JP4560660B2 - Semiconductor heat treatment apparatus and method - Google Patents

Semiconductor heat treatment apparatus and method Download PDF

Info

Publication number
JP4560660B2
JP4560660B2 JP2003069781A JP2003069781A JP4560660B2 JP 4560660 B2 JP4560660 B2 JP 4560660B2 JP 2003069781 A JP2003069781 A JP 2003069781A JP 2003069781 A JP2003069781 A JP 2003069781A JP 4560660 B2 JP4560660 B2 JP 4560660B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
susceptor
process tube
semiconductor wafer
wafer
heat treatment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP2003069781A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2004281636A (en
Inventor
周秀 藤山
智行 石橋
直喜 内田
誠一 北村
一博 尾崎
宏 小野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Koyo Thermo Systems Co Ltd
Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Original Assignee
Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Koyo Thermo Systems Co Ltd
Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd, Koyo Thermo Systems Co Ltd, Mitsui E&S Holdings Co Ltd filed Critical Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority to JP2003069781A priority Critical patent/JP4560660B2/en
Publication of JP2004281636A publication Critical patent/JP2004281636A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4560660B2 publication Critical patent/JP4560660B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体熱処理装置および方法に係り、特に、高速熱処理を行う枚葉型の半導体熱処理装置および方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、枚葉型の半導体熱処理装置では、半導体ウェハを短時間で急速加熱する必要があるため、昇温性の良いコールドウォール型のランプアニール装置が主として用いられていた。しかし、前記ランプアニール装置は、昇温時の温度均一性が悪く、半導体ウェハの大口径化に伴い、半導体ウェハ内の温度分布が不均一となりやすく、熱応力の影響を受け、前記半導体ウェハにスリップが発生するという問題がある。また、ランプアニール装置には、消費電力が大きい、ランプの寿命が短いといった問題点もあげられる。
【0003】
これに対し、特許文献1に挙げられている発明は、温度均一性の良いホットウォール型のものである。特許文献1によれば、輻射熱源を加熱する際に、昇温性悪いが、寿命が長く、消費電力の少ない抵抗発熱体を使用している。そして、抵抗発熱体を常に通電させておくことにより、輻射熱源であるサセプタを高温状態に保つことができる。これにより、反応室を高温状態に保つことができるため、上述した昇温性の悪さを補うことができる。また、高温に保持された反応室内に半導体ウェハを挿入または引出しをする際には、最初に反応室内に挿入された側と後から挿入される側とには温度差が生じてしまう。この場合に生じる温度差については、搬送治具に前記半導体ウェハを載せ、反応室内に、高速で挿入または引出しを行えるようにして改善を図っている。
【0004】
【特許文献1】
特開平11−176822号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した装置では、加熱後の半導体ウェハを冷却する際に反応室から取出し、別の装置内で冷却を行う必要がある。また、冷却を行う装置を設置するためのスペースが必要である。さらに、抵抗発熱体には常に、送電を行っているため、無駄な電力を消費してしまうといった問題点が挙げられる。このため、従来の装置では、昇降温性が良好で、温度均一性が良く、消費電力が少ないという装置は実現しえなかった。
【0006】
本発明では、上記問題を解決し、温度均一性が良く、高速昇温および降温が可能であり、かつ降温時であっても半導体ウェハの温度分布が良好であり、消費電力および消費冷却ガスが少なく経済的な半導体熱処理装置および方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために本発明に係る半導体熱処理装置は、枚葉型半導体熱処理装置であって、半導体ウェハを水平に内装可能なプロセスチューブと、前記プロセスチューブを覆う断面形状を長円とする導電体から成るサセプタと、前記サセプタに巻回形状を相似とし、前記サセプタとの間隔が一定となるように隙間を設けつつ前記サセプタを覆う誘導加熱コイルとを有すると共に、前記プロセスチューブの上下面であって前記サセプタとの間には、仕切りによって上下に仕切られた空間と、当該仕切られた各空間に連通する給排気ダクトがそれぞれ設けられ、当該ダクトの給排気口は前記プロセスチューブの上下面で点対称に設定されることを特徴とする。そうした場合、前記半導体ウェハの平面部に対向する前記サセプタの壁面は、前記半導体ウェハの平面部と平行とすると良い。
【0008】
また、前記半導体ウェハは、前記プロセスチューブ内において、中央位置に配置され、当該半導体ウェハの上下面から前記サセプタまでの間隔が共に等しいようにすると良い。
【0010】
また、本発明に係る半導体熱処理方法は、プロセスチューブと当該プロセスチューブを覆う断面形状を長円とするサセプタと、当該サセプタを覆うように配置された前記サセプタに巻回形状を相似とした誘導加熱コイルとを有する枚葉型半導体熱処理装置による熱処理方法であって、前記半導体ウェハを前記プロセスチューブ内に水平に内装する工程と、前記サセプタとの間隔が一定となる隙間を設けて配置された前記誘導加熱コイルに送電して前記サセプタを加熱することで前記半導体ウェハを加熱する工程と、前記プロセスチューブの上下面に設けられた、仕切りによって仕切られた各空間のそれぞれに連通する給排気ダクトを介して前記半導体ウェハを内装するプロセスチューブの壁面であり前記半導体ウェハの2つの平面部に対向する壁面に、冷却ガスを両壁面で逆向きの流れとなるように送風し、前記半導体ウェハの冷却を行う工程とを有することを特徴とする。この場合、前記冷却ガスの供給量を、前記半導体ウェハの放熱量を均等化させるように調整するようにすると良い。
【0011】
【作用】
上記のように、半導体ウェハを水平に内装可能なプロセスチューブと、前記プロセスチューブを覆う断面形状を長円とするサセプタと、前記サセプタを覆う相似形状の誘導加熱コイルとを配置してなる構造としたことにより、誘導加熱コイルがサセプタに沿って同一形状で配置されているため、ウェハの内面温度分布の均一性が良好となり、サセプタを加熱する際の投入電力を低減することが可能になる。
また、サセプタの壁面と半導体ウェハの平面部を平行にすることにより、前記半導体ウェハ表面と輻射熱源のサセプタ壁面との距離が等しくなる。
【0012】
さらに、前記半導体ウェハは、前記プロセスチューブ内において、中央位置に配置され、当該半導体ウェハの上下面から前記サセプタまでの間隔が共に等しいようにすることにより、前記半導体ウェハにおける上下の平面部とサセプタとの距離が等しくなり、輻射熱が半導体ウェハの上下の面に均等に伝わる。
【0013】
また、前記プロセスチューブの上下面であって前記サセプタとの間には空間が設けられ、かつ当該空間に連通する給排気のダクトがそれぞれ設けられ、当該ダクトの給排気口はプロセスチューブの上下面で点対称に設定することにより、半導体ウェハの上下で冷却ガスをそれぞれ逆方向に流すことができる。
【0014】
つまり、加熱後の半導体ウェハに対し、前記半導体ウェハを内装するプロセスチューブの壁面に、前記プロセスチューブを境界として、一方の側面と他方の側面とにおいて冷却ガスを逆方向へ流すことにより、冷却ガスは、供給側から排気側にかけて吸熱を行うため、排気側に行くに従い温度勾配が上昇するが、半導体ウェハの対向面において冷却ガスを逆方向の流れで供給することにより、温度勾配を一定とすることができる。
前記プロセスチューブの上下空間に供給する冷却ガスを前記ウェハの放熱量のバランスに応じて調整することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態を図面に従い説明する。図1は本発明に係る実施形態の縦断面図であり、図2は横断面図であり、図3は部分断面斜視図である。
【0016】
