JPH07230961A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体ウエハの温度測定用熱電対の交換等を
容易に行うことができる熱処理装置を提供する。 【構成】 反応管２０の処理ガス導入口２３側から、３
本の第１，第２，第３導管５０，５１，５２が、それぞ
れ導管支持部材５３を介して後フランジ２２に挿抜自在
に片持ち支持されて反応管２０内へ差し入れられてい
る。両端の２本の第１，第２導管５０，５１に、ウエハ
Ｗの両側部の温度計測用の第１，第２熱電対がそれぞれ
１個封入され、中央の第３導管５２に、ウエハＷの前後
部の温度計測用の２個の第３，第４熱電対と、ウエハＷ
中心部の温度計測用の１個の第５熱電対とが封入されて
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
で半導体ウエハを短時間で熱処理する熱処理装置に係
り、特に熱処理空間内の温度測定用熱電対の取付構造に
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り、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】熱処理装置の温度制御の手法として、ラン
プ加熱装置にみられるパイロメータを用いた温度計測法
と、抵抗加熱装置にみられる熱電対を用いた温度計測法
とがある。前者のパイロメータを用いた温度計測法は、
被測定物の温度を知るために、処理ウエハの輻射率を予
め知る必要があり、また、処理ウエハによって輻射率に
変動があるので、正確な温度測定が困難であるという難
点がある。そのため、最近では抵抗加熱方式の熱処理装
置で熱電対を用いた温度測定が主流になってきた。

【０００４】このような熱処理装置として、特開平５−
１１７８６５号公報に記載された装置が知られている。
この装置は、図５に示すように、ウエハＷの裏面に、そ
の先端が当接するように５個の支持体１００が設けら
れ、これらの支持体１００によってウエハＷを支持する
とともに、支持体１００を介してウエハＷの処理温度を
測定するものである。

【０００５】各支持体１００のうち１つはウエハＷの中
央部に当接され、その他の支持体１００はウエハＷの側
部に均等な間隔で離間して当接されている。各支持体１
００は、ウエハＷに当接する先端１０１が閉じられた密
閉構造の管状のものであり、その内部には、それぞれ１
つの熱電対１０２が先端１０１の内壁に当接するように
配備されている。そして、５つの支持体１００は、それ
ぞれが補強リング１０３と補強ロッド１０４とに連結さ
れ、下端において熱遮断板１０５や図示しないキャップ
等により一体に固定されている。このように一体に構成
された各支持体１００によって、ウエハＷが水平に支持
され、反応管内に搬入されて熱処理される。

【０００６】

【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。すなわち、ウエハＷを反応管内で保持する５つの
支持体１００と、熱電対１０２とが一体に構成されてい
るので、各支持体１００の洗浄や、熱電対１０２の取り
換えの手間を要し、煩雑であるという問題がある。

【０００７】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、半導体ウエハの温度測定用熱電対の取
り換え等を容易に行うことができる熱処理装置を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【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、反応管の前側から１枚
ないし数枚の単位で半導体ウエハを反応管内に挿入し、
反応管の後側から処理ガスを導入して前記半導体ウエハ
を熱処理する抵抗加熱式の熱処理装置において、前記反
応管の処理ガス導入側から、３本の導管が挿抜自在に前
記反応管内へ差し入れられており、両端の２本の導管に
は、前記半導体ウエハの両側部の温度計測用の熱電対が
それぞれ１個封入されており、中央の導管には、前記半
導体ウエハの前後部の温度計測用の２個の熱電対と、前
記半導体ウエハ中心部の温度計測用の１個の熱電対とが
封入されているものである。

【０００９】

【作用】本発明の作用は次のとおりである。３本の導管
に封入された５個の熱電対によって、半導体ウエハの温
度分布が計測される。各熱電対は、反応管内で半導体ウ
エハを支持する部材とは別体の導管に封入され、反応管
内の処理ガス導入側から差し入れられているので、熱電
対を取り外すことなく、ウエハ支持部材を取り出して洗
浄でき、また、各熱電対の交換は、各導管を個別に抜き
取ることにより容易に行うことができる。

