JP3474258B2 - 熱処理装置及び熱処理方法 - Google Patents
熱処理装置及び熱処理方法Info
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- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
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- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
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- C23C16/481—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating by irradiation, e.g. photolysis, radiolysis, particle radiation by radiant heating of the substrate
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/10—Heating of the reaction chamber or the substrate
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- C30B31/06—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor by contacting with diffusion material in the gaseous state
- C30B31/12—Heating of the reaction chamber
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウエハなどの被
処理体に対して、酸化や拡散、ＣＶＤ処理などを行う熱
処理装置及び熱処理方法に関する。
処理体に対して、酸化や拡散、ＣＶＤ処理などを行う熱
処理装置及び熱処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイスの製造プロセスの中に、
高温下においてシリコンの表面部を酸化しこれにより絶
縁膜（酸化膜）を得る酸化処理や、不純物層を表面に形
成したシリコン層を加熱しこれにより不純物をシリコン
層内に熱拡散させる拡散処理、化学的気相反応によりウ
エハの表面に成膜するＣＶＤ装置などがある。
高温下においてシリコンの表面部を酸化しこれにより絶
縁膜（酸化膜）を得る酸化処理や、不純物層を表面に形
成したシリコン層を加熱しこれにより不純物をシリコン
層内に熱拡散させる拡散処理、化学的気相反応によりウ
エハの表面に成膜するＣＶＤ装置などがある。
【０００３】この種の酸化や拡散、ＣＶＤ処理などの熱
処理を行う熱処理装置としては、空気の巻き込みが少な
いことから横型炉に代って縦型炉が多く使用されるよう
になってきている。縦型熱処理装置を用いて行う酸化処
理の従来例について、図６を参照しながら述べると、多
数枚の半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）Ｗをウエ
ハボート１１に上下に並べて保持させると共に、反応管
１２内をＮ2 （窒素）ガス雰囲気にしかつ加熱手段１３
により例えば７００℃に加熱しておき、ウエハＷをロー
ディング（ウエハを反応管に搬入すること）する。
処理を行う熱処理装置としては、空気の巻き込みが少な
いことから横型炉に代って縦型炉が多く使用されるよう
になってきている。縦型熱処理装置を用いて行う酸化処
理の従来例について、図６を参照しながら述べると、多
数枚の半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）Ｗをウエ
ハボート１１に上下に並べて保持させると共に、反応管
１２内をＮ2 （窒素）ガス雰囲気にしかつ加熱手段１３
により例えば７００℃に加熱しておき、ウエハＷをロー
ディング（ウエハを反応管に搬入すること）する。
【０００４】従来の装置において加熱手段１３は、例え
ばアルミナを材質とする断熱体１５の内周面に抵抗発熱
線からなるヒータ１４を巻装することにより構成され、
断熱体１５の内部には図示しない水冷パイプが設けられ
ている。そしてキャップ１６により反応管１２の下端開
口部が密閉された後、反応管１２内を処理温度例えば９
００℃まで昇温し、反応管１２内にＯ2 （酸素）ガスを
供給してウエハＷの表面に酸化膜を形成する。この後反
応管１２内を例えば７００℃まで降温し、しかる後ウエ
ハをアンローディング（ウエハを反応管から搬出するこ
と）している。なお図１中１７はガス供給管、１８は排
気管であり、１９は均熱管である。
ばアルミナを材質とする断熱体１５の内周面に抵抗発熱
線からなるヒータ１４を巻装することにより構成され、
断熱体１５の内部には図示しない水冷パイプが設けられ
ている。そしてキャップ１６により反応管１２の下端開
