JP3182532B2 - 熱処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体ウエハ、
ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）等の面状の被処理体を熱処
理するための熱処理方法および熱処理装置に関する。
ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）等の面状の被処理体を熱処
理するための熱処理方法および熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば半導体デバイスの製造において
は、半導体ウエハの酸化拡散処理、ＣＶＤ処理等が行わ
れる。特に、最近においては、０．４μｍから０．２μ
ｍへと半導体デバイスのデザインルールの微細化が進
み、また、半導体ウエハについても８インチから１２イ
ンチへと大径化が進み、このような大面積の極薄膜形成
技術に対応すべく急速熱処理装置の開発が緊急の課題と
なっている。
は、半導体ウエハの酸化拡散処理、ＣＶＤ処理等が行わ
れる。特に、最近においては、０．４μｍから０．２μ
ｍへと半導体デバイスのデザインルールの微細化が進
み、また、半導体ウエハについても８インチから１２イ
ンチへと大径化が進み、このような大面積の極薄膜形成
技術に対応すべく急速熱処理装置の開発が緊急の課題と
なっている。
【０００３】具体的に説明すると、半導体ウエハのプロ
セス処理では、サーマルバジェット（熱履歴）を小さく
することが必須の条件であり、例えば５０〜１００Åの
ドーピング処理、ゲート酸化膜やキャパシター絶縁膜の
極薄膜形成においては、急速熱処理すなわち短時間で熱
処理を行うことが不可欠である。また、例えばＰＮ接合
を０．１μｍ以下と浅くして、低抵抗化を図り、任意形
状表面への接合形成を可能にするためには、接合時の膜
劣化や結晶欠陥の発生を防止する必要があるが、ＰＮ接
合の活性領域が狭いために急速熱処理を行うことが必要
である。
セス処理では、サーマルバジェット（熱履歴）を小さく
することが必須の条件であり、例えば５０〜１００Åの
ドーピング処理、ゲート酸化膜やキャパシター絶縁膜の
極薄膜形成においては、急速熱処理すなわち短時間で熱
処理を行うことが不可欠である。また、例えばＰＮ接合
を０．１μｍ以下と浅くして、低抵抗化を図り、任意形
状表面への接合形成を可能にするためには、接合時の膜
劣化や結晶欠陥の発生を防止する必要があるが、ＰＮ接
合の活性領域が狭いために急速熱処理を行うことが必要
である。
【０００４】また、例えばＬＯＣＯＳ酸化膜の形成にお
いては、隣接するＬＯＣＯＳ酸化膜の圧縮応力が熱サイ
クルによる相乗効果で拡大し、表面電位の変動、リーク
電流、耐圧等の信頼性の低減が生じやすいが、これを防
止するためには急速熱処理により熱サイクルを低減する
ことが必要である。また、例えば高誘電体材料を使用し
てキャパシター絶縁膜を形成する場合には、メタルオキ
サイド（Ｔａ2 Ｏ5 等）、ポリイミド（パッシベーショ
ン膜）等の成膜を可能にするメタル成膜とドーピングが
できる複合プロセス処理が可能なシステムが必要とされ
るに至った。
いては、隣接するＬＯＣＯＳ酸化膜の圧縮応力が熱サイ
クルによる相乗効果で拡大し、表面電位の変動、リーク
電流、耐圧等の信頼性の低減が生じやすいが、これを防
止するためには急速熱処理により熱サイクルを低減する
ことが必要である。また、例えば高誘電体材料を使用し
てキャパシター絶縁膜を形成する場合には、メタルオキ
サイド（Ｔａ2 Ｏ5 等）、ポリイミド（パッシベーショ
ン膜）等の成膜を可能にするメタル成膜とドーピングが
できる複合プロセス処理が可能なシステムが必要とされ
るに至った。
【０００５】そして、半導体ウエハの径が８インチから
１２インチへと大径化しつつある現状においては、半導
体ウエハの中央部と周辺部との温度差を小さくして均一
に急速熱処理ができ、半導体ウエハに生じやすいスリッ
プ、歪、ソリの低減化を図り、半導体デバイスの製作上
不都合が生じないようにする必要がある。
１２インチへと大径化しつつある現状においては、半導
体ウエハの中央部と周辺部との温度差を小さくして均一
に急速熱処理ができ、半導体ウエハに生じやすいスリッ
プ、歪、ソリの低減化を図り、半導体デバイスの製作上
不都合が生じないようにする必要がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の縦型の
バッチ式熱処理装置においては、図６に示すように、高
純度石英製のウエハ保持具２に積層収納された半導体ウ
エハＷを反応管１内に配置し、この反応管１を取り囲む
ように筒状の加熱源３を配置して、半導体ウエハＷの周
辺部から中央部に向かって加熱するようにしているた
