JPH07221037A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 分割ヒータ構造において、境界領域で温度変
化を極力小さくした熱処理装置を提供する。 【構成】 ２つの分割ヒータ群４０のおのおのは、反応
管２０内に収納されたウェハＷを挟んで平行に対向配備
されている。反応管２０の上部ヒータ群は、上センタゾ
ーン４２ａと、その周辺の上リアゾーン４３ａ、上レフ
トサイドゾーン４４ａ、上フロントゾーン４５ａ、上ラ
イトサイドゾーン４６ａとからなり、下部ヒータ群は、
下センタゾーン４２ｂと、その周辺の下リアゾーン４３
ｂ、下レフトサイドゾーン４４ｂ、下フロントゾーン４
５ｂ、下ライトサイドゾーン４６ｂとからなる。上，下
センタゾーン４２ａ，４２ｂの周辺に配置される各ゾー
ンは、それぞれの境界が対向しないようにずらして配置
されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、１枚ないし数枚の単位
で半導体ウエハ等を短時間で熱処理する熱処理装置に係
り、特に加熱源となるヒータの構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩの製造においては、半導体ウエハ
（以下、ウエハという）の酸化，拡散，ＣＶＤ等の熱処
理が行われる。特に最近のＬＳＩデバイスの微細化、集
積度の増加に伴い、例えば、ウエハ表面に酸化膜を形成
してレジストを塗布後、酸化膜をエッチングして取り除
く際に、エッチングを精度良く行うこと等のために、均
一な膜厚で極薄膜を形成する技術が要求される。極薄膜
を形成する際、ウエハへの処理温度が、僅かにバラツキ
を生じても膜厚に大きく影響し、均一な膜厚が得られな
くなる。この処理温度のバラツキがＬＳＩの品質を大き
く低下させるおそれがあるため、ウエハの全面にわたり
均一な温度分布で加熱処理しなければならない。さら
に、ウエハの大口径化に伴いより一層温度分布の均一性
が要求される。

【０００３】そこで、従来、均一な温度分布を制御する
装置として、特開平２−６９９３２号公報に記載された
装置が知られている。この装置は、図７に示すように、
高温炉１１０内に、図示しない反応管を挟んで対向配備
された一対の分割ヒータ群１００を備えている。反応管
内を均一な温度分布にするために各々の分割ヒータ群１
００が、５つの加熱領域１００ａ〜１００ｅ，１００ｆ
〜１００ｊに分割されている。表裏の対称性、左右の対
称性から発熱量は、中央１００ｂと１００ｇ、上方１０
０ａと１００ｆ、下方１００ｃと１００ｈ、側方１００
ｄ，１００ｅ，１００ｉ，１００ｊとの４つが独立に温
度制御され、反応管内が均一な温度分布になるように加
熱されている。そして、反応管内に収納されたウエハが
熱処理される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成を有する従来例の場合には、次のような問題が
ある。先ず、上記のように、５つの加熱領域に分割され
た分割ヒータ群１００の温度分布を実測すると、図８に
示すような結果が得られた。なお、各々のヒータは、図
３に示すような板状ヒータを使用し、例えば中央の加熱
領域１００ｂ（大きさ２００ｍｍ×２００ｍｍ）に対し
てヒータピッチを１５ｍｍとしている。また、図８の曲
線は、図中に示した各温度の等温線を示す。

【０００５】図８から明らかなように、破線で示した各
々の加熱領域の境界で温度の低下が生じている。特に、
加熱領域１００ａと、１００ｄ、および１００ｅとの境
界Ｐ５、また、加熱領域１００ｃと、１００ｄ、および
１００ｅとの境界Ｐ６とで著しく温度が低下している。
すなわち、従来の装置では、ウエハを挟んで対向配備さ
れた各々のヒータが、同じ配置構成であり、対向する分
割領域の境界がそれぞれ対向する位置に配置されている
ので、その境界で温度低下が生じる。このように周辺ヒ
ータ同士の境界で温度低下が生じるので、加熱領域全体
の温度分布を均一にすることができなかった。