本実施例の基本構成は、ウェハ10を内装可能なプロセスチューブ12と、前記プロセスチューブ12を覆うサセプタ14と、前記サセプタ14を囲繞する誘導加熱コイル16とからなる。
【0017】
本実施例の半導体熱処理装置は、枚葉型である。前記ウェハ10を内装するプロセスチューブ12は、材質を石英とするのが好ましく、円形や矩形等の形状の半導体ウェハを内装する、正面、平面共に矩形状の箱であり、前記ウェハ10を搬送する側が開口されている。前記開口部には、ウェハ10を搬送した後、蓋がされる。また、前記開口部の対向面には前記ウェハ10が、熱処理中に不純物と反応してしまうことを防ぐために、不活性ガス又は反応ガスを注入する注入口11が設けられている。また、当該プロセスチューブ12の内部には、前記ウェハ10をプロセスチューブ12の内部で、中心位置に水平に保持するための支持部20が備えられている。
【0018】
前記プロセスチューブ12は、前記ウェハ10を冷却する際、冷却ガスを送通させるための、冷却ガス送通空間を、前記ウェハ10の平面部と対向する壁面の外側に設けつつ、輻射熱源であるサセプタ14に内装される。前記サセプタ14は、図2に示すように、その横断面の形状を長円形(トラック型)とし、ウェハ10の平面部に対向する辺は平行になるようにしている。また、前記平行面とウェハ10の平面とが、前記ウェハ10の上下平面の各面から等距離になるようにしている。これにより、前記ウェハ10と輻射熱源との距離が終始等しくなるため、前記ウェハ10に輻射熱が均等に伝わり、ウェハ10を両面から均一加熱することができる。
【0019】
前記サセプタ14の外周には相似形状であり、当該サセプタ14を囲繞する誘導加熱コイル16が備えられる。また、前記誘導加熱コイル16は、前記サセプタ14の如何なる点からも均等な間隔をとるように配置されることが望ましい。これにより、前記サセプタに影響する磁束の粗密を均等化することができる。
前記誘導加熱コイル16を、前記サセプタ14と相似形状にすることにより、前記サセプタ14と当該誘導加熱コイル16との間隔が一定となり送電時の磁束が前記サセプタ14に一様に影響することとなり、前記サセプタ14を均一に加熱することができる。また、サセプタ14の加熱方式を誘導加熱方式とすることにより、従来の抵抗加熱方式に比べ、約10倍(約1000℃/min)の昇温速度でウェハ10を昇温させることができるようになるため、誘導加熱コイル16に常時送電しておく必要がなくなる。また、降温に際しては、誘導加熱コイル自体は発熱しないため、送電を絶った後にさらにサセプタ14が加熱体の輻射熱等により加熱されることがなく、抵抗体加熱方式に比べ約10倍(約500℃/min)程度の速さで降温させることができる。
【0020】
前述したプロセスチューブ12の壁面であり、プロセスチューブ12の上下面となる前記ウェハ10の平面部が対向する2壁面と、サセプタ14との間に設けられた、冷却ガス送通空間には、前記冷却ガスを供給または排気するための一対のダクト18が備えられる。なお、前記プロセスチューブ12の上下に設けられる冷却ガス送通空間は、断熱材等で構成される仕切り13により上下に仕切られている。このため、プロセスチューブ12の上下において、流れる向きの違う冷却ガスを送通させることや、性質の異なる冷却ガスを送通させることが可能となる。
【0021】
上記構成の実施形態においては、ウェハ10をプロセスチューブ12の開口部より搬送し、支持部20に設置後、前記開口部に蓋をする。プロセスチューブ12を密閉した後、当該プロセスチューブ12の内部を真空状態とする。その後、不活性ガス又は反応ガスを注入する注入口11より、H2OガスやAr等の不活性ガス又は反応ガスを送り込むことにより、プロセスチューブ12に内在していた空気と前記不活性ガス又は反応ガスとを置換する。これにより、前記ウェハ10が、熱処理中に不純物と化合してしまうことを防ぐことができる。
【0022】
上述の作業終了後、誘導加熱コイル16に任意の電力を投入する。電力を投入された誘導加熱コイル16は、磁束を発生させる。前記発生した磁束は導電体であるサセプタ14の内部に渦電流を発生させる。これにより前記サセプタ14が加熱される。前記加熱されたサセプタ14は、輻射熱を発生させ、前記ウェハ10を加熱する。
【0023】
ウェハ10を加熱処理した後、誘導加熱コイル16への電力の投入を止める。
ダクト18a及びダクト18cから冷却ガスを前記冷却ガス送通空間へ供給する。ダクト18aから供給された冷却ガスはダクト18bから排気され、ダクト18cから供給された冷却ガスはダクト18dから排気される。この際、供給された冷却ガスは、排気側に進むに従い、サセプタ14及びウェハ10からの輻射熱を吸熱して昇温する。このため、前記冷却ガスの温度勾配は、供給側から排気側にかけて上昇することとなる。しかし、前記冷却ガスは、前記プロセスチューブ12を境界として上下の空間において、逆方向に送通されているため、各冷却ガス送通空間における冷却ガスの温度勾配は、図4のようになる。このため、上下を通過する冷却ガスの温度勾配は、平均すると、被冷却体であるウェハ10を均一に冷却していることとなる。この際、供給される冷却ガス量は、500l/min程度であることが望ましい。
【0024】
上記のようにプロセスチューブ12を覆うサセプタ14をトラック型とし、前記ウェハ10の平面部に対向する前記サセプタ14の壁面は、前記ウェハ10の平面部と平行にすることにより、ウェハ10の平面部とサセプタ14平面部が略等間隔となるため、ウェハ10を均一加熱することができる。また、誘導加熱コイル16を前記サセプタ14と相似形状にしたことにより、サセプタ14と誘導加熱コイル16との間隔が一定となり、サセプタ14を均一に加熱することができる。さらに、誘導加熱は、被加熱物自体が熱を発生させるので熱効率が高く、被加熱物以外には熱の発生が無いため熱損失が小さい。なお、前記ウェハ10は、前記プロセスチューブ12の内部において、中央位置に配置され、当該ウェハ10の上下面から前記サセプタ14までの間隔が共に等しいようにすることにより、前記ウェハ10の上下それぞれの面でサセプタ14との距離が等しいために、ウェハ10の上下面に輻射熱が均等に伝わり、ウェハ10を均一に加熱することができる。
【0025】
さらにまた、プロセスチューブ12の上下で、サセプタ14との間に、冷却ガス送通空間を設けたことにより、プロセスチューブ12の上下にそれぞれ逆方向の流れの冷却ガスを送ることができる。
【0026】
加熱後のウェハ10に対し、前記ウェハ10を内装するプロセスチューブ12の壁面に、前記ウェハ10を境界として、一方の側面と他方の側面とにおいて冷却ガスを逆方向へ流し、前記ウェハ10の冷却を行うことにより、冷却ガスの吸熱作用を伴う温度勾配が、前記プロセスチューブ12の上下で逆の形となる。このため、双方を平均すると、前記ウェハ10を均一に冷却することができる。また、前記冷却ガスの供給量を、前記ウェハ10の放熱量に応じて調整することにより、前記ウェハ10を均一冷却することができる。
また、加熱装置を誘導加熱コイル16としたことにより、ウェハ10の急速加熱及び急速冷却が可能となる。
【0027】
上記実施形態では、プロセスチューブ12を正面、平面、共に矩形としたが、サセプタ14と同形状のトラック型等としても良い。また、実施形態においては、ダクト18aとダクト18cとを冷却ガス供給側としたが、ダクト18bとダクト18dを供給側とすることもできる。
また、冷却ガスの供給量を500l/min程度としたが、これに限定するものでなく、ウェハ10の温度分布が良好になるように調整するようにしても良い。
【0028】
【発明の効果】
半導体ウェハを水平に内装可能な矩形断面のプロセスチューブと、前記プロセスチューブを覆う側断面の形状を長円とするサセプタと、前記サセプタを覆う相似形状の誘導加熱コイルとを備えるようにしたことにより、ウェハの内面温度分布の均一性が良好となり、サセプタを加熱する際の投入電力を低減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る半導体熱処理装置の縦断面図である。
【図2】 本発明に係る半導体熱処理装置の横断面図である。
【図3】 本発明に係る半導体熱処理装置の部分断面斜視図である。
【図4】 本実施例に係る半導体熱処理方法の冷却ガスの温度勾配を示した図である。
【符号の説明】
10………ウェハ、11………注入口、12………プロセスチューブ、13………仕切り、14………サセプタ、16………誘導加熱コイル、18(18a、18b、18c、18d)………ダクト、20………支持部。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor heat treatment apparatus and method, and more particularly, to a single wafer type semiconductor heat treatment apparatus and method for performing rapid heat treatment.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a single wafer type semiconductor heat treatment apparatus, since it is necessary to rapidly heat a semiconductor wafer in a short time, a cold wall type lamp annealing apparatus with good temperature rise has been mainly used. However, the lamp annealing apparatus has poor temperature uniformity at the time of temperature rise, and with the increase in the diameter of the semiconductor wafer, the temperature distribution in the semiconductor wafer tends to be non-uniform and affected by thermal stress. There is a problem that slip occurs. The lamp annealing apparatus also has problems such as high power consumption and short lamp life.