め、半導体ウエハＷを急速に加熱しようとすると、半導
体ウエハＷの中央部と周辺部との間に大きな温度勾配が
生じて、均一な熱処理ができない問題がある。そこで、
本発明の目的は、面状の被処理体の全面を均一な温度で
急速に熱処理することができる熱処理装置を提供するこ
とにある。
バッチ式熱処理装置においては、図６に示すように、高
純度石英製のウエハ保持具２に積層収納された半導体ウ
エハＷを反応管１内に配置し、この反応管１を取り囲む
ように筒状の加熱源３を配置して、半導体ウエハＷの周
辺部から中央部に向かって加熱するようにしているた
め、半導体ウエハＷを急速に加熱しようとすると、半導
体ウエハＷの中央部と周辺部との間に大きな温度勾配が
生じて、均一な熱処理ができない問題がある。そこで、
本発明の目的は、面状の被処理体の全面を均一な温度で
急速に熱処理することができる熱処理装置を提供するこ
とにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
め、本発明の熱処理装置は、面状の被処理体が上方に移
動されて配置される反応管と、この反応管の外周を取り
囲み、該反応管より上方に伸びる筒状の加熱源と、前記
反応管の上部に配置され、前記配置された被処理体と対
向するよう設けられた炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなる熱
制御板とを備えてなり、前記加熱源において、反応管を
取り囲む部分の長さは、該加熱源の４０〜７０％であ
り、前記被処理体が、前記加熱源における移動方向前方
側部分からの輻射熱によって加熱されることを特徴とす
る。 前記加熱源は、少なくとも、前記反応管を取り囲む
下部の加熱エレメントと、該反応管の斜め上方に位置す
る上部の加熱エレメントとに分割された構成とされてい
ることを特徴とする。 被処理体の外径が８インチまたは
１２インチであり、前記熱制御板は、その外径が前記被
処理体の外径の２倍以上であることを特徴とする。 反応
管と加熱源との間に配置した断熱材を備えてなることを
特徴とする。 断熱材は、反応管の熱処理領域に対向する
部分の肉厚よりも反応管の出入口側に対向する部分の肉
厚が大きいことを特徴とする。
め、本発明の熱処理装置は、面状の被処理体が上方に移
動されて配置される反応管と、この反応管の外周を取り
囲み、該反応管より上方に伸びる筒状の加熱源と、前記
反応管の上部に配置され、前記配置された被処理体と対
向するよう設けられた炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなる熱
制御板とを備えてなり、前記加熱源において、反応管を
取り囲む部分の長さは、該加熱源の４０〜７０％であ
り、前記被処理体が、前記加熱源における移動方向前方
側部分からの輻射熱によって加熱されることを特徴とす
る。 前記加熱源は、少なくとも、前記反応管を取り囲む
下部の加熱エレメントと、該反応管の斜め上方に位置す
る上部の加熱エレメントとに分割された構成とされてい
ることを特徴とする。 被処理体の外径が８インチまたは
１２インチであり、前記熱制御板は、その外径が前記被
処理体の外径の２倍以上であることを特徴とする。 反応
管と加熱源との間に配置した断熱材を備えてなることを
特徴とする。 断熱材は、反応管の熱処理領域に対向する
部分の肉厚よりも反応管の出入口側に対向する部分の肉
厚が大きいことを特徴とする。
【０００８】
【作用】筒状の加熱源の筒内において、面状の被処理体
を相対的に急速に移動させることにより、筒状の加熱源
における移動方向前方側部分からの輻射熱によって被処
理体の温度が急速に上昇し、迅速な熱処理が可能とな
る。反応管の上部に炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなる熱制
御板を配置することにより、加熱源からの輻射熱が被処
理体に対して垂直に入射するようになり、被処理体の面
内温度の均一性が高くなる。反応管と加熱源との間に断
熱材を配置することにより、加熱源の側部からの輻射熱
が緩和され、面状の被処理体の周辺部と中央部との温度
差が小さくなり、面内温度の均一性が高くなる。断熱材
における反応管の熱処理領域に対向する部分の肉厚より
も反応管の出入口側に対向する部分の肉厚を大きくする
ことにより、反応管の出入口側部分における過剰な加熱
を防止することができる。また、被処理体を反応管内に
搬入した時における温度低下を防止することができる。
被処理体の移動時における面内温度の均一性を高くする
ことができる。
を相対的に急速に移動させることにより、筒状の加熱源
における移動方向前方側部分からの輻射熱によって被処
理体の温度が急速に上昇し、迅速な熱処理が可能とな
る。反応管の上部に炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなる熱制
