和が1.0という関係がある。赤外ランプ18を店頭し、ハ
ーフミラー16で反射された光がウエハ８にて反射され、
ハーフミラー16を透過して赤外線センサ17に達する強度
を測定することにより、ウエハの反射率を求めることが
でき、それから放射率を算出できる。次に赤外ランプ18
を消灯して、ウエハ８からの放射エネルギーを赤外線セ
ンサ17で測定し、先に求めた放射率を与えることにより
ウエハ温度を求めることができる。放射率測定と温度測
定を交互に行うことにより、ウエハ表面状態が変化して
も精度よくウエハ温度を求めることができる。

上記、実施例の熱処理方法は抵抗発熱ヒータ２−1,2
−２により高温炉１の内部の温度を熱処理温度（たとえ
ば1000℃）にしておき、ウエハの挿入後ウエハ温度がす
みやかに熱処理温度に近づくように加熱ランプ６を発熱
させるものであつた。この場合、スループツトが大きい
という利点がある。

他の熱処理方法として、高温炉１の内部の温度を熱処
理温度よりやや低い温度（たとえば800℃）にしてお
き、挿入後ウエハ温度が高温炉１の内部温度になつた
後、加熱ランプ６の発熱させて熱処理温度に近づける方
法もある。この場合、ウエハを予熱することに相当し、
温度上昇時のウエハ面内温度分布を低減させることがで
きるので、リング状ランプ７を設けなくても熱応力欠陥
の発生を防止できる効果がある。

他の熱処理方法として、ウエハ８を高温炉１に挿入す
る速度を遅くすることにより、ウエハをゆつくり温度上
昇させることができるので、温度上昇時のウエハ面内温
度分布を低減させることができ、リング状ランプ７を設
けなくても熱応力欠陥の発生を防止できる効果がある。

本発明の他の実施例の拡散装置の縦断面図を第５図に
示す。その加熱用ランプの水平方向の配置を示す横断面
図を第４図に示す。円筒形状の高温炉１の天井部に２段
に直交させて並列した棒状加熱ランプ６が設けられてい
る。高温炉１の下部は開放している。ウエハ温度計測系
の光軸はミラー27により直角に曲げられている。ウエハ
８の外周部にリング板（石英ガラス，シリコン製など）
28が設けられている。ウエハ８及びリング板28を下から
見た図を第６図に示す。ウエハ８及びリング板28は挿入
治具12の先端部のツメ29に支持されている。リング板28
の厚さはウエハの厚さ以上とする。

本実施例によれば、リング板28によつて見かけ上、ウ
エハの直径を大きくした場合対応する効果がある。ウエ
ハ周縁近傍の局所加熱を行わないが、第３図のＣに示す
曲線において、中央部の均一温度範囲を使つて熱処理す
ることに相当するため、均一熱処理ができる。高温炉１
の下部を開放しているため、第１実施例に比べて放熱量
が大きく、消費電力が大きいが、キヤツプ開閉に伴う装
置内部の温度変動が生じず均一加熱が可能である。ま
た、ウエハ温度計測系を高温炉１の放射熱が当らない位
置に設けているため、計測器本体を温度上昇させてしま
うことがない。

また、リング板28に加熱用ヒータや冷却ガス流路を取
り付けて、リング板の温度制御を行うとウエハ温度均一
化の効果が大きい。

本発明の他の実施例の拡散装置の縦断面図を第７図に
示す。円筒形状の高温炉１の天井部の中央に球状のラン
プ30が設けられている。ランプ30とウエハ８との間にフ
イルタ31（石英ガラス製など）が設けられており、リン
グ状に凸レンズ32が形成されており、その他は散乱面と
なつている。

本実施例によれば球状のランプ30が１つであり、フイ
ルタ31で散乱されるため、ウエハ全面を軸対称に均一に
加熱することができる。また、凸レンズ32により、ウエ
ハの周縁部近傍を局所的に加熱でき、ウエハ温度を均一
にすることができる。