口部が密閉された後、反応管１２内を処理温度例えば９
００℃まで昇温し、反応管１２内にＯ2 （酸素）ガスを
供給してウエハＷの表面に酸化膜を形成する。この後反
応管１２内を例えば７００℃まで降温し、しかる後ウエ
ハをアンローディング（ウエハを反応管から搬出するこ
と）している。なお図１中１７はガス供給管、１８は排
気管であり、１９は均熱管である。
【０００５】また上述の熱処理装置で行われる不純物の
拡散について述べると、この処理は不純物イオン例えば
Ａｓイオンをシリコン層の表面に打ち込んだウエハを例
えば温度９００〜１０００℃の加熱雰囲気かつＮ2 ガス
雰囲気下において不純物イオンをシリコン層内に拡散さ
せるものであり、反応管内のガス雰囲気が異なる他は酸
化の場合と同様に行われる。
拡散について述べると、この処理は不純物イオン例えば
Ａｓイオンをシリコン層の表面に打ち込んだウエハを例
えば温度９００〜１０００℃の加熱雰囲気かつＮ2 ガス
雰囲気下において不純物イオンをシリコン層内に拡散さ
せるものであり、反応管内のガス雰囲気が異なる他は酸
化の場合と同様に行われる。
【０００６】
【発明が解決しようとしている課題】上述の酸化処理で
形成される例えばキャパシタ絶縁膜の酸化膜や、ゲート
酸化膜の形成あるいは不純物イオンの拡散処理では、膜
質、膜厚や拡散深さがサーマルバジェット（熱履歴）の
影響を大きく受けることが知られている。即ち酸化処理
では、処理温度に比べて低い温度領域に長い時間さらす
と膜質の悪い酸化膜が本来の膜質の良い酸化膜の下に介
在してしまい、全体として膜質が低下する。また、拡散
処理では、シリコン層内の不純物の濃度プロファイルは
熱履歴に依存する。このため熱履歴をできるだけ小さく
抑えて熱処理を行うことが必要である。
形成される例えばキャパシタ絶縁膜の酸化膜や、ゲート
酸化膜の形成あるいは不純物イオンの拡散処理では、膜
質、膜厚や拡散深さがサーマルバジェット（熱履歴）の
影響を大きく受けることが知られている。即ち酸化処理
では、処理温度に比べて低い温度領域に長い時間さらす
と膜質の悪い酸化膜が本来の膜質の良い酸化膜の下に介
在してしまい、全体として膜質が低下する。また、拡散
処理では、シリコン層内の不純物の濃度プロファイルは
熱履歴に依存する。このため熱履歴をできるだけ小さく
抑えて熱処理を行うことが必要である。
【０００７】ところが上述の熱処理装置では、ヒータ１
４の外周面に熱容量の大きい断熱体を設けて放熱を抑え
るようにしているが、ヒータの熱の一部は熱伝導により
断熱体に吸熱され、その吸熱量が多いため、反応管側に
伝熱される熱がその分少なくなり、この結果反応管１２
内を効率よく加熱できず、反応管１２内の昇温速度は遅
くなり、せいぜい毎分１０℃程度の昇温速度しか得られ
ない。一方ウエハのロード時において反応管内を処理温
度付近までもの高温にすると大気の巻き込みに伴ってウ
エハ表面の自然酸化膜の成長が促進されるため、反応管
内をあまり高温にすることができず、このため反応管内
が処理温度に到達するまでの時間が長くなってしまい、
結局ウエハの受ける熱履歴が大きくなる。
４の外周面に熱容量の大きい断熱体を設けて放熱を抑え
るようにしているが、ヒータの熱の一部は熱伝導により
断熱体に吸熱され、その吸熱量が多いため、反応管側に
伝熱される熱がその分少なくなり、この結果反応管１２
内を効率よく加熱できず、反応管１２内の昇温速度は遅
くなり、せいぜい毎分１０℃程度の昇温速度しか得られ
ない。一方ウエハのロード時において反応管内を処理温
度付近までもの高温にすると大気の巻き込みに伴ってウ
エハ表面の自然酸化膜の成長が促進されるため、反応管
内をあまり高温にすることができず、このため反応管内
が処理温度に到達するまでの時間が長くなってしまい、
結局ウエハの受ける熱履歴が大きくなる。
【０００８】ここで最近ではデバイスのパターンの微細
化、薄膜化が増々進みつつあることから、酸化処理によ
り例えばＣＭＯＳの容量絶縁膜を得る場合には酸化膜は
容量を大きくとるためにも非常に薄くしなければなら
ず、また拡散処理では浅いｐｎ接合をとるためにシリコ
ン層内における不純物の拡散深さを浅くしなければなら
ない。従って膜質の低下や拡散深さのばらつきはデバイ
スの特性に大きな影響を与えることになる。このため熱
履歴が大きくなると、ウエハの膜質の低下や拡散深さの
ばらつきが大きくなって、デバイスの歩留まりが低下
し、スループットも低くなる。
化、薄膜化が増々進みつつあることから、酸化処理によ
り例えばＣＭＯＳの容量絶縁膜を得る場合には酸化膜は
容量を大きくとるためにも非常に薄くしなければなら
ず、また拡散処理では浅いｐｎ接合をとるためにシリコ
ン層内における不純物の拡散深さを浅くしなければなら
ない。従って膜質の低下や拡散深さのばらつきはデバイ
スの特性に大きな影響を与えることになる。このため熱
履歴が大きくなると、ウエハの膜質の低下や拡散深さの
ばらつきが大きくなって、デバイスの歩留まりが低下
し、スループットも低くなる。
【０００９】本発明はこのような事情の下になされたも
のであり、反応管内の昇温速度を速くすることにより、
熱履歴を小さくすると共に、スループットを高めること