御板を配置することにより、加熱源からの輻射熱が被処
理体に対して垂直に入射するようになり、被処理体の面
内温度の均一性が高くなる。反応管と加熱源との間に断
熱材を配置することにより、加熱源の側部からの輻射熱
が緩和され、面状の被処理体の周辺部と中央部との温度
差が小さくなり、面内温度の均一性が高くなる。断熱材
における反応管の熱処理領域に対向する部分の肉厚より
も反応管の出入口側に対向する部分の肉厚を大きくする
ことにより、反応管の出入口側部分における過剰な加熱
を防止することができる。また、被処理体を反応管内に
搬入した時における温度低下を防止することができる。
被処理体の移動時における面内温度の均一性を高くする
ことができる。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。なお、以
下の実施例は面状の被処理体として半導体ウエハを使用
した例であるが、本発明においては、半導体ウエハに限
定されることはなく、例えばＬＣＤ等のようにその他の
面状の被処理体を用いることもできる。
下の実施例は面状の被処理体として半導体ウエハを使用
した例であるが、本発明においては、半導体ウエハに限
定されることはなく、例えばＬＣＤ等のようにその他の
面状の被処理体を用いることもできる。
【００１０】まず、熱処理方法について説明する。 この
例においては、図１に示すように、筒状の加熱源３の筒
内において、ウエハ保持具２に載置された半導体ウエハ
Ｗを図示しない移動手段により急速に移動させることに
より熱処理を行う。１は反応管、４は断熱材、１１はガ
ス供給管である。加熱源３を固定して半導体ウエハＷを
上昇させてもよいし、半導体ウエハＷを固定して加熱源
３を下降させるようにしてもよい。移動速度は、半導体
ウエハＷの処理面の温度の上昇速度が例えば２０℃／ｓ
ｅｃ以上、特に、１００℃／ｓｅｃ以上となるような速
度であることが好ましい。具体的には、例えば５０ｍｍ
／ｓｅｃ以上の急速とすることが好ましい。加熱源３
は、分割された筒状の５つの加熱エレメント３Ａ〜３Ｅ
からなり、これらが連結されて全体として１つの筒状の
形態をなしている。半導体ウエハＷが上昇したときの最
高位置は、加熱源３の４０〜７０％程度の高さとなる位
置が好ましい。
例においては、図１に示すように、筒状の加熱源３の筒
内において、ウエハ保持具２に載置された半導体ウエハ
Ｗを図示しない移動手段により急速に移動させることに
より熱処理を行う。１は反応管、４は断熱材、１１はガ
ス供給管である。加熱源３を固定して半導体ウエハＷを
上昇させてもよいし、半導体ウエハＷを固定して加熱源
３を下降させるようにしてもよい。移動速度は、半導体
ウエハＷの処理面の温度の上昇速度が例えば２０℃／ｓ
ｅｃ以上、特に、１００℃／ｓｅｃ以上となるような速
度であることが好ましい。具体的には、例えば５０ｍｍ
／ｓｅｃ以上の急速とすることが好ましい。加熱源３
は、分割された筒状の５つの加熱エレメント３Ａ〜３Ｅ
からなり、これらが連結されて全体として１つの筒状の
形態をなしている。半導体ウエハＷが上昇したときの最
高位置は、加熱源３の４０〜７０％程度の高さとなる位
置が好ましい。
【００１１】上記の熱処理方法によれば、筒状の加熱源
３の筒内において、半導体ウエハＷを急速に移動させる
ので、矢印で示すように筒状の加熱源３における移動方
向前方側部分からの輻射熱によって半導体ウエハＷの温
度が急速に上昇し、迅速な熱処理が可能となる。その結
果、半導体ウエハＷにスリップ、歪、ソリ等が生ぜず、
信頼性の高い熱処理が可能となり、また、最近の半導体
デバイスのデザインルールの微細化、半導体ウエハの大
径化に対応した急速熱処理が可能となる。従って、例え
ば５０〜１００Åのドーピング処理、ゲート酸化膜やキ
ャパシター絶縁膜の極薄膜形成、０．１μｍ以下の浅い
ＰＮ接合の形成、ＬＯＣＯＳ酸化膜の形成、高誘電体材
料を使用したキャパシター絶縁膜の形成等の種々の熱処
理において、著しく優れた効果を発揮する。
３の筒内において、半導体ウエハＷを急速に移動させる
ので、矢印で示すように筒状の加熱源３における移動方
向前方側部分からの輻射熱によって半導体ウエハＷの温
度が急速に上昇し、迅速な熱処理が可能となる。その結
果、半導体ウエハＷにスリップ、歪、ソリ等が生ぜず、
信頼性の高い熱処理が可能となり、また、最近の半導体
デバイスのデザインルールの微細化、半導体ウエハの大
径化に対応した急速熱処理が可能となる。従って、例え
ば５０〜１００Åのドーピング処理、ゲート酸化膜やキ
ャパシター絶縁膜の極薄膜形成、０．１μｍ以下の浅い
ＰＮ接合の形成、ＬＯＣＯＳ酸化膜の形成、高誘電体材
料を使用したキャパシター絶縁膜の形成等の種々の熱処
理において、著しく優れた効果を発揮する。
【００１２】〔実施例１〕 本実施例では、特に、酸化拡散処理を行う場合に好適な
