JPH0693439B2 - 半導体ウエハの熱処理装置 - Google Patents

半導体ウエハの熱処理装置

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JPH0693439B2
JPH0693439B2 JP62066262A JP6626287A JPH0693439B2 JP H0693439 B2 JPH0693439 B2 JP H0693439B2 JP 62066262 A JP62066262 A JP 62066262A JP 6626287 A JP6626287 A JP 6626287A JP H0693439 B2 JPH0693439 B2 JP H0693439B2
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heater
heat treatment
ceiling
high temperature
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茂樹 平沢
利広 小松
卓爾 鳥居
和男 本間
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Hitachi Ltd
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、拡散装置、CVD装置など半導体ウェハの熱処
理装置に係り、特に半導体ウェハを均一に熱処理するの
に好適な半導体ウェハの熱処理装置に関する。
〔従来の技術〕
従来、縦形円筒形状の高温炉内で半導体ウェハを熱処理
する熱処理装置は、例えば特開昭60−171723号公報に記
載されているように、高温炉内壁の側面部に設けたヒー
タにより加熱空間である熱処理室を形成し、該熱処理室
の下方に形成した半導体ウェハの搬入出口より半導体ウ
ェハを熱処理室内に挿入し、熱処理後、搬入出口から取
出す構造になっている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、上記従来技術では、高温炉内壁の側面部にし
か、ヒータを設けていないため、直径が大きい半導体ウ
ェハを熱処理する場合、熱処理室内に挿入された半導体
ウェハの温度上昇時に、半導体ウェハの周囲が高温で、
中央部が低温となり、すなわち、半導体ウェハ面内の温
度分布が不均一となり、これにより半導体ウェハの特性
にばらつきが生ずるという問題があった。この問題は大
形の高温炉を使用すると解決するが、この場合、外部へ
の放熱量が大きくなるという問題があった。
本発明の目的は、高温炉内に半導体ウェハを挿入して熱
処理する場合、半導体ウェハ全体を均一に加熱できるよ
うにした半導体ウェハの熱処理装置を提供することであ
る。
〔問題点を解決するための手段〕
かかる目的達成のため、本発明は、高温炉内に半導体ウ
ェハを挿入して熱処理する半導体ウェハの熱処理装置に
おいて、高温炉を縦形の円筒形とし、この高温炉の下部
に半導体ウェハの搬入出口を設け、かつ高温炉内壁の天
井部に天井ヒータを、側面部には上下段に分割した側面
ヒータをそれぞれ設け、半導体ウェハの2枚をそれぞれ
水平に支持して高温炉の所定位置に上昇させる支持手段
を設け、そして下段の側面ヒータは前記所定位置で2枚
の内の下に位置する半導体ウェハより下方に設けたもの
である。そして上下段に分割された側面ヒータ及び天井
ヒータの発熱量をそれぞれ独立して制御する制御手段を
設けるのがよい。
〔作用〕
上述の構成によれば、高温炉内に半導体ウェハを挿入し
て熱処理を行なう場合、2枚の半導体ウェハの周囲が上
段の側面ヒータにより加熱されると共に、上方の半導体
ウェハの上面は天井ヒータに面して天井ヒータにより主
として加熱され、一方、下方の半導体の下面は下段の側
面ヒータに面してその側面ヒータにより加熱され、この
ように2枚半導体ウェハは少なくとも片面がそれぞれヒ
ータに面して加熱される。また各ヒータの発熱量を制御
することにより、半導体ウェハ面内の温度分布が均一と
なり、良好な熱処理が行なわれる。
〔実施例〕
以下、本発明を図面に示す実施例に基いて説明する。