本発明の他の実施例の拡散装置の縦断面図を第９図に
示す。ランプの配置を示す水平断面図を第８図に示す。
水平に支持したウエハ８の下方に棒状の加熱ランプ６が
並列に設けられており、上方にリング状のランプ７が設
けられている。リング状のランプ７の加熱光がウエハ８
の周縁部近傍のみに局所的に照射されるように集光器９
が設けられている。ウエハ８は横に挿入口をもつ反応管
４（石英ガラス製など）の内に挿入治具12によつて挿入
されており、挿入口はキヤツプ14で密閉されている。反
応管４の内に処理ガスが供給管19から供給される。ハー
フミラー16,赤外線センサ17,赤外ランプ18で構成された
ウエハ温度計測系が設けられている。

本実施例はウエハ均一熱処理、ウエハ温度測定精度向
上の点で、第１の実施例と同様の効果がある。

本発明のウエハ温度計測系他の実施例を第10図に示
す。同種の２個の赤外線センサ17−1,17−２と赤外線ラ
ンプ18を用いる。赤外線ランプ18からの光が破線で示し
た光路で、ウエハ８で反射され赤外線センサ17−１に達
する強度を測定することにより、ウエハの反射率を求め
ることができ、放射率を算出できる。一方、ウエハ８か
らの放射エネルギは一点鎖線で示した光路で、赤外線セ
ンサ17−２に達する強度を測定することにより、ウエハ
温度を求めることができる。なお、反射率測定位置と温
度測定位置を同一にする必要がある。本実施例によれば
反射率測定と温度測定を同時に行うことができる。

本発明の他の実施例の拡散装置の縦断面図を第11図に
示す。水平に支持したウエハ８の上下に棒状の加熱ラン
プ６を並列に設けている。装置の下部にハーフミラー1
6,赤外線センサ17,赤外線ランプ18,ミラー33,シヤツタ3
4で構成されたウエハ温度計測系が設けられている。

ウエハ温度計測は３つのステツプに分けて行う。まず
シヤツタ34を開け、赤外線ランプ18を点灯して、赤外線
センサ17で強度を測る。これをE₁とした時、これは赤外
線ランプ18の光がハーフミラー16を透過し、ミラー33で
反射し、ハーフミラー16で反射し、赤外線センサ17に届
く光の強度である。次に、シヤツタ34を閉め、赤外線ラ
ンプ18を点灯して、赤外線センサ17で強度を測る。これ
をE₂とした時、これは赤外線ランプ18の光がハーフミラ
ー16で反射し、ウエハ８で反射し、ハーフミラー16で透
過し、赤外線センサ17に届く光の強度である。次に、シ
ヤツタ34nを閉め、赤外線ランプ18を消灯して、赤外線
センサ17で強度を測る。これをE₃とした時、これはウエ
ハ８からの放射エネルギがハーフミラー16を透過して赤
外線センサ17に届く光の強度である。以上の測定値を用
い、ウエハが600℃以上で不透明の場合、ウエハの放射
率εは次式で計算される。

ウエハ温度をＴとすると、赤外線センサには次の特性が
ある、すなわち、 となる。

ここでC₁〜C₅は定数であり、あらかじめ校正して求め
ておく。従つて、以上の測定値を用いて、ウエハの放射
率が加熱中に変化する場合でも、ウエハ温度Ｔを精度よ
く求めることができる。本実施例では赤外線ランプ18の
強度が経時変化する場合でもウエハ温度を精度よく求め
ることができる。

本実施例はウエハ温度測定精度向上の点で効果が大き
い。

本発明の他の実施例の拡散装置の縦断面図を第13図に
示す。ランプの水平方向の配置を示す横断面図を第12図
に示す。水平に支持したウエハ８の上方に棒状の加熱ラ
ンプ６が並列しており、下方に小さな球状の加熱ランプ
35が多数配列している。球状の加熱ランプ35にはそれぞ
れ集光器９が設けられており、ウエハ８を局所的に照射
するようになつている。