[0003]
On the other hand, the invention listed in Patent Document 1 is of a hot wall type with good temperature uniformity. According to Patent Document 1, when heating the radiant heat source, NoboriAtsushisei is poor, using the long life, low power consumption resistance heating element. The susceptor, which is a radiant heat source, can be kept at a high temperature by always energizing the resistance heating element. Thereby, since the reaction chamber can be maintained at a high temperature, the above-described poor temperature rise property can be compensated. In addition, when a semiconductor wafer is inserted into or pulled out from a reaction chamber held at a high temperature, a temperature difference occurs between the side inserted first in the reaction chamber and the side inserted later. The temperature difference generated in this case is improved by placing the semiconductor wafer on a transfer jig so that it can be inserted into or extracted from the reaction chamber at a high speed.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-176822
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described apparatus, it is necessary to take out the semiconductor wafer after heating from the reaction chamber and cool it in another apparatus. In addition, a space for installing a cooling device is required. Furthermore, since the resistance heating element always transmits power, there is a problem that wasteful power is consumed. For this reason, in the conventional apparatus, the apparatus with favorable temperature raising / lowering property, good temperature uniformity, and low power consumption was not realizable.
[0006]
In the present invention, the above problems are solved, temperature uniformity is good, high-speed temperature rise and temperature drop is possible, and the temperature distribution of the semiconductor wafer is good even at the time of temperature drop, and power consumption and cooling gas consumption are reduced. An object of the present invention is to provide an inexpensive semiconductor heat treatment apparatus and method.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a semiconductor heat treatment apparatus according to the present invention is a single wafer type semiconductor heat treatment apparatus, in which a process tube capable of horizontally installing a semiconductor wafer and a cross-sectional shape covering the process tube are made into an ellipse. A susceptor made of a conductor, and an induction heating coil that covers the susceptor while providing a gap so that the winding shape is similar to the susceptor and the spacing between the susceptor is constant, and upper and lower surfaces of the process tube A space partitioned by the partition is provided between the susceptor and an air supply / exhaust duct communicating with each of the partitioned spaces, and an air supply / exhaust port of the duct is provided above the process tube. It is characterized by being set point-symmetrically on the lower surface . In such a case, the wall surface of the susceptor facing the planar portion of the semiconductor wafer may be parallel to the planar portion of the semiconductor wafer.
[0008]
The semiconductor wafer may be arranged at a central position in the process tube so that the distance from the upper and lower surfaces of the semiconductor wafer to the susceptor is equal.
[0010]