【０００６】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、分割ヒータ構造において、境界領域で
の温度変化を極力小さくした熱処理装置を提供すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、次のような構成をとる。すなわ
ち、本発明に係る熱処理装置は、１枚ないし数枚の単位
で半導体ウエハを処理し、前記半導体ウエハが収納され
る反応管を挟んで対向配備される２つの分割ヒータ群を
備えた熱処理装置において、前記２つの分割ヒータ群の
おのおのは、中央のヒータと、その周辺に配置される周
辺ヒータ群とからなり、前記対向する２つの中央ヒータ
は、前記半導体ウエハを覆う大きさの同じ面積の加熱領
域をもち、前記対向する２つの周辺ヒータ群は、周辺ヒ
ータ同士の境界が対向しないように配置されているもの
である。

【０００８】

【作用】本発明の作用は次のとおりである。反応管を挟
んで対向配備される２つの分割ヒータ群によって、半導
体ウエハを収納する反応管内が加熱される。このとき、
２つの分割ヒータ群のおのおのが、半導体ウエハを覆う
同一面積の加熱領域をもった中央ヒータと、その周辺に
配置される周辺ヒータ群とから構成されており、かつ周
辺ヒータ同士の境界が対向しないように配置されるの
で、境界での温度低下が上下のヒータ群で互いに補い合
われる。その結果、温度変化の小さい、より均一な温度
分布に反応管内を加熱することができる。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を説
明する。 ＜第１実施例＞図１は、第１実施例に係る熱処理装置の
概略構成を示す縦断面図である。図中、符号１０は、加
熱空間を形成する外容器である。この外容器１０は、上
部に設けられた上面反射板１０ａと、下部に設けられた
下面反射板１０ｂと、ウエハＷの出し入れ側に設けられ
た側板１０ｃと、これに対向する側板１０ｄと、図示し
ない一対の側板とによって密閉状態に構成されている。
外容器１０は、例えばアルミニウム合金等で形成され、
各板の内部に水等の冷却媒体が流れる冷却配管１１が多
数埋設されている。また、上面反射板１０ａと、下面反
射板１０ｂとは、後述する分割ヒータ群４０からの輻射
熱を反射するために内部側にＡｕメッキが施されてい
る。

【００１０】外容器１０は、その内部にウエハＷを収納
する石英製の反応管２０と、この反応管２０を挟んで対
向配備される２つの分割ヒータ群４０とを備えている。
反応管２０は、その前端が側板１０ｃから突出するよう
に側板１０ｃ，１０ｄに水平に支持され、反応管２０の
外面から所定間隔をおいて分割ヒータ群４０が反応管２
０に沿って平行に支持されている。

【００１１】反応管２０の後端（図１の左側）に、ウエ
ハＷの酸化、拡散等の処理に応じた処理ガスを導入する
ための処理ガス導入口２１が形成され、図示しない処理
ガス供給装置によって、反応管２０内に処理ガスが導入
される。

【００１２】反応管２０の前端（図１の右側）に、ウエ
ハ支持機構３０に支持されたウエハＷを出し入れするた
めの開口部２２と、開口部２２の手前上部に処理ガス排
気口２３が形成されている。処理ガス排気口２３は、図
示しない吸引装置に連通接続され、処理ガス導入口２１
から導入された処理ガスを吸引排気する。

【００１３】ウエハ支持機構３０は、石英ガラス等で形
成されたウエハ支持体３１に円状枠３２が形成され、こ
の円状枠３２に等間隔に複数個の爪３３が取り付けられ
ている。この爪３３にウエハＷが水平に安定保持され
る。ウエハ支持機構３０は、図示しない搬送機構によっ
て駆動され、ウエハＷを保持した状態で、開口部２２を
介して反応管２０内への出し入れを行う。また、ウエハ
支持体３１には、扉３４が一体に取り付けられ、反応管
２０内にウエハＷを挿入した状態で、扉３４によって開
口部２２が閉塞される。

