JPS62260317A - 半導体ウエハの熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体ウェハの熱処理装置に係シ、特に、反
応管内に配列されて処理される複数の半導体ウェハを均
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
関するものである。

〔従来の技術〕

複数の半導体ウェハを保持具に配列して反応管内に搬入
し、反応ガスを導入するとともに反応管の外周からヒー
タで加熱処理する、半導体拡散装置、気相化学蒸着装置
などの半導体ウェハの熱処理装置としては、例えば、特
開昭５６−１５３７２８号公報記載の技術が知られてい
る。

当該公報記載の半導体ウェハの熱処理装置を、第６図お
よび第７図を参照して説明する。

ここに、第６図は、従来の半導体ウェハの横形熱処理装
置の縦断面図、第７図は、第６図の装置内のウェハ温度
分布を示す線図である。

第６図において、１は１円筒状の加熱器に係るヒータ、
２は、ヒータ１の内側にある均熱管で、一般に均熱管２
は、アルミナ製、シリコンカーバイト製などからなって
いる。３は、複数の半導体ウェハ４を管内に配列して処
理するための反応管で、一般に反応管３は、透明な石英
ガラスで形成されている。このように反応管３と、この
反応管３を囲繞する均熱管２と２この均熱管２の外周に
配設されるヒータ１とで加熱装置の主要構成をなし、ヒ
ータ１の外周を覆うように断熱材７が設けられている。

５ば、半導体ウェハ４を反応管３内に搬出入するための
駆動機構（図示せず）に接続するキャップ、６は、キャ
ップ５に接続する保持具に係るボートで、このボート６
は透明な石英ガラスで形成されており、ボート６に保持
された多数の半導体ウェハ（以下単にウェハという）４
を、反応管３内に管軸方向に配列する。

このような状態で、反応管３内に反応ガスを流すととも
にヒータ１で加熱してウェハに所定の熱処理を施す。

前記のような装置で全ヒータ１を一様に発熱させただけ
では、管軸方向の軸端部に位置するウェハ４ａ、４ｂが
、第７図に破線で示すように低い温度になってしまう。

そこで、ヒータ１を軸方向に３分割し、側方ヒータ１ａ
、ｌｂの発熱密度および温度を中央の主ヒータＩＣよ）
高くシ、複数のウエノ・４をほぼ同一温度に保つように
している。また、軸端部のウェハ４ａとキャップ５との
間に反射板１６を設け、ウェハの温度分布の均一化をは
かる工夫がなされている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術によると、反射板１６は、ウェハ４とキャ
ップ５とを断熱する作用はあるが、側方ヒータｌａ、ｌ
ｂの発熱をウェハ４の温度均一化に有効に利用する配慮
がなされていなかったため、側方ヒータｌａ、ｌｂの発
熱が無駄に外気に放熱されてしまい、発熱量が大きくな
る割にはウェハ４の温度を均一に保つことが難かしいと
いう問題があった。

また、上記従来技術は、均熱管２内の熱伝導について配
慮がされておらず、均熱管２は肉厚が一定で連続した円
筒形状のものが使用されていた。

そこで、高温の側方ヒータｌａ、ｌｂの熱が均熱管２内
を熱伝導し、均熱管２の中央部（中央の主ヒータＩＣに
対応する位置）の両側端近くの温度を上昇させてしまう
問題があった。その結果、ウェハ４の温度は、第７図に
実線で示すように、両側端近くで平均温度より少し高く
なるような温度分布になってしまう問題があった。

本発明は、前述の従来技術の問題点を解決するためにな
されたもので、ヒータの発熱量が小さくても、反応管内
の複数の半導体ウェハを均一の温度に保たせて熱処理を
行いうる半導体ウェハの熱処理装置の提供を、その目的
としている。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明に係る半導体ウェハ
の熱処理装置の構成は、複数の半導体ウェハを管内に配
列して処理するための反応管と、この反応管を囲繞する
均熱管と、この均熱管の外周に配設され軸方向に複数に
分割された加熱器と、前記複数の半導体ウェハを保持具
に配列して前記反応管内に搬出入する手段とを備えた半
導体ウェハの熱処理装置において、前記半導体ウェハの
配列の両端のうち少なくとも一方の端に熱吸収率の大き
い薄肉部材を並設するものとし、この薄肉部材を、前記
加熱器のもつとも軸端側に分割された加熱器に対応する
領域内あるいはその領域よりも半導体ウェハ寄りに位置
せしめたものである。

なお付記すると、半導体ウェハの配列に並べて設けた熱
吸収率の大きい薄肉部材よシ外側に、熱反射率の大きい
第２の薄肉部材を設けるものとし、この第２の薄肉部材
を、もつとも軸端側に分割された加熱器に対応する領域
内あるいはその領域よりも軸端寄りに位置せしめたもの
である。