ができる熱処理装置及び熱処理方法を提供することにあ
る。
のであり、反応管内の昇温速度を速くすることにより、
熱履歴を小さくすると共に、スループットを高めること
ができる熱処理装置及び熱処理方法を提供することにあ
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の熱処理装置は、
反応管の周囲に発熱体を設け、この発熱体により反応管
内を加熱して、反応管内の被処理体を熱処理する熱処理
装置において、前記発熱体の周囲にこれを取り囲むよう
に発熱体と気密な空間を介して、また同心円状に互いに
気密な空間を介して設けられた各々金属板からなる複数
の円筒状の熱輻射板と、前記気密な空間を減圧する減圧
手段と、を備え、前記反応管内を昇温させるときには前
記減圧手段により前記気密な空間を減圧することを特徴
とする。
反応管の周囲に発熱体を設け、この発熱体により反応管
内を加熱して、反応管内の被処理体を熱処理する熱処理
装置において、前記発熱体の周囲にこれを取り囲むよう
に発熱体と気密な空間を介して、また同心円状に互いに
気密な空間を介して設けられた各々金属板からなる複数
の円筒状の熱輻射板と、前記気密な空間を減圧する減圧
手段と、を備え、前記反応管内を昇温させるときには前
記減圧手段により前記気密な空間を減圧することを特徴
とする。
【００１１】本発明の熱処理方法は、反応管の周囲に発
熱体を設け、この発熱体により反応管内を加熱して、反
応管内の被処理体を熱処理する熱処理方法において、被
処理体を反応管内に搬入する工程と、次いで前記発熱体
を同心円状に取り囲む複数の金属板からなる円筒状の熱
輻射板の間に形成された気密な空間、及び前記発熱体と
前記熱輻射板との間に形成された気密な空間を減圧しな
がら当該発熱体により反応管内を昇温する工程と、前記
被処理体に対して所定の熱処理を行う工程と、熱処理後
に、前記発熱体の周囲に形成された前記気密な空間に、
熱伝導により放熱させるための気体を供給して反応管内
を降温する工程と、この後、被処理体を反応管から搬出
する工程と、を含むことを特徴とする。
熱体を設け、この発熱体により反応管内を加熱して、反
応管内の被処理体を熱処理する熱処理方法において、被
処理体を反応管内に搬入する工程と、次いで前記発熱体
を同心円状に取り囲む複数の金属板からなる円筒状の熱
輻射板の間に形成された気密な空間、及び前記発熱体と
前記熱輻射板との間に形成された気密な空間を減圧しな
がら当該発熱体により反応管内を昇温する工程と、前記
被処理体に対して所定の熱処理を行う工程と、熱処理後
に、前記発熱体の周囲に形成された前記気密な空間に、
熱伝導により放熱させるための気体を供給して反応管内
を降温する工程と、この後、被処理体を反応管から搬出
する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
【実施例】図１は本発明の熱処理装置の一実施例を示す
断面図である。図中２は石英よりなる反応管であり、こ
の反応管２の頂部には、ガス供給口である多数のガス流
入孔３が形成されている。また前記反応管２の外側には
間隙を介して均熱管２１が配設されており、ガス流入孔
の直ぐ上方側にガスを供給するようにガス供給管４１が
反応管２と均熱管２１との間において下方側から突入し
て設けられている。さらに前記反応管２の下部には、排
気口が開口するように第１の排気管４２が接続されてお
り、所定の圧力で排気が行われるように構成されてい
る。
断面図である。図中２は石英よりなる反応管であり、こ
の反応管２の頂部には、ガス供給口である多数のガス流
入孔３が形成されている。また前記反応管２の外側には
間隙を介して均熱管２１が配設されており、ガス流入孔
の直ぐ上方側にガスを供給するようにガス供給管４１が
反応管２と均熱管２１との間において下方側から突入し
て設けられている。さらに前記反応管２の下部には、排
気口が開口するように第１の排気管４２が接続されてお
り、所定の圧力で排気が行われるように構成されてい
る。
【００１３】また前記均熱管２１の周囲にはこれを取り
囲むように反応管２内を加熱するために発熱体５が設け
られている。この発熱体５は、図２に示すように、例え
ばタングステン（Ｗ）やニケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ
2 ）からなる抵抗発熱線５１を、例えばセラミックなど
からなるサポータ５２に支持することにより構成されて
おり、抵抗発熱線５１の内周面側には抵抗発熱線５１に
接してこれを覆うように例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）あ
るいは石英からなる筒状体５３が設けられている。
囲むように反応管２内を加熱するために発熱体５が設け
られている。この発熱体５は、図２に示すように、例え
ばタングステン（Ｗ）やニケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ
2 ）からなる抵抗発熱線５１を、例えばセラミックなど
からなるサポータ５２に支持することにより構成されて