第1図から第4図は本発明の第1実施例に係り、半導体
ウェハの熱処理装置1は、高温炉2と、挿入治具3と、
ロード治具5と、アンロード治具6とを備えている。
高温炉2は、縦形円筒状に形成され、ケーシング8と、
反応管9と、均熱管10と、天井ヒータ11と、側面ヒータ
12とからなっている。ケーシング8は、断熱材からなる
上面を閉じた円筒体で、その下端が、ステンレス製のフ
ランジ部材13上に載置された耐火レンガ14により支持さ
れており、内部に断面円形の中空室15が形成さている。
反応管9は、石英からなる上面を閉じた円筒体で、その
中心線が、中空室15の中心線と一致するように該中空室
15内に収納されており、下端がフランジ部材13上に載置
されている。均熱管10は、シリコンカーバイトなどから
なる上面を閉じた円筒体で、その中心線が、中空室15の
中心線と一致するように中空室15内壁と反応管9の外周
面との間に配置され、下端が耐火レンガ14上に載置され
ている。耐火レンガ14は複数のレンガで組み合わされて
いるため、保守時には均熱管10を耐火レンガ14の1部と
共にケーシング8から取り出すことができるようになっ
ている。
天井ヒータ11は螺線状に巻かれた抵抗発熱線で形成され
た円板状のもので、半径方向に複数に分割されている。
例えば2個の大径の第1天井ヒータ11Aと小径の第2天
井ヒータ11Bとからなっており、各中心を中空室15の中
心線上に一致させて中空室15内壁の天井部15aに配置さ
れている。また第1、第2天井ヒータ11A,11B近傍のケ
ーシング8には、温度センサ18A,18Bがそれぞれ埋設さ
れており、この温度センサ18A,18Bにより、第1、第2
天井ヒータ11A,11Bの発熱量が制御される。
側面ヒータ12は、コイル状に巻かれた抵抗発熱線で形成
され、例えば上下方向に2分割された2個の第1側面ヒ
ータ12Aと第2側面ヒータ12Bとからなっており、中空室
15内壁の側面部15bに均熱管10の外周面と対向して配置
されている。第1、第2側面ヒータ12A,12B近傍のケー
シング8には、温度センサ16A,16Bがそれぞれ埋設され
おり、この温度センサ16A,16Bにより第1、第2側面ヒ
ータ12A,12Bの発熱量が制御される。また第1側面ヒー
タ12Aの上端と第1、第2天井ヒータ11A,11B外周面との
間には図示しないヒータ支持具が配置されており、この
ヒータ支持具により第1、第2天井ヒータ11A,11Bは天
井部15aに保持されている。そして、第1、第2天井ヒ
ータ11A,11Bおよび第1、第2側面ヒータ12A,12Bにより
反応管9の内周面に形成された加熱空間である熱処理室
19内が加熱制御される。
挿入治具3は耐熱性を有し、かつ熱や電場に対して不活
性な材料、例えば石英ガラスからなり、内部に石英ウー
ルなどの断熱材を充填した石英ガラスからなるキャップ
20に取付けられており、フランジ部材13に形成された半
導体ウェハ搬入出口21から熱処理室19内に臨むように設
定されている。挿入治具3の上部に形成されたコの字状
の膨出部3aには、半導体ウェハ22を載置する水平方向の
溝、例えば2条の溝3b,3cが対向する壁部にそれぞれ形
成されている。また挿入治具3は、下端に固着された支
持部材23に装着された図示しない制御装置で制御される
モータ等の駆動装置25Aにより矢印A−Bの方向に上下
運動できるように構成されている。
ロード治具5は、高温炉2の下方に配置され、制御装置
で制御される駆動装置25Bにより矢印E−Fの方向に水
平運動できるように構成されており、上面に半導体ウェ
ハ22を載置する凸部5aが形成されている。アンロード治
具6は、挿入治具3を挾んで高温炉2の下方にロード治
具5と対向して配置され、制御装置で制御される駆動装
置25Cにより矢印G−Hの方向に水平運動できるように
構成されており、上面に半導体ウェハ22を載置する凸部
6aが形成されている。
なお、熱処理室19内には、使用条件に応じて、窒素、ア
ルゴン、酸素、水蒸気などの反応ガスが図示しない反応
ガス供給管により供給され、反応ガス排気管から排出さ
れるようになっている。
つぎに、本発明の第1実施例の作用を説明する。
第4図に示すように、1枚の半導体ウェハ22を凸部5aに
