JP3138291B2 - 半導体ウエハの熱処理方法 - Google Patents

半導体ウエハの熱処理方法

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JP3138291B2 JP03188338A JP18833891A JP3138291B2 JP 3138291 B2 JP3138291 B2 JP 3138291B2 JP 03188338 A JP03188338 A JP 03188338A JP 18833891 A JP18833891 A JP 18833891A JP 3138291 B2 JP3138291 B2 JP 3138291B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体ウエハの熱処理方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、半導体素子の製造工程におい
て、半導体ウエハ等は軽量安価な樹脂等から構成された
ウエハ収納容器に収納されて搬送される。一方、例えば
半導体ウエハの成膜処理等の熱処理を施す際には、上記
のような樹脂製のウエハ収納容器に収納された状態で半
導体ウエハの熱処理を行うことはできず、化学的に安定
でかつ耐熱性に優れた石英ガラス等からなる熱処理用ウ
エハ保持具に半導体ウエハを移載してから熱処理を行う
必要がある。
【0003】従来、半導体ウエハの熱処理方法において
は、例えば図6に示すような熱処理装置が用いられてい
る。同図において、60は下側に開口(図示省略)が形成
された縦型加熱炉である。70は昇降機構75に接続された
蓋体であり、蓋体70は昇降機構75により上昇して縦型加
熱炉60の下端に当接され、これにより縦型加熱炉60の開
口が塞がれる。30は、保持具載置台36を介して蓋体70上
に載置されている熱処理用ウエハ保持具であり、処理さ
れる複数の半導体ウエハを保持している。40はウエハ移
載部であり、このウエハ移載部40において、熱処理用ウ
エハ保持具30とウエハ収納容器90との間で半導体ウエハ
の移載が行われる。45は移載機であり、その先端には移
載用フォーク46が支持されている。50は保持具移動機構
であり、この保持具移動機構50は、半円環状のアーム51
が回転軸52を中心に回転可能に軸着されて構成され、蓋
体70とウエハ移載部40との間で熱処理用ウエハ保持具30
を移動させるものである。80は縦型加熱炉60の開口を閉
じるシャッター機構であり、円板状シャッター81と、シ
ャッター駆動源82と、シャッター冷却手段(図示省略)
とよりなる。
【0004】ここに、上記の熱処理装置を用いる半導体
ウエハの熱処理方法としては、 図7(a) に示すよう
に、昇降機構75により、蓋体70を下降させた後、蓋体70
の上面に、複数の半導体ウエハが保持された熱処理用ウ
エハ保持具30を載置する。 図7(b) に示すように、
昇降機構75により、蓋体70を上昇させて熱処理用ウエハ
保持具30を縦型加熱炉60内に挿入し、蓋体70によって縦
型加熱炉60の開口が塞がれた気密状態で半導体ウエハを
加熱処理する。ここに、処理温度としては、拡散処理の
場合例えば1000〜1200℃程度である。 加熱処理終了
後、熱処理用ウエハ保持具30の温度が 850℃程度まで下
がったところで、図7(c) に示すように、蓋体70を下降
させて熱処理用ウエハ保持具30を縦型加熱炉60から搬出
する。ここに、搬出速度は例えば 100mm/分程度であ
り、熱処理用ウエハ保持具30が縦型加熱炉60から搬出さ
れるまでには約10分程度の時間を要する。これは、加熱
処理終了直後においては、熱処理用ウエハ保持具30に保
持された半導体ウエハの温度が 850℃前後と高いため、
熱処理用ウエハ保持具30の搬出が急速に行われて半導体
ウエハが急冷されると、スリップライン等の損傷を生じ
るおそれがあるからである。 熱処理用ウエハ保持具
30が縦型加熱炉60から搬出された後、図7(d) に示すよ
うに、縦型加熱炉60の開口をシャッター機構80により閉
じる。これにより、縦型加熱炉60内の温度が維持される
とともに雰囲気ガスの流出が防止される。この場合にお
いて、熱処理用ウエハ保持具30をウエハ移載部40に移動
