JPS63232422A - 半導体ウエハの熱処理装置 - Google Patents

半導体ウエハの熱処理装置

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JPS63232422A
JPS63232422A JP6626287A JP6626287A JPS63232422A JP S63232422 A JPS63232422 A JP S63232422A JP 6626287 A JP6626287 A JP 6626287A JP 6626287 A JP6626287 A JP 6626287A JP S63232422 A JPS63232422 A JP S63232422A
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heat treatment
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利広 小松
Takuji Torii
鳥居 卓爾
Kazuo Honma
本間 和男
Tetsuya Takagaki
哲也 高垣
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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、拡散装置、CVD装置など半導体ウェハの熱
処理装置に係り、特に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。
〔従来の技術〕
従来、縦形円筒形状の高温炉内で半導体ウェハを熱処理
する熱処理装置は、例えば特開昭60=171723号
公轢に記載されているように、高温炉内壁の側面部に設
けたヒータにより加熱空間である熱処理室を形成し、該
熱処理室の下方に形成した半導体ウェハの搬入出口より
半導体ウェハを熱処理室内に挿入し、熱処理後、搬入出
口から取出す構造になっている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、上記従来技術では、高温炉内壁の側面部にしか
、ヒータを設けていないため、直径が大きい半導体ウェ
ハを熱処理する場合、熱処理室内に挿入された半導体ウ
ェハの温度上昇時に、半導体ウェハの周囲が高温で、中
央部が低温となり、すなわち、半導体ウェハ面内の温度
分布が不均一となり、これにより半導体ウェハの特性に
ばらつきが生ずるという問題があった。この問題は大形
の高温炉を使用すると解決するが、この場合、外部への
放熱量が大きくなるという問題があった。
本発明の目的は、高温炉内に半導体ウェハを挿入して熱
処理する場合、半導体ウェハ全体を均一に加熱できるよ
うにした半導体ウェハの熱処理装置を提供することであ
る。
〔問題点を解決するための手段〕
かかる目的達成のため1本発明は、高温炉内に半導体ウ
ェハを挿入して熱処理する半導体ウェハの熱処理装置に
おいて、前記高温炉の下部に前記半導体ウェハの搬入出
口を設け、かつ前記高温炉内壁の天井部に半径方向に複
数分割された螺線状の天井ヒータ、あるいはつづらおり
状の天井ヒータを設け、かつ前記高温炉内壁の側面部に
複数分割されたコイル状の側面ヒータ、あるいはつづら
おり状の側面ヒータを設けたものである。
〔作用〕
上述の構成によれば、高温炉内に半導体ウェハを挿入し
て熱処理を行なう場合、側面ヒータにより半導体ウェハ
の周囲が主に加熱され、天井ヒータにより半導体ウェハ
の中央部が主に加熱される。
また各ヒータの発熱量を制御することにより、半導体ウ
ェハ面内の温度分布が均一となり、良好な熱処理が行な
われる。
〔実施例〕
以下、本発明を図面に示す実施例に基いて説明する。
第1図から第4図は本発明の第1実施例に係り、半導体
ウェハの熱処理装置1は、高温炉2と、挿入治具3と、
ロード治具5と、アンロード治具6とを備えている。
高温炉2は、縦形円筒状に形成され、ケーシング8と1