Further, the semiconductor heat treatment method according to the present invention includes a process tube, a susceptor having an elliptical cross-sectional shape covering the process tube, and an induction heating having a winding shape similar to the susceptor arranged to cover the susceptor. A heat treatment method using a single-wafer type semiconductor heat treatment apparatus having a coil, wherein the semiconductor wafer is horizontally disposed in the process tube, and the gap between the susceptor and the gap is constant. A step of heating the semiconductor wafer by transmitting power to the induction heating coil and heating the susceptor, and a supply / exhaust duct provided on the upper and lower surfaces of the process tube and communicating with each of the spaces partitioned by the partition to face the two flat portions of the wall and is the semiconductor wafer process tube interior of the semiconductor wafer via The wall surface, the cooling gas is blown to the opposite direction of flow in both wall surfaces, and having a step of performing cooling of the semiconductor wafer. In this case, it is preferable to adjust the supply amount of the cooling gas so as to equalize the heat dissipation amount of the semiconductor wafer.
[0011]
[Action]
As described above, a process tube in which a semiconductor wafer can be installed horizontally, a susceptor having an elliptical cross-sectional shape covering the process tube, and an induction heating coil having a similar shape covering the susceptor, As a result, since the induction heating coils are arranged in the same shape along the susceptor, the uniformity of the temperature distribution on the inner surface of the wafer is improved, and the input power for heating the susceptor can be reduced.
Further, by making the wall surface of the susceptor and the planar portion of the semiconductor wafer parallel, the distance between the surface of the semiconductor wafer and the wall surface of the susceptor of the radiant heat source becomes equal.
[0012]
Further, the semiconductor wafer is arranged at a central position in the process tube, and the distance from the upper and lower surfaces of the semiconductor wafer to the susceptor is equal to each other, so that the upper and lower plane portions and the susceptor of the semiconductor wafer are equal. And the radiant heat is uniformly transmitted to the upper and lower surfaces of the semiconductor wafer.
[0013]
In addition, a space is provided between the upper and lower surfaces of the process tube and the susceptor, and air supply / exhaust ducts communicating with the space are respectively provided. By setting the point symmetry at, the cooling gas can flow in the opposite direction above and below the semiconductor wafer.
[0014]
That is, the cooling gas is flown in the opposite direction on one side and the other side of the heated semiconductor wafer on the wall of the process tube that houses the semiconductor wafer, with the process tube as a boundary. Since the heat absorption is performed from the supply side to the exhaust side, the temperature gradient increases as it goes to the exhaust side, but the temperature gradient is made constant by supplying the cooling gas in the reverse flow on the opposite surface of the semiconductor wafer. be able to.
The cooling gas supplied to the upper and lower spaces of the process tube can be adjusted according to the balance of the heat radiation amount of the wafer.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is a longitudinal sectional view of an embodiment according to the present invention, FIG. 2 is a transverse sectional view, and FIG. 3 is a partial sectional perspective view.
[0016]
The basic configuration of this embodiment includes a process tube 12 in which the wafer 10 can be housed, a susceptor 14 that covers the process tube 12, and an induction heating coil 16 that surrounds the susceptor 14.
[0017]
The semiconductor heat treatment apparatus of this example is a single wafer type. The process tube 12 in which the wafer 10 is housed is preferably made of quartz, and is a box having a rectangular shape in both front and plane, in which a semiconductor wafer having a circular or rectangular shape is housed, and carries the wafer 10. The side is open. The opening is covered after the wafer 10 is transferred. In addition, an inlet 11 for injecting an inert gas or a reactive gas is provided on the opposite surface of the opening to prevent the wafer 10 from reacting with impurities during heat treatment. Further, inside the process tube 12, there is provided a support portion 20 for holding the wafer 10 horizontally in the center position inside the process tube 12.
[0018]