おり、抵抗発熱線５１の内周面側には抵抗発熱線５１に
接してこれを覆うように例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）あ
るいは石英からなる筒状体５３が設けられている。
【００１４】前記発熱体５の周囲には、これを取り囲む
ように発熱体５と気密な空間を介して例えばタングステ
ン等の金属板からなる熱輻射板６が設けられている。こ
の例においては５枚の円筒状の第１〜第５の熱輻射板６
１〜６５が発熱体５側から同心円状に互いに気密な空間
を介して設けられており、第５の熱輻射板６５の外側に
は、例えばアルミニウムやステンレスからなり、冷却手
段例えば冷却水路を備えた外装体７１が設けられてい
る。外装体７１には熱輻射板６間に形成された気密な空
間に開口するように第２の排気管７２が接続されてお
り、さらにこの排気管７２はバルブＶ１を介して例えば
真空ポンプからなる減圧手段７３に接続され、またバル
ブＶ２を介して外部に開口するかあるいは不活性ガス源
に接続されている。ここで発熱体５と熱輻射板６との間
に気密な空間が介在するとは、この例では各熱輻射板６
１〜６５が設けられている空間が外装体７１により機密
な空間とされていることであり、各熱輻射板６１〜６５
の上部には連通孔６０が形成されていて、前記減圧手段
により発熱体５と第１の熱輻射板６１との間、及び各熱
輻射板６１〜６５との間の各空間が減圧できるように構
成されている。
ように発熱体５と気密な空間を介して例えばタングステ
ン等の金属板からなる熱輻射板６が設けられている。こ
の例においては５枚の円筒状の第１〜第５の熱輻射板６
１〜６５が発熱体５側から同心円状に互いに気密な空間
を介して設けられており、第５の熱輻射板６５の外側に
は、例えばアルミニウムやステンレスからなり、冷却手
段例えば冷却水路を備えた外装体７１が設けられてい
る。外装体７１には熱輻射板６間に形成された気密な空
間に開口するように第２の排気管７２が接続されてお
り、さらにこの排気管７２はバルブＶ１を介して例えば
真空ポンプからなる減圧手段７３に接続され、またバル
ブＶ２を介して外部に開口するかあるいは不活性ガス源
に接続されている。ここで発熱体５と熱輻射板６との間
に気密な空間が介在するとは、この例では各熱輻射板６
１〜６５が設けられている空間が外装体７１により機密
な空間とされていることであり、各熱輻射板６１〜６５
の上部には連通孔６０が形成されていて、前記減圧手段
により発熱体５と第１の熱輻射板６１との間、及び各熱
輻射板６１〜６５との間の各空間が減圧できるように構
成されている。
【００１５】前記反応管２内にローディングされている
保持具をなすウエハボート８は、例えばウエハの周縁が
挿入されて支持される溝を備えた４本の石英製の支柱を
有し、反応管２の下端部を気密に塞ぐためのキャップ８
１の上に保温筒８２を介して載置されている。前記ウエ
ハボート８には多数枚例えば１００枚のウエハＷが各々
水平に上下に並べて保持されている。前記キャップ８１
はボートエレベータ８３の上に設けられ、このボートエ
レベータ８３によりウエハボート８がロード、アンロー
ドされるようになっている。
保持具をなすウエハボート８は、例えばウエハの周縁が
挿入されて支持される溝を備えた４本の石英製の支柱を
有し、反応管２の下端部を気密に塞ぐためのキャップ８
１の上に保温筒８２を介して載置されている。前記ウエ
ハボート８には多数枚例えば１００枚のウエハＷが各々
水平に上下に並べて保持されている。前記キャップ８１
はボートエレベータ８３の上に設けられ、このボートエ
レベータ８３によりウエハボート８がロード、アンロー
ドされるようになっている。
【００１６】次に上述の熱処理装置の作用について説明
する。先ず被処理体例えば１００枚のウエハＷをウエハ
ボート８に載置すると共に、反応管２内を例えば８００
℃の加熱雰囲気とし、かつガス供給管４１からＮ2 ガス
をガス流入孔３を介して反応管２内に供給して、ウエハ
ボート８を反応管２内にローディングする。次いで反応
管２内を例えば９５０℃まで昇温した後、反応管２内に
ガス供給管４１から処理ガス例えば酸素ガスを供給し、
所定の圧力例えば７６０Ｔｏｒｒに維持してウエハＷに
対して酸化処理を行う。酸化処理後反応管２内を例えば
８００℃まで降温し、この後ウエハボート８をアンロー
ディングする。
する。先ず被処理体例えば１００枚のウエハＷをウエハ
ボート８に載置すると共に、反応管２内を例えば８００
℃の加熱雰囲気とし、かつガス供給管４１からＮ2 ガス
をガス流入孔３を介して反応管２内に供給して、ウエハ
ボート８を反応管２内にローディングする。次いで反応
管２内を例えば９５０℃まで昇温した後、反応管２内に
ガス供給管４１から処理ガス例えば酸素ガスを供給し、
所定の圧力例えば７６０Ｔｏｒｒに維持してウエハＷに
対して酸化処理を行う。酸化処理後反応管２内を例えば
８００℃まで降温し、この後ウエハボート８をアンロー
ディングする。
【００１７】ここで反応管２内の温度制御について図３
より説明すると、反応管２内の温度を昇温させるときに
はバルブＶ２を閉じると共に、バルブＶ１を開いて、第
２の排気管７２及び減圧手段７３を介して発熱体５と第