熱処理装置について説明する。図２は、当該熱処理装置
の概略を示し、従来の縦型のバッチ式熱処理装置におけ
る加熱源をそのまま利用して、枚葉式熱処理装置を構成
したものである。反応管１は、例えば高純度石英（Ｓｉ
Ｏ2 ）からなり、この内部に半導体ウエハＷが配置され
る。この反応管１は、下端に開口を有する筒状の形態を
有しており、ウエハ保持具２および半導体ウエハＷを加
熱源３および断熱材４から隔離して半導体ウエハＷの雰
囲気を外部から分離するものである。半導体ウエハＷ
は、ウエハ保持具２に載置されて保持されている。ウエ
ハ保持具２の周縁部には、例えば３〜４個の保持突起が
一体的に形成され、この保持突起上に半導体ウエハＷが
載置されている。
熱処理装置について説明する。図２は、当該熱処理装置
の概略を示し、従来の縦型のバッチ式熱処理装置におけ
る加熱源をそのまま利用して、枚葉式熱処理装置を構成
したものである。反応管１は、例えば高純度石英（Ｓｉ
Ｏ2 ）からなり、この内部に半導体ウエハＷが配置され
る。この反応管１は、下端に開口を有する筒状の形態を
有しており、ウエハ保持具２および半導体ウエハＷを加
熱源３および断熱材４から隔離して半導体ウエハＷの雰
囲気を外部から分離するものである。半導体ウエハＷ
は、ウエハ保持具２に載置されて保持されている。ウエ
ハ保持具２の周縁部には、例えば３〜４個の保持突起が
一体的に形成され、この保持突起上に半導体ウエハＷが
載置されている。
【００１３】ウエハ保持具２は、例えば高純度炭化ケイ
素（ＳｉＣ）等のように耐熱性が優れ、かつ、汚染の少
ない材料により構成することが好ましい。特に、高純度
炭化ケイ素（ＳｉＣ）は石英（ＳｉＯ2 ）よりも耐熱性
が優れており、約１２００℃の高温にも十分に耐えるこ
とができるので、酸化拡散装置用の材料として好適なも
のである。
素（ＳｉＣ）等のように耐熱性が優れ、かつ、汚染の少
ない材料により構成することが好ましい。特に、高純度
炭化ケイ素（ＳｉＣ）は石英（ＳｉＯ2 ）よりも耐熱性
が優れており、約１２００℃の高温にも十分に耐えるこ
とができるので、酸化拡散装置用の材料として好適なも
のである。
【００１４】加熱源３は筒状の形態を有し、反応管１の
外周を取り囲むように配置されている。本実施例の加熱
源３は、分割された筒状の５つの加熱エレメント３Ａ〜
３Ｅからなり、これらが連結されて全体として１つの筒
状の形態をなしている。これらの加熱エレメントはそれ
ぞれ独立に加熱制御してもよいし、同様の制御であって
もよい。反応管１は下部の３つの加熱エレメント３Ｃ，
３Ｄ，３Ｅに取囲まれており、上部の２つの加熱エレメ
ント３Ａ，３Ｂは反応管１の斜め上方に位置されてい
る。従って、半導体ウエハＷの周辺部は主として下方の
加熱エレメント３Ｃ〜３Ｅによって加熱され、半導体ウ
エハＷの中央部は主として上方の加熱エレメント３Ａ，
３Ｂによって加熱される。加熱源３において、反応管１
を取囲む部分の長さＬは全体の４０〜７０％程度が好ま
しい。加熱源３の各加熱エレメント３Ａ〜３Ｅは、例え
ば二ケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ2 ）、鉄（Ｆｅ）とク
ロム（Ｃｒ）とアルミニウム（Ａｌ）の合金線であるカ
ンタル（商品名）線等の抵抗発熱体により構成すること
ができる。例えば二ケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ2 ）
は、単線として使用することができ、カンタル線はコイ
ルとして使用することができる。特に、二ケイ化モリブ
デン（ＭｏＳｉ2 ）は約１８００℃の高温にも十分に耐
えることができるので、酸化拡散装置用の材料としては
好適である。
外周を取り囲むように配置されている。本実施例の加熱
源３は、分割された筒状の５つの加熱エレメント３Ａ〜
３Ｅからなり、これらが連結されて全体として１つの筒
状の形態をなしている。これらの加熱エレメントはそれ
ぞれ独立に加熱制御してもよいし、同様の制御であって
もよい。反応管１は下部の３つの加熱エレメント３Ｃ，
３Ｄ，３Ｅに取囲まれており、上部の２つの加熱エレメ
ント３Ａ，３Ｂは反応管１の斜め上方に位置されてい
る。従って、半導体ウエハＷの周辺部は主として下方の
加熱エレメント３Ｃ〜３Ｅによって加熱され、半導体ウ
エハＷの中央部は主として上方の加熱エレメント３Ａ，
３Ｂによって加熱される。加熱源３において、反応管１
を取囲む部分の長さＬは全体の４０〜７０％程度が好ま
しい。加熱源３の各加熱エレメント３Ａ〜３Ｅは、例え
ば二ケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ2 ）、鉄（Ｆｅ）とク
ロム（Ｃｒ）とアルミニウム（Ａｌ）の合金線であるカ
ンタル（商品名）線等の抵抗発熱体により構成すること