反応管9と、均熱管10と、天井ヒータ11と、側面ヒ
ータ12とからなっている。ケーシング8は、断熱材か
らなる上面を閉じた円筒体で、その下端が、ステンレス
製のフランジ部材13上に載置された耐火レンガ14に
より支持されており、内部に断面円形の中空室15が形
成さている。
反応管9は、石英からなる上面を閉じた円筒体で、その
中心線が、中空室15の中心線と一致するように該中空
室15内に収納されており、下端がフランジ部材13上
に載置されている。均熱管10は、シリコンカーバイト
などからなる上面を閉じた円筒体で、その中心線が、中
空室15の中心線と一致するように中空室15内壁と反
応管9の外周面との間に配置され、下端が耐火レンガ1
4上に載置されている。耐火レンガ14は複数のレンガ
で組み合ねされているため、保守時には均熱管10を耐
火レンガ14の1部と共にケーシング8から取り出すこ
とができるようになっている。
天井ヒータ11は螺線状に巻かれた抵抗発熱線で形成さ
れた円板状のもので、半径方向に複数に分割されている
0例えば2個の大径の第1天井ヒータ11Aと小径の第
2天井ヒータIIBとからなっており、各中心を中空室
15の中心線上に一致させて中空室15内壁の天井部1
5aに配置されている。また第1、第2天井ヒータ11
A。
11B近傍のケーシング8には、温度センサ18A、1
8Bがそれぞれ埋設されており、この温度センサ18A
、18Bにより、第1.第2天井ヒータ11A、IIB
の発熱量が制御される。
側面ヒータ12は、コイル状に巻かれた抵抗発熱線で形
成され、例えば上下方向に2分割された2個の第1側面
ヒータ12Aと第2側面ヒータ12Bとからなっており
、中空室15内壁の側面部15bに均熱管10の外周面
と対向して配置されている。第1.第2側面ヒータ12
A、12B近傍のケーシング8には、温度センサ16A
16Bがそれぞれ埋設されおり、この温度センサ16A
、16Bにより第1、第2側面ヒータ12A、12Bの
発熱量が制御される。また第1側面ヒータ12Aの上端
と第1、第2天井ヒータ11A、IIB外周面との間に
は図示しないヒータ支持具が配置されており、このヒー
タ支持具により第1、第2天井ヒータIIA、IIBは
天井部15aに保持されている。そして、第1、第2天
井ヒータIIA、IIBおよび第1.第2側面ヒータ1
2A、12Bにより反応管9の内周面に形成された加熱
空間である熱処理室19内が加熱制御される。
挿入治具3は耐熱性を有し、かつ熱や電場に対して不活
性な材料、例えば石英ガラスからなり。
内部に石英ウールなどの断熱材を充填した石英ガラスか
らなるキャップ20に取付けられており、フランジ部材
13に形成された半導体ウェハ搬入出口21から熱処理
室19内に臨むように設定されている。挿入治具3の上
部に形成されたコの字状の膨出部3aには、半導体ウェ
ハ22を載置する水平方向の溝、例えば2条の溝3b、
3cが対向する壁部にそれぞれ形成されている。また挿
入治具3は、下端に固着された支持部材23に装着され
た図示しない制御装置で制御されるモータ等の駆動装置
25Aにより矢印A−Bの方向に上下運動できるように
構成されている。
ロード治具5は、高温炉2の下方に配置され、制御装置
で制御される駆動装置25Bにより矢印E−Fの方向に
水平運動できるるように構成されており、上面に半導体
ウェハ22を載置する凸部5aが形成されている。アン
ロード治具6は、挿入治具3を挾んで高温炉2の下方に
ロード治具5と対向して配置され、制御装置で制御され
る駆動袋[25Cにより矢印G−Hの方向に水平運動で
きるように構成されており、上面に半導体ウェハ22を
載置する凸部6aが形成されている。
なお、熱処理室19内には、使用条件に応じて、窒素、
アルゴン、酸素、水蒸気などの反応ガスが図示しない反
応ガス供給管により供給され、反応ガス排気管から排出
されるようになっている。
つぎに、本発明の第1実施例の作用を説明する。
