JPH06260486A - Method and device for heat treatment - Google Patents

Method and device for heat treatment

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Publication number
JPH06260486A
JPH06260486A JP4117793A JP4117793A JPH06260486A JP H06260486 A JPH06260486 A JP H06260486A JP 4117793 A JP4117793 A JP 4117793A JP 4117793 A JP4117793 A JP 4117793A JP H06260486 A JPH06260486 A JP H06260486A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wafer
core tube
heat treatment
thermal
holder
Prior art date
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Application number
JP4117793A
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Japanese (ja)
Inventor
Toru Tsurumi
徹 鶴見
Kengo Satou
健悟 佐藤
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Filing date
Publication date
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Priority to JP4117793A priority Critical patent/JPH06260486A/en
Publication of JPH06260486A publication Critical patent/JPH06260486A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To eliminate the unevenness of temperature in the surface of a wafer when the wafer is heated and cooled at the time of heat-treating the wafer. CONSTITUTION:The front end of a wafer holder 16 is formed to mount a semiconductor wafer 18 and, at the same time, to place a heat buffer ring 20. Therefore, the wafer 18 is carried into a furnace tube 10 from the outside and heated to a prescribed high temperature from the ambient temperature with the ring 20 around the wafer 18. The wafer 18, in addition, is also taken out from the tube 10 and cooled to the ambient temperature from the high temperature with the ring 20 around the wafer 18.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は熱処理方法及び熱処理装
置に係り、特に半導体ウェーハの高温短時間熱処理を行
う熱処理方法及び熱処理装置に関する。近年、LSI
(大規模集積回路)の高集積化、高速化に伴い、超微細
パターンの形成技術と並んで、浅い接合の形成技術が益
々強く要請されている。そしてこの浅い接合の形成技術
には高温短時間熱処理(RTA;Rapid Thermal Annel
l)技術の確立が必須である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat treatment method and a heat treatment apparatus, and more particularly to a heat treatment method and a heat treatment apparatus for performing a high temperature short time heat treatment of a semiconductor wafer. In recent years, LSI
With the high integration and high speed of (large-scale integrated circuits), along with the ultrafine pattern forming technology, a shallow junction forming technology is increasingly required. In addition, this shallow junction formation technology uses high-temperature short-time heat treatment (RTA).
l) Establishment of technology is essential.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の縦型枚葉熱処理装置を用いた高温
短時間熱処理を、図6を用いて説明する。円筒形の石英
管からなる縦型の炉心管30の周囲には、炉心管30内
の温度を制御するヒータ32a,32b,32cが設置
されている。また、炉心管30の上部には、雰囲気ガス
を供給する入口34がある。また、石英製のウェーハホ
ルダ36先端部分には半導体ウェーハ38が装填される
ようになっている。また、このウェーハホルダ36は駆
動装置(図示せず)によって昇降し、ウェーハホルダ3
6に装填された半導体ウェーハ38を外部から炉心管3
0内に搬入し、又は炉心管30内から外部に搬出するよ
うになっている。
2. Description of the Related Art A high temperature short time heat treatment using a conventional vertical type single wafer heat treatment apparatus will be described with reference to FIG. Heaters 32a, 32b, 32c for controlling the temperature in the core tube 30 are installed around the vertical core tube 30 made of a cylindrical quartz tube. Further, at the upper part of the core tube 30, there is an inlet 34 for supplying atmospheric gas. Further, a semiconductor wafer 38 is loaded in the tip portion of the wafer holder 36 made of quartz. The wafer holder 36 is moved up and down by a driving device (not shown) to move the wafer holder 3
6, the semiconductor wafer 38 loaded in
0, or it is carried out from the core tube 30 to the outside.

【0003】図6中のに外部におけるウェーハホルダ
36及び半導体ウェーハ38を示し、に炉心管30内
に搬入された状態のウェーハホルダ36及び半導体ウェ
ーハ38を示し、その昇降方向を矢印で示す。更に、図
示はしないが、前後の工程との間に設置されたウェーハ
搬送装置の末端には、ウェーハホルダ36上に半導体ウ
ェーハ38を装填するウェーハハンドリング装置が設置
されている。
FIG. 6 shows an external wafer holder 36 and a semiconductor wafer 38, and FIG. 6 shows the wafer holder 36 and the semiconductor wafer 38 in a state of being loaded into the core tube 30, and the ascending and descending directions thereof are indicated by arrows. Further, although not shown, a wafer handling device for loading the semiconductor wafer 38 on the wafer holder 36 is installed at the end of the wafer transfer device installed between the front and rear processes.

【0004】次に、この縦型枚葉熱処理装置を用いて行
う高温短時間熱処理方法について説明する。まず、前の
工程からウェーハ搬送装置(図示せず)によって搬送さ
れてきた半導体ウェーハ38を1枚、ウェーハハンドリ
ング装置(図示せず)によってウェーハホルダ36上へ
装填する(図中の参照)。
Next, a high-temperature short-time heat treatment method performed by using this vertical type single-wafer heat treatment apparatus will be described. First, one semiconductor wafer 38 transferred by the wafer transfer device (not shown) from the previous step is loaded on the wafer holder 36 by the wafer handling device (not shown) (see in the figure).

