JPH01114032A

JPH01114032A - 熱処理装置

Info

Publication number: JPH01114032A
Application number: JP27240387A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Imai; 今井　佳夫; Hiromi Kumagai; 熊谷　浩洋
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1987-10-28
Filing date: 1987-10-28
Publication date: 1989-05-02
Anticipated expiration: 2011-11-13
Also published as: JP2553364B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（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）例えば半導体ウェハの熱処理工程では、発熱自在なヒー
ター線を巻回した反応管内に、この反応管の長手方向に
対して垂直に複数枚の半導体ウェハを配列搭載したボー
トを挿入設定し、上記ヒーター線の発熱により半導体ウ
ェハを加熱して熱処理を行なう装置が一般的に用いられ
ている。

このような熱処理は、円筒状の反応管の外周に均熱管を
設け、その外周にコイル状のヒーターを巻回し、更にそ
の外周に断熱材を設けて構成された熱処理炉内に、半導
体ウェハを複数枚搭載したボートを搬入し、上記ヒータ
ーの両端に電力を印加してヒーターを加熱し、このヒー
ターの発熱により上記半導体ウェハを熱処理するもので
ある。

しかし、このような方法では上記反応管内部の温度が均
一にならなかった。

複数枚のウェハの成膜を均一にするためには、上記反応
管内部の温度分布を均一とし、この均一状態で上記ウェ
ハの熱処理を行なう必要がある。

そのため従来は、上記ヒーターを３ゾーン分割即ちレフ
トゾーン・センターゾーン・ライトゾーンにゾーン分割
し、各々のゾーンに温度制御手段を設けて温度制御を行
ない、更に上記反応管両端部のヒーターの巻回を密状態
として外側への放熱を抑え、反応管内部を均熱化してい
た。

また、実開昭６０−２５１４０号公報では、ヒーターを
反応管の長手方向に沿って少なくとも５ゾーンに分割し
て各ゾーン毎に所定電圧を印加することにより反応管内
部を均熱化する技術が開示されている。

また、反応管の中央部から端部方向へ放熱してしまうこ
とにより発生する端部温度の低下を防止するために、上
記反応管の両端部のヒーター線を密状態に巻回し１両端
部の温度を高温に設定する技術が、実公昭５４−４３６
５０号公報に開示されている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら上記従来の技術では、均熱ゾーン　−を得
ることはできるが、その均熱長が反応管の長さに比べて
短かく、上記ウェハの成膜を均一とするためには短かい
均熱ゾーン内で熱処理を行なわなければならないために
、１回に処理するウェハに制限があり、スループットが
低下するという問題点があった。

また、上記実開昭６０−２５１４０号公報で開示された
技術では、ヒーターを５ゾ一ン以上にゾーン分割して温
度制御を行なうために、各ゾーン毎に温度制御機構を必
要としてコストが増大するという問題点°があった。

本発明は上記点に対処してなされたもので、長い均熱長
を低コストで実現することによりスループットの向上を
可能とした熱処理装置を得るものである。

〔発明の構成〕　　　゛（問題点を解決するための手段）本発明は、反応管外壁長手方向に沿って巻回したヒータ
ー線の両端部を除く中間部において、中央部の巻線分布
を密状態に設定することを特徴とする熱処理装置を得る
ものである。

（作用効果）両端部を除く中央部の巻回ヒーター線を中間部の他の部
分よりも密状態に設定したことにより。

中央部の密状態ヒーター線で中間部の温度を上昇させて
、上記反応管内部温度を広範囲に渡って均一とすること
ができる。そのため、この熱処理において従来より多数
の被加熱体を同一条件で処理することが可能となり、ス
ループットを向上することができる効果が得られる。

