JPH07161640A - 熱処理炉の温度制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 縦型炉において、下部ウェハの温度上昇速度
を高速化しウェハ温度が処理温度に達する時間を短縮す
ることを目的とする。 【構成】 反応炉を処理温度Ｔ₁より高い温度Ｔ₂（Ｔ₁
＜Ｔ₂）に設定した後ウェハを炉に投入し、その後ウェ
ハの温度が処理温度と等しくなるように炉を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体製品等の製造工程
において、気相成長法により被処理体上に薄膜を堆積さ
せるのに用いられる薄膜形成装置、あるいは拡散炉、酸
化炉、熱処理炉等の温度制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体製造工程において半導体ウ
エハの拡散または酸化工程、窒化膜・多結晶シリコン膜
等を気相成長法（ＣＶＤ法）で形成する成膜工程等で石
英チューブを反応室とし前記石英チューブを加熱するヒ
ータを有する装置が広く用いられている。

【０００３】装置には横型バッチ式、縦型バッチ式など
があり、ウエハの大口径化や生成膜の高品位化に伴って
ウエハハンドリング、反応室への大気巻き込み、生成膜
の均一性、バッチ間の再現性等に優位性を持つ、縦型Ｃ
ＶＤ装置が薄膜形成装置として注目され、量産製造の主
流となっている。

【０００４】以下に従来の縦型減圧ＣＶＤ装置について
説明する。縦型減圧ＣＶＤ装置は、石英製のボートにウ
エハを搬送した後前記ボートを成膜温度に設定された反
応炉に投入し前記反応炉内を真空引きし、前記ウエハが
反応温度に達するまでの時間前記ウエハを前記反応炉内
で保持した後反応ガスを前記反応炉内に導入し前記ウエ
ハに所望の膜を形成している。

【０００５】図４は、前記従来法によりウエハを反応炉
内に投入した場合の反応炉温度とウエハ温度を示すもの
であ。また、図３に縦型炉の横式図を示す。縦軸に温
度、横軸にウエハ投入からの時間を示している。室温の
ウエハが炉内へ投入されることにより、成膜温度に保持
された炉内温度が一旦下降し、特に図３に示す炉下部３
ａ（炉入口）は、前記室温のウエハ及び石英ボートによ
り奪われる熱が大きいため、温度下降が大きいのに比較
し反応炉上部３ｂの温度下降は炉下部（炉入口）付近で
温度上昇したウエハが漸次投入されるため小さい。反応
炉内温度が成膜温度に復帰するに従いウエハ温度が上昇
し成膜温度に安定化した後反応ガスを反応炉内に導入す
ることで所望の膜をウエハに形成している。

【０００６】拡散・酸化炉その他熱処理炉においても同
様に炉入口温度は投入ウエハ及び保持手段となる石英性
ボート等の影響を受けやすい。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の方法では、炉下部の温度下降が大きいため、上部ウ
エハが処理温度に達しているにもかかわらず、下部ウエ
ハが処理温度に達するまでに時間を要し、縦型減圧ＣＶ
Ｄ装置及び拡散・酸化炉等の熱処理炉のタクトタイムを
短縮できない大きな一因となっており、ウエハ投入から
ウエハ温度が処理温度に達するまでの時間は、タクト中
約２０％の時間を要している。

【０００８】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、炉の温度低下を少なくすると共に、ウエハの温度上
昇時間及び温度安定化時間を短縮することを目的とする
ものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の炉の温度制御方法は、あらかじめ反応炉を処
理温度Ｔ₁より高い温度Ｔ₂に設定した後ウエハを反応炉
に投入し、その後ウエハの温度が処理温度と等しくなる
ように反応炉と制御して所望の処理を行う方法である。

【００１０】

【作用】このウエハ温度上昇方法により、下部ウエハの
温度上昇速度を速くし反応炉へのウエハ投入からガス導
入までの時間を短縮することでタクトタイムをあげるこ
とができる。

【００１１】

【実施例】以下本発明の一実施例について図を参照しな
がら説明する。本実施例は縦型減圧ＣＶＤ装置（図３に
示す）により多結晶シリコン膜を形成する場合を示す。
ウエハ４を保持する石英性ボート５は、４．７６ｍｍピ
ッチで溝が切られており、ダミー上下計２１枚、モニタ
ー３枚、製品５０枚の計６４溝である。反応炉１は３分
割されておりそれぞれの温度を独立にコントロールする
ようになっている。