このように、上記目的は、側方ヒータと装置端部との間
に反射率の大きい反射部材を設け、さらに側方ヒータと
ウェハとの間に熱吸収率、熱輻射率などの太きい、例え
ば円錐形状の均熱部材を設けることによシ達成される。

〔作用〕

側方ヒータと装置端部との間に設ける反射率の大きな反
射部材は、高温の側方ヒータと低温の装置端部との間を
断熱して、ヒータ発熱量が小さくても、その熱を有効に
利用する。

また、側方ヒータとクエ／Ｓとの間に設ける熱吸収率、
熱輻射率かどの大きい円錐形状の均熱部材は、側方ヒー
タの熱のウエノ・に有効に伝え、ウェハ温度を均一にす
る。

〔実施例〕

以下、本発明の各実施例を第１図ないし第５図を参照し
て説明する。

まず、第１図は、本発明の一実施例に係る半導体ウェハ
の横形熱処理装置の縦断面図、第２図は、第１図に示す
装置に用いる均熱部材および反射部材の他の形状を示す
拡大斜視図である。第１図中、第６図と同一符号のもの
は、従来技術と同等部分であるから、その説明を省略す
る。

第１図の実施例が、第６図の従来技術と異なるところは
、反応管３内に搬出入するボート６上に多数配列された
ウェハ４の両端部に、均熱部材および反射部材を並設し
たことである。

第１図において、８は、熱吸収率の大きい薄肉部材に係
る均熱部材で、この均熱部材８は、ボード６上に配列さ
れている複数のウェハ４側に開き、均熱管３の管軸端側
に閉じた円錐形状、換言すれば円錐の凹側かウェハ４に
対向する方向に、ボート６上に取付けられている。その
取付は位置は、ヒータ１のもつとも軸端側に分割された
ヒータ、すなわち側方ヒータｌａ、ｌｂに対応する領域
内あるいはその領域よシウエハ寄りに位置している。

この円錐形状の均熱部材８は、ウェハ４の熱吸収究が大
きい波長で、熱吸収率と熱輻射率が大きいことが望まし
く、かつ、熱伝導率が大きく、肉厚が薄く形成されてい
ることが望ましい。例えば。

処理すべきウェハがシリコン製の場合、均熱部材８はシ
リコンカーバイド製、シリコン製などがよい。

９は、前記均熱部材８の外側に設けた、熱反射率の大き
い第２の薄肉部材に係る反射部材で、この反射部材９は
、均熱部材８に対接する面を形成するもので、均熱部材
８側に閉じ、均熱管３の管軸端側に開いた円錐形状、換
言すれば円錐の凹側か管軸端に対向する方向に、ボード
６上に取付けられている。その取付は位置は、ヒータ１
のもつとも軸端側に分割されたヒータ、すなわち側方ヒ
ータｌａ、ｌｂに対応する領域内あるいはその領碕ｒｈ
筈紬猥宏ｈＦ竹署１−イ層入− この円錐形状の反射部材９は、熱反射率が大きく、かつ
、肉厚が薄く形成されていることが望ましい。例えば、
アルミナ襄、アルミ製、シリコン鏡面などがよい。

このよう々構成の半導体ウェハ熱処理装置の作用を説明
する。

側方ヒータｌａ、ｌｂで発熱した熱は均熱管２に伝わシ
、さらに均熱管２から円錐形状の均熱部材８に伝わる。

均熱部材８は熱吸収率が大きいため、側方ヒータｌａ、
ｌｂからの熱ですみやかに温度上昇する。そして均熱部
材８の内側から、多数配列されているウェハの軸端部の
ウェハ４ａ。

４ｂに熱が伝わる。

均熱部材８が円錐形状をしているため、加熱された薄肉
板部は、側方ヒータｌａ、ｌｂ面の垂直方向と、軸端部
のウェハ４ａ、４ｂ面の垂直方向とのいずれに対しても
４５°に近い方向に設定されていることになυ、円錐形
状の均熱部材８内に温度分布のむらが生じにくく、した
がって軸端部のウェハ４ａ、４ｂについても半径方向の
温度分布のむらが生じない。

一方、側方ヒータｌａ、ｌｂで発熱した熱は、均熱管２
を１江由して円錐形状の反射部材９にも伝わるが、反射
部材９は熱反射率が太きいため伝熱量は小さい。

このように、円錐形状の均熱部材８と円錐形状の反射部
材９との作用によって、側方ヒータｌａ。

１ｂの熱は軸端部のウェハ４ａ、４ｂに有効に伝わり、
さらに反応管３の管軸端部への放熱量が小さくなる。

本実施例によれば、ヒータ１の全発熱量が小さくても、
円錐形状の均熱部材８と円錐形状の反射部材９との作用
によって、複数のウニノー４を均一な温度に保たせて熱
処理を行うことができ、歩留シを向上させ生産性を向上
させる効果がある。また、前記のように効果的に温度保
持ができるので、側方ヒータｌａ、ｌｂの長さを必要最
小限に短くすることができる効果もある。