載置したロード治具5は、駆動装置25Bにより矢印Eの
方向に最下点近傍にある挿入治具3の膨出部3a内に達す
る位置まで前進する。これによって半導体ウェハ22は、
下方の溝3cに移し変えられる。その後、ロード治具5
は、駆動装置25Bにより矢印Fの方向に後退し、新しく
半導体ウェハ22を凸部5aに載置し、前述と同様の作用に
より駆動装置25Aにより最下点まで下降した挿入治具3
の上方の溝3bに半導体ウェハ22を移し変える。その後、
前述と同様にロード治具5は矢印Fの方向に後退する。
このように、2枚の半導体ウェハ22を載置した挿入治具
3は、駆動装置25Aにより矢印Aの方向に熱処理室19内
の所定位置に達するまで上昇する。そして、半導体ウェ
ハ22は熱処理室19内で高温(約1000℃)で加熱処理され
る。
この場合、上方の第1側面ヒータ12Aは、2枚の半導体
ウェハ22の周辺部を特に加熱し、第1、第2天井ヒータ
11A,11Bは、上方の半導体ウェハ22の中央部を特に加熱
し、下方の第2側面ヒータ12Bは、下方の半導体ウェハ2
2の中央部を加熱する。
ところで、各ヒータの温度と半導体ウェハ22の各部の温
度との対応は、あらかじめ設定されており、これによっ
て、半導体ウェハ22面内の温度分布が均一になるように
各ヒータの発熱量が制御される。また、この制御は、各
ヒータの近傍に設けられた温度センサ16A,16B,18A,18B
により容易に行なわれる。
天井ヒータ11の外周面と第1側面ヒータ12A上端との間
に配置されたヒータ支持具は、低温のため、半導体ウェ
ハ22面内の温度分布を不均一にさせる傾向にある。この
ヒータ支持具の影響は、外側の第1天井ヒータ11Aの発
熱量を内側の第2天井ヒータ11Bの発熱量より大きくす
ることによって減少し、この結果、半導体ウェハ22面内
の温度分布が均一となる。また半導体ウェハ22の熱処理
時には、第1図に示すように、断熱材のキャップ20によ
り搬入出口21が閉塞されており、放熱量を小さくするこ
とができる。
熱処理された半導体ウェハ22を外部に取出すには、まず
挿入治具3を駆動装置25Aにより最下点近傍まで下降さ
せる。つぎに、アンロード治具6を駆動装置25Cにより
矢印Gの方向に挿入治具3の膨出部3a内に達する位置ま
で前進させる。これによって下方の半導体ウェハ22は、
アンロード治具6の凸部6aに移し変えられる。その後、
アンロード治具6を駆動装置25Cにより矢印Hの方向に
後退させることによって、半導体ウェハ22は外に搬出さ
れる。上方の半導体ウェハ22を外部に取出すときには、
挿入治具3を駆動装置25Aにより最下点まで下降させ、
上述と同じ作用により行なう。
なお、上記第1実施例では、側面ヒータ12を2分割した
場合を示したが、側面ヒータ12を3分割以上にすれば、
半導体ウェハ22面内の温度分布をさらに精度よく均一に
することができるもので、例えば側面ヒータ12を3分割
した場合について説明する。
低温の半導体ウェハ22を熱処理室19内に挿入した場合、
半導体ウェハ22の温度上昇速度は、キャップ20の温度上
昇速度と異なる。この場合、中央部の側面ヒータ12は、
半導体ウェハ22の温度上昇速度に合わせて発熱量を制御
し、最下部の側面ヒータ12は、キャップ20の温度上昇速
度に合わせて発熱量を制御することにより、過渡時にお
ける半導体ウェハ22面内の温度分布をさらに均一に保つ
ことができる。
なお、上記第1実施例では、天井ヒータ11を2分割した
場合を示したが、3分割以上にすれば、半導体ウェハ22
面内の温度分布をさらに精度よく均一にすることができ
るものである。また、天井ヒータ11を複数に分割せず1
体の場合でも、精度が低下するが、天井ヒータを設けて
いない従来の高温炉に比較して飛躍的に、半導体ウェハ
22面内の温度分布を均一にすることができる。
また、天井ヒータ11を第5図に示すようにつづらおり状
の天井ヒータにしても効果は同じである。
第6図は本発明の第2実施例に係り、第1実施例と異な
るところは、高温炉2の下方にロード治具5およびアン
ロード治具6を挾んで配置された断熱材30に形成された
貫通孔30aに挿入治具3の軸部3dを嵌挿させるようにし