【００１２】図１（ａ）は従来の方法で反応炉を成膜温
度の６００度に保持しウエハを投入した場合の上部ウエ
ハと下部ウエハの温度上昇曲線を示す。図１の横軸はウ
エハ投入からの時間、縦軸はウエハ温度を示している。
ウエハ投入後、炉下部の温度下降が大きいため、下部ウ
エハの温度上昇が遅く、ウエハ投入からウエハが成膜温
度プラスマイナス０．５度以内に達するまでの時間（以
下温度安定時間と示す）は２８分要している。 図２
（ａ）は本実施例の温度制御方法を示したものである。
それぞれ３分割されているヒータ温度を図２（ｄ）に示
すようにヒータ上部をＨ_T、中央部をＨ_c、下部をＨ_Bと
する。ウエハ投入前に最も炉温度の低下しやすい炉下部
温度Ｈ_Bをあらかじめ処理温度より高く設定しておき、
被処理体（ウエハ）投入後一定時間経過した後炉下部温
度Ｈ_Bを処理温度Ｔ₁に制御する方法である。

【００１３】図１（ｂ）は図２（ａ）に示すようにあら
かじめ炉下部を７００度に設定しておき、その後反応炉
へウエハを投入しウエハ投入完了７分後に成膜温度に下
げたものである。炉下部温度が成膜温度より高く設定し
てあるため、下部ウエハの温度上昇が上部ウエハとほぼ
同一の傾きとなり温度安定時間は１２分となった。

【００１４】以上のように本実施例によれば、反応炉を
成膜温度より高い温度に設定した後ウエハを反応炉に投
入し、その後ウエハの温度が成膜温度と等しくなるよう
に反応炉を制御することで、従来２８分要していた温度
安定時間が４３％の１２分に短縮できるという優れた効
果が得られる。

【００１５】なお、炉設定温度は図４を参照するとウエ
ハを炉設定温度を６００度のままで炉内へ投入すると炉
下部温度は約６０度低下することから少なくとも６０度
以上処理温度より低下しない温度に高く設定することが
望ましい。本実施例では、炉設定温度は処理温度６００
度より５％高い３０度以上高めに設定することで炉下部
温度が処理温度より低下しなかった。但し、炉温度を何
度高く設定するのが最適かについては、炉の仕様・性能
及び被処理体の熱容量により異なる。

【００１６】なお本実施例では５０枚／バッチ処理用３
分割の炉を用いて行ったがバッチ当たり５０枚以上処理
できる３分割以上の炉を用いて行ってもよい。また、図
２（ｂ）、（ｃ）に示すように炉最下部の温度のみなら
ず分割されている炉部を処理温度よりそれぞれ最適な温
度に高く設定した後ウエハ投入した後被処理体の温度が
処理温度と等しくなるように制御してもよいことはいう
までもない。

【００１７】また本発明は、縦型炉に限定されたもので
はなく横型炉においても同様に温度制御することで被処
理体温度上昇速度向上及び温度安定時間短縮に適用でき
る。

【００１８】また本実施例では、ＣＶＤ装置について示
したがこれに限定されるものでなく、チャンバーを加熱
するヒータ部を有する拡散、酸化炉等熱処理炉等にも適
用できることはいうまでもない。

【００１９】

【発明の効果】以上のように本発明は、チャンバーを加
熱するヒータ部を有する薄膜形成装置及び熱処理装置に
おいて、処理温度より高い温度に反応炉を設定した後、
ウエハを反応炉に投入し、その後ウエハの温度が処理温
度と等しくなるように反応炉を制御することでウエハ温
度が処理温度に達する時間を従来法の１／２以下にする
ことができ、タクトタイム短縮に優れた効果を実現でき
るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来法と本発明によるウエハ温度上昇特性図

【図２】本実施例における反応炉制御方法を示す図

【図３】本発明の一実施例における熱処理装置の断面図

【図４】従来の反応炉及びウエハ温度上昇特性図

【符号の説明】

Ａ．処理温度 １．ヒーター ２．反応炉 ４．ウエハ ５．石英性ボート

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チャンバーを加熱する加熱部を有する熱
   処理装置において、処理温度Ｔ₁より高い温度Ｔ₂（Ｔ₁
   ＜Ｔ₂）に炉を設定した後被処理体を炉に投入し、その
   後被処理体の温度が処理温度と等しくなるように炉の温
   度を制御する熱処理炉の温度制御方法。
2. 【請求項２】 被処理体を投入する側の炉の温度を処理
   温度Ｔ₁より高い温度Ｔ₂（Ｔ₁＜Ｔ₂）に設定した後被処
   理体を炉に投入し、その後被処理体の温度が処理温度と
   等しくなるように被処理体を投入する側の炉の温度を制
   御する熱処理炉の温度制御方法。
3. 【請求項３】 処理温度Ｔ₁より５％以上高い温度Ｔ
   ₂（Ｔ₁＜Ｔ₂）に炉を設定した後被処理体を炉に投入
   し、その後被処理体の温度が処理温度と等しくなるよう
   に炉の温度を制御する熱処理炉の温度制御方法。