次に、均熱部材、反射部材の他の形状を第２図に示す。

第２図において、１０は、熱吸収率の大きい薄肉部材に
係る球面形状の均熱部材で、先に説明した円錐形状に代
って、複数のウェハ４側に開き管軸端側に閉じた球面形
状、換言すれば半球の凹側かウェハ４に対向する方向に
、ボート６上に取付けられるものである。均熱部材１０
の材質、特性は、先に説明した円錐形状の均熱部材８と
同等である。

１１ば、球面形状の均熱部材１０の外側に設けた、熱反
射率の大きい第２の薄肉部材に係る反射部材で、この反
射部材１１は、均熱部材１０に対接する面を形成する平
板状のものである。反射部材１１の材質２％性は、先に
説明した円錐形状の反射部材９と同等である。

このような球面形状の均熱部材１０、平板状の反射部材
１１を用いても、先の第１図の実施例と同様の効果が期
待される。

なお、均熱部材２反射部材ともに球面形状のものを組合
わせても同様の効果が期待される。

また、前記の実施列では、多数のウニノの配列の両端部
に均熱部材および反射部材をそれぞれ設けた例を説明し
たが、本発明はこれに限るものではなく、ウェハ配列の
両端のうちいずれか一方の端に均熱部材のみを設ける例
、あるいはウェハ配列の両端のうちいずれか一方の端に
のみ均熱部材および反射部材を設ける例もありうるもの
である。

次（て、本発明の他の実施例を第３図および第４図を参
照して説明する。

ここに第３図は、本発明の他の実施例に係る半導体ウェ
ハの縦形熱処理装置の縦断面図、第４図は、第３図に示
す装置の均熱管のつなぎ部の形状を示す部分詳細断面図
である。

第３図に示す縦形熱処理装置は、円筒状の加熱器に係る
ヒータＩＡの内側に、アルミナ製、シリコンカーバイド
製などの均熱管２人と透明石英ガラス製などの反応管３
Ａとがあり、反応管３Ａの内側に複数のウェハ４が管軸
方向に配列されている。

ウェハ４は、キャップ５Ａに取付けられた保持ｊＬｆ孫
ふバスケット（透明石器ガラス製りど）６Ａに搭載され
て反応管３Ａ内に挿入されている。

ヒータＩＡの周囲には断熱材７が覆われている。

第３図の実施例では、ヒータＩＡは、ｌａ。

ｌｂ、ｌｄ、ｌｅに４分割されておシ、両端の側方用ヒ
ータＬａ、ｌｂは、第６図に示した従来の装置と同じで
ある。主ヒータ部が、中央ヒータｌｄ、ｌｅのように２
分割されているのは、高温の装置内にウェハ４を搬入す
るときのウェハ温度のばらつきを低減するためである。

第３図に示すように、多数のウェハ４が装置内に納まっ
た状態セは、２つの中央ヒータｌｄ。

１ｅは同じ発熱密度である。

均熱管２Ａは、ヒータＩＡの分割区間に対応して、２ａ
、２ｂ、２ｄ、２ｅに４分割されている。

均熱管２Ａが、ヒータＩＡとウェハ４との間に設けられ
ている理由は、ｔｏｏｏｃ程度の高温熱処理を行う場合
、高温のヒータＩＡから不純分子が飛び出し、ウェハ４
に吸収されることを防ぐためである。したがって、均熱
管２人が分割されていても、そのつなぎ部にすき間があ
っては々らない。

第３図の実施例では、つなぎ部１２を第４図（ａ）に示
すようにＶ字形とし、Ｖ字形のはめあいによって、つな
ぎ部１２にすき間が生じないようにしている。

本実施例によれば、４分割されたヒータｌａ。

ｌｂ、ｌｄ、ｌｅからの熱は対応する均熱管の領域２ａ
”　ｂｖ　　２　ｄ　ｙ　　２６に伝わり、透明な反応
管３Ａ、バスケット６Ａを透過してウニノ・４を加熱す
る。

ウェハ４は、中央ヒータｌｄ、ｌｅの領域に入っている
ため、中央ヒータｌｄ、ｌｅからの熱はウェハ４の外周
部４Ｃのみを加熱する。側方ヒータｌａ、ｌｂからの熱
は、軸端部のウニノＳ４３゜４ｂのみを加熱する。