The process tube 12 is a radiant heat source while providing a cooling gas passing space for passing a cooling gas when the wafer 10 is cooled outside the wall surface facing the flat portion of the wafer 10. Decorated in susceptor 14. As shown in FIG. 2, the susceptor 14 has an oval (track type) cross-sectional shape, and the sides facing the plane portion of the wafer 10 are parallel to each other. In addition, the parallel plane and the plane of the wafer 10 are equidistant from each of the upper and lower planes of the wafer 10. Thereby, since the distance between the wafer 10 and the radiant heat source becomes equal throughout, the radiant heat is evenly transmitted to the wafer 10 and the wafer 10 can be uniformly heated from both sides.
[0019]
The outer periphery of the susceptor 14 has a similar shape and is provided with an induction heating coil 16 surrounding the susceptor 14. In addition, the induction heating coil 16 is preferably arranged so as to have an equal interval from any point of the susceptor 14. Thereby, the magnetic flux density affecting the susceptor can be equalized.
By making the induction heating coil 16 similar to the susceptor 14, the distance between the susceptor 14 and the induction heating coil 16 is constant, and the magnetic flux during power transmission uniformly affects the susceptor 14. The susceptor 14 can be heated uniformly. Further, by adopting an induction heating method for heating the susceptor 14, the temperature of the wafer 10 can be raised at a rate of temperature increase of about 10 times (about 1000 ° C./min) compared to the conventional resistance heating method. Therefore, it is not necessary to always transmit power to the induction heating coil 16. Further, since the induction heating coil itself does not generate heat when the temperature is lowered, the susceptor 14 is not further heated by radiant heat of the heating body after power transmission is cut off, and is about 10 times (about 500 ° C.) as compared with the resistor heating system. / Min).
[0020]
In the cooling gas passage space provided between the susceptor 14 and the two wall surfaces which are the wall surfaces of the process tube 12 described above and which are the upper and lower surfaces of the process tube 12 facing the planar portion of the wafer 10, A pair of ducts 18 are provided for supplying or exhausting cooling gas. In addition, the cooling gas delivery space provided above and below the process tube 12 is partitioned up and down by a partition 13 made of a heat insulating material or the like. For this reason, it becomes possible to send the cooling gas having a different flow direction and the cooling gas having different properties at the top and bottom of the process tube 12.
[0021]
In the embodiment having the above-described configuration, the wafer 10 is transferred from the opening of the process tube 12, installed on the support unit 20, and then the opening is covered. After sealing the process tube 12, the inside of the process tube 12 is evacuated. Thereafter, an inert gas or a reactive gas such as H 2 O gas or Ar is fed from an inlet 11 for injecting an inert gas or a reactive gas, whereby the air existing in the process tube 12 and the inert gas or reactive gas are contained. Replace with. Thereby, the wafer 10 can be prevented from combining with impurities during the heat treatment.
[0022]
After the above operation is completed, arbitrary power is supplied to the induction heating coil 16. The induction heating coil 16 to which power is applied generates magnetic flux. The generated magnetic flux generates an eddy current inside the susceptor 14 which is a conductor. Thereby, the susceptor 14 is heated. The heated susceptor 14 generates radiant heat and heats the wafer 10.
[0023]
After the wafer 10 is heat-treated, the power supply to the induction heating coil 16 is stopped.
Cooling gas is supplied from the duct 18a and the duct 18c to the cooling gas passage space. The cooling gas supplied from the duct 18a is exhausted from the duct 18b, and the cooling gas supplied from the duct 18c is exhausted from the duct 18d. At this time, the supplied cooling gas rises in temperature by absorbing radiant heat from the susceptor 14 and the wafer 10 as it proceeds to the exhaust side. For this reason, the temperature gradient of the cooling gas rises from the supply side to the exhaust side. However, since the cooling gas is sent in the opposite direction in the upper and lower spaces with the process tube 12 as a boundary, the temperature gradient of the cooling gas in each cooling gas delivery space is as shown in FIG. For this reason, on average, the temperature gradient of the cooling gas passing through the upper and lower sides uniformly cools the wafer 10 that is the object to be cooled. At this time, the amount of cooling gas supplied is preferably about 500 l / min.