ができる。例えば二ケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ2 ）
は、単線として使用することができ、カンタル線はコイ
ルとして使用することができる。特に、二ケイ化モリブ
デン（ＭｏＳｉ2 ）は約１８００℃の高温にも十分に耐
えることができるので、酸化拡散装置用の材料としては
好適である。
【００１５】反応管１の上部には、高純度の炭化ケイ素
（ＳｉＣ）からなる熱制御板７が配置されている。この
熱制御板７は、加熱源３の上部側の加熱エレメント３
Ａ，３Ｂから斜めに入射した輻射熱を半導体ウエハＷの
処理面に対して垂直に入射させるようにするものであ
る。従って、半導体ウエハＷの全面にわたって均一に加
熱することができる。この熱制御板７は半導体ウエハＷ
の処理面に対向するよう配置され、その外径は半導体ウ
エハＷの外径の２倍以上であることが好ましい。
（ＳｉＣ）からなる熱制御板７が配置されている。この
熱制御板７は、加熱源３の上部側の加熱エレメント３
Ａ，３Ｂから斜めに入射した輻射熱を半導体ウエハＷの
処理面に対して垂直に入射させるようにするものであ
る。従って、半導体ウエハＷの全面にわたって均一に加
熱することができる。この熱制御板７は半導体ウエハＷ
の処理面に対向するよう配置され、その外径は半導体ウ
エハＷの外径の２倍以上であることが好ましい。
【００１６】移動手段６は、ウエハ保持具２上の半導体
ウエハＷを反応管１内の熱処理領域に急速に上昇移動さ
せ、熱処理後は半導体ウエハＷを急速に下降移動させる
ものである。本実施例の移動手段６は、モータ６１と、
駆動軸６２と、駆動アーム６３とにより構成されてい
る。モータ６１は駆動軸６２に連結されていて、モータ
６１により駆動軸６２が回転制御される。駆動軸６２に
はネジが設けられており、このネジを介して駆動アーム
６３の一端と螺合されている。駆動アーム６３の他端は
回転機構６４を介してウエハ保持具２の回転軸２１に連
結されている。モータ６１により駆動軸６２を回転させ
ると、この駆動軸６２に設けられたネジの作用により駆
動アーム６３が上昇または下降移動し、この駆動アーム
６３の移動に伴ってウエハ保持具２が上昇または下降移
動する。従って、モータ６１の回転を制御回路により制
御することにより、ウエハ保持具２の上昇速度または下
降速度を適宜調整することができる。ウエハ保持具２の
移動距離は例えば３００〜６００ｍｍ程度であり、移動
速度は５０ｍｍ／ｓｅｃ以上の急速とするのが好まし
い。
ウエハＷを反応管１内の熱処理領域に急速に上昇移動さ
せ、熱処理後は半導体ウエハＷを急速に下降移動させる
ものである。本実施例の移動手段６は、モータ６１と、
駆動軸６２と、駆動アーム６３とにより構成されてい
る。モータ６１は駆動軸６２に連結されていて、モータ
６１により駆動軸６２が回転制御される。駆動軸６２に
はネジが設けられており、このネジを介して駆動アーム
６３の一端と螺合されている。駆動アーム６３の他端は
回転機構６４を介してウエハ保持具２の回転軸２１に連
結されている。モータ６１により駆動軸６２を回転させ
ると、この駆動軸６２に設けられたネジの作用により駆
動アーム６３が上昇または下降移動し、この駆動アーム
６３の移動に伴ってウエハ保持具２が上昇または下降移
動する。従って、モータ６１の回転を制御回路により制
御することにより、ウエハ保持具２の上昇速度または下
降速度を適宜調整することができる。ウエハ保持具２の
移動距離は例えば３００〜６００ｍｍ程度であり、移動
速度は５０ｍｍ／ｓｅｃ以上の急速とするのが好まし
い。
【００１７】反応管１の下部開口は蓋部材５により開閉
可能に気密に塞がれている。蓋部材５のほぼ中心部に
は、例えば磁気シールにより気密な状態で回転可能にウ
エハ保持具２の回転軸２１が貫通している。半導体ウエ
ハＷの酸化拡散処理中は、回転機構６４によりウエハ保
持具２の回転軸２１が回転され、これに伴って半導体ウ
エハＷがその中心を軸として回転移動される。
可能に気密に塞がれている。蓋部材５のほぼ中心部に
は、例えば磁気シールにより気密な状態で回転可能にウ
エハ保持具２の回転軸２１が貫通している。半導体ウエ
ハＷの酸化拡散処理中は、回転機構６４によりウエハ保
持具２の回転軸２１が回転され、これに伴って半導体ウ
エハＷがその中心を軸として回転移動される。
【００１８】断熱材４は、例えばアルミナセラミックス
からなる。断熱材４は、半導体ウエハＷの移動方向に沿
って適正な温度勾配をもたせるために、下部に向かうに
従って肉厚を薄くしてもよい。すなわち、下部に至るほ
ど保温効果を少なくしてもよい。断熱材４の下端部に
は、熱処理の終了後に半導体ウエハＷを急速に冷却する
ための冷却手段８を設けることが好ましい。冷却手段８
としては、アンモニア、二硫化イオウ、水等の冷媒を用
いることができる。冷媒の潜熱を利用して例えば３００