【0005】次いで、このウェーハホルダ36を駆動装
置(図示せず)によって上昇させ、半導体ウェーハ38
を外部から炉心管30内に搬入する(図中の参照)。
このとき、炉心管30内は、ヒータ32a,32b,3
2cによって所定の高温度に設定されているため、半導
体ウェーハ38は室温から所定の高温度にまで加熱され
る。続いて、この所定の高温度で短時間の熱処理を行
う。
Next, the wafer holder 36 is lifted by a driving device (not shown), and the semiconductor wafer 38 is
Are loaded into the core tube 30 from the outside (see in the figure).
At this time, inside the core tube 30, the heaters 32a, 32b, 3
Since the temperature is set to the predetermined high temperature by 2c, the semiconductor wafer 38 is heated from room temperature to the predetermined high temperature. Subsequently, heat treatment is performed at the predetermined high temperature for a short time.

【0006】次いで、この高温短時間熱処理が終了する
と、ウェーハホルダ36を駆動装置によって下降させ、
半導体ウェーハ38を炉心管30内から外部に搬出する
(図中の参照)。そして半導体ウェーハ38を炉心管
30内の高温度から室温にまで冷却する。勿論、半導体
ウェーハ38の外部から炉心管30内への搬入及び炉心
管30内から外部への搬出の際は、ウェーハホルダ36
の昇降速度を制御して、急熱急冷を避け、半導体ウェー
ハ38に熱ストレスが加わらないように注意する。
Next, when the high temperature short time heat treatment is completed, the wafer holder 36 is lowered by the driving device,
The semiconductor wafer 38 is carried out from the inside of the furnace core tube 30 (see the figure). Then, the semiconductor wafer 38 is cooled from the high temperature in the core tube 30 to room temperature. Of course, when the semiconductor wafer 38 is loaded into the core tube 30 from the outside and unloaded from the core tube 30 to the outside, the wafer holder 36 is used.
Be careful not to apply heat stress to the semiconductor wafer 38 by controlling the ascending / descending speed of the wafer to avoid rapid heating and quenching.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の縦
型枚葉熱処理装置を用いた高温短時間熱処理方法におい
ては、ウェーハホルダ36の昇降速度を制御するにして
も、その昇降速度を余りに低速にすると、結果的に所定
の高温度以下の温度でかなりの時間熱処理をすることに
なり、高温短時間熱処理の条件から逸脱し、所望の効果
を得ることができなくなる。従って、半導体ウェーハ3
8の炉心管30内への搬入及び炉心管30内からの搬出
の際の急熱急冷を避け、半導体ウェーハ38に熱ストレ
スが加わらないように注意しても、半導体ウェーハ38
面内に温度差が生じることを避けることができない。
However, in the high-temperature short-time heat treatment method using the conventional vertical single-wafer heat treatment apparatus described above, even if the ascending / descending speed of the wafer holder 36 is controlled, the ascending / descending speed is too low. Then, as a result, the heat treatment is performed at a temperature of a predetermined high temperature or less for a considerable time, which deviates from the condition of the high temperature short time heat treatment, and the desired effect cannot be obtained. Therefore, the semiconductor wafer 3
8 when the semiconductor wafer 38 is carried in and out of the furnace core tube 30 by avoiding rapid heating and quenching and being careful not to apply thermal stress to the semiconductor wafer 38.
It is unavoidable that a temperature difference occurs in the plane.

【0008】即ち、半導体ウェーハ38を炉心管30内
へ搬入し、また炉心管30内から搬出する際には、半導
体ウェーハ38の周辺部から温まり、また周辺部から冷
えるため、半導体ウェーハ38面内の周辺部と中央部と
の間にはどうしても温度の不均一が生じる。このため、
こうした加熱時及び冷却時、特に冷却時において、半導
体ウェーハ38面内の温度不均一性が生じることにより
熱ストレスが加わり、その結果、ウェーハの反りやスリ
ップ(結晶転位)が発生するという問題があった。
That is, when the semiconductor wafer 38 is loaded into the core tube 30 and is unloaded from the core tube 30, the semiconductor wafer 38 is warmed from the peripheral portion and cooled from the peripheral portion, so that the surface of the semiconductor wafer 38 is covered. There is inevitably a non-uniform temperature between the peripheral part and the central part. For this reason,
During such heating and cooling, especially during cooling, temperature stress is applied due to temperature non-uniformity in the plane of the semiconductor wafer 38, resulting in the problem that wafer warpage and slip (crystal dislocation) occur. It was

【0009】そこで本発明は、ウェーハの熱処理におい
て、その加熱時及び冷却時におけるウェーハ面内の温度
の不均一性を解消し、安定した熱処理を可能とする熱処
理方法及び熱処理装置を提供することを目的とする。
In view of the above, the present invention provides a heat treatment method and a heat treatment apparatus capable of eliminating the non-uniformity of the temperature within the wafer surface during the heat treatment and cooling of the wafer and enabling a stable heat treatment. To aim.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】加熱時及び冷却時におけ
るウェーハ面内の温度不均一性は、「外部から加熱して
物体を温める場合、また外部の冷気に晒して物体を冷や
す場合、その物体の表面及び周辺から温まり、また冷え
る」というメカニズムに起因する。即ち、ウェーハを外
部から高温度の炉心管内に搬入する際、及び高温度の炉
心管内から外部に搬出する際に、ウェーハの周辺部から
温まり、周辺部から冷えるため、ウェーハ面内の周辺部
と中央部との間に温度不均一が生じるのである。
The temperature non-uniformity in the wafer surface during heating and cooling is "when heating an object from the outside to heat the object or when exposing the object to cool it to cool the object. It heats up and cools down from the surface and surroundings. ” That is, when the wafer is loaded into the high-temperature core tube from the outside, and when being carried out from the high-temperature core tube to the outside, the wafer is warmed from the peripheral portion and cooled from the peripheral portion, so that the peripheral portion in the wafer surface is The temperature nonuniformity occurs between the central part and the central part.