[0024]
As described above, the susceptor 14 that covers the process tube 12 is of a track type, and the wall surface of the susceptor 14 that faces the planar portion of the wafer 10 is parallel to the planar portion of the wafer 10. Since the plane portions of the susceptor 14 are substantially equidistant, the wafer 10 can be heated uniformly. Further, by making the induction heating coil 16 similar to the susceptor 14, the distance between the susceptor 14 and the induction heating coil 16 is constant, and the susceptor 14 can be heated uniformly. Further, the induction heating has high thermal efficiency because the object to be heated itself generates heat, and heat loss is small because no heat is generated except for the object to be heated. The wafer 10 is arranged at a central position inside the process tube 12 so that the distances from the upper and lower surfaces of the wafer 10 to the susceptor 14 are equal to each other. Since the distance to the susceptor 14 is equal on the surface, the radiant heat is evenly transmitted to the upper and lower surfaces of the wafer 10 and the wafer 10 can be heated uniformly.
[0025]
Furthermore, by providing a cooling gas passing space between the upper and lower portions of the process tube 12 and the susceptor 14, it is possible to send the cooling gas in the opposite direction to the upper and lower portions of the process tube 12.
[0026]
With respect to the heated wafer 10, a cooling gas is allowed to flow in the opposite direction to the wall surface of the process tube 12 that houses the wafer 10, with the wafer 10 as a boundary, on one side surface and the other side surface. As a result, the temperature gradient accompanying the endothermic action of the cooling gas is reversed up and down the process tube 12. For this reason, when both are averaged, the wafer 10 can be cooled uniformly. Further, the wafer 10 can be uniformly cooled by adjusting the supply amount of the cooling gas in accordance with the heat radiation amount of the wafer 10.
Further, by using the induction heating coil 16 as the heating device, the wafer 10 can be rapidly heated and cooled quickly.
[0027]
In the above embodiment, the process tube 12 has a rectangular shape, both front and plane, but may be a track type having the same shape as the susceptor 14. In the embodiment, the duct 18a and the duct 18c are on the cooling gas supply side, but the duct 18b and the duct 18d may be on the supply side.
In addition, although the supply amount of the cooling gas is set to about 500 l / min, the present invention is not limited to this and may be adjusted so that the temperature distribution of the wafer 10 is good.
[0028]
【The invention's effect】
By providing a process tube having a rectangular cross-section that can horizontally embed a semiconductor wafer, a susceptor having an oval side cross-sectional shape covering the process tube, and an induction heating coil having a similar shape covering the susceptor The uniformity of the temperature distribution inside the wafer is improved, and the input power when heating the susceptor can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a semiconductor heat treatment apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a semiconductor heat treatment apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is a partial cross-sectional perspective view of a semiconductor heat treatment apparatus according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a temperature gradient of a cooling gas in the semiconductor heat treatment method according to the present embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ......... Wafer, 11 ......... Inlet, 12 ......... Process tube, 13 ......... Partition, 14 ......... Susceptor, 16 ...... Induction heating coil, 18 (18a, 18b, 18c, 18d) ……… duct, 20 ……… supporting part.