〜４００℃の温度に冷却する。断熱材４の内径は、半導
体ウエハＷの温度を考慮して定めることが好ましいが、
例えば半導体ウエハＷが８インチの場合には、その２倍
程度の４００〜５００ｍｍφ程度が好ましい。
からなる。断熱材４は、半導体ウエハＷの移動方向に沿
って適正な温度勾配をもたせるために、下部に向かうに
従って肉厚を薄くしてもよい。すなわち、下部に至るほ
ど保温効果を少なくしてもよい。断熱材４の下端部に
は、熱処理の終了後に半導体ウエハＷを急速に冷却する
ための冷却手段８を設けることが好ましい。冷却手段８
としては、アンモニア、二硫化イオウ、水等の冷媒を用
いることができる。冷媒の潜熱を利用して例えば３００
〜４００℃の温度に冷却する。断熱材４の内径は、半導
体ウエハＷの温度を考慮して定めることが好ましいが、
例えば半導体ウエハＷが８インチの場合には、その２倍
程度の４００〜５００ｍｍφ程度が好ましい。
【００１９】ガス供給管１１は、その一端が反応管１の
下部から外部に突出し、その他端が反応管１の内部にお
いて上方に伸長して半導体ウエハＷの斜め上方に位置さ
れている。このガス供給管１１は、反応管１に対して例
えばＯリング（図示省略）をネジにより締め付けること
により気密に固定されている。
下部から外部に突出し、その他端が反応管１の内部にお
いて上方に伸長して半導体ウエハＷの斜め上方に位置さ
れている。このガス供給管１１は、反応管１に対して例
えばＯリング（図示省略）をネジにより締め付けること
により気密に固定されている。
【００２０】ガス排出管１２は、反応管１の下部におい
て反応管１の内外を貫通するように設けられている。移
動手段６によってウエハ保持具２が上昇し、半導体ウエ
ハＷが完全に反応管１内に収納された状態で、反応管１
がすべて密閉された状態となるようにしている。ガス供
給管１１から反応管１内にプロセスガスを導入し、筒状
の加熱源３による放射熱によって反応管１内の温度を酸
化拡散処理に必要な所定温度にする。半導体ウエハＷ
は、加熱下でのプロセスガスの反応により酸化拡散処理
がなされる。なお、ガス排出管は、反応管１の上部に接
続し、断熱材４の天井壁を貫通させるようにしてもよ
い。
て反応管１の内外を貫通するように設けられている。移
動手段６によってウエハ保持具２が上昇し、半導体ウエ
ハＷが完全に反応管１内に収納された状態で、反応管１
がすべて密閉された状態となるようにしている。ガス供
給管１１から反応管１内にプロセスガスを導入し、筒状
の加熱源３による放射熱によって反応管１内の温度を酸
化拡散処理に必要な所定温度にする。半導体ウエハＷ
は、加熱下でのプロセスガスの反応により酸化拡散処理
がなされる。なお、ガス排出管は、反応管１の上部に接
続し、断熱材４の天井壁を貫通させるようにしてもよ
い。
【００２１】本実施例の熱処理装置によれば、加熱源３
よりの放射熱が、図２において矢印で示すように、半導
体ウエハＷの処理面（上面）にほぼ垂直に向かうように
なるため、半導体ウエハＷの外径が例えば１２インチと
大面積であってもその処理面の全体にわたって均一な温
度で加熱することができ、しかも、筒状の加熱源３の筒
内において半導体ウエハＷを急速に移動させるので急速
加熱が可能となる。
よりの放射熱が、図２において矢印で示すように、半導
体ウエハＷの処理面（上面）にほぼ垂直に向かうように
なるため、半導体ウエハＷの外径が例えば１２インチと
大面積であってもその処理面の全体にわたって均一な温
度で加熱することができ、しかも、筒状の加熱源３の筒
内において半導体ウエハＷを急速に移動させるので急速
加熱が可能となる。
【００２２】〔実施例２〕 本実施例では、他の熱処理装置を説明する。図３は、当
該熱処理装置の概略を示し、従来の縦型のバッチ式熱処
理装置における加熱源をそのまま利用して、枚葉式熱処
理装置を構成したものである。本実施例では、反応管１
と加熱源３との間に断熱材９を設ける。この断熱材９
は、加熱源３の下部の３つの加熱エレメント３Ｃ〜３Ｅ
からの直射を緩和して半導体ウエハＷが反応管１の出入
口側部分を移動する際に、半導体ウエハＷの周縁の過剰
な加熱を防止するものである。この断熱材９は、例えば
セラミック等の耐熱性の優れた材料からなる。
該熱処理装置の概略を示し、従来の縦型のバッチ式熱処
理装置における加熱源をそのまま利用して、枚葉式熱処
理装置を構成したものである。本実施例では、反応管１
と加熱源３との間に断熱材９を設ける。この断熱材９
は、加熱源３の下部の３つの加熱エレメント３Ｃ〜３Ｅ
からの直射を緩和して半導体ウエハＷが反応管１の出入
口側部分を移動する際に、半導体ウエハＷの周縁の過剰
な加熱を防止するものである。この断熱材９は、例えば
セラミック等の耐熱性の優れた材料からなる。
【００２３】この断熱材９は、反応管１の熱処理領域に
対向する部分の肉厚よりも反応管１の出入口側に対向す