【0011】従って、上記課題は、ウェーハを外部から
炉心管内に搬入して、前記ウェーハを外部温度から前記
炉心管内の高温度にまで加熱する際に、前記ウェーハの
外周に熱バッファリングを設置した状態で加熱し、前記
炉心管内の高温度で所定の時間の前記ウェーハに対する
熱処理を行った後、前記ウェーハを前記炉心管内から外
部に搬出して、前記ウェーハを前記炉心管内の高温度か
ら外部温度にまで冷却する際に、前記ウェーハの外周に
熱バッファリングを設置した状態で所定の温度にまで冷
却することを特徴とする熱処理方法によって達成され
る。
[0011] Therefore, the above problem is to install a thermal buffering on the outer periphery of the wafer when the wafer is loaded into the core tube from the outside and the wafer is heated from the external temperature to the high temperature in the core tube. After heating in a state, after performing a heat treatment on the wafer at a high temperature in the core tube for a predetermined time, the wafer is carried out from the core tube to the outside, the wafer from the high temperature in the core tube to the external temperature. This is accomplished by a heat treatment method characterized in that the wafer is cooled to a predetermined temperature while a thermal buffering is provided on the outer periphery of the wafer.

【0012】また、ウェーハをウェーハホルダ上に装填
した後、前記ウェーハホルダ上に熱バッファリングを載
置して、前記熱バッファリングが前記ウェーハの外周に
位置するようにし、前記ウェーハホルダを駆動して、前
記ウェーハ及び前記熱バッファリングを外部から炉心管
内に搬入し、前記ウェーハの外周に前記熱バッファリン
グが位置する状態で、前記ウェーハを外部温度から前記
炉心管内の高温度にまで加熱し、前記炉心管内の高温度
で所定の時間の前記ウェーハに対する熱処理を行った
後、前記ウェーハホルダを駆動して、前記ウェーハ及び
前記熱バッファリングを前記炉心管内から外部に搬出
し、前記ウェーハの外周に前記熱バッファリングが位置
する状態で、前記ウェーハを前記炉心管内の高温度から
所定の温度にまで冷却し、前記熱バッファリングを前記
ウェーハホルダから離脱させた後、前記ウェーハホルダ
から前記ウェーハを取り出すことを特徴とする熱処理方
法によって達成される。
Further, after the wafer is loaded on the wafer holder, a thermal buffer ring is placed on the wafer holder so that the thermal buffer ring is located on the outer periphery of the wafer, and the wafer holder is driven. The wafer and the thermal buffering are loaded into the furnace core tube from the outside, and in a state where the thermal buffering ring is located on the outer periphery of the wafer, the wafer is heated from an external temperature to a high temperature in the furnace core tube, After performing a heat treatment on the wafer for a predetermined time at a high temperature in the core tube, drive the wafer holder, carry out the wafer and the thermal buffering from the inside of the core tube to the outside, to the outer periphery of the wafer. Cooling the wafer from a high temperature in the furnace tube to a predetermined temperature with the thermal buffering in place After the heat buffering was detached from the wafer holder, it is achieved by a heat treatment method characterized by taking out the wafer from the wafer holder.

【0013】更に、上記課題は、縦型の炉心管と、前記
炉心管の周囲に設置され、前記炉心管内を所定の高温度
に設定するヒータと、ウェーハホルダと、前記ウェーハ
ホルダにウェーハを装填するウェーハハンドリング手段
と、前記ウェーハホルダに装填された前記ウェーハの外
周に位置するように熱バッファリングを前記ウェーハホ
ルダに載置し、又は前記熱バッファリングを前記ウェー
ハホルダから離脱させる熱バッファリング着脱手段と、
前記ウェーハホルダを昇降させ、前記ウェーハホルダに
装填された前記ウェーハ及び前記ウェーハの外周に位置
する前記熱バッファリングを外部から前記炉心管内に搬
入し、又は前記炉心管から外部に搬出する駆動手段とを
有することを特徴とする熱処理装置によって達成され
る。
Further, the above-mentioned problem is to provide a vertical core tube, a heater installed around the core tube to set a predetermined high temperature inside the core tube, a wafer holder, and a wafer holder for loading a wafer. Wafer handling means and a thermal buffering attachment / detachment for mounting the thermal buffering on the wafer holder so as to be located on the outer periphery of the wafer loaded in the wafer holder, or for detaching the thermal buffering from the wafer holder. Means and
Driving means for moving the wafer holder up and down, carrying the wafer loaded in the wafer holder and the thermal buffering located on the outer periphery of the wafer into the furnace core tube from the outside, or carrying out from the furnace core tube to the outside. It is achieved by a heat treatment apparatus characterized by having.

【0014】[0014]

【作用】本発明においては、ウェーハを加熱する際に、
熱バッファリングがウェーハの外周に設置され、加熱媒
体とウェーハとの間の熱緩衝材として機能することによ
り、ウェーハの周辺部からの温度上昇を抑制する。この
ため、加熱時におけるウェーハ面内の周辺部と中央部と
の間の温度不均一性を解消することができる。
In the present invention, when heating the wafer,
The thermal buffering is installed on the outer periphery of the wafer and functions as a thermal buffer between the heating medium and the wafer, thereby suppressing the temperature rise from the peripheral portion of the wafer. Therefore, it is possible to eliminate the temperature nonuniformity between the peripheral portion and the central portion within the wafer surface during heating.