１の熱輻射板６１との間の空間及び各熱輻射板６間の空
間を例えば１ｍＴｏｒｒに減圧しながら抵抗発熱線５１
により反応管２を加熱する。
より説明すると、反応管２内の温度を昇温させるときに
はバルブＶ２を閉じると共に、バルブＶ１を開いて、第
２の排気管７２及び減圧手段７３を介して発熱体５と第
１の熱輻射板６１との間の空間及び各熱輻射板６間の空
間を例えば１ｍＴｏｒｒに減圧しながら抵抗発熱線５１
により反応管２を加熱する。
【００１８】このように発熱体２１の周囲や各熱輻射板
６１〜６５の間の空間を減圧すると、これらの空間の熱
の授受はほとんどが輻射により行われる。ここで抵抗発
熱線５１より発生した熱は、図３に示すように、反応管
２方向へ輻射すると同時に熱輻射板６方向へも輻射し
（Ｔ01）、この輻射熱Ｔ01により第１の熱輻射板６１が
加熱される。そして第１の熱輻射板６１にて発生した熱
の一部は外側の第２の熱輻射板６２に輻射されるが（Ｔ
11）、同時に内側（発熱体５側）にも輻射される（Ｔ1
2）。第２の熱輻射板６２においても同様に蓄熱された
熱が外側、内側に夫々Ｔ21、Ｔ22として輻射され、第１
の熱輻射板６１では第２の熱輻射板６２から戻ってきた
熱Ｔ22の一部が発熱体５側に輻射される。このようにし
て発熱体５、熱輻射板６１〜６５の間で熱の授受が行わ
れ、発熱体５から外側へ流出した熱の一部は発熱体５へ
戻されるので、結局発熱体５から反応管２方向へ向かう
熱輻射量が大きくなり、このため反応管２内の温度を高
速で昇温することができる。
６１〜６５の間の空間を減圧すると、これらの空間の熱
の授受はほとんどが輻射により行われる。ここで抵抗発
熱線５１より発生した熱は、図３に示すように、反応管
２方向へ輻射すると同時に熱輻射板６方向へも輻射し
（Ｔ01）、この輻射熱Ｔ01により第１の熱輻射板６１が
加熱される。そして第１の熱輻射板６１にて発生した熱
の一部は外側の第２の熱輻射板６２に輻射されるが（Ｔ
11）、同時に内側（発熱体５側）にも輻射される（Ｔ1
2）。第２の熱輻射板６２においても同様に蓄熱された
熱が外側、内側に夫々Ｔ21、Ｔ22として輻射され、第１
の熱輻射板６１では第２の熱輻射板６２から戻ってきた
熱Ｔ22の一部が発熱体５側に輻射される。このようにし
て発熱体５、熱輻射板６１〜６５の間で熱の授受が行わ
れ、発熱体５から外側へ流出した熱の一部は発熱体５へ
戻されるので、結局発熱体５から反応管２方向へ向かう
熱輻射量が大きくなり、このため反応管２内の温度を高
速で昇温することができる。
【００１９】一方反応管２内の温度を降温するときに
は、バルブＶ１を閉じると共に、バルブＶ２を開いて発
熱体５と第１の熱輻射板６１との間の空間及び各熱輻射
板６間の空間は常圧に戻される。このためこれらの空間
における熱の授受は伝導によって行われることになり、
熱は低温側即ち外装体７１側へ伝導していき、反応管２
内の温度は速やかに降温される。
は、バルブＶ１を閉じると共に、バルブＶ２を開いて発
熱体５と第１の熱輻射板６１との間の空間及び各熱輻射
板６間の空間は常圧に戻される。このためこれらの空間
における熱の授受は伝導によって行われることになり、
熱は低温側即ち外装体７１側へ伝導していき、反応管２
内の温度は速やかに降温される。
【００２０】また抵抗発熱線５１を剥出しの状態で設け
ると、使用中に抵抗発熱線５１が酸化され、この時生じ
た金属酸化物が反応管２中に拡散して反応管２の内部空
間に侵入し、ウエハＷの金属汚染の原因となるが、本実
施例では抵抗発熱線５１と反応管２の間に例えばＳｉＣ
よりなる筒状体５３を介在させているため、抵抗発熱線
２２の酸化物の通り抜けを抑えることができ、ウエハＷ
の金属汚染が防止できる。
ると、使用中に抵抗発熱線５１が酸化され、この時生じ
た金属酸化物が反応管２中に拡散して反応管２の内部空
間に侵入し、ウエハＷの金属汚染の原因となるが、本実
施例では抵抗発熱線５１と反応管２の間に例えばＳｉＣ
よりなる筒状体５３を介在させているため、抵抗発熱線
２２の酸化物の通り抜けを抑えることができ、ウエハＷ
の金属汚染が防止できる。
【００２１】次に本発明の効果を確認するために行った
シミュレ−ションに基づく計算例について説明する。実
験条件は、図４に示すように、反応管の周囲に同心円状
に発熱体５を設けると共に、この発熱体５と放射空間Ｄ
を開けて同心円状にアルミニウムからなる円筒状の熱輻
射板６を設けて構成し、発熱体５の発熱量を４．０×１
０6 Ｗ／ｍ3 、放射空間Ｄの圧力を約１ｍＴｏｒｒとし
て、反応管内の温度の経時変化を計算した。なお反応管
内の加熱時において熱輻射板６の外側は水冷により約２
５℃に冷却されることとした。
シミュレ−ションに基づく計算例について説明する。実
験条件は、図４に示すように、反応管の周囲に同心円状
に発熱体５を設けると共に、この発熱体５と放射空間Ｄ
を開けて同心円状にアルミニウムからなる円筒状の熱輻
射板６を設けて構成し、発熱体５の発熱量を４．０×１
０6 Ｗ／ｍ3 、放射空間Ｄの圧力を約１ｍＴｏｒｒとし
て、反応管内の温度の経時変化を計算した。なお反応管
内の加熱時において熱輻射板６の外側は水冷により約２