本実施例は球状の加熱ランプ35によりウエハ全面にわ
たつて局所的に加熱量を制御することができるため、ウ
エハ温度均一化の点に効果が大きい。

本発明の他の実施例の拡散装置の縦断面図を第15図に
示す。ランプの水平方向の配置を示す横断面図を第14図
に示す。水平に支持したウエハ８の上下に棒状の加熱用
ランプ６が並列している。上下の加熱用ランプ６の方向
が直交している。さらに、上下とも加熱用ランプ６の両
端部に加熱ランプ６に直交する方向に別の棒状の加熱用
ランプ群36が設けられている。ウエハ８の周囲にはリン
グ板28が設けられている。赤外線センサ17を用いたウエ
ハ温度計測系の他にウエハ挿入空間に複数の熱電対37−
1,37−2,37−３が設けられている。各熱電対はウエハ８
の中央部と四方の周辺部に対応している。各熱電対の温
度が、均一な温度となるように加熱用ランプ６や加熱用
ランプ36の発熱量を調整する。

本実施例によれば、熱電対37−1,37−2,37−３を用い
て多数の加熱用ランプ6,36のランプごとの発熱量を調整
してウエハ挿入空間の温度を均一にし、赤外線センサ17
を用いてウエハ中心温度を測定するので均一な温度にす
ることができる。

本発明の他の実施例を第16図〜第18図により説明す
る、第17図は本発明を適用した拡散装置の縦断面図であ
る。第16図は装置の上方に用いてあるランプ構造を示す
横断面図である。第18図は装置の下方に用いてあるラン
プ構造を示す斜視図である。第16図に示すように加熱用
ランプ38は扁平な円形ガラス管39（石英ガラス製など）
の中にフイラメント40（タングステン線など）が渦巻き
状に設けられており、端子部41にてモリブデン箔製など
の電極がガラス封止されている。密封されたガラス管39
の内部にはアルゴン，窒素，クリプトン，沃素，臭素，
塩素などのガスが封入されている。なお、フイラメント
40がガラス管39に触れないように必要に応じて支持部材
（図に示していない）が設けられている。第17図に示す
ようにウエハ８の上方に上記の加熱用ランプ38が設けら
れている。ウエハ８の下方には、第18図に示すように扁
平な環状の加熱用ランプ42が設けられてある。扁平な環
状のガラス管43の中にフイラメント44が渦巻き状に設け
られている。ガラス管43の内部には上記のガスが封入さ
れている、第17図にて加熱用ランプ38,42の外側に反射
板10（アルミ製など）が設けられており、それには冷却
用の空気流路11が設けられている。ランプ38,42の内側
には横に挿入口をもつ反応器４（石英ガラス製など）が
設けられており、挿入治具12に乗せられたウエハ８が挿
入されている。挿入口はキヤツプ14で密閉される。反応
管４の内部には処理ガス（窒素，酸素，水素，水蒸気な
ど）が供給管19から供給される。赤外線センサによる放
射温度計45が設けられている。放射温度計45の信号を入
力して加熱用ランプ38,42の発熱量を制御する温度調節
器46が設けられている。

以上のように構成されたランプ熱処理装置を用いてウ
エハの熱処理を行う場合の動作を次に示す。装置外にて
ウエハを乗せた挿入治具12は、反応管４の内部にウエハ
８を挿入する。キヤツプ14にて反応管４を密封した後、
真空ポンプ（図に示していない）にて内部を真空にし、
その後供給管19から処理ガスを入れる。加熱用ランプ3
8,42が点灯し、ウエハ８を熱処理温度（例えば1000℃）
にまで加熱する。ウエハ温度を放射温度計45で測定し、
ウエハ温度が熱処理温度を越えることなく速く熱処理温
度に近づくように加熱用ランプ38,42の発熱量が温度調
節器46で制御される。ウエハ８の中心部と周辺部が同一
温度になるように、上方の円形の加熱ランプ38と下方の
環状の加熱ランプ42の発熱量が制御される。所定時間の
熱処理後、加熱ランプ38,42の発熱が止まり、ウエハが
冷えた後、挿入治具12の移動により、ウエハが交換され
て上記動作が繰り返される。

本発明では加熱ランプ38,42がウエハ８と同心の円形
あるいは環状となつており、ウエハ８に生じる温度分布
が小さい。さらに、加熱ランプ38,42のガラス管39,42が
扁平であり、フイラメント40,44が平面状に密に配列し
ているため、ウエハを均一に加熱することができ、ウエ
ハに生じる温度分布が小さい。