【0015】また、ウェーハを冷却する際に、熱バッフ
ァリングがウェーハの外周に設置され、熱バッファリン
グが一時的に保温材として機能することにより、ウェー
ハの周辺部からの熱の逃げを抑制する。このため、冷却
時におけるウェーハ面内の周辺部と中央部との間の温度
不均一性を解消することができる。従って、ウェーハの
加熱時及び冷却時における熱ストレスによるウェーハ反
りやスリップの発生を抑制し、安定した熱処理を実現す
ることが可能になる。
Further, when the wafer is cooled, the thermal buffering is installed on the outer periphery of the wafer, and the thermal buffering temporarily functions as a heat insulating material, thereby suppressing the escape of heat from the peripheral portion of the wafer. . Therefore, it is possible to eliminate the temperature nonuniformity between the peripheral portion and the central portion within the wafer surface during cooling. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of wafer warpage and slip due to thermal stress during heating and cooling of the wafer, and to realize stable heat treatment.

【0016】[0016]

【実施例】以下、本発明を図示する実施例に基づいて具
体的に説明する。図1は本発明の一実施例による縦型枚
葉熱処理装置を示す概略断面図であり、図2(a)、
(b)はそのウェーハホルダの先端部に載置した熱バッ
ファリングを示す斜視図及び断面図であり、図3及び図
4はその熱バッファリングを用いた高温短時間熱処理方
法を説明するための図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be specifically described below based on illustrated embodiments. FIG. 1 is a schematic sectional view showing a vertical single-wafer heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3B is a perspective view and a sectional view showing the thermal buffering placed on the tip portion of the wafer holder, and FIGS. 3 and 4 are diagrams for explaining a high temperature short time heat treatment method using the thermal buffering. It is a figure.

【0017】円筒形の石英管からなる縦型の炉心管10
の周囲には、炉心管10内の温度を制御するヒータ12
a,12b,12cが設置されている。また、炉心管1
0の上部には、O2 (酸素)、N2 (窒素)、Ar(ア
ルゴン)等の雰囲気ガスを供給する入口14がある。ま
た、石英製のウェーハホルダ16は、その先端部に例え
ばSi基板からなる半導体ウェーハ18を装填すると共
に、その半導体ウェーハ18の外周に位置するように円
筒形状の熱バッファリング20を載置するようになって
いる。尚、この熱バッファリング20の材質としては、
Si基板と同様の熱物性を有する多結晶SiやSiC等
を用いる。
A vertical core tube 10 made of a cylindrical quartz tube.
A heater 12 for controlling the temperature in the core tube 10 is provided around the
a, 12b, 12c are installed. Also, the core tube 1
At the upper part of 0, there is an inlet 14 for supplying an atmospheric gas such as O 2 (oxygen), N 2 (nitrogen), Ar (argon). Further, the wafer holder 16 made of quartz is loaded with a semiconductor wafer 18 made of, for example, a Si substrate at its tip, and a cylindrical thermal buffer ring 20 is placed so as to be located on the outer periphery of the semiconductor wafer 18. It has become. In addition, as the material of the thermal buffering 20,
Polycrystalline Si or SiC having the same thermophysical properties as the Si substrate is used.

【0018】また、このウェーハホルダ16は駆動装置
(図示せず)によって昇降し、ウェーハホルダ16先端
部に装填された半導体ウェーハ18を、その外周に位置
する熱バッファリング20と共に、外部から炉心管10
内に搬入し、又は炉心管10内から外部に搬出するよう
になっている。更に、図示はしないが、炉心管10下方
には、熱バッファリング20をウェーハホルダ16先端
部に載置し、又はウェーハホルダ16から離脱させるた
めの熱バッファリング着脱装置が設置されている。更
に、前後の工程との間に設置されたウェーハ搬送装置の
末端には、半導体ウェーハ18をウェーハホルダ16先
端部に装填し、又はウェーハホルダ16先端部から取り
出すウェーハハンドリング装置が設置されている。
Further, the wafer holder 16 is moved up and down by a driving device (not shown), and the semiconductor wafer 18 loaded at the tip of the wafer holder 16 is externally attached to the core tube together with the thermal buffer ring 20 located on the outer periphery thereof. 10
It is designed to be carried in or carried out from the inside of the core tube 10. Further, although not shown, a thermal buffer ring attaching / detaching device for placing the thermal buffer ring 20 on the tip of the wafer holder 16 or detaching it from the wafer holder 16 is installed below the core tube 10. Further, at the end of the wafer transfer device installed between the front and rear steps, a wafer handling device for loading the semiconductor wafer 18 on the tip of the wafer holder 16 or taking it out from the tip of the wafer holder 16 is installed.

【0019】次に、この縦型枚葉熱処理装置を用いて行
う高温短時間熱処理方法について説明する。まず、前の
工程からウェーハ搬送装置(図示せず)によって搬送さ
れてきた半導体ウェーハ18を、ウェーハハンドリング
装置(図示せず)によってウェーハホルダ16先端部に
1枚装填する。尚、このとき、熱バッファリング20
は、ウェーハハンドリング装置によるウェーハ装填の障
害とはならないように、熱バッファリング着脱装置のア
ーム22により、炉心管10とウェーハホルダ16との
間の空間に挟持されている(図3(a)参照)。
Next, a high-temperature short-time heat treatment method performed by using this vertical type single-wafer heat treatment apparatus will be described. First, one semiconductor wafer 18 transferred by a wafer transfer device (not shown) from the previous step is loaded on the tip of the wafer holder 16 by a wafer handling device (not shown). At this time, the thermal buffering 20
Is held in the space between the core tube 10 and the wafer holder 16 by the arm 22 of the thermal buffering attachment / detachment device so as not to hinder the wafer loading by the wafer handling device (see FIG. 3A). ).