る部分の肉厚を大きくすることが好ましい。このような
構成によれば、反応管１の出入口側部分における過剰な
加熱を防止することができ、半導体ウエハＷを反応管１
内に搬入した時における温度低下を防止することがで
き、半導体ウエハＷの移動時における面内温度の均一性
を高くすることができる。本実施例の熱処理装置によれ
ば、反応管１と加熱源３との間に断熱材９を配置してい
るので、加熱源３からの輻射熱が緩和され、半導体ウエ
ハＷの面内温度の均一性が高くなる。
対向する部分の肉厚よりも反応管１の出入口側に対向す
る部分の肉厚を大きくすることが好ましい。このような
構成によれば、反応管１の出入口側部分における過剰な
加熱を防止することができ、半導体ウエハＷを反応管１
内に搬入した時における温度低下を防止することがで
き、半導体ウエハＷの移動時における面内温度の均一性
を高くすることができる。本実施例の熱処理装置によれ
ば、反応管１と加熱源３との間に断熱材９を配置してい
るので、加熱源３からの輻射熱が緩和され、半導体ウエ
ハＷの面内温度の均一性が高くなる。
【００２４】〔実施例３〕 本実施例は、実施例１の熱制御板７と、実施例２の断熱
材９とを併用した実施例である。図４は、当該熱処理装
置の概略を示し、従来の縦型のバッチ式熱処理装置にお
ける加熱源をそのまま利用して、枚葉式熱処理装置を構
成したものである。反応管１の上部には、高純度の炭化
ケイ素（ＳｉＣ）からなる熱制御板７が配置されてい
る。反応管１と加熱源３との間には断熱材９が配置され
ている。本実施例によれば、熱制御板７による効果と断
熱材９による効果とが同時に得られるため、さらに半導
体ウエハＷの面内温度の均一性が高くなる。
材９とを併用した実施例である。図４は、当該熱処理装
置の概略を示し、従来の縦型のバッチ式熱処理装置にお
ける加熱源をそのまま利用して、枚葉式熱処理装置を構
成したものである。反応管１の上部には、高純度の炭化
ケイ素（ＳｉＣ）からなる熱制御板７が配置されてい
る。反応管１と加熱源３との間には断熱材９が配置され
ている。本実施例によれば、熱制御板７による効果と断
熱材９による効果とが同時に得られるため、さらに半導
体ウエハＷの面内温度の均一性が高くなる。
【００２５】〔実施例４〕 図５に示すように、加熱源３の上部側の加熱エレメント
３Ａ，３Ｂを下部側の加熱エレメント３Ｃ〜３Ｅよりも
小径の筒状となるように絞って加熱源３を構成してもよ
い。本実施例によれば、上部側の加熱エレメント３Ａ，
３Ｂから半導体ウエハＷに入射する輻射熱の割合が大き
くなるため、さらに急速に加熱することが可能となる。
３Ａ，３Ｂを下部側の加熱エレメント３Ｃ〜３Ｅよりも
小径の筒状となるように絞って加熱源３を構成してもよ
い。本実施例によれば、上部側の加熱エレメント３Ａ，
３Ｂから半導体ウエハＷに入射する輻射熱の割合が大き
くなるため、さらに急速に加熱することが可能となる。
【００２６】以上、本発明を実施例に基づいて説明した
が、本発明の熱処理方法および熱処理装置は、常圧のプ
ロセス、減圧プロセス、真空プロセスのいずれにも適用
することができる。また、薄膜形成（ＣＶＤ等）、酸
化、ドーピング（熱拡散、イオン注入等）、アニール等
の熱処理に適用することができる。さらに、面状の被処
理体としては、円型の半導体ウエハに限定されず、ＬＣ
Ｄ等角型のその他の面状の被処理体であってもよい。
が、本発明の熱処理方法および熱処理装置は、常圧のプ
ロセス、減圧プロセス、真空プロセスのいずれにも適用
することができる。また、薄膜形成（ＣＶＤ等）、酸
化、ドーピング（熱拡散、イオン注入等）、アニール等
の熱処理に適用することができる。さらに、面状の被処
理体としては、円型の半導体ウエハに限定されず、ＬＣ
Ｄ等角型のその他の面状の被処理体であってもよい。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
面状の被処理体の全面を均一な温度で急速に加熱処理す
ることができる。
面状の被処理体の全面を均一な温度で急速に加熱処理す
ることができる。
【図１】実施例１に係る熱処理方法の説明図である。
【図２】実施例２に係る熱処理装置の説明図である。
【図３】実施例３に係る熱処理装置の説明図である。
【図４】実施例４に係る熱処理装置の説明図である。
【図５】実施例５に係る熱処理装置の説明図である。
【図６】従来の縦型のバッチ式熱処理装置の説明図であ
る。
る。
【符号の説明】 Ｗ 半導体ウエハ １ 反応管 １１ ガス供給管 １２ ガス排出
管 ２ ウエハ保持具 ２１ 回転軸 ３ 加熱源 ３Ａ〜３Ｅ 加
熱エレメント ４ 断熱材 ５ 蓋部材 ６ 移動手段 ６１ モータ ６２ 駆動軸 ６３ 駆動アー
ム ６４ 回転機構 ７ 熱制御板 ８ 冷却手段 ９ 断熱材
管 ２ ウエハ保持具 ２１ 回転軸 ３ 加熱源 ３Ａ〜３Ｅ 加