第4図に示すように、1枚の半導体ウェハ22を凸部5
aに載置したロード治具5は、駆動装置25Bにより矢
印Eの方向に最下点近傍にある挿入治具3の膨出部3a
内に達する位置まで前進する。これによって半導体ウェ
ハ22は、下方の溝3cに移し変えられる。その後、ロ
ード治具5は、駆動装置25Bにより矢印Fの方向に後
退し、新しく半導体ウェハ22を凸部5aに載置し、前
述と同様の作用により駆動装置25Aにより最下点まで
下降した挿入治具3の上方の溝3bに半導体ウェハ22
を移し変える。その後、前述と同様にロード治具5は矢
印Fの方向に後退する。
このように、2枚の半導体ウェハ22を載置した挿入治
具3は、駆動装置25Aにより矢印Aの方向に熱処理室
19内の所定位置に達するまで上昇する。そして、半導
体ウェハ22は熱処理室19内で高温(約1000℃)
で加熱処理される。
この場合、上方の第1側面ヒータ12Aは、2枚の半導
体ウェハ22の周辺部を特に加熱し、第1、第2天井ヒ
ータIIA、 11Bは、上方の半導体ウェハ22の中
央部を特に加熱し、下方の第2側面ヒータ12Bは、下
方の半導体ウェハ22の中央部を加熱する。
ところで、各ヒータの温度と半導体ウェハ22の各部の
温度との対応は、あらかじめ設定されており、これによ
って、半導体ウェハ22面内の温度分布が均一になるよ
うに各ヒータの発熱量が制御される。また、この制御は
、各ヒータの近傍に設けられた温度センサ16A、16
B、18A。
18Bにより容易に行なわれる。
天井ヒータ11の外周面と第1側面ヒータ12A上端と
の間に配置されたヒータ支持具は、低温のため、半導体
ウェハ22面内の温度分布を不均一にさせる傾向にある
。このヒータ支持具の影響は、外側の第1天井ヒータ1
1Aの発熱量を内側の第2天井ヒータ11Bの発熱量よ
り大きくすることによって減少し、この結果、半導体ウ
ェハ22面内の温度分布が均一となる。また半導体つエ
バ22の熱処理時には、第1図に示すように、断熱材の
キャップ20により搬入出口21が閉塞されており、放
熱量を小さくするこができる。
熱処理された半導体ウェハ22を外部に取出すには、ま
ず挿入治具3を駆動装置25Aにより最下点近傍まで下
降させる。つぎに、アンロード治具6を駆動袋[25G
により矢印Gの方向に挿入治具3の膨出部3a内に達す
る位置まで前進させる。これによって下方の半導体ウェ
ハ22は、アンロード治具6の凸部6aに移し変えられ
る。その後、アンロード治具6を駆動装置25Gにより
矢印Hの方向に後退させることによって、半導体ウェハ
22は外に搬出される。上方の半導体ウェハ22を外部
に取出すときには、挿入治具3を駆動装置25Aにより
最下点まで下降させ、上述と同じ作用により行なう。
なお、上記第1実施例では、側面ヒータ12を2分割し
た場合を示したが、側面ヒータ12を3分割以上にすれ
ば、半導体ウェハ22面内の温度分布をさらに精度よく
均一にすることができるもので、例えば側面ヒータ12
を3分割した場合について説明する。
低温の半導体ウェハ22.を熱処理室19内に挿入した
場合、半導体ウェハ22の温度上昇速度は、キャップ2
0の温度上昇速度と異なる。この場合、中央部の側面ヒ
ータ12は、半導体ウェハ22の温度上昇速度に合わせ
て発熱量を制御し、最下部の側面ヒータ12は、キャッ
プ20の温度上昇速度に合わせて発熱量を制御すること
により、過渡時における半導体ウェハ22面内の温度分
布をさらに均一に保つことができる。
なお、上記第1実施例では、天井ヒータ11を2分割し
た場合を示したが、3分割以上にすれば。
半導体ウェハ22面内の温度分布をさらに精度よく均一
にすることができるものである。また、天井ヒータ11
を複数に分割せず1体の場合でも。
精度が低下するが、天井ヒータを設けていない従来の高
温炉に比較して飛躍的に、半導体ウェハ22面内の温度
分布を均一にすることができる。
また、天井ヒータ11を第5図に示すようにつづらおり
状の天井ヒータにしても効果は同じである。