させてから蓋体70によって縦型加熱炉60の開口を塞ぐこ
とも考えられるが、搬出直後における熱処理用ウエハ保
持具30の温度も相当高いものであるため、これを直ちに
移動させることはできない。従って、蓋体70により直ち
に縦型加熱炉60の開口を塞ぐことはできず、この方法を
実施するための熱処理装置においては、シャッター機構
80が必須の構成要素となる。 熱処理用ウエハ保持具
30を蓋体70に載置した状態で約10分間放置し、熱処理用
ウエハ保持具30およびこれに保持されている半導体ウエ
ハを冷却した後、図7(e) に示すように、保持具移動機
構によって、熱処理用ウエハ保持具30をウエハ移載部40
へ移動する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
半導体ウエハの熱処理方法を実施するための熱処理装置
には、シャッター機構が必須の構成要素となるため、シ
ャッター機構を設けるためのスペースが必要となる。こ
のため、シャッターを冷却するための配管等により装置
が大型化し、また、各種の配線を迂回させなければなら
ない等装置の構成が複雑なものとなる、という問題を生
じる。
【0006】本発明は以上のような事情に基づいてなさ
れたものであって、その目的は、シャッター機構などの
手段が不要で構成が簡単な熱処理装置により熱処理を行
うことができる半導体ウエハの熱処理方法を提供するこ
とにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体ウエハの
熱処理方法は、熱処理用ウエハ保持具に保持された複数
の半導体ウエハを熱処理する半導体ウエハの熱処理方法
であって、熱処理用ウエハ保持具を挿入するための開口
が下側に設けられた、強制冷却機構を有する縦型加熱炉
と、熱処理用ウエハ保持具を載置した状態または熱処理
用ウエハ保持具が載置されていない状態で上昇して縦型
加熱炉の開口を塞ぐよう昇降可能に設けられた蓋体と、
熱処理用ウエハ保持具とウエハ収納容器との間で半導体
ウエハを移載するウエハ移載部とを備えてなる熱処理装
置を用い、下記の工程〜を含むことを特徴とする。
蓋体を下降させた後、この蓋体の上面に、複数の半
導体ウエハが保持された熱処理用ウエハ保持具を載置す
る工程。 蓋体を熱処理用ウエハ保持具を載置した状
態で上昇させて熱処理用ウエハ保持具を縦型加熱炉内に
挿入し、蓋体によって縦型加熱炉の開口が塞がれた気密
状態で半導体ウエハを加熱処理する工程。 強制冷却
機構により、熱処理用ウエハ保持具の温度が500℃以
下となるまで縦型加熱炉内の強制冷却を行う工程。
蓋体を下降させて熱処理用ウエハ保持具を縦型加熱炉か
ら搬出した後、熱処理用ウエハ保持具をウエハ移載部へ
移動し、その後直ちに蓋体を熱処理用ウエハ保持具が載
置されていない状態で上昇させて縦型加熱炉の開口を塞
ぐ工程。
【0008】
【作用】熱処理用ウエハ保持具に保持された半導体ウエ
ハの温度は、強制冷却により十分に低くなっているた
め、熱処理用ウエハ保持具の縦型加熱炉からの搬出速度
を大きくすることができる。また、縦型加熱炉から搬出
された熱処理用ウエハ保持具の温度も十分に低くなって
いるため、搬出直後にウエハ移載部へ移動させることが
できる。従って、熱処理用ウエハ保持具の搬出を開始し
てから短時間のうちに、蓋体により縦型加熱炉の開口を
塞ぐことができ、これにより、用いる熱処理装置におい
て、シャッター機構などの手段が不要となり、構成が簡
単な熱処理装置により熱処理を行うことができる。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面に基づい
て説明する。図1は、本実施例の半導体ウエハの熱処理
方法に用いる熱処理装置を示す説明用斜視図である。同
図において、10は下側に開口が形成された縦型加熱炉で
ある。この縦型加熱炉10は、図2に示すように、プロセ
スチューブ11と、このプロセスチューブ11の下側に接続
されたマニホールド12と、プロセスチューブ11の周囲に
配置された円筒状の加熱ヒータ13とにより構成されてい
る。加熱ヒータ13により、プロセスチューブ11内を所望
の温度例えば 500〜1200℃の範囲に設定することができ