【0020】次いで、このウェーハホルダ16を駆動装
置(図示せず)によって上昇させ、ウェーハホルダ16
先端部に熱バッファリング20を載置する位置にまで移
動する。そして熱バッファリング着脱装置のアーム22
を移動させ、熱バッファリング20の挟持を解除する。
こうして半導体ウェーハ18の外周に熱バッファリング
20を設置する(図3(b)参照)。
Next, the wafer holder 16 is lifted by a driving device (not shown), and the wafer holder 16
Move to a position where the thermal buffering 20 is placed on the tip. And the arm 22 of the thermal buffering attachment / detachment device.
Is moved to release the sandwiching of the thermal buffer ring 20.
Thus, the thermal buffer ring 20 is installed on the outer periphery of the semiconductor wafer 18 (see FIG. 3B).

【0021】次いで、再び、ウェーハホルダ16を駆動
装置によって上昇させ、半導体ウェーハ18を外部から
炉心管10内に搬入する。このとき、所定の雰囲気ガス
が供給されている炉心管10内は、ヒータ12a,12
b,12cによって所定の高温度に設定されている。従
って、ウェーハホルダ16先端部に装填された半導体ウ
ェーハ18は、その外周に熱バッファリング20を位置
させた状態で、室温から所定の高温度にまで加熱され
る。続いて、この所定の高温度で高温短時間熱処理を行
う(図3(c)参照)。
Then, the wafer holder 16 is again raised by the driving device, and the semiconductor wafer 18 is loaded into the core tube 10 from the outside. At this time, the inside of the core tube 10 to which the predetermined atmospheric gas is supplied is heated by the heaters 12a, 12a.
It is set to a predetermined high temperature by b and 12c. Therefore, the semiconductor wafer 18 loaded at the tip of the wafer holder 16 is heated from room temperature to a predetermined high temperature with the thermal buffer ring 20 positioned on the outer periphery thereof. Then, high temperature short time heat treatment is performed at this predetermined high temperature (see FIG. 3C).

【0022】次いで、この高温短時間熱処理が終了する
と、半導体ウェーハ18の外周に熱バッファリング20
を位置させた状態のままで、ウェーハホルダ16を駆動
装置によって下降させる。この下降の途中で、熱バッフ
ァリング着脱装置のアーム22を、再び熱バッファリン
グ20を挟持する位置まで移動させておく。勿論、この
アーム22の移動は、この時点でなくとも、熱バッファ
リング20をウェーハホルダ16から離脱させる時点ま
でに行えばよい(図4(a)参照)。
Next, when this high-temperature short-time heat treatment is completed, the thermal buffering 20 is applied to the outer periphery of the semiconductor wafer 18.
The wafer holder 16 is moved down by the driving device while keeping the position. In the middle of this descent, the arm 22 of the thermal buffering attachment / detachment device is moved again to the position where the thermal buffering 20 is clamped. Of course, the movement of the arm 22 may be carried out before the time when the thermal buffer ring 20 is detached from the wafer holder 16 (see FIG. 4A).

【0023】次いで、半導体ウェーハ18が炉心管10
の外へ搬出された段階で、ウェーハホルダ16の下降を
一旦停止し、外周に熱バッファリング20を位置させた
状態のままで半導体ウェーハ18を空冷し、炉心管10
内の高温度から室温にまで冷却する(図4(b)参
照)。尚、この半導体ウェーハ18の冷却は、室温まで
ではなく、それより高い所定の温度であっても、それ以
降の冷却によって半導体ウェーハ18に熱ストレスが生
じなければよい。また、このとき、ウェーハホルダ16
の下降速度を制御することにより、必ずしもその下降を
停止しなくともよい。
Then, the semiconductor wafer 18 is transferred to the core tube 10.
When the wafer holder 16 is carried out, the lowering of the wafer holder 16 is temporarily stopped, and the semiconductor wafer 18 is air-cooled while the thermal buffering 20 is still positioned on the outer periphery.
The internal high temperature is cooled to room temperature (see FIG. 4 (b)). It should be noted that the semiconductor wafer 18 is cooled not to room temperature but to a predetermined temperature higher than room temperature as long as thermal stress does not occur in the semiconductor wafer 18 due to subsequent cooling. At this time, the wafer holder 16
It is not always necessary to stop the descending by controlling the descending speed of.

【0024】次いで、再びウェーハホルダ16を下降さ
せ、図3(b)に示す場合と同じ位置において、熱バッ
ファリング着脱装置のアーム22により、熱バッファリ
ング20を挟持する。そしてこの状態で、更にウェーハ
ホルダ16を下降させることにより、熱バッファリング
20をウェーハホルダ16から離脱させる(図4(c)
参照)。
Then, the wafer holder 16 is lowered again, and the thermal buffer ring 20 is held by the arm 22 of the thermal buffer ring attaching / detaching device at the same position as shown in FIG. 3B. Then, in this state, the wafer holder 16 is further lowered to separate the thermal buffering 20 from the wafer holder 16 (FIG. 4C).
reference).

