JPH09148260A - 半導体ウエハーの加熱処理装置 - Google Patents

半導体ウエハーの加熱処理装置

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JPH09148260A
JPH09148260A JP33389295A JP33389295A JPH09148260A JP H09148260 A JPH09148260 A JP H09148260A JP 33389295 A JP33389295 A JP 33389295A JP 33389295 A JP33389295 A JP 33389295A JP H09148260 A JPH09148260 A JP H09148260A
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耕三 荻野
Nobuhiro Munetomo
宣浩 宗友
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Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体ウエハーWを均一に加熱することができ
る半導体ウエハーの加熱処理装置を提供する。 【解決手段】半導体ウエハーWを支持するウエハー支持
体2の基盤21上に、整流板4を設け、昇降ロッド31
の中空部31aを通して供給されるガスが、半導体ウエ
ハーWの中央部に直接吹き付けられるのを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体ウエハー
の製造プロセスにおいて、アニール酸化膜を形成した
り、不純物を拡散させたり、蒸着膜を形成したりするた
めに使用される半導体ウエハーの加熱処理装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体ウエハーの製造プロセスに
おいては、焼鈍、リン,ヒ素等の不純物の拡散、酸化膜
の形成、化学蒸着等のために、急熱炉を備える加熱処理
装置が使用されている。この加熱処理装置の一つに、半
導体ウエハーを、一枚ずつ水平に支持した状態で加熱す
るものが提供されている(例えば特開平2−14514
号公報参照)。
【0003】この種の加熱処理装置は、プロセスチャン
バー内に供給された半導体ウエハーを、水平に支持する
ウエハー支持体と、このウエハー支持体を支承する筒状
の昇降ロッドを有し、当該ウエハー支持体に支持された
半導体ウエハーを、加熱チャンバーに移送する昇降手段
と、加熱チャンバーに移送された半導体ウエハーを、放
射加熱する赤外線ヒータ等を備えており、上記ウエハー
支持体を昇降手段によって上昇させることにより、ウエ
ハー支持体に支持された半導体ウエハーを、ローディン
グ位置から加熱チャンバーに移送して、所定の加熱処理
を行うことができる。この際、上記昇降ロッドの中空部
を通して、加熱処理に必要な酸素等のガスを、半導体ウ
エハーに供給する。そして、この加熱処理が完了した時
点で、ウエハー支持体を下降させることにより、半導体
ウエハーを再び上記ローディング位置に復帰させて、プ
ロセスチャンバーから取り出すことができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
加熱処理装置においては、円板状の半導体ウエハーを、
加熱チャンバーで加熱処理する際に、上記昇降ロッドの
中空部を通して供給されるガスが、半導体ウエハーの中
央部に直接吹き付けられるので、当該中央部が冷却され
ることになる。しかも、上記加熱処理装置は、半導体ウ
エハーと赤外線ヒータとの位置関係に起因して、半導体
ウエハーの中央部に対する赤外線の照射量が、その外周
側よりも少なくなるために、赤外線ヒータによる加熱温
度自体も、外周側よりも中心部が低くなる傾向がある。
このため、上記ガスの吹き付けによる半導体ウエハーの
温度低下の影響が大きく、成膜の厚みがばらついて、そ
の表面抵抗が不均一になったり、結晶欠陥を生じたりし