本発明の他の実施例のランプ熱処理装置の加熱用ラン
プの横断面図を第19図に示す。第19図のＶ−Ｖ断面図を
第20図に示す。扁平な円形ガラス管39の中に板状のフイ
ラメント47,48が設けられており、中央部のフイラメン
ト47と周辺部のフイラメント48の２つのゾーンに分かれ
ている。各フイラメントとも端子部41から電線49により
配線されている。フイラメント47,48がガラス管39の中
央面になるよう支持部品50が必要に応じて設けられてい
る。

本実施例の加熱用ランプをウエハ８の上下に設けるこ
とにより、ウエハの両面を等しく加熱し、さらに、ウエ
ハの中央部と周辺部の発熱量を制御することができる。
なお、本実施例の加熱用ランプで用いる場合、放射温度
計45の位置をフイラメント47のすき間51に合わせること
が必要である。

本発明の他の実施例の加熱用ランプの横断面図を第21
図に示す。扁平な四角形ガラス管52の中に線状のフイラ
メント53をコイル状にしたものが狭いピツチで多数平行
して設けられており、すべてのフイラメントをつなぐ電
極54に多数の端子部41から配線されている。本実施例に
よれば線状のフイラメント53を狭いピツチで設けるた
め、面内の加熱量をほとんど一定にすることができる。
多数の端子部41から電極54に配線している理由は、１つ
の端子当りの許容電流値に制限があり、電流値を増すた
めである。

本発明の他の実施例の加熱用ランプの横断面図を第22
図に示す。フイラメント53が四角の薄板になつている。

本発明の他の実施例の加熱用ランプの横断面図を第23
図に示す。線状のフイラメント53が平面上をつづら折り
になつている。

本発明の他の実施例の加熱用ランプの横断面図を第24
図に示す。扁平な四角形ガラス管52の中に線状のフイラ
メント53をコイル状にしたものの群が独立に複数組で設
けられている。本実施例によれば、複数組のフイラメン
ト群の発熱量を独立に制御することができ、ウエハ温度
が均一となるように発生制御を行うことができる。な
お、複数組のフイラメント群はすべて平行している場合
の他に、２段で交直していると発熱制御の効果はさらに
大きい。

本発明の他の実施例の加熱用ランプの斜視図を第25図
に示す。円管状のガラス管52の中に板状のフイラメント
53が設けられている。板状のフイラメント53をウエハ８
と平行にして加熱するものである。

以上の説明は扁平な円形，環形，四角形のガラス管3
9,43,52の両側の板は透明な平板であつたが、それを第
７図のフイルタ31のように凸レンズを有する平板あるい
は散乱板としてもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ウエハ挿入時に装置内に外気を混入
することがなく、外部のゴミを含まないクリーンなガス
中で秒オーダの短時間熱処理を行うことができ、製品の
歩留りが大きい。また、温度上昇時及び定常加熱時のウ
エハ温度分布が小さく、熱応力欠陥が発生することな
く、均一に熱処理を行うことができる。また、加熱中の
ウエハの表面常態の変化に対応して、放射率を測定しな
がらウエハ温度を測定するため、精度よくウエハ温度を
求めることができ、そのウエハ温度が目標熱処理温度に
近づくように発熱源の発熱量を制御することにより均一
な熱処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の拡散装置の縦断面図、第２
図はランプの配置を示す横断面図、第３図は本発明の効
果を示すウエハ面内温度分布の計算結果を示す図、第４
図と第５図は他の実施例の拡散装置の横断面図と、縦断
面図、第６図はリング板の外観図、第７図は他の実施例
の拡散装置の縦断面図、第８図は第９図は他の実施例の
拡散装置の横断面図と縦断面図、第10図は他の実施例の
ウエハ温度測定系を示す図、第11図は他の実施例の拡散
装置の縦断面図、第12図と第13図は他の実施例の拡散装
置の横断面図と縦断面図、第14図と第15図は他の実施例
の拡散装置の横断面図と縦断面図、第16図〜第17図は他
の実施例の拡散装置のランプ構造の横断面図と装置の縦
断面図、第18図は他のランプ構造を示す斜視図、第19図
は他の実施例のランプ構造図の横断面図、第20図は第19
図のＶ−Ｖ断面図、第21図〜第24図は他の実施例のラン
プ構造の横断面図、第25図は他の実施例のランプ構造を
示す斜視図である。 １……高温炉、２……抵抗発熱ヒータ、６……棒状ラン
プ、７……リング状ランプ、８……ウエハ、９……集光
器、16……ハーフミラー、17……赤外線センサ、18……
赤外線ランプ、30……球状ランプ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高垣 哲也 東京都小平市上水本町５丁目20番１号 株式会社日立製作所武蔵工場内 (72)発明者 内野 敏幸 東京都小平市上水本町５丁目20番１号 株式会社日立製作所武蔵工場内 (56)参考文献 特開 昭63−271922（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−133631（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 21/26 H01L 21/324 H01L 21/205