る。14および15は、それぞれマニホールド12の一端側お
よび他端側に形成されたガス導入管および排気管であ
り、図示しない真空ポンプによってプロセスチューブ11
内を真空排気することができる。16は断熱材である。こ
の縦型加熱炉10は強制冷却機構を有しており、これによ
り、プロセスチューブ11内の熱処理用ウエハ保持具およ
び半導体ウエハが冷却される。斯かる強制冷却機構とし
ては、プロセスチューブ11と加熱ヒータ13の間に冷却気
体を圧送する強制空冷機構、例えば特願平2−308271号
明細書に記載の空冷機構を挙げることができる。図2に
おいて、17および18は、それぞれ冷却気体(図中矢印で
示す)の導入管および排気管である。
【0010】図1および図2において、20は昇降機構25
に接続された蓋体であり、蓋体20は昇降機構25により上
昇して縦型加熱炉10の下端に当接され、これにより開口
が塞がれる。昇降機構25は例えばボールネジ機構よりな
り、ボールネジ26の駆動により、蓋体20はガイド27に沿
って昇降する。
【0011】30は、保持具載置台36を介して蓋体20上に
載置されている熱処理用ウエハ保持具であり、処理され
る複数の半導体ウエハを保持している。
【0012】図3および図4に熱処理用ウエハ保持具の
一例を示す。図3は、熱処理用ウエハ保持具を上方から
見た説明図であり、図4は図3のC−O−C断面図であ
る。この熱処理用ウエハ保持具30は、4本の支柱31と、
複数のリング状ウエハ支持板35とよりなる。支柱31には
一定のピッチで溝32が形成され、この溝32にリング状ウ
エハ支持板35の周縁が嵌合されることにより、リング状
ウエハ支持板35が支柱31に保持されている。35Aはウエ
ハ支持面であり、半導体ウエハWは、その下面がウエハ
支持面35Aに対接されることにより、リング状ウエハ支
持板35に支持される。
【0013】40はウエハ移載部であり、このウエハ移載
部40において、熱処理用ウエハ保持具30とウエハ収納容
器90との間で半導体ウエハの移載が行われる。45は移載
機であり、その先端には移載用フォーク46が支持されて
いる。
【0014】50は保持具移動機構であり、この保持具移
動機構50は、半円環状のアーム51が回転軸52を中心に回
転可能に軸着されて構成され、蓋体20とウエハ移載部40
との間で熱処理用ウエハ保持具30を移動させるものであ
る。
【0015】ここに本実施例の半導体ウエハの熱処理方
法としては、上記の熱処理装置を用い、下記の工程を含
むものである。
【0016】 図5(a) に示すように、昇降機構25に
より、蓋体20を下降させた後、蓋体20の上面に載置され
た保持具載置台36上に、複数の半導体ウエハが保持され
た熱処理用ウエハ保持具30を載置する。
【0017】 図5(b) に示すように、昇降機構25に
より、蓋体20を上昇させて熱処理用ウエハ保持具30を縦
型加熱炉10内に挿入し、蓋体20によって縦型加熱炉10の
開口が塞がれた気密状態で半導体ウエハを加熱処理す
る。ここに、処理温度としては、拡散処理の場合例えば
1000〜1200℃程度であり、CVD処理の場合例えば 500
〜900 ℃程度である。
【0018】 強制冷却機構により、熱処理用ウエハ
保持具30の温度が 500℃以下、好ましくは 200℃となる
まで縦型加熱炉10内の強制冷却を行う。ここで、縦型加
熱炉10内の温度は、例えば温度センサ、熱電対等により
測定される。
【0019】 蓋体20を下降させて縦型加熱炉10から
熱処理用ウエハ保持具30を搬出した後、図5(c) に示す
ように、保持具移動機構により、熱処理用ウエハ保持具
30をウエハ移載部40へ移動し、その後直ちに保持具載置
台36とともに蓋体20を上昇させて、図5(d) に示すよう
に、縦型加熱炉10の開口を塞ぐ。ここで、熱処理用ウエ
ハ保持具30に保持された半導体ウエハの温度は、縦型加
熱炉10内における強制冷却により十分に低くなっている
ため、熱処理用ウエハ保持具30の搬出速度を大きく、例
えば1000mm/分程度とすることができる。また、熱処理
用ウエハ保持具30の温度も低くなっているため、保持具
移動機構50により、直ちにウエハ移載部40へ移動させる
ことができる。従って、熱処理用ウエハ保持具30の搬出