易いという問題があった。
【0005】この発明は、上記問題点に鑑みてなされた
ものであり、半導体ウエハーをより均一に加熱すること
ができ、膜厚がばらついたり、結晶欠陥を生じたりする
のを防止することができる半導体ウエハーの加熱処理装
置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
のこの発明の半導体ウエハーの加熱処理装置は、円板状
の半導体ウエハーを、基盤上に立設された支持ピンによ
って、基盤から浮揚させた状態で水平に支持するウエハ
ー支持体と、上記ウエハー支持体を支承するとともに中
空部を通して半導体ウエハーにガスを供給する筒状の昇
降ロッドを有し、上記ウエハー支持体を昇降ロッドを介
して上昇させて、ウエハー支持体に支持された半導体ウ
エハーを加熱チャンバーに移送する昇降手段と、上記加
熱チャンバーに移送された半導体ウエハーを放射加熱す
るヒータとを備える半導体ウエハーの加熱処理装置にお
いて、上記基盤上に、上記昇降ロッドの中空部を通して
供給されるガスが、半導体ウエハーの中央部に直接吹き
付けられるのを防止する整流板を設けたことを特徴とす
るものである。
【0007】上記の構成の半導体ウエハーの加熱処理装
置によれば、上記昇降ロッドの中空部を通して供給され
るガスが、半導体ウエハーの中央部に直接吹き付けられ
るのを、上記基盤上に設けた整流板によって防止するこ
とができる。このため、当該ガスによって半導体ウエハ
ーの中央部が冷却されるのを防止することができる。
【0008】上記整流板は、円板状のものであって、そ
の外径を、半導体ウエハーの外径の60%を超えるか、
又は上記昇降ロッドの中空部を通して供給されるガスの
吹き出し口の内径の2倍を超え、当該半導体ウエハーの
外径寸法未満の範囲に設定しておくのが好ましく、この
場合において、上記整流板と基盤との間隔は、ウエハー
支持体に支持された半導体ウエハーと基盤との間隔の1
5%を超え50%未満の範囲に設定しておくのが好まし
い。
【0009】上記整流板の外径が、半導体ウエハーの外
径の60%以下又は上記ガスの吹き出し口の内径の2倍
以下であると、半導体ウエハーのうちの、整流板の外周
に対応する部分にガスが直接吹き付けられて、当該部分
の温度が低下し易い。また、上記整流板の外径が、半導
体ウエハーの外径寸法以上であると、半導体ウエハー全
体にわたってガスが直接吹き付けられるのを防止するこ
とができるが、ガスが大きく分散されて、ガス濃度が薄
くなるので、加熱処理に時間がかかることになる。一
方、上記整流板と基盤との間隔が、ウエハー支持体に支
持された半導体ウエハーと基盤との間隔の15%以下で
あれば、供給ガスが直接半導体ウエハーに吹き付けられ
るのを効果的に防止することができるものの、半導体ウ
エハーと整流板との間隔が大きくなるので、半導体ウエ
ハーにガスを十分に供給することができなくなる。ま
た、上記整流板と基盤との間隔が、ウエハー支持体に支
持された半導体ウエハーと基盤との間隔の50%以上で
あれば、半導体ウエハーの外周側に吹き付けられるガス
の量が増えるために、当該外周側の加熱温度が低下し易
くなる。
【0010】上記整流板は、透明な石英からなるものが
好ましく、この場合には、加熱された半導体ウエハーか
ら放射される赤外線が、整流板を透過可能であるので、
当該赤外線を、整流板及び昇降ロッドの中空部を通し
て、昇降ロッドの下端部で受光して、半導体ウエハーの
表面温度を測定することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態につい
て、添付図面を参照しながら詳述する。図1はこの発明
の半導体ウエハーの加熱処理装置の一つの実施の形態を
示す要部拡大断面図であり、図2はその全体を示す概略
断面図である。この加熱処理装置は、半導体ウエハーW
を加熱する急熱炉1と、プロセスチャンバーCの内部に
おいて半導体ウエハーWを支持するウエハー支持体2
と、このウエハー支持体2を支承する昇降ロッド31を
備え、当該ウエハー支持体2に支持された半導体ウエハ