５℃に冷却されることとした。
【００２２】また比較実験として、放射空間Ｄを減圧せ
ずに常圧で反応管２を加熱した場合（比較例１）と、放
射空間Ｄに厚さ１１．５ｍｍ、熱伝導率０．０９Ｗ／ｍ
・Ｋ，密度４００ｋｇ／ｍ3 ，比熱１１００Ｊ／ｋｇ・
Ｋからなる断熱材を配設した従来装置（比較例２）とに
ついても同様のシミュレ−ションを行った。これらの結
果を図５に実験例は○で、比較例１は□で、比較例２は
●で夫々示す。なお熱輻射板に用いたアルミニウムは反
射率９５％以上の材質である。
ずに常圧で反応管２を加熱した場合（比較例１）と、放
射空間Ｄに厚さ１１．５ｍｍ、熱伝導率０．０９Ｗ／ｍ
・Ｋ，密度４００ｋｇ／ｍ3 ，比熱１１００Ｊ／ｋｇ・
Ｋからなる断熱材を配設した従来装置（比較例２）とに
ついても同様のシミュレ−ションを行った。これらの結
果を図５に実験例は○で、比較例１は□で、比較例２は
●で夫々示す。なお熱輻射板に用いたアルミニウムは反
射率９５％以上の材質である。
【００２３】この結果により、断熱材を有する比較例２
の従来装置に比べて放射空間Ｄを介して熱輻射板６を設
けた比較例１の装置の方が、反応管内の昇温速度はわず
かに高いものの両者はほとんど同一であるのに対して、
放射空間Ｄを減圧する実験例の装置では両者に比べて格
段に反応管内の昇温速度が高くなり、従来装置に比べて
昇温速度が約２倍であることが確認された。
の従来装置に比べて放射空間Ｄを介して熱輻射板６を設
けた比較例１の装置の方が、反応管内の昇温速度はわず
かに高いものの両者はほとんど同一であるのに対して、
放射空間Ｄを減圧する実験例の装置では両者に比べて格
段に反応管内の昇温速度が高くなり、従来装置に比べて
昇温速度が約２倍であることが確認された。
【００２４】このように従来の装置で反応管内の昇温が
遅いのは、抵抗発熱線より発生した熱は熱容量が大きく
かつ低温である断熱材の方向へ伝導して逃げていくの
で、断熱材により吸熱される熱量が大きく、従って発熱
体で発生した熱が反応管内の昇温に有効に使用できない
からと考えられる。また断熱材の代わりに常圧の放射空
間Ｄを介して熱輻射板を設けると、発熱体の一部は放射
空間Ｄを介して輻射により熱輻射板に伝熱し、この熱輻
射板からその熱の一部が輻射により発熱体側へ戻される
ものの、放射空間Ｄは常圧であるため外側への熱の逃げ
方は熱伝導に頼るところが大きく、従って断熱材を設け
た場合に比べてそれほど昇温速度が大きくはならない。
これに対し、放射空間Ｄを減圧した場合には、この空間
の熱伝導率は下がり上述のように熱の授受はほとんど輻
射により行われるため、既に詳述したように熱輻射板に
伝熱した熱の一部は輻射により内側に戻される。従って
装置の外部へ逃げていく熱の量が減少し、発生した熱を
反応管内の昇温に有効に使用でき、このため従来装置に
比べて反応管内の昇温速度が例えば約２倍と格段に速く
なると考えられる。
遅いのは、抵抗発熱線より発生した熱は熱容量が大きく
かつ低温である断熱材の方向へ伝導して逃げていくの
で、断熱材により吸熱される熱量が大きく、従って発熱
体で発生した熱が反応管内の昇温に有効に使用できない
からと考えられる。また断熱材の代わりに常圧の放射空
間Ｄを介して熱輻射板を設けると、発熱体の一部は放射
空間Ｄを介して輻射により熱輻射板に伝熱し、この熱輻
射板からその熱の一部が輻射により発熱体側へ戻される
ものの、放射空間Ｄは常圧であるため外側への熱の逃げ
方は熱伝導に頼るところが大きく、従って断熱材を設け
た場合に比べてそれほど昇温速度が大きくはならない。
これに対し、放射空間Ｄを減圧した場合には、この空間
の熱伝導率は下がり上述のように熱の授受はほとんど輻
射により行われるため、既に詳述したように熱輻射板に
伝熱した熱の一部は輻射により内側に戻される。従って
装置の外部へ逃げていく熱の量が減少し、発生した熱を
反応管内の昇温に有効に使用でき、このため従来装置に
比べて反応管内の昇温速度が例えば約２倍と格段に速く
なると考えられる。
【００２５】このように本発明では、高速で反応管内の
温度を高めることができるため、ウエハが処理温度より
も低い雰囲気にさらされる時間が短くなるのでウエハの
受ける熱履歴が低減する。従って酸化処理によりウエハ
Ｗの表面に形成される酸化膜の膜質や膜厚が熱履歴の影
響を受けて悪化することが抑えられ、また不純物の拡散
を行う場合には予定のプロファイルが得られ、このため
歩留まりが向上し、結果としてスループットが高くな
る。
温度を高めることができるため、ウエハが処理温度より
も低い雰囲気にさらされる時間が短くなるのでウエハの
受ける熱履歴が低減する。従って酸化処理によりウエハ
Ｗの表面に形成される酸化膜の膜質や膜厚が熱履歴の影
響を受けて悪化することが抑えられ、また不純物の拡散
を行う場合には予定のプロファイルが得られ、このため
歩留まりが向上し、結果としてスループットが高くな
る。
【００２６】以上において本発明は酸化処理以外に熱処
理やＣＶＤ処理に適用してもよい。また本発明では、熱
輻射板を円筒状でなくとも例えば横断面が四角形の角筒
状に構成してもよいし、反応管の上方部分つまり装置の
天井部分に例えば２枚以上の熱輻射板を上下に空間を介