【００１４】分割ヒータ群４０は、反応管２０内の温度
分布を均一にするため、複数領域に分割され、各々が独
立して後述する温度制御系により制御されている。各々
の分割ヒータ群４０の上下には、対流による温度分布の
変化を防止するための石英製の対流防止板４１がそれぞ
れ近接して対向配設されている。る。

【００１５】分割ヒータ群４０の配置構成を、図２を参
照して説明する。図２は、分割ヒータ群４０の配置構成
を示した斜視図である。なお、図２中の数字は長さを示
し、単位はｍｍである。各々の分割ヒータ群４０は、図
２に示すように、反応管２０内に収納されたウエハＷを
挟んで平行に対向配備されている。反応管２０の上部ヒ
ータ群４０は、上センタゾーン４２ａと、その周辺の上
リアゾーン４３ａ、上レフトサイドゾーン４４ａ、上フ
ロントゾーン４５ａ、上ライトサイドゾーン４６ａとか
らなり、下部ヒータ群４０は、下センタゾーン４２ｂ
と、その周辺の下リアゾーン４３ｂ、下レフトサイドゾ
ーン４４ｂ、下フロントゾーン４５ｂ、下ライトサイド
ゾーン４６ｂとからなり、いずれも５つの加熱領域に分
割されている。なお、上下で対をなす各ゾーン、例え
ば、上リアゾーン４３ａと、下リアゾーン４３ｂとで１
つの加熱領域が形成され、それぞれの加熱領域は他の加
熱領域とは独立して温度制御されている。

【００１６】対向する一対の上センタゾーン４２ａと下
センタゾーン４２ｂとは、それぞれウエハＷを覆う大き
さの同じ面積の加熱領域を備えている。本実施例では、
上，下センタゾーン４２ａ，４２ｂの大きさを２００ｍ
ｍ×２００ｍｍとし、実際にはφ２００ｍｍ寸法である
８インチサイズウエハＷまで対応出来るように形成され
ている。なお、ウエハ支持機構３０は、ウエハＷの中心
が、上，下センタゾーン４２ａ，４２ｂの中心に位置す
るように、ウエハＷの熱処理位置が設定されている。

【００１７】上センタゾーン４２ａの周辺に配置される
各ゾーン４３ａ〜４６ａと、下センタゾーン４２ｂの周
辺に配置される各ゾーン４３ｂ〜４６ｂとは、それぞれ
の境界が対向しないように配置されている。例えば、図
２に斜線で示した上，下ライトサイドゾーン４６ａ，４
６ｂについて説明すると、上ライトサイドゾーン４６ａ
と上フロントゾーン４５ａとの境界Ｐ１が左右方向に延
びているのに対して、下ライトサイドゾーン４６ｂと下
フロントゾーン４５ｂとの境界Ｐ１’は前後方向に延び
ていて、両者は対向する位置関係にはない。また、上ラ
イトサイドゾーン４６ａと上リアゾーン４３ａとの境界
Ｐ２は前後方向に延びているのに対して、下ライトサイ
ドゾーン４６ｂと下リアゾーン４３ｂとの境界Ｐ２’は
左右方向に延びていて、両者はやはり対向する位置関係
にはない。

【００１８】上記のように、上下それぞれの加熱領域の
境界が対向しないように配置されているので、各加熱領
域の境界での温度低下を互いに補うことができる。その
結果、反応管２０内をより一層均一な温度分布に加熱す
ることができる。

【００１９】各々の分割ヒータ群４０は、図３に示すよ
うに、高温下でも絶縁性が低下しない高純度のアルミナ
等を丸棒状に形成したヒータ支持棒５０に、Ｆｅ−Ｃｒ
−Ａｌ合金等の電熱材料で形成した板状ヒータ５１が波
状に編み込まれて構成されている。板状ヒータ５１は、
各々の端が連結された溶接部５２を介して電気的に接続
されており、また各板状ヒータ５１の間はアルミナ等の
絶縁板５３によって仕切られている。