ーWを昇降させる昇降手段3と、上記昇降ロッド31の
中空部31aを通して供給される加熱処理用のガスが、
半導体ウエハーWの中央部に直接吹き付けられるのを防
止する整流板4と、半導体ウエハーWの加熱温度を測定
する温度測定器5と、ウエハー支持体2に半導体ウエハ
ーWを供給したり、ウエハー支持体2から半導体ウエハ
ーWを取り出したりするハンドリング手段6と、上記昇
降手段3やハンドリング手段6の駆動を制御する制御部
7等によって主要部が構成されている。
【0012】上記急熱炉1は、プロセスチャンバCを構
成する筒体11の上部外周に、赤外線ヒータ12を配置
したものであり、上記筒体11の途中部は、断熱材13
によって覆われている。上記筒体11は、石英、SiC
等からなるものであり、上部が閉塞されているととも
に、下部が開口されている。この筒体11の下部の開口
は、上記ハンドリング手段6が構成された搬送チャンバ
ーBに連通されており、この搬送チャンバーBの底部は
底板B1によって閉塞されている。なお、上記プロセス
チャンバCの上部は加熱チャンバーAとして構成されて
いる。
【0013】ウエハー支持体2は、石英、SiC等から
なる平板状の基盤21上に、石英からなる複数本の支持
ピン22を立設したものである。各支持ピン22の高さ
は、半導体ウエハーWを水平に支持できるように、均一
に設定されている。なお、上記支持ピン22の下端部
は、基盤21に固着されている。また、上記基盤21の
中央部には、ガス吹き出し口21aが形成されている。
【0014】上記昇降手段3は、ウエハー支持体2を支
承する上記昇降ロッド31のほか、この昇降ロッド31
を昇降自在に支持する静圧軸受32と、昇降ロッド31
を昇降させる昇降駆動部33とを備えている。上記昇降
ロッド31は、石英管からなるものであり、その上端部
が上記ウエハー支持体2の基盤21の底部に接続されて
いるとともに、その中空部31aが基盤21のガス吹き
出し口21aに連通されており、当該中空部31aを通
して加熱処理に必要なドライ酸素等のガスを、半導体ウ
エハーWに供給できるようになっている。
【0015】上記昇降駆動部33は、モータ33aと、
このモータ33aによって回転駆動されるスパイラルギ
ヤ33bと、上記昇降ロッド31の下端部が連結され、
スパイラルギヤ33bに対して螺合された昇降部材33
cと、昇降部材33cの昇降をガイドするガイドロッド
33dと、昇降ロッド31の昇降ストロークを制御する
ためのエンコーダ33e等を備えている。また、上記昇
降手段3には、昇降ロッド31を回転させるための回転
駆動機構も構成されている。
【0016】上記整流板4は、ウエハー支持体2の基盤
21と、ウエハー支持体2に支持された半導体ウエハー
Wとの間に介在されている。この整流板4は、上記昇降
ロッド31の中空部31a及び基盤21のガス吹き出し
口21aを通して供給されるガスが、半導体ウエハーW
の中央部に直接吹き付けられるのを防止することによ
り、当該ガスによって半導体ウエハーWの中央部が冷却
されるのを抑制する。この整流板4は、透明な石英から
なる円板状のものであり、その下面には、当該整流板4
を基盤21から浮揚させた状態に配置するための複数の
脚41が垂設されている。
【0017】上記整流板4の外径D1と半導体ウエハー
Wの外径D2、及び基盤21のガス吹き出し口21aの
内径D3の相互の関係は、 D2>D1>D3 となるように設定するのが好ましい。これは、D2≦D
1であれば、基盤21のガス吹き出し口21aから吹き
出すガスが、半導体ウエハーWの全体にわたって直接吹
き付けられるのを防止することができるが、ガスが広く
分散されて、半導体ウエハーWを十分な濃度のガス雰囲
気におくことができなくなり、所定膜厚を得るために、
処理時間を長くする必要があるとともに、半導体ウエハ
ーWが長時間にわたって高温雰囲気にさらされるため
に、格子欠陥が増えるという問題が生じるからであり、
また、D1≦D3であれば、ガス吹き出し口21aから
吹き出すガスが、半導体ウエハーWの中央部に対して直