また、複数の電源及び温度制御手段を必要としないため
、装置を低コストにより構成することができる。

（実　施　例）以下、本発明装置を半導体ウェハの熱処理工程に適用し
た一実施例につき図面を参照して説明する。

例えば直径１７２ｍｍ、長さ１７０２ｍｍの石英或いは
炭化シリコン製反応管ω内に被加熱体例えば半導体ウェ
ハ■を複数枚例えば１００〜１５０枚程度を上記反応管
■の長手方向に対して所定の間隔をおいて石英ボート■
上に設定配置可能な構成になっている。

このウェハ■を搭載した石英ボート■を搬入出回能な如
く、上記反応管■の一端側は開閉自在に設けられており
、また、反応管■の他端には、この反応管中内に反応ガ
スを供給するためのガス供給管に）が接続されている。

この反応管■の外周には例えば炭化シリコン製均熱管■
が設けられ、更にその外周には上記均熱管０と非接触状
態にヒーター線０が螺旋状に巻回されている。このヒー
ター線０はＬ（レフト）ゾーン・Ｃ（センター）ゾーン
・Ｒ（ライト）ゾーンに分割され、夫々のゾーン端部か
ら引き出し線■が外部へ取出されて図示しない電源に接
続している。また、このヒーター線■は、上記反応管■
の両端部温度を他の部分より高温に設定するために、長
手方向の両端部を密状態に巻回し、更に両端部を除く中
間部において、中央部の巻線分布を密状態に設定してい
る。このようなヒーター線０の外周には、上記ヒーター
線０からの外部への放熱防止のために断熱材■が設けら
れている。更にこの断熱材■の外周には、この断熱材■
を冷却するための冷却機構■が設けられ、外部の加熱に
よる危険を防止することができる。このようにして熱処
理装置が構成されている。

次に、上述した熱処理装置による半導体ウェハの熱処理
方法を説明する。

まず、石英ボート■上に複数枚例えば１００〜１５０枚
程度の被加熱体例えば６インチ半導体ウェハ■を自動搭
載し、このボート■を反応管ω内に搬入する。搬入手段
はソフトランディング技術を用いる。そして、予め定め
られた位置に上記ウェハ■を設定して上記反応管■内部
を気密状態にする。

そして、上記反応管■外周に設けられているヒーター線
（０に図示しない電源からトータルパワー例えば９．８
０（ＫＶ）で熱入力比例えばＬ（レフト）ゾーン：Ｃ（
センター）ゾーン：Ｒ（ライト）ゾーン＝１：２．３５
：１で供給する。この時、従来のヒーター線は。

その長手方向に例えばＬゾーンを４３４＋ｕｅ、　　Ｃ
ゾーンを８３４ｍｍ、　Ｒゾーンを４３４ｍｍと設定し
、この各ゾーンにトータルパワー９．８０（ＫＷ）を供
給して、より多数のウェハを一括処理するためのより長
い温度一定範囲即ち均熱長を得るために熱入力比を測定
した結果、第２図に示すようになり、同一温度で複数枚
のウェハを処理できる熱入力比Ｌ：Ｃ：Ｒ＝１：１．７
：１で一括処理を行なっていた。このヒーター線の巻回
は、外側へ放熱する熱量を抑えるために中央部に対して
外側を密にしていた。しかしこの結果、　Ｃゾーン付近
では８３８ｍｍ程度の均熱が得られるが、反応管の全長
に対して均熱ゾーンが短かいという問題があり、これを
解決するために例えばＬゾーンを３２６ｍｍ、　Ｃゾー
ンを１０５０ｍｍ。

Ｒゾーンを３２６ｍｍと設定し、トータルパワー９．８
０（Ｋｌ）を供給した結果、第３図に示すように均熱長
が熱入力比Ｌ：Ｃ：Ｒ＝１：２．４：１で長くなる。

しかし、この均熱長では±３℃程度のバラツキがあるた
め、上記ヒーター線■を両端部の巻回が他の部分より密
状態で更に中央部の巻回も例えば５〜１５％程度密状態
とする。このように構成したヒーター線■に、上記と同
様にトータルパワー９．８０（ＫＷ）テ熱入力比Ｌ：Ｃ
：Ｒ＝１：２．４：１　で加熱する。すると第４図に示
すように±０．５℃の均熱長が１１８０ｍｍ程度となり
、従来の均熱長約８３８ｍｍ程度に対して４０％程度長
い均熱長を得ることができ、この結果従来の一括つエバ
処理枚数をより多数とすることが可能となりスループッ
トが向上する。