【0025】続いて、図示はしないが、ウェーハハンド
リング装置により、ウェーハホルダ16先端部から半導
体ウェーハ18を取り出した後、ウェーハ搬送装置によ
って次の工程へ搬送する。このように本実施例によれ
ば、半導体ウェーハ18を外部から炉心管10内に搬入
して、室温から所定の高温度にまで加熱する際に、熱バ
ッファリング20が半導体ウェーハ18の外周に位置し
ていることにより、加熱媒体と半導体ウェーハ18との
間の熱緩衝材として機能するため、半導体ウェーハ18
に吸収される熱エネルギーを奪い、半導体ウェーハ18
の周辺部からの温度上昇を抑制する。このため、加熱時
の温度上昇における半導体ウェーハ18面内の周辺部と
中央部との間の温度不均一性を解消することができる。
Subsequently, although not shown, the semiconductor wafer 18 is taken out from the tip of the wafer holder 16 by a wafer handling device, and then transferred to the next step by the wafer transfer device. As described above, according to the present embodiment, when the semiconductor wafer 18 is loaded into the core tube 10 from the outside and heated from room temperature to a predetermined high temperature, the thermal buffering 20 is positioned on the outer periphery of the semiconductor wafer 18. By functioning as a heat buffer between the heating medium and the semiconductor wafer 18,
Deprives the heat energy absorbed by the semiconductor wafer 18
Suppresses the temperature rise from the peripheral area. Therefore, it is possible to eliminate the temperature nonuniformity between the peripheral portion and the central portion within the surface of the semiconductor wafer 18 due to the temperature rise during heating.

【0026】また、高温短時間熱処理の終了後、半導体
ウェーハ18を炉心管10内から外部へ搬出して、炉心
管10内の高温度から室温にまで冷却する際に、半導体
ウェーハ18の外周に熱バッファリング20を位置させ
たままの状態であることにより、熱バッファリング20
が一時的に外気に対する半導体ウェーハ18の保温材と
して機能するため、半導体ウェーハ18に熱エネルギー
を与え、半導体ウェーハ18の周辺部からの熱の逃げを
抑制する。このため、冷却時の温度下降における半導体
ウェーハ18面内の周辺部と中央部との間の温度不均一
性を解消することができる。
After the completion of the high-temperature short-time heat treatment, the semiconductor wafer 18 is carried out from the inside of the core tube 10 to the outside, and when it is cooled from the high temperature inside the core tube 10 to the room temperature, it is exposed to the outer periphery of the semiconductor wafer 18. By keeping the thermal buffering 20 in the position, the thermal buffering 20
Temporarily functions as a heat insulating material for the semiconductor wafer 18 against the outside air, so that heat energy is applied to the semiconductor wafer 18 and heat escape from the peripheral portion of the semiconductor wafer 18 is suppressed. Therefore, it is possible to eliminate the temperature non-uniformity between the peripheral portion and the central portion within the surface of the semiconductor wafer 18 when the temperature decreases during cooling.

【0027】従って、半導体ウェーハ18の加熱時及び
冷却時における熱ストレスによるウェーハ反りやスリッ
プの発生を抑制し、安定した高温短時間熱処理を実現す
ることが可能になる。更に、熱バッファリング20の着
脱は、熱バッファリング着脱装置のアーム22により、
ウェーハ装填時におけるウェーハホルダ16と炉心管1
0との間の空間において行うことにより、ウェーハハン
ドリング装置による半導体ウェーハ18のウェーハホル
ダ16への装填又はウェーハホルダ16からの取出しの
障害とはならないため、従来のウェーハ搬送装置及びウ
ェーハハンドリング装置をそのまま使用できるという利
点がある。
Therefore, it is possible to suppress the occurrence of wafer warpage and slip due to thermal stress during heating and cooling of the semiconductor wafer 18, and to realize stable high-temperature short-time heat treatment. Further, the attachment / detachment of the thermal buffering 20 is performed by the arm 22 of the thermal buffering attaching / detaching device.
Wafer holder 16 and core tube 1 during wafer loading
By performing the operation in the space between 0 and 0, it does not hinder the loading or unloading of the semiconductor wafer 18 into / from the wafer holder 16 by the wafer handling device, and thus the conventional wafer transfer device and wafer handling device can be used as they are. It has the advantage that it can be used.

【0028】尚、上記実施例において、熱バッファリン
グ20として円筒形状のものを使用したが、熱バッファ
リングの形状はこれに限定されず、種々の形状を用いる
ことができる。例えば図5に示されるように、円板形状
の熱バッファリング24であってもよい。但し、その大
きさは、半導体ウェーハ18の外周に位置させた状態で
炉心管10内に搬入できることが必要である。また、熱
バッファリングの形状を変化させる場合、その変化に対
応して、例えば円板形状の熱バッファリング24を載置
するように先端部の形状を変化させたウェーハホルダ2
6を用いなければならない場合もある。
In the above embodiment, the heat buffer ring 20 has a cylindrical shape, but the shape of the heat buffer ring is not limited to this, and various shapes can be used. For example, as shown in FIG. 5, it may be a disk-shaped thermal buffer ring 24. However, the size thereof needs to be able to be carried into the core tube 10 while being positioned on the outer periphery of the semiconductor wafer 18. When the shape of the thermal buffer ring is changed, the shape of the tip end portion is changed so as to mount the disk-shaped thermal buffer ring 24 corresponding to the change.
In some cases, 6 must be used.