第6図は本発明の第2実施例に係り、第1実施例と異な
るところは、高温炉2の下方にロード治具5およびアン
ロード治具6を挾んで配置された断熱材30に形成され
た貫通孔30aに挿入治具3の軸部3dを嵌挿させるよ
うにした点である。
第2実施例によれば、高温炉2の下方を開放することが
ないため、高温炉2内の温度変動が小さく。
その結果、半導体ウェハ22をさらに均一な温度で熱処
理することができる。その他の構成および作用は、第1
実施例に示すものと同様である。
〔発明の効果〕
上述のとおり、本発明によれば、低温の半導体ウェハを
熱処理室内に挿入して温度上昇させる過渡時および半導
体ウェハを一定温度まで上昇させた定常時において、半
導体ウェハ面内の温度分布を均一に保ちながら熱処理す
ることができるので。
半導体ウェハの品質を向上させることができ、この結果
、半導体ウェハから大集積回路を加工する際の不良率を
大幅に減少させることができる。また半導体ウェハの大
径化や配線パターンの薄膜微細化に必要な高精度の熱処
理を行なうことができる。さらに、高温炉内壁の天井部
に天井ヒータを設けたことにより半導体ウェハと天井部
との間隔を小さくすることができるので、高温炉を小形
にすることができ、かつ電力消費量を少なくすることが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図から第4図は本発明の第1実施例に係り、第1図
は熱処理室内に挿入治具を挿入した状態における半導体
ウェハの熱処理装置の縦断面図、第2図は挿入治具の部
分斜視図、第3図は第1および第2天井ヒータの平面図
、第4図は下死点近傍まで挿入治具が下降した状態にお
ける半導体ウェハの熱処理装置の縦断面図、第5図は本
発明の天井ヒータに関する他の実施例の平面図、第6図
は本発明の第2実施例に係り、熱処理室内に挿入治具を
挿入した状態における半導体ウェハの熱処理装置の縦断
面図である。 1・・・半導体ウェハの熱処理装置、 2・・・高温炉、    11・・・天井ヒータ、11
A・・・第1天井ヒータ、 11B・・・第2天井ヒータ、 12・・・側面ヒータ、 12A・・・第1側面ヒータ
。 12B・・・第2側面ヒータ、 15a・・・天井部、  15b・・・側面部、21・
・・半導体ウェハ搬入出口。 22・・・半導体ウェハ。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)高温炉内に半導体ウェハを挿入して熱処理する半
    導体ウェハの熱処理装置において、前記高温炉の下部に
    前記半導体ウェハの搬入出口を設け、かつ前記高温炉内
    壁の天井部および側面部に、天井ヒータおよび側面ヒー
    タをそれぞれ設けた半導体ウェハの熱処理装置。
  2. (2)前記天井ヒータが半径方向に複数分割され、各分
    割域でヒータ線が螺線状になっている特許請求の範囲第
    1項記載の半導体ウェハの熱処理装置。
  3. (3)前記天井ヒータが半径方向に複数分割され、各分
    割域でヒータ線がつづらおり状になっている特許請求の
    範囲第1項記載の半導体ウェハの熱処理装置。
  4. (4)前記側面ヒータが、上下方向に複数分割され、各
    分割域でヒータ線がコイル状になっている特許請求の範
    囲第1項記載の半導体ウェハの熱処理装置。
  5. (5)前記天井ヒータおよび側面ヒータが、それぞれ独
    立して発熱量を制御できる特許請求の範囲第1項又は第
    4項記載の半導体ウェハの熱処理装置。
  6. (6)前記高温炉が縦形の円筒形である特許請求の範囲
    第1項記載の半導体ウェハの熱処理装置。
JP62066262A 1987-03-20 1987-03-20 半導体ウエハの熱処理装置 Expired - Lifetime JPH0693439B2 (ja)

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