【００１０】

【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。図１は、本発明の一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り、図２は、外容器１０の
内部を示す斜視図である。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１
０ｂとは、後述する分割ヒータ群４０からの輻射熱を反
射するためと、反射板の表面の酸化などによって反射率
が劣化することを防止するために内部側にＡｕメッキが
施されている。

【００１１】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、その両端が前フランジ２１，後フランジ
２２を介して側板１０ｃ，１０ｄに水平に支持されてい
る。この反応管２０の外面から所定間隔をおいて分割ヒ
ータ群４０が後述するように反応管２０に沿って平行に
支持されている。

【００１２】後フランジ２２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２３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。

【００１３】前フランジ２１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２４
と、開口部２４の手前上部に処理ガス排気口２５が形成
されている。処理ガス排気口２５は、図示しない吸引装
置に連通接続され、処理ガス導入口２３から導入された
処理ガスを吸引排気する。

【００１４】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２４を
介して反応管２０内へ出し入れされる。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２
０内にウエハＷを挿入した状態で、扉３４によって開口
部２４が閉塞される。

【００１５】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。

【００１６】各々の分割ヒータ群４０は、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４２に、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金等の電熱
材料で形成した板状ヒータ４３が波状に編み込まれて構
成されている。板状ヒータ４３は、各々の端が連結され
た溶接部４４を介して電気的に接続されており、また各
板状ヒータ４３の間は図示しないアルミナ等の絶縁板に
よって仕切られている。なお、分割ヒータ群４０は、図
１に示したものに限らず、例えば、板状ヒータ４３に替
えて同様の材料で形成されるコイル状ヒータを用いたも
のであってもよい。

【００１７】反応管２０の処理ガス導入口２３側から、
３本の第１，第２，第３導管５０，５１，５２が、それ
ぞれ導管支持部材５３を介して後フランジ２２に挿抜自
在に片持ち支持され、反応管２０内へ差し入れられてい
る。

【００１８】各導管の配置構成について、図３（ａ），
（ｂ）を参照して説明する。図３（ａ）は、ウエハＷと
各導管の位置関係を示した平面図であり、図３（ｂ）
は、その側面図である。第１導管５０の先端部には熱電
対５４ａが、第２導管５１の先端部には熱電対５４ｂ
が、中央の第３導管５２の先端部には３個の熱電対５４
ｃ，５４ｄ，５４ｅが、それぞれ封入されている。ウエ
ハ支持機構３０によりウエハＷが反応管２０内の熱処理
設定位置に挿入された状態において、熱電対５４ａ，５
４ｂがウエハＷの両側部に対向し、熱電対５４ｃ，５４
ｄがウエハＷの前部、後部に対向し、熱電対５４ｅがウ
エハＷの中心部に対向するように、各導管５０，５１，
５２が配備されている。

【００１９】なお、各導管５０，５１，５２の先端は閉
じられ、各熱電対が処理ガス等により汚染されないよう
に密閉構造の管状に形成されている。各熱電対の導線
は、導管支持部材５３を貫通して反応管２０の外部に引
き出され、後述する温度制御系に接続されている。

【００２０】以上のように、各熱電対がウエハ支持機構
３０とは別体の導管に封入されているので、ウエハ支持
機構３０を洗浄する場合、ウエハ支持機構３０を反応管
２０から単独で取り出して容易に洗浄することができ
る。また、各熱電対が導管内に封入され、導管支持部材
５３を介して後フランジ２２に挿抜自在に片持ち支持さ
れているので、導管支持部材５３を外して各導管を個別
に抜き取ることにより、各熱電対を容易に交換すること
ができる。

【００２１】次に、温度制御系６０の構成を、図４を参
照して説明する。温度制御系６０は、電源６１からの電
力を分割ヒータ群４０の各加熱領域に与える電力調整器
６２と、電力調整器６２を制御する温度コントローラ６
３と、前記各熱電対によるウエハＷの温度を表示する温
度モニタ６４等から構成されている。

【００２２】分割ヒータ群４０は、例えば５個のヒータ
４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅに分割され、
各ヒータごとにヒータ温度センサ４２ａ，４２ｂ，４２
ｃ，４２ｄ，４２ｅが配備されている。これらの各ヒー
タ温度センサが温度コントローラ６３に接続されてい
る。