接吹き付けられるのを効果的に防止し得なくなるからで
ある。
【0018】また、上記整流板4の外径D1の下限値に
ついては、半導体ウエハーWの外径D2の60%を超え
るか、又は上記ガス吹出し口21aの内径D3に対して
(D1/D3)>2となる範囲に設定しておくのが好ま
しい。これは、上記整流板4の外径D1が、半導体ウエ
ハーWの外径D2の60%以下、又は(D1/D3)<
2であると、半導体ウエハーWのうちの、整流板4の外
周に対応する部分にガスが直接吹き付けられて、当該部
分の温度が低下するからである。従って、上記整流板4
の外径D1と、半導体ウエハーWの外径D2又はガス吹
き出し口21aの内径D3との関係は、それぞれ 100(%)>(D1/D2)×100>60(%) 又はD2>D1>2×D3 となるのが好ましく、かかる範囲であれば、半導体ウエ
ハーWの外周側により多くのガスが吹き付けられるが、
当該外周側は、炉壁から放射される赤外線の吸収量が多
く、高温になるため、半導体ウエハーW自体の温度低下
は生じ難い。なお、整流板4の外径D1の下限値は、半
導体ウエハーWの外径D2と上記ガス吹出し口21aの
内径D3とを考慮し、(0.6×D2)と(2×D3)
の何れか小さい値に設定される。
【0019】一方、上記整流板4と基盤21との間隔S
1、及び半導体ウエハーWと基盤21との間隔S2の関
係は、 50(%)>(S1/S2)×100>15(%) となるのが好ましい。(S1/S2)×100≦15
(%)であれば、供給ガスが直接半導体ウエハーWに吹
き付けられるのを効果的に防止することができるが、半
導体ウエハーWと整流板4との間隔が大きくなるので、
半導体ウエハーWを十分な濃度のガス雰囲気におくこと
ができなくなる。このため、所定膜厚を得るために、処
理時間を長くする必要があるとともに、半導体ウエハー
Wが長時間にわたって高温雰囲気にさらされるために、
格子欠陥が増えるという問題が生じる。また、(S1/
S2)×100≧50(%)であれば、半導体ウエハー
Wの外周側に吹き付けられるガスの量が増えるために、
当該外周側が冷却されて、その膜厚が薄くなり易いとと
もに、半導体ウエハーWに整流板4が接近することか
ら、整流板4の透明度が下がり、赤外線を透過し難くな
って、半導体ウエハーWの表面温度を性格に測定し難
い。
【0020】温度測定器5は、加熱された半導体ウエハ
ーWから照射される赤外線を、昇降ロッド31の中空部
31aを通して、当該昇降ロッド31の下端部で受光
し、この受光した赤外線と、比較放射体から放射される
赤外線とを比較して、零位法によって測定する熱線放射
温度計によって構成されている。
【0021】ハンドリング手段6は、水平方向へ旋回可
能なロボットアーム61の先端に、半導体ウエハーWの
裏面(下面)を真空吸着するための吸着盤62を設けた
ものであり(図1参照)、当該半導体ウエハーWをウエ
ハー支持体2の支持ピン22上に供給したり、加熱処理
が完了した半導体ウエハーWを支持ピン22上から取り
出したりすることができる。
【0022】以上の構成であれば、加熱チャンバーAに
おいて半導体ウエハーWを加熱処理する際に、昇降ロッ
ド31の中空部31aを通して供給されるガスが、半導
体ウエハーWの中央部に直接吹き付けられるのを、上記
整流板4によって防止して、当該ガスによって半導体ウ
エハーWの中央部が冷却されるのを防止することができ
る。このため、半導体ウエハーWの外周側と中央部とを
均一に加熱することができる結果、半導体ウエハーWの
成膜の厚みがばらついたり、結晶欠陥が生じたりするの
を防止することができる。
【0023】特に、上記整流板4の外径D1を、半導体
ウエハーWの外径D2の60%を超えるか、又は上記ガ
ス吹出し口21aの内径D3の2倍を超え、半導体ウエ
ハーWの外径寸法未満の範囲に設定している場合には、
当該半導体ウエハーWをより均一に加熱することができ
るとともに、半導体ウエハーWの処理時間を短くするこ
とができる。しかも、上記整流板4が、透明な石英によ
って形成されているので、加熱された半導体ウエハーW
