JP2998903B2 - 熱処理装置 - Google Patents

熱処理装置

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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は熱処理装置に関する。
［従来の技術］ 従来から半導体ウェハ製造工程の各種の薄膜形成装置
のCVD装置、エピタキシャル成長装置や酸化膜形成装置
あるいはドーピング装置の熱拡散装置等に熱処理装置が
採用されている。熱処理装置は半導体ウェハの大口径化
に対応してヒータの有効内径が300mmを超えるものまで
作られるようになっているが、大口径になるほど反応管
内の温度制御がむずかしい。そのため断面均熱がコント
ロールしやすい縦型炉が多く用いられている。一般に、
縦型炉は第４図に示すように複数の例えば100〜150枚の
半導体ウェハ２が水平に載置された石英製のボート１が
搬入出される搬入出口３を設けた反応管４を備える。反
応管４はFeCrAl製等の抵抗発熱体を備えたスパイラルヒ
ータ５に巻装され、例えば700℃〜1200℃に加熱されて
反応ガス供給系に接続された反応ガス供給口６から供給
され反応ガス排出口７から排気される反応ガスにより半
導体ウェハ２の処理が行われるようになっている。そし
て反応管４は700℃〜1200℃に加熱されるが、輻射熱と
して奪われる熱量が多いためスパイラルヒータ５の外周
に断熱材８を設けている。また、反応処理後冷却させる
冷却ガス（空気等）を冷却ガス流入口９から供給し、吸
収ポンプ等に接続された冷却ガス排気口10から排気を行
っている。
［発明が解決すべき課題］ しかし、このような熱処理装置においては、反応管４
を巻装する形状のスパイラルヒータ５により加熱される
ため第５図に示すように半導体ウェハ２の周辺部から中
心に温度勾配が生じてしまう。この同一面内に生じる温
度の不均一性は、半導体ウェハ２に形成される膜厚の均
一性に影響を及ぼし、さらに半導体ウェハ２の反応管４
内の位置による温度不均一は製造上除去すべきものであ
ってこの不均一性を除去するのに非常な努力が払われて
いる。しかし現状ではこの不均一性を除去する満足な装
置は得られなかった。
本発明は上記の欠点を解消するためになされたもので
あって、半導体ウェハの面内に生じる温度不均一性を取
り除き、半導体ウェハ周辺部と中心部で均一温度で処理
が行われ、しかも反応管内でも均一温度で処理可能な熱
処理装置を提供することを目的とする。
［課題を解消するための手段］ 上記の目的を達成するため、本発明の熱処理装置は、
複数枚の被処理体を互いに平行に且つ長手方向に垂直に
載置した支持体が配置される処理管と、該処理管の外周
の長手方向の全長に亘って並列に装着された複数の発熱
体から成る加熱手段と、支持体を回転させる回転機構と
を備え、加熱手段は、Ｕ字形の複数の発熱体を備え、処
理管の一端側に設けられる固定板に発熱体の各端子が固
定されてなるものであり、好ましくは、加熱手段は、複
数の発熱体をゾーンに分割し該ゾーン毎に供給電流を変
化可能としてなるものである。
［作用］ 処理管の長手方向に垂直に被処理体を複数枚平行に配
置させる。処理管の外周に装着させる加熱手段は抵抗発
熱体の表面負荷の大きなものを複数用い、しかも複数の
抵抗発熱体は処理管の長手方向に並列させて設けられ
る。そしてこの複数の抵抗発熱体のうち一部を停止させ
被処理体の直径方向に温度勾配を持って加熱させ、この
温度勾配を持った被処理体を処理管内で回転させること
により温度勾配を相殺して、面内均一温度で処理が行わ
れるようにしたものである。
［実施例］ 本発明の熱処理装置を半導体ウェハ製造の熱拡散装置
の縦型熱処理装置に適用した一実施例を図面を参照して
説明する。
第１図において熱拡散装置Ｋは被処理体である半導体
ウェハ20を水平に複数枚例えば30枚積層して載置した支
持体であるボート10が搬入出装置（図示せず）により搬
入出される搬入出口30を設けた処理管である反応管40を
備えている。反応管40には反応ガス供給系（図示せず）
に接続された反応ガス供給口60が反応管40の上部に、吸
引ポンプ等から成る反応ガス排気系（図示せず）に接続
された反応ガス排出口70が下部に設けられ、ボート10上
に配置された半導体ウェハ20上に反応ガスが平均に行き
亘るようになっている。ボート10を載置しモータ等から
成る回転機構11に接続されたボート載置台12を備え、そ
の上に載置される半導体ウェハ20が回転されるようにな
っている。また反応管40の外周には複数の発熱体である
抵抗発熱体14を例えば10備えた加熱手段である加熱装置
15が設けられる。加熱装置15の外周には遮熱板16が２層
設けられ、遮熱板16、加熱装置15、熱拡散装置Ｋの外壁
17間に冷却ガスが供給されるよう冷却ガス供給系（図示
せず）に接続された冷却ガス流入口90が設けられる。遮
熱板16、加熱装置15、熱拡散装置Ｋの外壁17を通過した
冷却ガスは真空装置等を備えた排気系に接続される冷却
ガス排気口100から排出されるようになっている。また
図示してはいないが外壁17に断熱材を薄く装着させても
よい。
このような構成の熱拡散装置Ｋの加熱装置15は第２図
に示すようにＵ字形に形成された抵抗発熱体14の端子18
を支持ブロック19で固定板21に固設したものを例えば1
0、14−１、14−２‥‥14−10、反応管40の外周を巻装
するよう並列させて構成される。端子18は外部の電源装
置（図示せず）に接続され随時通電されるようになって
いる。ここで抵抗発熱体14は二ケイ化モリブデン（MoSi