【００２０】なお、分割ヒータ群４０は図３に示したも
のに限らず、例えば、図４に示すように、板状ヒータ５
１に替えて同様の材料で形成されるコイル状ヒータ５５
を用いたものであってもよい。

【００２１】次に、分割ヒータ群４０の温度制御系６０
の構成を、図５を参照して説明する。なお、一対をなす
各ゾーンの温度は、それぞれ独立して同じ構成の温度制
御系６０によって制御されているので、ここでは上，下
フロントゾーン４５ａ，４５ｂを例にあげて説明する。

【００２２】温度制御系６０は、電源６１からの電力を
上フロントゾーン４５ａと下フロントゾーン４５ｂとに
直列的に与える電力調整器６２と、熱電対６３からの信
号を取り込んで予め設定されている設定値と比較し、こ
の差をゼロとするように電力調整器６２へ信号を送る温
度コントローラ６４とから構成されている。なお、熱電
対６３は、他の隣接する加熱領域（例えば上レフトサイ
ドゾーン４４ａ）の温度の影響を受けないようにするた
めに、上，下フロントゾーン４５ａ，４５ｂとが対向す
る範囲内に配備される。

【００２３】本実施例では、上下一対の上，下フロント
ゾーン４５ａ，４５ｂを、一つの温度制御系６０で温度
を制御しているので、上下のヒータの発熱量を同じにす
るために、前記上下のヒータの面積（抵抗値）を同じ値
にしている。但し、対応する上下のヒータを個別に制御
する場合は、ヒータの面積（抵抗値）は異なってもよ
く、次に、ヒータの面積を変えた別の実施例を説明す
る。

【００２４】＜第２実施例＞図６は、第２実施例に係る
熱処理装置の分割ヒータ群の配置構成を示す斜視図であ
る。なお、分割ヒータ群の配置以外の構成は第１実施例
と同じなので、ここでの説明は省略する。各々の分割ヒ
ータ群７０は、図６に示すように、反応管２０内に収納
されたウエハＷを挟んで平行に対向配備され、それぞれ
５つの加熱領域に分割されている。なお、上下の一対の
各ゾーン、例えば、上リアゾーン７３ａと、下リアゾー
ン７３ｂとで１つの加熱領域が形成され、他の加熱領域
とは独立して温度制御されている。

【００２５】対向する一対の上センタゾーン７２ａと下
センタゾーン７２ｂとは、第１実施例と同様に、それぞ
れウエハＷを覆う大きさの同じ面積を有する加熱領域に
形成されている。一方、上，下センタゾーン７２ａ，７
２ｂの周辺の対向する一対の各ゾーンは、それぞれ異な
った面積で、境界が対向しないように配置されている。
例えば、図６に斜線で示した上，下ライトサイドゾーン
７６ａ，７６ｂについて説明すると、上ライトサイドゾ
ーン７６ａは１００ｍｍ×４００ｍｍ、下ライトサイド
ゾーン７６ｂは１００ｍｍ×２００ｍｍに形成されてい
る。また、下ライトサイドゾーン７６ｂと下フロントゾ
ーン７５ｂとの境界Ｐ３と、下ライトサイドゾーン７６
ｂと下リアゾーン７３ｂとの境界Ｐ４とは、上ライトサ
イドゾーン７６ａの範囲内に収まるように形成されてい
る。すなわち、下ライトサイドゾーン７６ｂの境界Ｐ
３，Ｐ４が上ライトサイドゾーン７６ａの対向する境界
とそれぞれ対向しないように配置されている。

【００２６】なお、上記実施例では、ウエハＷが１枚熱
処理される場合について説明してきたが、これに限らず
ウエハ支持機構によって数枚のウエハＷを水平方向に支
持して熱処理してもよい。