均熱管２の分割した各領域ごとの伝熱量が小さいため、
側方ヒータｌａ、ｌｂで発熱した熱が、均熱管の中央部
２ｄ、２ｅに伝わることがなく、均熱管の中央部２ｄ、
２ｅは管軸方向に均一温度となシ、その結果、ウニノ・
の外周端からの加熱は均一になる。軸端部のウェハ４ａ
、４ｂからの放熱量は、側方ヒータｌａ、ｌｂによって
補われ、中央部のウェハと同一温度に保つことができる
ため、全ウェハは均一温度となる。

均熱管２のつなぎ部の構造は、第４図（ａ）　Ｋ示した
Ｖ字形のほか、第４図（ｂ）に示すかぎ形のつなぎ部１
３、第４図（Ｃ）に示す円形のつなぎ部１４を採用して
もよい。

本実施例によれば、複数のウェハ４を均一の温度に保た
せて熱処理を行うことができる。本実施例の作用は、ウ
ェハ４を装置に搬入するとき（リガバリ）や、装置内の
ウェハ温度を上昇あるいは降下させるとき（ランピング
）に特に有効で、多数のウニへの温度履歴を一定にする
ことができ、歩留りを向上させる効果がある。

次に、本発明のさらに他の実施例を第５図を参照して説
明する。

ここに第５図は、本発明のさらに池の実施例に係る半導
体ウェハの横形熱処理装置の縦断面図であ９１図中、第
１図と同一符号のものは、先の実施例と同等部分である
から、その説明を省略する。

第５図の実施例では、ヒータの分割に対応して均熱管を
分割する第３図の実施例の考え方を、横形熱処理装置に
適用したものである。

均熱管２Ｃは管軸方向に連続しているが、ヒータ１の分
割位置、すなわち、側方ヒータｌａ。

１ｂ、および中央の主ヒータＩＣの区分に対応して均熱
管ＺＣＫ切り欠き１５が形設されている。

第５図の実施例によれば、第３図の実施例と同皺の効果
が期待される。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、ヒータの発熱量が
小さくても、反応管内の複数の半導体ウェハを均一の温
度に保たせて熱処理を行いうる半導体ウェハの熱処理装
置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る半導体ウェハの横形
熱処理装置の縦断面図、第２図は、第１図に示す装置に
用いる均熱部材および反射部材の他の形状を示す拡大斜
視図、第３図は、本発明の鋪／７−１宙添例に厚ス単道
体ウェハの梯形熱処理装置の縦断面図、第４図は、第３
図に示す装置の均熱管のつなぎ部の形状を示す部分詳細
断面図、第５図は、本発明のさらに他の実施例に係る半
導体ウェハの横形熱処理装置の縦断面図、第６図は、従
来の半導体ウェハの横形熱処理装置の縦断面図、第７図
は、第６図の装置内のウェハ温度分布を示す線図である
。 １、ＩＡ・・・ヒータ、ｌａ、ｌｂ・・・側方ヒータ、
ＩＣ・・・主ヒータ、２，２Ａ、２Ｃ・・・均熱管、３
゜３Ａ・・・反応管、４・・・ウェハ、６・・・ボード
、　６Ａ・・・バスケラ）、８，１０・・・均熱部材、
９．１１・・・反第１　記 ／−ｍ−と−ク 第３ｆｊ：Ｊ 嘉５図 第６５］ 官１ｖろイηつイ立置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の半導体ウェハを管内に配列して処理するため
   の反応管と、この反応管を囲繞する均熱管と、この均熱
   管の外周に配設され軸方向に複数に分割された加熱器と
   、前記複数の半導体ウェハを保持具に配列して前記反応
   管内に搬出入する手段とを備えた半導体ウェハの熱処理
   装置において、前記半導体ウェハの配列の両端のうち少
   なくとも一方の端に、熱吸収率の大きい薄肉部材を並設
   するものとし、この薄肉部材を、前記加熱器のもつとも
   軸端側に分割された加熱器に対応する領域内あるいはそ
   の領域よりも半導体ウェハ寄りに位置せしめたことを特
   徴とする半導体ウェハの熱処理装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、半導体
   ウェハの配列に並べて設けた熱吸収率の大きい薄肉部材
   より外側に、熱反射率の大きい第２の薄肉部材を設ける
   ものとし、この第２の薄肉部材を、もつとも軸端側に分
   割された加熱器に対応する領域あるいはその領域よりも
   軸端寄りに位置せしめたものである半導体ウェハの熱処
   理装置。 ３、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、熱吸収
   率の大きい薄肉部材は、半導体ウェハ側に開き、軸端側
   に閉じた形状をなすものである半導体ウェハの熱処理装
   置。 ４、特許請求の範囲第２項記載のものにおいて、熱反射
   率の大きい第２の薄肉部材は、熱吸収率の大きい薄肉部
   材に対接する面を形成したものである半導体ウェハの熱
   処理装置。