【0029】また、Si基板からなる半導体ウェーハ1
8に対して、熱バッファリング20の材質もSiと同様
の熱物性を有する多結晶SiやSiC等を使用している
が、ウェーハの材質に応じて、又は要求される熱緩衝材
や保温材としての機能に応じて、熱バッファリング20
の材質も種々のものを用いることができる。また、上記
実施例において、熱バッファリング20の着脱は、熱バ
ッファリング着脱装置により、ウェーハ装填時における
ウェーハホルダ16と炉心管10との間の空間において
行っているが、この熱バッファリング20の着脱には種
々の方法がある。例えば、半導体ウェーハ18をウェー
ハホルダ16に装填した後、その状態もままで熱バッフ
ァリング20をウェーハホルダ16に載置するような熱
バッファリング着脱装置であってもよい。或いはまた、
ウェーハハンドリング装置を改良して、ウェーハホルダ
16先端部に熱バッファリング20を載置した状態のま
まで半導体ウェーハ18を装填できるようにすれば、熱
バッファリング20をウェーハホルダ16先端部に固定
してもよい。
A semiconductor wafer 1 made of a Si substrate
On the other hand, although the material of the thermal buffering 20 is polycrystal Si or SiC having the same thermophysical properties as Si, the thermal buffering material or the heat insulating material is required depending on the material of the wafer. Thermal buffering 20 according to its function as
Various materials can be used as the material. Further, in the above-described embodiment, the attachment / detachment of the thermal buffer ring 20 is performed by the thermal buffer attachment / detachment device in the space between the wafer holder 16 and the core tube 10 at the time of wafer loading. There are various methods of attachment and detachment. For example, a thermal buffering attachment / detachment device may be used in which the semiconductor wafer 18 is loaded into the wafer holder 16 and then the thermal buffering 20 is placed on the wafer holder 16 in the same state. Alternatively,
By improving the wafer handling device so that the semiconductor wafer 18 can be loaded with the thermal buffer ring 20 placed on the tip of the wafer holder 16, the thermal buffer ring 20 is fixed to the tip of the wafer holder 16. May be.

【0030】更に、上記実施例においては、半導体ウェ
ーハ18を高温短時間熱処理する場合について説明した
が、こうした熱処理に限らず、ウェーハ状の試料の面内
における温度の不均一性を解消し、熱ストレスの発生を
抑制する必要がある熱処理に対して、本発明は広く適用
される。
Further, in the above-mentioned embodiment, the case where the semiconductor wafer 18 is heat-treated at a high temperature for a short time has been described. However, the heat treatment is not limited to such heat treatment, and the non-uniformity of the temperature in the plane of the wafer-shaped sample is eliminated, The present invention is widely applied to heat treatments that need to suppress the generation of stress.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ウェーハ
を外部から炉心管内に搬入して外部温度から炉心管内の
高温度にまで加熱する際に、ウェーハの外周に熱バッフ
ァリングが設置されていることにより、加熱媒体とウェ
ーハとの間の熱緩衝材として機能し、ウェーハの周辺部
からの温度上昇を抑制するため、加熱時におけるウェー
ハ面内の周辺部と中央部との間の温度の不均一性を解消
することができる。
As described above, according to the present invention, when the wafer is loaded into the core tube from the outside and heated from the external temperature to the high temperature in the core tube, the thermal buffering is installed on the outer periphery of the wafer. By functioning as a heat buffer between the heating medium and the wafer and suppressing the temperature rise from the peripheral portion of the wafer, the temperature between the peripheral portion and the central portion in the wafer surface during heating is suppressed. The non-uniformity of can be eliminated.

【0032】また、炉心管内で高温熱処理を行った後、
ウェーハを炉心管内から外部に搬出して炉心管内の高温
度から外部温度にまで冷却する際に、ウェーハの外周に
熱バッファリングが設置されていることにより、一時的
に保温材として機能し、ウェーハの周辺部からの熱の逃
げを抑制するため、冷却時におけるウェーハ面内の周辺
部と中央部との間の温度の不均一性を解消することがで
きる。
After high temperature heat treatment in the core tube,
When the wafer is unloaded from the core tube to the outside and is cooled from the high temperature in the core tube to the external temperature, the thermal buffering is installed on the outer periphery of the wafer to temporarily function as a heat insulating material. Since the heat is prevented from escaping from the peripheral portion, it is possible to eliminate the non-uniformity of the temperature between the peripheral portion and the central portion within the wafer surface during cooling.

【0033】これにより、ウェーハの加熱時及び冷却時
における熱ストレスによってウェーハ反りやスリップが
発生することを抑制し、安定した高温短時間熱処理を実
現することができる。従って、浅い接合の形成技術を向
上させ、LSIの高集積化、高速化に寄与する。
As a result, it is possible to prevent the wafer from warping or slipping due to thermal stress during heating and cooling of the wafer, and to realize stable high-temperature short-time heat treatment. Therefore, the technique for forming a shallow junction is improved, which contributes to higher integration and higher speed of the LSI.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例による縦型枚葉熱処理装置を
示す概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a vertical single-wafer heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の縦型枚葉熱処理装置のウェーハホルダ先
端部に載置した熱バッファリングを示す斜視図及び断面
図である。
2A and 2B are a perspective view and a cross-sectional view showing a thermal buffering mounted on a tip portion of a wafer holder of the vertical single-wafer heat treatment apparatus of FIG.

【図3】図1の縦型枚葉熱処理装置を用いた高温短時間
熱処理方法を説明するための図(その1)である。
FIG. 3 is a diagram (No. 1) for explaining a high-temperature short-time heat treatment method using the vertical single-wafer heat treatment apparatus of FIG.

【図4】図1の縦型枚葉熱処理装置を用いた高温短時間
熱処理方法を説明するための図(その2)である。
FIG. 4 is a diagram (No. 2) for explaining the high temperature short time heat treatment method using the vertical single-wafer heat treatment apparatus of FIG. 1;

【図5】本発明の他の実施例による熱バッファリングを
示す斜視図及び断面図である。
FIG. 5 is a perspective view and a cross-sectional view showing a thermal buffering according to another embodiment of the present invention.