このように上記ウェハ■を加熱し、ガス供給管に）から
反応ガスを供給して上記ウェハ■の熱処理を行なう。こ
の時第４図に示す特性は１２００℃程度の均熱を示すも
のであるが、　この設定温度を８００℃及び１４００℃
として測定した結果、上記の１２００℃の場合とほぼ同
特性で８００℃及び１４００℃に長い均熱長を形成する
ことができ、所望の温度に長い均熱長を形成することが
可能であることが判った。

一般にＬゾーン又はＲゾーンの熱入力比を大きくすると
、中央部温度は外側と比べて下降するが、外側への放熱
は抑えられており、熱的に安定した状態となっている。

この状態でＣゾーンの中央部へ加熱すると中央部の温度
が上昇し、均熱特性が得られる。この中央部へ加熱する
手段として、反応管両端部及び中央部の巻回ヒーター線
０を密状態とし、その他の部分を線状態とすることによ
り行なうが、このヒーター線０を例えばＬゾーンで２６
ターン、Ｃゾーンで４６ターン、Ｒゾーンで２６ターン
と設定して、この巻回数を変化させずに上記両端部及び
中央部のヒーター線０の巻回を密状態としたり、又は、
Ｌゾーンで２６ターン、Ｃゾーンで４３ターン、Ｒゾー
ンで２６ターンと設定して、上記中央部のヒーター線０
巻回数を５〜１５％程度例えば各３ターンずつ増やして
密状態にするなどしてヒーター線０を形成することによ
り、複数電源で複数箇所の温度制御する場合と比べ、ヒ
ーター線０構造の変化のみで上記と同様に部分的な温度
設定が可能となるため、複数の電源及び温度制御手段を
必要とせず、装置を低コストにより構成することができ
る。

上記実施例では半導体ウェハの熱処理について説明した
が、拡散処理、酸化処理、ＣＶＤ処理等何れの熱処理で
もよく、また、半導体ウェハの熱処理に限定するもので
はなく、何れの被加熱体でも同様な効果が得られる。

以上述べたようにこの実施例によれば、反応管の中央部
の巻回ヒーター線を他の部分よりも密状態に設定したこ
・とにより、両端部の高温設定により外側への放熱を抑
えて熱的に安定した状態とし、中央部の密状態ヒーター
線で中央部の温度を上昇させて、上記反応管内部温度を
広範囲に渡って均一とすることができ、１回の熱処理に
おいて更に多数の被加熱体を同一条件で処理することが
可能となり、スループットを向上することができる効果
が得られる。

また、両端部及び中央部に複数の電源及び温度制御手段
を必要としないため、装置を低コストにより構成するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例を説明するための熱処理
装置の概略図、第２図は従来の熱処理装置による均熱長
を示すグラフ、第３図は第１図のヒーター線の巻回比を
Ｌゾーン：Ｃゾーン：Ｒゾーン＝１：２．４：１とした
時の熱特性を示す曲線図、第４図は第１図の均熱データ
を示す曲線図である。１・・・反応管、　　　　　２・・・ウェハ、６・・・
ヒーター線、　　　　７・・・引き出し線。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）反応管外壁長手方向に沿って巻回したヒーター線
の両端部を除く中間部において、中央部の巻線分布を密
状態に設定することを特徴とする熱処理装置。
（２）中央部のヒーター線は、中間部の他の部分よりも
５〜１５％程度多く巻回して密状態に設定することを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の熱処理装置。