から放射される赤外線を、支障なく透過させることがで
きる。このため、当該赤外線を温度測定器5によって受
光して、その表面温度を支障なく測定することができ
る。
【0024】[評価試験1]実施例として、透明な石英
からなる円板状の整流板4を作製し、これを図2に示す
縦型炉形式の加熱処理装置の基盤21上に配置した。こ
の整流板4の外径D1は90mm(半導体ウエハーの外
径D2の60%)であり、厚みは1.5mmである。ま
た、基盤21との間隔S1は6.5mm(半導体ウエハ
ーWと基盤21との間隔S2の22%)に設定した。な
お、基盤21のガス吹き出し口21aの内径は20.3
mmである。
【0025】上記実施例に示す加熱処理装置と、上記整
流板4を設けていない加熱処理装置(比較例)をそれぞ
れ用いて、以下の条件で半導体ウエハーに酸化膜を形成
し、その膜厚の均一性についての評価試験を行った。 <試験条件> 半導体ウエハー Si製、平均外径150mm 加熱処理温度 1150°C 加熱処理時間 120秒 供給ガス ドライO2 加熱処理時のガス供給量 1000cc/分 供給ガス圧 4.5kg/cm2
【0026】上記評価試験の結果を図3に示す。なお、
同図における横軸のrは、半導体ウエハーWの半径を示
している。この評価試験の結果、実施例の加熱処理装置
を用いた場合には、最大膜厚と最小膜厚との差が7オン
グストロームであったのに対して、比較例の加熱処理装
置のそれは、13.1オングストロームであった。この
ことから、上記整流板4によって、半導体ウエハーWの
外周側と中央部との間で加熱むらが生じるのが抑制され
ていることが明らかである。なお、上記平均膜厚は、2
20オングストロームであった。
【0027】[評価試験2]外径D1を半導体ウエハー
Wの外径D2の50%、80%,120%にそれぞれ設
定した整流板4を準備し、各整流板4を用いて、加熱処
理時間を130秒とした以外は上記試験条件と同一条件
で半導体ウエハーの膜厚の均一性についての評価試験を
行った。この評価試験の結果を、整流板4を用いない場
合の試験結果とともに図4に示す。同図より、整流板4
の外径D1が半導体ウエハーWの外径D2の50%の場
合には、半導体ウエハーWのうちの、整流板4の外周に
対応する付近にガスが直接吹き付けられて、当該部分の
温度が低下し、膜厚が薄くなっていることが分かる。ま
た、整流板4の外径D1が半導体ウエハーWの外径D2
の120%の場合には、全体的に膜厚が薄く、所望の膜
厚を得るためには加熱処理時間を長くする必要があるこ
とが分かる。従って、整流板4の外径D1は、半導体ウ
エハーの外径の60%を超え100%未満の範囲である
ことが好ましいと推察される。
【0028】[評価試験3]評価試験1において、整流
板4と基盤21との間隔S1を、半導体ウエハーWと基
盤21との間隔S2の10%、35%、80%にそれぞ
れ変化させて、半導体ウエハーの膜厚の均一性について
の評価試験を行った。この評価試験の結果を、図5に示
す。同図より、整流板4と基盤21との間隔S1が、半
導体ウエハーWと基盤21との間隔S2の10%の場合
には、全体的に膜厚が薄く、所望の膜厚を得るためには
加熱処理時間を長くする必要があることが分かる。ま
た、整流板4と基盤21との間隔S1が、半導体ウエハ
ーWと基盤21との間隔S2の80%の場合には、半導
体ウエハーWの外周側に吹き付けられるガスの量が増え
るために、当該外周側の膜厚が薄くなっていることが分
かる。従って、整流板4と基盤21との間隔S1は、半
導体ウエハーWと基盤21との間隔S2の15%を超え
50%未満の範囲に設定するのが好ましいと推察され
る。
【0029】
【発明の効果】以上のように、請求項1に係る半導体ウ
エハーの加熱処理装置によれば、昇降ロッドの中空部を
通して供給されるガスが、半導体ウエハーの中央部に直
接吹き付けられるのを、整流板によって防止することが
できるので、当該ガスによって半導体ウエハーの中央部
が冷却されるのを防止することができる。このため、半
導体ウエハーを均一に加熱することがことができる結