Claims (5)

枚葉型半導体熱処理装置であって、半導体ウェハを水平に内装可能なプロセスチューブと、前記プロセスチューブを覆う断面形状を長円とする導電体から成るサセプタと、前記サセプタに巻回形状を相似とし、前記サセプタとの間隔が一定となるように隙間を設けつつ前記サセプタを覆う誘導加熱コイルとを有すると共に、
前記プロセスチューブの上下面であって前記サセプタとの間には、仕切りによって上下に仕切られた空間と、当該仕切られた各空間に連通する給排気ダクトがそれぞれ設けられ、当該ダクトの給排気口は前記プロセスチューブの上下面で点対称に設定されることを特徴とする半導体熱処理装置。
A single-wafer semiconductor heat treatment apparatus, a process tube capable of horizontally mounting a semiconductor wafer, a susceptor made of a conductor having an elliptical cross-sectional shape covering the process tube, and a winding shape similar to the susceptor And an induction heating coil that covers the susceptor while providing a gap so that the distance from the susceptor is constant ,
Between the upper and lower surfaces of the process tube and the susceptor, a space that is partitioned vertically by a partition and a supply / exhaust duct that communicates with each of the partitioned spaces are provided, and a supply / exhaust port of the duct Is set to be point-symmetric on the upper and lower surfaces of the process tube.
前記半導体ウェハの平面部に対向する前記サセプタの壁面は、前記半導体ウェハの平面部と平行であることを特徴とする請求項1に記載の半導体熱処理装置。  The semiconductor heat treatment apparatus according to claim 1, wherein a wall surface of the susceptor facing the planar portion of the semiconductor wafer is parallel to the planar portion of the semiconductor wafer. 前記半導体ウェハは、前記プロセスチューブ内において、中央位置に配置され、当該半導体ウェハの上下面から前記サセプタまでの間隔が共に等しいことを特徴とする請求項2に記載の半導体熱処理装置。  The semiconductor heat treatment apparatus according to claim 2, wherein the semiconductor wafer is disposed at a central position in the process tube, and the distance from the upper and lower surfaces of the semiconductor wafer to the susceptor is equal. プロセスチューブと当該プロセスチューブを覆う断面形状を長円とするサセプタと、当該サセプタを覆うように配置された前記サセプタに巻回形状を相似とした誘導加熱コイルとを有する枚葉型半導体熱処理装置による熱処理方法であって、
前記半導体ウェハを前記プロセスチューブ内に水平に内装する工程と、
前記サセプタとの間隔が一定となる隙間を設けて配置された前記誘導加熱コイルに送電して前記サセプタを加熱することで前記半導体ウェハを加熱する工程と、
前記プロセスチューブの上下面に設けられた、仕切りによって仕切られた各空間のそれぞれに連通する給排気ダクトを介して前記半導体ウェハを内装するプロセスチューブの壁面であり前記半導体ウェハの2つの平面部に対向する壁面に、冷却ガスを両壁面で逆向きの流れとなるように送風し、前記半導体ウェハの冷却を行う工程とを有することを特徴とする半導体熱処理方法。
By a single-wafer semiconductor heat treatment apparatus having a process tube, a susceptor having an elliptical cross-sectional shape covering the process tube, and an induction heating coil having a winding shape similar to the susceptor arranged to cover the susceptor A heat treatment method comprising:
Horizontally installing the semiconductor wafer in the process tube;
Heating the semiconductor wafer by transmitting power to the induction heating coil disposed with a gap that is constant with the susceptor to heat the susceptor;
It is a wall surface of the process tube, which is provided on the upper and lower surfaces of the process tube, and communicates with each of the spaces partitioned by the partition and communicates with each of the spaces, and is provided on two planar portions of the semiconductor wafer. And a step of cooling the semiconductor wafer by blowing a cooling gas to opposite walls so as to flow in opposite directions on both wall surfaces.
前記冷却ガスの供給量を、前記半導体ウェハの放熱量を均等化させるように調整することを特徴とする請求項に記載の半導体熱処理方法。5. The semiconductor heat treatment method according to claim 4 , wherein a supply amount of the cooling gas is adjusted so as to equalize a heat dissipation amount of the semiconductor wafer.
JP2003069781A 2003-03-14 2003-03-14 Semiconductor heat treatment apparatus and method Expired - Lifetime JP4560660B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003069781A JP4560660B2 (en) 2003-03-14 2003-03-14 Semiconductor heat treatment apparatus and method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003069781A JP4560660B2 (en) 2003-03-14 2003-03-14 Semiconductor heat treatment apparatus and method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004281636A JP2004281636A (en) 2004-10-07
JP4560660B2 true JP4560660B2 (en) 2010-10-13