【図6】従来の縦型枚葉熱処理装置を用いた高温短時間
熱処理方法を説明するための図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining a high-temperature short-time heat treatment method using a conventional vertical single-wafer heat treatment apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…炉心管 12a,12b,12c…ヒータ 14…雰囲気ガス供給入口 16…ウェーハホルダ 18…半導体ウェーハ 20…熱バッファリング 22…熱バッファリング着脱装置のアーム 24…熱バッファリング 26…ウェーハホルダ 30…炉心管 32a,32b,32c…ヒータ 34…雰囲気ガス供給入口 36…ウェーハホルダ 38…半導体ウェーハ 10 ... Reactor tube 12a, 12b, 12c ... Heater 14 ... Atmosphere gas supply inlet 16 ... Wafer holder 18 ... Semiconductor wafer 20 ... Thermal buffering 22 ... Thermal buffering attachment / detachment device arm 24 ... Thermal buffering 26 ... Wafer holder 30 ... Reactor core tubes 32a, 32b, 32c ... Heater 34 ... Atmosphere gas supply inlet 36 ... Wafer holder 38 ... Semiconductor wafer

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ウェーハを外部から炉心管内に搬入し
て、前記ウェーハを外部温度から前記炉心管内の高温度
にまで加熱する際に、前記ウェーハの外周に熱バッファ
リングを設置した状態で加熱し、 前記炉心管内の高温度で所定の時間の前記ウェーハに対
する熱処理を行った後、前記ウェーハを前記炉心管内か
ら外部に搬出して、前記ウェーハを前記炉心管内の高温
度から外部温度にまで冷却する際に、前記ウェーハの外
周に熱バッファリングを設置した状態で所定の温度にま
で冷却することを特徴とする熱処理方法。
1. A wafer is loaded into the furnace core tube from the outside, and when the wafer is heated from an external temperature to a high temperature in the furnace tube, the wafer is heated with a thermal buffering installed on the outer periphery thereof. After performing a heat treatment on the wafer at a high temperature in the core tube for a predetermined time, the wafer is carried out of the core tube to the outside, and the wafer is cooled from the high temperature in the core tube to an external temperature. At this time, the heat treatment method is characterized in that the wafer is cooled to a predetermined temperature in a state where a thermal buffering is provided on the outer periphery of the wafer.
【請求項2】 ウェーハをウェーハホルダ上に装填した
後、前記ウェーハホルダ上に熱バッファリングを載置し
て、前記熱バッファリングが前記ウェーハの外周に位置
するようにし、 前記ウェーハホルダを駆動して、前記ウェーハ及び前記
熱バッファリングを外部から炉心管内に搬入し、前記ウ
ェーハの外周に前記熱バッファリングが位置する状態
で、前記ウェーハを外部温度から前記炉心管内の高温度
にまで加熱し、 前記炉心管内の高温度で所定の時間の前記ウェーハに対
する熱処理を行った後、前記ウェーハホルダを駆動し
て、前記ウェーハ及び前記熱バッファリングを前記炉心
管内から外部に搬出し、前記ウェーハの外周に前記熱バ
ッファリングが位置する状態で、前記ウェーハを前記炉
心管内の高温度から所定の温度にまで冷却し、 前記熱バッファリングを前記ウェーハホルダから離脱さ
せた後、前記ウェーハホルダから前記ウェーハを取り出
すことを特徴とする熱処理方法。
2. A wafer is loaded on the wafer holder, a thermal buffer ring is placed on the wafer holder so that the thermal buffer ring is located on the outer periphery of the wafer, and the wafer holder is driven. The wafer and the thermal buffering are loaded into the furnace core tube from the outside, and in a state where the thermal buffering ring is located on the outer periphery of the wafer, the wafer is heated from an external temperature to a high temperature in the furnace core tube, After performing a heat treatment on the wafer for a predetermined time at a high temperature in the core tube, drive the wafer holder, carry out the wafer and the thermal buffering from the inside of the core tube to the outside, to the outer periphery of the wafer. With the thermal buffering in place, cooling the wafer from a high temperature in the furnace tube to a predetermined temperature, A method for heat treatment, comprising: removing the thermal buffering from the wafer holder, and then taking out the wafer from the wafer holder.
【請求項3】 縦型の炉心管と、 前記炉心管の周囲に設置され、前記炉心管内を所定の高
温度に設定するヒータと、 ウェーハホルダと、 前記ウェーハホルダにウェーハを装填するウェーハハン
ドリング手段と、 前記ウェーハホルダに装填された前記ウェーハの外周に
位置するように熱バッファリングを前記ウェーハホルダ
に載置し、又は前記熱バッファリングを前記ウェーハホ
ルダから離脱させる熱バッファリング着脱手段と、 前記ウェーハホルダを昇降させ、前記ウェーハホルダに
装填された前記ウェーハ及び前記ウェーハの外周に位置
する前記熱バッファリングを外部から前記炉心管内に搬
入し、又は前記炉心管から外部に搬出する駆動手段とを
有することを特徴とする熱処理装置。
3. A vertical core tube, a heater installed around the core tube to set a predetermined high temperature inside the core tube, a wafer holder, and wafer handling means for loading a wafer into the wafer holder. A thermal buffer ring attaching / detaching means for placing the thermal buffer ring on the wafer holder so as to be located on the outer periphery of the wafer loaded in the wafer holder, or for detaching the thermal buffer ring from the wafer holder; A wafer holder is moved up and down, and the wafer loaded in the wafer holder and the thermal buffering located on the outer periphery of the wafer are carried into the furnace core tube from the outside, or a driving means for carrying out the furnace core tube to the outside. A heat treatment apparatus having.
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