果、膜厚がばらついたり、結晶欠陥を生じたりするのを
防止することができる。
【0030】請求項2に係る半導体ウエハーの加熱処理
装置によれば、上記整流板が、円板状のものであり、そ
の外径が、半導体ウエハーの外径の60%又はガス吹き
出し口の内径の2倍を超え、半導体ウエハーの外径寸法
未満の範囲に設定されているので、半導体ウエハーをさ
らに均一に加熱することができるとともに、加熱処理時
間を短くすることができる。
【0031】請求項3に係る半導体ウエハーの加熱処理
装置によれば、整流板と基盤との間隔が、半導体ウエハ
ーに支持された半導体ウエハーと基盤との間隔の15%
を超え50%未満の範囲に設定されているので、上記整
流板の外径が、半導体ウエハーの外径の60%又はガス
吹き出し口の内径の2倍を超え、半導体ウエハーの外径
寸法未満の範囲に設定されている点と相まって、半導体
ウエハーをさらに均一に加熱することができるととも
に、加熱処理時間も短くすることができる。
【0032】請求項4に係る半導体ウエハーの加熱処理
装置によれば、上記整流板が、透明な石英からり、加熱
された半導体ウエハーから放射される赤外線が、整流板
を透過可能であるので、当該赤外線を、整流板及び昇降
ロッドの中空部を通して、昇降ロッドの下端部で受光す
ることができる。このため、半導体ウエハーの表面温度
を、昇降ロッドの内部を通して支障なく測定することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の半導体ウエハーの加熱処理装置の一
つの実施の形態を示す要部拡大断面図である。
【図2】加熱処理装置の全体を示す概略断面図である。
【図3】評価試験結果を示すグラフ図である。
【図4】評価試験結果を示すグラフ図である。
【図5】評価試験結果を示すグラフ図である。
【符号の説明】
1 急熱炉 12 赤外線ヒータ 2 ウエハー支持体 21 基盤 21a ガス吹出し口 22 支持ピン 3 昇降手段 31 昇降ロッド 31a 中空部 4 整流板 A 加熱チャンバー W 半導体ウエハー D1 整流板の外径 D2 半導体ウエハーの外径 D3 ガス吹出し口の内径 S1 整流板と基盤との間隔 S2 半導体ウエハーと基盤との間隔

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】円板状の半導体ウエハーを、基盤上に立設
    された支持ピンによって、基盤から浮揚させた状態で水
    平に支持するウエハー支持体と、 上記ウエハー支持体を支承するとともに中空部を通して
    半導体ウエハーにガスを供給する筒状の昇降ロッドを有
    し、上記ウエハー支持体を昇降ロッドを介して上昇させ
    て、ウエハー支持体に支持された半導体ウエハーを加熱
    チャンバーに移送する昇降手段と、 上記加熱チャンバーに移送された半導体ウエハーを放射
    加熱するヒータとを備える半導体ウエハーの加熱処理装
    置において、 上記基盤上に、上記昇降ロッドの中空部を通して供給さ
    れるガスが、半導体ウエハーの中央部に直接吹き付けら
    れるのを防止する整流板を設けたことを特徴とする半導
    体ウエハーの加熱処理装置。
  2. 【請求項2】上記整流板が、円板状のものであり、その
    外径を、半導体ウエハーの外径の60%又は上記ガスの
    吹き出し口の内径の2倍を超え、当該半導体ウエハーの
    外径寸法未満の範囲に設定している請求項1記載の半導
    体ウエハーの加熱処理装置。
  3. 【請求項3】上記整流板と基盤との間隔を、ウエハー支
    持体に支持された半導体ウエハーと基盤との間隔の15
    %を超え50%未満の範囲に設定している請求項2記載
    の半導体ウエハーの加熱処理装置。
  4. 【請求項4】上記整流板が、透明な石英からなる請求項
    1記載の半導体ウエハーの加熱処理装置。
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