【００２７】また、上記第１，第２実施例においては、
ウエハＷを水平方向から出し入れする横型熱処理装置で
あったが、ウエハＷを垂直方向から出し入れする縦型熱
処理装置としてもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、反応管を挟んで対向配備される２つの分割ヒ
ータ群のおのおのが、中央ヒータと、周辺ヒータ群とに
分割され、さらに、対向する周辺ヒータ群は各々の周辺
ヒータ同士の境界が対向しないように配置されるので、
周辺ヒータ同士の境界での温度低下が互いに補い合われ
る。すなわち、境界での温度低下を極力小さくすること
ができるので、半導体ウエハを全面にわたり均一な温度
で熱処理することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例に係る熱処理装置の概略構成を示す
縦断面図である。

【図２】分割ヒータ群の配置構成を示す斜視図である。

【図３】ヒータの概略構成を示す斜視図である。

【図４】ヒータの変形例の概略構成を示す斜視図であ
る。

【図５】ヒータの温度制御系を示す図である。

【図６】第２実施例に係る熱処理装置の分割ヒータ群の
配置構成を示す斜視図である。

【図７】従来装置の分割ヒータの概略構成を示す斜視図
である。

【図８】従来の分割ヒータ構造における温度分布を示す
図である。

【符号の説明】

１０ … 外容器 ２０ … 反応管 ２１ … 処理ガス導入口 ２２ … 開口部 ２３ … 処理ガス排気口 ３０ … ウエハ支持機構 ４０ … 分割ヒータ群 ４２ａ，７２ａ … 上センタゾーン ４３ａ，７３ａ … 上リアゾーン ４４ａ，７４ａ … 上レフトサイドゾーン ４５ａ，７５ａ … 上フロントゾーン ４６ａ，７６ａ … 上ライトサイドゾーン ４２ｂ，７２ｂ … 下センタゾーン ４３ｂ，７３ｂ … 下リアゾーン ４４ｂ，７４ｂ … 下レフトサイドゾーン ４５ｂ，７５ｂ … 下フロントゾーン ４６ｂ，７６ｂ … 下ライトサイドゾーン ５１ … 板状ヒータ ６０ … 温度制御系 ６２ … 電力調整器 ６３ … 熱電対 ６４ … 温度コントローラ Ｗ … ウエハ Ｐ１，２，３，４ … 境界

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【手続補正書】

【提出日】平成６年３月１８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２５】対向する一対の上センタゾーン７２ａと下
センタゾーン７２ｂとは、第１実施例と同様に、それぞ
れウエハＷを覆う大きさの同じ面積を有する加熱領域に
形成されている。一方、上，下センタゾーン７２ａ，７
２ｂの周辺の対向する一対の各ゾーンは、それぞれ異な
った面積で、境界が対向しないように配置されている。
例えば、図６に斜線で示した上，下ライトサイドゾーン
７６ａ，７６ｂについて説明すると、上ライトサイドゾ
ーン７６ａは１００ｍｍ×４００ｍｍ、下ライトサイド
ゾーン７６ｂは１００ｍｍ×２００ｍｍに形成されてい
る。また、下ライトサイドゾーン７６ｂと下フロントゾ
ーン７５ｂとの境界Ｐ３と、下ライトサイドゾーン７６
ｂと下リアゾーン７３ｂとの境界Ｐ４とは、上ライトサ
イドゾーン７６ａの範囲内に収まるように形成されてい
る。すなわち、下ライトサイドゾーン７６ｂの境界Ｐ
３，Ｐ４が上ライトサイドゾーン７６ａの対応する境界
とそれぞれ対向しないように配置されている。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １枚ないし数枚の単位で半導体ウエハを
   処理し、前記半導体ウエハが収納される反応管を挟んで
   対向配備される２つの分割ヒータ群を備えた熱処理装置
   において、 前記２つの分割ヒータ群のおのおのは、中央のヒータ
   と、その周辺に配置される周辺ヒータ群とからなり、 前記対向する２つの中央ヒータは、前記半導体ウエハを
   覆う大きさの同じ面積の加熱領域をもち、 前記対向する２つの周辺ヒータ群は、周辺ヒータ同士の
   境界が対向しないように配置されていることを特徴する
   熱処理装置。