Family

ID=33286711

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003069781A Expired - Lifetime JP4560660B2 (en) 2003-03-14 2003-03-14 Semiconductor heat treatment apparatus and method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4560660B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4448662B2 (en) * 2003-03-14 2010-04-14 光洋サーモシステム株式会社 Single wafer heat treatment system
JP5531385B2 (en) * 2008-07-24 2014-06-25 株式会社Sumco Method for cooling a process chamber of a single wafer heat treatment apparatus

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS53124967A (en) * 1977-04-08 1978-10-31 Hitachi Ltd Heat treatment apparatus
JPS57106118A (en) * 1980-12-24 1982-07-01 Hitachi Ltd Diffusion furnace
JPH02100316A (en) * 1988-10-06 1990-04-12 Nec Corp Heat-treating furnace for semiconductor wafer
JP2002057112A (en) * 2000-08-15 2002-02-22 Hitachi Kokusai Electric Inc Substrate-treating device
JP2002110686A (en) * 2001-07-26 2002-04-12 Ftl:Kk Combination of heating furnace and semiconductor substrate placing jig, and manufacturing method of semiconductor device
JP2004071596A (en) * 2002-08-01 2004-03-04 Koyo Thermo System Kk Heat treatment apparatus
JP2004260097A (en) * 2003-02-27 2004-09-16 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd Method for thermally processing semiconductor
JP2004281703A (en) * 2003-03-14 2004-10-07 Koyo Thermo System Kk Sheet feeding heat treatment apparatus

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS53124967A (en) * 1977-04-08 1978-10-31 Hitachi Ltd Heat treatment apparatus
JPS57106118A (en) * 1980-12-24 1982-07-01 Hitachi Ltd Diffusion furnace
JPH02100316A (en) * 1988-10-06 1990-04-12 Nec Corp Heat-treating furnace for semiconductor wafer
JP2002057112A (en) * 2000-08-15 2002-02-22 Hitachi Kokusai Electric Inc Substrate-treating device
JP2002110686A (en) * 2001-07-26 2002-04-12 Ftl:Kk Combination of heating furnace and semiconductor substrate placing jig, and manufacturing method of semiconductor device
JP2004071596A (en) * 2002-08-01 2004-03-04 Koyo Thermo System Kk Heat treatment apparatus
JP2004260097A (en) * 2003-02-27 2004-09-16 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd Method for thermally processing semiconductor
JP2004281703A (en) * 2003-03-14 2004-10-07 Koyo Thermo System Kk Sheet feeding heat treatment apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004281636A (en) 2004-10-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5444218B2 (en) Plasma processing apparatus and temperature adjustment mechanism of dielectric window
KR101070667B1 (en) Substrate processing apparatus, heating device and semiconductor device manufacturing method
JP2000286267A (en) Heat treatment method
CN110331439A (en) A kind of heating device for silicon carbide epitaxy
JP4560660B2 (en) Semiconductor heat treatment apparatus and method
JP4355441B2 (en) Heat treatment apparatus, heat treatment method, and semiconductor device manufacturing method
WO2015145974A1 (en) Heat treatment device
JP4495498B2 (en) Substrate processing apparatus and semiconductor device manufacturing method
CN105009260A (en) Thermal coupled quartz dome heat sink
JP2006319175A (en) Substrate processing apparatus
JP2004014892A (en) High-temperature heating apparatus
US6091889A (en) Rapid thermal processor for heating a substrate
JP4918168B1 (en) Induction heating device
JP2000012478A (en) Heat treatment system for substrate
JPH0799164A (en) Apparatus and method for heat treatment
JP2004228462A (en) Method and device for thermally treating wafer
JP2003013142A (en) Heat treatment method for cast-iron pipe and device therefor
JP2005136095A (en) Semiconductor manufacturing apparatus and semiconductor manufacturing method
JP2011103469A (en) Substrate processing apparatus, method of manufacturing semiconductor device, heating device, and heat insulating material
CN114214484B (en) Constant temperature improving device of magnetic field heat treatment system
JP4448662B2 (en) Single wafer heat treatment system
JP2570201B2 (en) Heat treatment furnace
JP2004228459A (en) Method and device for thermally treating wafer and boat for thermal treatment
JP4247736B2 (en) Radiation tube vacuum furnace
JPH09186097A (en) Vertical furnace

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060303

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20091008

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20091008

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20091116

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20100628

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100712

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130806

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4560660

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130806

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140806

Year of fee payment: 4

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

EXPY Cancellation because of completion of term