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加熱空間に半導体ウエハを１枚毎に挿入及
   び取出して熱処理する半導体ウエハの熱処理装置におい
   て、前記半導体ウエハの全面を加熱するための加熱ラン
   プと抵抗発熱ヒータからなる発熱源を有すると共に、前
   記半導体ウエハの周縁から少し内側の位置を局所的に加
   熱する発熱源を有することを特徴とする半導体ウエハの
   熱処理装置。
2. 【請求項２】加熱空間に半導体ウエハを１枚毎に挿入し
   て熱処理する半導体ウエハの熱処理装置において、前記
   加熱空間が加熱ランプと抵抗発熱ヒータからなるもので
   あって、発光ランプと放射エネルギセンサで構成される
   ウエハ温度計測系を有し、前記発光ランプからの発光が
   前記半導体ウエハによって反射された光を前記放射エネ
   ルギセンサで測定すると共に、前記半導体ウエハからの
   放射熱を前記放射エネルギセンサで測定し、両者の測定
   値を用いた演算により、上記半導体ウエハの放射率及び
   温度を同時に求めることを特徴とする半導体ウエハの熱
   処理装置。
3. 【請求項３】加熱ランプ群によって形成される加熱空間
   に半導体ウエハを１枚毎に挿入して熱処理する半導体ウ
   エハの熱処理装置において、放射エネルギセンサを用い
   たウエハ温度計測系を有し、さらに前記加熱空間内にお
   いて前記半導体ウエハの面内の複数領域に対応した各位
   置に熱電対を有し、前記複数の熱電対の指示値の比に応
   じて前記加熱ランプ群の各ランプの発熱比率を制御し、
   前記放射エネルギセンサの指示値に応じて、全加熱ラン
   プの発熱量を制御することを特徴とする半導体ウエハの
   熱処理装置。
4. 【請求項４】加熱用ランプ群によって形成される加熱空
   間に半導体ウエハを１枚毎に挿入して熱処理する半導体
   ウエハの熱処理装置において、前記加熱用ランプがフィ
   ラメントと封止管により構成されるものであって、かつ
   前記封止管が偏平な構造に形成されるとともに、前記フ
   ィラメントが前記封止管内に平面的に配置された構造に
   形成され、前記偏平な封止管及び前記平面的なフィラメ
   ントの平面方向が上記半導体ウエハの表面方向と平行に
   なるように設けられていることを特徴とする半導体ウエ
   ハの熱処理装置。
5. 【請求項５】前記封止管が石英ガラスで形成され、かつ
   前記封止管形状が偏平な円形、あるいは偏平な環状形、
   あるいは偏平な四角形であり、フィラメントが線材、あ
   るいは線材を小さなコイル状、あるいは板状に形成した
   ものであり、それが渦巻状な平面的配置、あるいはつづ
   ら折り状な平面的配置、あるいは多数の平行線による平
   面的配置とした請求項４に記載の半導体ウエハの熱処理
   装置。
6. 【請求項６】前記加熱用ランプが、１つの封止管内に封
   入された複数のフィラメントにより構成され、かつ複数
   の群に分割されるものであり、フィラメント群ごとに独
   立に発熱量が調整できるようになっている請求項４に記
   載の半導体ウエハの熱処理装置。