【００２３】次に、実施例装置の温度制御動作を説明す
る。実際のウエハＷの熱処理に先立って、まずヒータ温
度の設定値が下記の手順で求められる。 （１）ウエハ支持機構３０によりヒータ温度設定用のダ
ミーウエハが反応管２０内に挿入され、実際の処理に応
じた処理ガスが処理ガス導入口２３から反応管２０内に
導入されながら分割ヒータ群４０により加熱される。そ
して、ウエハ温度計測用の熱電対５４ａ〜５４ｅにより
ダミーウエハの両側部，前後部，中央部（図３参照）の
温度が計測される。計測された各部の信号Ｓａ，Ｓｂ，
Ｓｃ，Ｓｄ，Ｓｅが温度モニタ６４に送られ、温度モニ
タ６４の画面上に各部の温度が表示される。

【００２４】（２）温度モニタ６４に表示された温度を
みながら、電力調整器６２を手動操作してダミーウエハ
の各部が所望の一定温度になるように各ヒータ４１ａ〜
４１ｅごとに電力を調整する。

【００２５】（３）調整後のヒータ温度センサ４２ａ〜
４２ｅの値Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ，Ｔｄ，Ｔｅを基準値とし
て温度コントローラ６３に入力して記憶させる。以上で
温度コントローラ６３へヒータ温度の設定値が設定さ
れ、以後、ウエハ支持機構３０によりダミーウエハが反
応管２０から搬出され、実際のウエハＷの熱処理が行わ
れる。

【００２６】（４）ウエハ支持機構３０により熱処理用
のウエハＷが反応管２０内に挿入され、上記加熱された
処理ガス雰囲気中でウエハＷが熱処理される。このと
き、温度コントローラ６３により、ヒータ温度センサ４
２ａ〜４２ｅで計測された各ヒータ温度と、ヒータ設定
値Ｔａ〜Ｔｅとが比較され、その差が０になるように電
力調整器６２のヒータ４１ａ〜４１ｅへの供給電力が調
整される。以上のように、温度コントローラ６３によ
り、常にウエハＷの全面にわたり均一な温度になるよう
に温度制御される。

【００２７】上記のウエハＷの熱処理において、熱電対
５４ａ〜５４ｅによるウエハＷの温度計測は、監視用に
用いられるものであり、例えば、ウエハＷの温度に異常
が発生した場合に、温度モニタ６４に異常発生を表示し
たり、あるいはブザー等により作業者に異常を知らせる
ものである。

【００２８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の熱処理装置によれば、各熱電対は、反応管内で半導体
ウエハを支持する部材とは別体の導管に封入され、反応
管内の処理ガス導入側から差し入れられているので、反
応管内から熱電対を取り外すことなく、ウエハ支持部材
だけを取り出して容易に洗浄でき、また、各熱電対の交
換は、各導管を個別に抜き取ることにより容易に行うこ
とができ、作業性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一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】外容器内部を示す斜視図である。

【図３】熱電対の配置を示す図である。

【図４】温度制御系を示す図である。

【図５】従来装置の要部を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１０ … 外容器 ２０ … 反応管 ２１ … 処理ガス導入口 ２３ … 処理ガス排気口 ３０ … ウエハ支持機構 ４０ … 分割ヒータ群 ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ … ヒータ ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，４２ｅ … ヒータ
温度センサ ５０ … 第１導管 ５１ … 第２導管 ５２ … 第３導管 ５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄ，５４ｅ … 熱電対 ６０ … 温度制御系 ６２ … 電力調整器 ６３ … 温度コントローラ ６４ … 温度モニタ Ｗ … ウエハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/324 Ｄ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反応管の前側から１枚ないし数枚の単位
   で半導体ウエハを反応管内に挿入し、反応管の後側から
   処理ガスを導入して前記半導体ウエハを熱処理する抵抗
   加熱式の熱処理装置において、 前記反応管の処理ガス導入側から、３本の導管が挿抜自
   在に前記反応管内へ差し入れられており、 両端の２本の導管には、前記半導体ウエハの両側部の温
   度計測用の熱電対がそれぞれ１個封入されており、 中央の導管には、前記半導体ウエハの前後部の温度計測
   用の２個の熱電対と、前記半導体ウエハ中心部の温度計
   測用の１個の熱電対とが封入されていることを特徴する
   熱処理装置。