2）から成る抵抗発熱体が好適である。MoSi2は従来用い
られているFeCrAl発熱体の最大負荷が2W/cm2であるのに
対し、20W/cm2と10倍の発熱量があり強力なパワー増加
が得られ、FeCrAl発熱体が10℃／分の温度上昇であるの
に対して100℃／分の急勾配を持って温度上昇させるこ
とができる。
以上のような構成の熱拡散装置の動作を説明する。図
示しない搬入出装置により半導体ウェハを載置したボー
ト10が搬入出口30から挿入されると抵抗発熱体14に通電
させ加熱装置15を作動させる。加熱装置15からの熱は遮
熱板16により効率的に反応管40の加熱に使われ反応管40
の温度は急上昇し、所定の温度例えば1000℃に短時間で
達する。この時例えば抵抗発熱体14−１及び14−２の通
電を停止させる。そのため反応管40には第３図に示すよ
うな温度勾配が生ずる。即ち抵抗発熱体14−１及び14−
２に近接する部分は温度が低く、その反対側の抵抗発熱
体14−６及び14−７に近接する部分は温度が高くなる。
従ってこの温度勾配で反応管40内の半導体ウェハ20が直
径方向に温度勾配を持って加熱される。その時、半導体
ウェハ20を載置したボート10が支持されるボート載置台
12をモータ11を回転させることにより回転させる。直径
方向に温度勾配を持って加熱された半導体ウェハ20は回
転されることにより温度勾配が相殺され、非常に均一な
加熱がなされる。そして水素化物やハロゲン化物等の反
応ガスが反応ガス供給口60から半導体ウェハ20の全体に
均一に供給され反応ガス排出口70から吸引される間に、
半導体ウェハ20の薄膜に不純物の拡散が所定時間行われ
る。処理が終了すると反応ガスの供給を停止すると共に
冷却ガス流入口90から空気を流入させ冷却ガス排気口10
0から吸引して遮熱板16間、外壁17間、加熱装置15間を
通過させ急冷却させる。
以上の説明は本発明の一実施例であって本発明はこれ
に限定されることはない。加熱装置は外周を１ゾーンと
して設けたが、幾つかののゾーンに分割し例えば３ゾー
ンとして３段に分割して抵抗発熱体を設けそれぞれの供
給電流を調整し反応管の各ゾーンに生じる温度差（反応
管の下側部分の温度の低下）を調整するようにしてもよ
い。また、反応管の上下にも加熱装置を設けるようにし
てもよい。
また、半導体ウェハの直径方向に温度勾配を持たせな
くてもよく、この場合にもボートを回転させることによ
り、半導体ウェハ面内の温度分布を向上させることがで
きる。
さらにまた単に半導体ウェハの支持体のボートを反応
管の軸と半導体ウェハの中心とをややずらせて配置さ
せ、半導体ウェハの直径方向に温度勾配を持たせ配置し
てこれをボートを回転させることにより相殺するように
してもよい。
また発熱体もMoSi2に限定されるものでなく、表面負
荷の大きな発熱体ならば用いることができる。また熱拡
散装置に限定されるものでなく、種々の熱処理装置に適
用することができ、横型の熱処理装置にも採用できる。
［発明の効果］ 以上の説明からも明らかなように、本発明の熱処理装
置によれば、反応管の外周を温度差をつけて加熱させ、
反応管内の半導体ウェハを直径方向に温度勾配を持って
加熱し、この時半導体ウェハを回転させることによりこ
の直径方向の温度勾配を相殺するようにしたため、均一
な温度を維持できる。
しかも温度を急昇降させる場合も反応管全域に渡り断
面温度を均一にして行うことができるため、製品にバラ
ツキのない品質の向上した半導体ウェハを製造すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の熱処理装置の一実施例の構成図、第２
図は第１図に示す実施例の要部を示す図、第３図は第１
図に示す実施例を説明する図、第４図は従来例を示す
図、第５図は従来例を説明する図である。 10……ボート（支持体） 20……半導体ウェハ（被処理体） 40……反応管（処理管） 13……回転機構 14、14−１…14−10……抵抗発熱体（発熱体） 15……加熱装置（加熱手段）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山部 紀久夫 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 今井 馨太郎 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝総合研究所内 (56)参考文献 特開 平１−196813（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/205 H01L 21/31 H01L 21/22

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】複数枚の被処理体を互いに平行に且つ長手
    方向に垂直に載置した支持体が配置される処理管と、該
    処理管の外周の長手方向の全長に亘って並列に装着され
    た複数の発熱体から成る加熱手段と、前記支持体を回転
    させる回転機構とを備え、前記加熱手段は、Ｕ字形の複
    数の前記発熱体を備え、前記処理管の一端側に設けられ
    る固定板に前記発熱体の各端子が固定されてなることを
    特徴とする熱処理装置。
  2. 【請求項２】前記加熱手段は、複数の前記発熱体をゾー
    ンに分割し該ゾーン毎に供給電流を変化可能としてなる
    ことを特徴とする第１項記載の熱処理装置。
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