た点である。第2実施例によれば、高温炉2の下方を開
放することがないため、高温炉2内の温度変動が小さ
く、その結果、半導体ウェハ22をさらに均一な温度で熱
処理することができる。その他の構成および作用は、第
1実施例に示すものと同様である。
〔発明の効果〕
上述のとおり、本発明によれば、高温炉に上下に配置し
て挿入された2枚の半導体ウェハは、その周囲が上段の
側面ヒータにより加熱されると共に、上の半導体ウェハ
の上面は天井ヒータに面してその天井ヒータにより主と
して加熱され、また下の半導体の下面は下段の側面ヒー
タに面してその側面ヒータにより加熱されて、かくして
2枚半導体ウェハはそれぞれ少なくとも片面がヒータに
面して加熱されて、半導体ウェハ面内の温度分布を均一
に保ちながら熱処理することができるので、半導体ウェ
ハの品質を向上させることができ、この結果、半導体ウ
ェハから大集積回路を加工する際の不良率を大幅に減少
させることができる。また半導体ウェハの大径化や配線
パターンの薄膜微細化に必要な高精度の熱処理を行なう
ことができる。さらに、高温炉内壁の天井部に天井ヒー
タを設けたことにより半導体ウェハと天井部との間隔を
小さくすることができるので、高温炉を小形にすること
ができ、かつ電力消費量を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図から第4図は本発明の第1実施例に係り、第1図
は熱処理室内に挿入治具を挿入した状態における半導体
ウェハの熱処理装置の縦断面図、第2図は挿入治具の部
分斜視図、第3図は第1および第2天井ヒータの平面
図、第4図は下死点近傍まで挿入治具が下降した状態に
おける半導体ウェハの熱処理装置の縦断面図、第5図は
本発明の天井ヒータに関する他の実施例の平面図、第6
図は本発明の第2実施例に係り、熱処理室内に挿入治具
を挿入した状態における半導体ウェハの熱処理装置の縦
断面図である。 1…半導体ウェハの熱処理装置、 2…高温炉、11…天井ヒータ、 11A…第1天井ヒータ、 11B…第2天井ヒータ、 12…側面ヒータ、12A…第1側面ヒータ、 12B…第2側面ヒータ、 15a…天井部、15b…側面部、 21…半導体ウェハ搬入出口、 22…半導体ウェハ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本間 和男 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 高垣 哲也 東京都小平市上水本町1450番地 株式会社 日立製作所武蔵工場内 (56)参考文献 特開 昭59−207587(JP,A) 特開 昭59−66095(JP,A) 特開 昭57−53089(JP,A) 特開 昭60−245215(JP,A) 実開 昭61−92050(JP,U)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】高温炉内に半導体ウェハを挿入して熱処理
    する半導体ウェハの熱処理装置において、前記高温炉を
    縦形の円筒形とし、該高温炉の下部に前記半導体ウェハ
    の搬入出口を設け、かつ前記高温炉内壁の天井部に天井
    ヒータを、側面部には上下複数段に分割した側面ヒータ
    をそれぞれ設け、前記半導体ウェハの2枚をそれぞれ水
    平に支持して前記高温炉の所定位置に上昇させる支持手
    段を設け、かつ前記下段の側面ヒータは前記所定位置で
    2枚の内の下に位置する半導体ウェハより下方に設けた
    ことを特徴とする半導体ウェハの熱処理装置。
  2. 【請求項2】前記天井ヒータおよび前記複数に分割した
    側面ヒータの発熱量をそれぞれ独立して制御する制御手
    段を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の半導体ウェハの熱処理装置。
JP62066262A 1987-03-20 1987-03-20 半導体ウエハの熱処理装置 Expired - Lifetime JPH0693439B2 (ja)

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