熱エレメント ４ 断熱材 ５ 蓋部材 ６ 移動手段 ６１ モータ ６２ 駆動軸 ６３ 駆動アー
ム ６４ 回転機構 ７ 熱制御板 ８ 冷却手段 ９ 断熱材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−14514（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−232422（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−76419（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/205 H01L 21/22 - 21/24 H01L 21/31 H01L 21/365 H01L 21/38 - 21/40 H01L 21/469 H01L 21/86
Claims (5)
- 【請求項１】 面状の被処理体が上方に移動されて配置
される反応管と、この反応管の外周を取り囲み、該反応
管より上方に伸びる筒状の加熱源と、前記反応管の上部
に配置され、前記配置された被処理体と対向するよう設
けられた炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなる熱制御板とを備
えてなり、 前記加熱源において、反応管を取り囲む部分の長さは、
該加熱源の４０〜７０％であり、 前記被処理体が、前記加熱源における移動方向前方側部
分からの輻射熱によって加熱されることを特徴とする熱
処理装置。 - 【請求項２】 前記加熱源は、少なくとも、前記反応管
を取り囲む下部の加熱エレメントと、該反応管の斜め上
方に位置する上部の加熱エレメントとに分割された構成
とされていることを特徴とする請求項１に記載の熱処理
装置。 - 【請求項３】 被処理体の外径が８インチまたは１２イ
ンチであり、前記熱制御板は、その外径が前記被処理体
の外径の２倍以上であることを特徴とする請求項１また
は請求項２に記載の熱処理装置。 - 【請求項４】 反応管と加熱源との間に配置した断熱材
を備えてなることを特徴とする請求項１〜請求項３のい
ずれかに記載の熱処理装置。 - 【請求項５】 断熱材は、反応管の熱処理領域に対向す
る部分の肉厚よりも反応管の出入口側に対向する部分の
肉厚が大きいことを特徴とする請求項４に記載の熱処理
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03399092A JP3182532B2 (ja) | 1992-01-27 | 1992-01-27 | 熱処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03399092A JP3182532B2 (ja) | 1992-01-27 | 1992-01-27 | 熱処理装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05206042A JPH05206042A (ja) | 1993-08-13 |
| JP3182532B2 true JP3182532B2 (ja) | 2001-07-03 |
Family
ID=12401925
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03399092A Expired - Fee Related JP3182532B2 (ja) | 1992-01-27 | 1992-01-27 | 熱処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3182532B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6461036B1 (en) * | 1999-03-29 | 2002-10-08 | Axcelis Technologies, Inc. | System and method for determining stray light in a thermal processing system |
| JP6064199B2 (ja) * | 2013-04-26 | 2017-01-25 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 熱処理装置 |
-
1992
- 1992-01-27 JP JP03399092A patent/JP3182532B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05206042A (ja) | 1993-08-13 |
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