して設け、この部分からの放熱を少なくするようにして
もよく、また熱輻射板は１枚であってもよい。
理やＣＶＤ処理に適用してもよい。また本発明では、熱
輻射板を円筒状でなくとも例えば横断面が四角形の角筒
状に構成してもよいし、反応管の上方部分つまり装置の
天井部分に例えば２枚以上の熱輻射板を上下に空間を介
して設け、この部分からの放熱を少なくするようにして
もよく、また熱輻射板は１枚であってもよい。
【００２７】
【発明の効果】本発明によれば、反応管内を高速で昇温
することができるため、被処理体の熱履歴が低減し、処
理のスループットが向上する。
することができるため、被処理体の熱履歴が低減し、処
理のスループットが向上する。
【図１】本発明の一実施例による熱処理装置の構成を示
す略断面図である。
す略断面図である。
【図２】熱処理装置の発熱体と熱輻射板の一例を示す斜
視図である。
視図である。
【図３】発熱体と熱輻射板における熱の輻射作用を示す
説明図である。
説明図である。
【図４】実験装置を模式的に示す概略斜視図である。
【図５】反応管内部の温度の経時変化を示すグラフであ
る。
る。
【図６】従来の熱処理装置の構成を示す略断面図であ
る。
る。
２ 反応管
３ ガス流入孔
４１ ガス供給管
４２、７２ 排気管
５ 発熱体
５１ 抵抗発熱線
６、６１〜６５ 熱輻射板
７３ 減圧手段
８ ウエハボート
Ｗ 半導体ウエハ
Claims (2)
- 【請求項１】 反応管の周囲に発熱体を設け、この発熱
体により反応管内を加熱して、反応管内の被処理体を熱
処理する熱処理装置において、 前記発熱体の周囲にこれを取り囲むように発熱体と気密
な空間を介して、また同心円状に互いに気密な空間を介
して設けられた各々金属板からなる複数の円筒状の熱輻
射板と、 前記気密な空間を減圧する減圧手段と、を備え、 前記反応管内を昇温させるときには前記減圧手段により
前記気密な空間を減圧することを特徴とする熱処理装
置。 - 【請求項２】 反応管の周囲に発熱体を設け、この発熱
体により反応管内を加熱して、反応管内の被処理体を熱
処理する熱処理方法において、 被処理体を反応管内に搬入する工程と、 次いで前記発熱体を同心円状に取り囲む複数の金属板か
らなる円筒状の熱輻射板の間に形成された気密な空間、
及び前記発熱体と前記熱輻射板との間に形成された気密
な空間を減圧しながら当該発熱体により反応管内を昇温
する工程と、 前記被処理体に対して所定の熱処理を行う工程と、 熱処理後に、前記発熱体の周囲に形成された前記気密な
空間に、熱伝導により放熱させるための気体を供給して
反応管内を降温する工程と、 この後、被処理体を反応管から搬出する工程と、を含む
ことを特徴とする熱処理方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09934894A JP3474258B2 (ja) | 1994-04-12 | 1994-04-12 | 熱処理装置及び熱処理方法 |
| US08/420,075 US5567152A (en) | 1994-04-12 | 1995-04-11 | Heat processing apparatus |
| KR1019950008475A KR100315136B1 (ko) | 1994-04-12 | 1995-04-12 | 열처리장치 |
| TW084103704A TW283255B (ja) | 1994-04-12 | 1995-04-15 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09934894A JP3474258B2 (ja) | 1994-04-12 | 1994-04-12 | 熱処理装置及び熱処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07283160A JPH07283160A (ja) | 1995-10-27 |
| JP3474258B2 true JP3474258B2 (ja) | 2003-12-08 |
Family
ID=14245118
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09934894A Expired - Lifetime JP3474258B2 (ja) | 1994-04-12 | 1994-04-12 | 熱処理装置及び熱処理方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5567152A (ja) |
| JP (1) | JP3474258B2 (ja) |
| KR (1) | KR100315136B1 (ja) |
| TW (1) | TW283255B (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JP3471144B2 (ja) * | 1995-09-06 | 2003-11-25 | 東京エレクトロン株式会社 | 縦型熱処理装置及びその断熱構造体並びに遮熱板 |