を開始してから蓋体20により縦型加熱炉10の開口を塞ぐ
までの時間、すなわち縦型加熱炉10の開口が開いている
時間は、1〜3分間程度である。
【0020】本実施例の半導体ウエハの熱処理方法によ
れば、縦型加熱炉10内での強制冷却が行われて熱処理用
ウエハ保持具30および半導体ウエハの温度が十分に低く
なっているため、熱処理用ウエハ保持具30の搬出を開始
してから短時間のうちに、蓋体20により縦型加熱炉10の
開口を塞ぐことができ、これにより、用いる熱処理装置
において、シャッター機構などの手段が不要となり、構
成が簡単な熱処理装置により熱処理を行うことができ
る。
【0021】
【発明の効果】本発明の半導体ウエハの熱処理方法によ
れば、これを実施する熱処理装置において、シャッター
機構などの手段が不要となり、構成が簡単な熱処理装置
により熱処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例の半導体ウエハの熱処理方法に用いる
熱処理装置を示す説明用斜視図である。
【図2】熱処理装置を構成する縦型加熱炉を示す説明用
断面図である。
【図3】熱処理用ウエハ保持具を上方から見た説明図で
ある。
【図4】図3のC−O−C断面図である。
【図5】本実施例の半導体ウエハの熱処理方法の概略を
示す説明図である。
【図6】従来の半導体ウエハの熱処理方法に用いる熱処
理装置を示す説明用斜視図である。
【図7】従来の半導体ウエハの熱処理方法の概略を示す
説明図である。
【符号の説明】
10 縦型加熱炉 11 プロセスチュー
ブ 12 マニホールド 13 加熱ヒータ 14 ガス導入管 15 排気管 20 蓋体 25 昇降機構 26 ボールネジ 27 ガイド 30 熱処理用ウエハ保持具 31 支柱 32 溝 35 リング状ウエハ
支持板 36 保持具載置台 40 ウエハ移載部 45 移載機 46 移載用フォーク 50 保持具移動機構 51 半円環状のアー
ム 52 回転軸 60 縦型加熱炉 70 蓋体 75 昇降機構 80 シャッター機構 81 円板状シャッタ
ー 82 シャッター駆動源 90 ウエハ収納容器
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/205 H01L 21/22 - 21/268 H01L 21/31 H01L 21/322 - 21/326 H01L 21/365 H01L 21/38 - 21/428 H01L 21/469 H01L 21/86

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 熱処理用ウエハ保持具に保持された複数
    の半導体ウエハを熱処理する半導体ウエハの熱処理方法
    であって、 熱処理用ウエハ保持具を挿入するための開口が下側に設
    けられた、強制冷却機構を有する縦型加熱炉と、熱処理
    用ウエハ保持具を載置した状態または熱処理用ウエハ保
    持具が載置されていない状態で上昇して縦型加熱炉の開
    口を塞ぐよう昇降可能に設けられた蓋体と、熱処理用ウ
    エハ保持具とウエハ収納容器との間で半導体ウエハを移
    載するウエハ移載部とを備えてなる熱処理装置を用い、 下記の工程〜を含むことを特徴とする半導体ウエハ
    の熱処理方法。 蓋体を下降させた後、この蓋体の上
    面に、複数の半導体ウエハが保持された熱処理用ウエハ
    保持具を載置する工程。 蓋体を熱処理用ウエハ保持
    具を載置した状態で上昇させて熱処理用ウエハ保持具を
    縦型加熱炉内に挿入し、蓋体によって縦型加熱炉の開口
    が塞がれた気密状態で半導体ウエハを加熱処理する工
    程。 強制冷却機構により、熱処理用ウエハ保持具の
    温度が500℃以下となるまで縦型加熱炉内の強制冷却
    を行う工程。 蓋体を下降させて熱処理用ウエハ保持
    具を縦型加熱炉から搬出した後、熱処理用ウエハ保持具
    をウエハ移載部へ移動し、その後直ちに蓋体を熱処理用
    ウエハ保持具が載置されていない状態で上昇させて縦型
    加熱炉の開口を塞ぐ工程。
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