| JP3109433B2 (ja) * | 1996-03-22 | 2000-11-13 | 株式会社村田製作所 | セラミック成形体の焼成方法および焼成装置 |
| JPH09260364A (ja) * | 1996-03-26 | 1997-10-03 | Tokyo Electron Ltd | 熱処理方法および熱処理装置 |
| AU1358097A (en) * | 1997-01-07 | 1998-08-03 | Silicon Valley Group, Inc. | Thermal processing apparatus and process |
| US5904478A (en) * | 1997-03-07 | 1999-05-18 | Semitool, Inc. | Semiconductor processing furnace heating subassembly |
| KR100244484B1 (ko) * | 1997-07-02 | 2000-02-01 | 김영환 | 반도체소자의 제조방법 |
| US6407367B1 (en) * | 1997-12-26 | 2002-06-18 | Canon Kabushiki Kaisha | Heat treatment apparatus, heat treatment process employing the same, and process for producing semiconductor article |
| JP3472482B2 (ja) * | 1998-06-30 | 2003-12-02 | 富士通株式会社 | 半導体装置の製造方法と製造装置 |
| US6191388B1 (en) * | 1998-11-18 | 2001-02-20 | Semitool, Inc. | Thermal processor and components thereof |
| JP3884201B2 (ja) * | 1999-11-29 | 2007-02-21 | 株式会社神戸製鋼所 | 高温高圧処理装置 |
| US6246031B1 (en) * | 1999-11-30 | 2001-06-12 | Wafermasters, Inc. | Mini batch furnace |
| JP3479020B2 (ja) | 2000-01-28 | 2003-12-15 | 東京エレクトロン株式会社 | 熱処理装置 |
| US6765178B2 (en) * | 2000-12-29 | 2004-07-20 | Applied Materials, Inc. | Chamber for uniform substrate heating |
| US6825447B2 (en) | 2000-12-29 | 2004-11-30 | Applied Materials, Inc. | Apparatus and method for uniform substrate heating and contaminate collection |
| US6998579B2 (en) | 2000-12-29 | 2006-02-14 | Applied Materials, Inc. | Chamber for uniform substrate heating |
| US6727194B2 (en) * | 2002-08-02 | 2004-04-27 | Wafermasters, Inc. | Wafer batch processing system and method |
| JP2006515433A (ja) * | 2002-12-17 | 2006-05-25 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 基板を均等に加熱するためのチャンバ |
| US20080081112A1 (en) * | 2006-09-29 | 2008-04-03 | Paul Brabant | Batch reaction chamber employing separate zones for radiant heating and resistive heating |
| DE102008061871B4 (de) * | 2008-12-15 | 2012-10-31 | Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg | Schmelztiegel für den Einsatz in einem Tiegelziehverfahren für Quarzglas |
| JP5496828B2 (ja) * | 2010-08-27 | 2014-05-21 | 東京エレクトロン株式会社 | 熱処理装置 |
| JP5731270B2 (ja) * | 2011-05-02 | 2015-06-10 | 株式会社ミラプロ | 半導体ウェハ処理用減圧処理容器 |
Family Cites Families (2)
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