JPWO2013021454A1 - 熱処理装置 - Google Patents
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Abstract
温度1600〜1900℃への急速な温度上昇を可能とする加熱手段と、急速な温度上昇と温度降下を繰り返しても精確に温度計測をすることができる温度計を備え、ＳｉＣ基板のイオン注入後の熱処理を量産性よく行うことのできる熱処理装置を提供する。この熱処理装置１は、抵抗発熱体７と熱電対温度計８ａ、８ｂを用いた温度制御により半導体基板の1600〜1900℃の熱処理を可能とする。この熱処理装置１では、抵抗発熱体７と、熱電対温度計８ａ、８ｂの構成金属の主成分を共通にする。
Description
本発明は、ＳｉＣ基板のイオン注入後の熱処理に有用な熱処理装置に関する。
ＳｉＣ基板におけるイオン注入後の活性化熱処理では1600〜1900℃の温度が必要とされる。また、原子に移動時間を与えることなく不純物を活性化するため、短時間で活性化熱処理を行うことが必要とされ、さらに熱処理面内の温度分布のばらつきを抑え、量産性を向上させることが求められる。
このような要請に対し、高融点材料で形成した筒状体内に基板を留め、その筒状体をＲＦコイルで高周波加熱することにより筒状体内に高温領域を生成する熱処理装置が提案されている（特許文献１）。この熱処理装置によれば、従前の赤外線ランプによる加熱に比して2〜3倍程度の毎分20〜30℃の昇温速度を得られ、面内温度のばらつきが抑えられるとされている。
しかしながら、上述の高周波加熱を用いる熱処理装置では、基板を高温領域に留める治具の構造上、一度に熱処理できる基板が4〜8枚に制限されるので、処理基板の量産性が劣る。
また、従来、熱処理装置における温度制御は、多くは、放射温度計で基板の温度を測定することにより行われていたが、放射温度計は測定対象とする物質によって熱放射の放射率が異なるので、他の温度測定方法によって校正曲線を求めておかなくてはならず煩雑である。また、放射温度計は測定対象物の表面状態の影響を大きく受け、測定ポートの汚れによっても正確な温度を測定することが困難となる。
これに対し、放射温度計に代えて熱電対温度計を使用することが考えられるが、高周波加熱装置で熱電対温度計を使用すると、誘導による自己加熱やノイズにより正確に温度を測定することができない。そこで、加熱方法を高周波加熱から抵抗加熱とすると、自己加熱の問題は解消するが、イオン注入後の活性化熱処理では温度の上昇速度と降下速度が大きいため、例えば、セラミックヒータを加熱手段とし、イリジウムロジウム合金を用いた熱電対温度計を用いると、粒界により熱電対がぼろぼろになって切れてしまう。
以上の従来技術の課題に対し、本発明は、温度1600〜1900℃への急速な温度上昇を可能とする加熱手段と、急速な温度上昇と温度降下を繰り返しても精確に温度計測をすることができる温度計を備え、一度に熱処理できる基板の枚数が多く、ＳｉＣ基板のイオン注入後の熱処理を量産性よく行うことのできる熱処理装置を提供することを目的とする。
本発明者は、熱処理装置における加熱方法を抵抗加熱とし、その温度制御に熱電対温度計を用いるにあたり、抵抗加熱を担う発熱体と熱電対の各々の構成金属の主成分を共通にすると、双方に適した雰囲気も共通になるので、温度の急激な上昇と降下を繰り返すにあたり、最適の熱処理条件を設定しやすくなり、精確な熱制御を維持できる熱処理装置を構成できることを見出した。
即ち、本発明は、抵抗発熱体と熱電対温度計を用いた温度制御により1600〜1900℃の熱処理を可能とする半導体基板の熱処理装置であって、抵抗発熱体と熱電対温度計との構成金属の主成分が共通である熱処理装置を提供する。
本発明の熱処理装置によれば、抵抗加熱を行う抵抗発熱体と、該抵抗発熱体と主成分を共通にする熱電対温度計を用いて基板の熱処理の温度制御を行うので、温度1600〜1900℃への急速な温度上昇が可能となり、また、急激な温度上昇と温度降下を繰り返しても、熱処理を精確に温度制御することができる。このため、ＳｉＣ基板のイオン注入後の熱処理を良好に行うことができる。
加えて、一度の熱処理で数十枚の基板を処理することができるので、基板の熱処理を量産性よく行うことができる。
加えて、一度の熱処理で数十枚の基板を処理することができるので、基板の熱処理を量産性よく行うことができる。
以下、図面を参照しつつ本発明を具体的に説明する。
図１は、本発明の一実施例の熱処理装置１の縦断面図であり、図２はそのＸ−Ｘ断面図である。
図１は、本発明の一実施例の熱処理装置１の縦断面図であり、図２はそのＸ−Ｘ断面図である。
この熱処理装置１は、ＳｉＣ基板２にイオン注入後の活性化処理を行う装置であって、２０枚以上のＳｉＣ基板２を同時に載置することのできる縦型ボート３、高融点材料（例えばＳｉＣ）で形成されたチューブ型容器（以下、ＳｉＣチューブという）４、ＳｉＣチューブ４内の上部領域に形成された加熱室５にボート３を挿入あるいは引き出す搬送装置６、加熱室５の周囲を囲むように筒型に配置された抵抗発熱体７、抵抗発熱体７とＳｉＣチューブ４との間に先端部が配置された第１の熱電対温度計８ａ、加熱室５内に先端部が配置された第２の熱電対温度計８ｂを備えている。筒型に配置された抵抗発熱体７の外側はタングステン・モリブデン合金からなる反射板１１で囲まれている。
抵抗発熱体７としては、より具体的には、３つの面に屈曲したプレート型発熱体が３個用いられ、これら３個の屈曲したプレート型発熱体７ａ、７ｂ、７ｃが、加熱室５を形成するＳｉＣチューブ４の外周を囲んで筒型を形成している。この場合、図２に示すように、筒状体の横断面は略正１２角形をなし、３個の屈曲したプレート型発熱体７ａ、７ｂ、７ｃで略正１２角形の９辺が占められている。また、３個の屈曲したプレート型発熱体７ａ、７ｂ、７ｃに対応して３本のヒータ電極９とその導入管１０が設けられている。
複数のプレート型発熱体を筒型に配置するにあたり、加熱室５の横断面の均熱性の点からは、その横断面において、発熱体で円が形成されるようにすることが好ましいが、例えば、外径145ｍｍ以上、より好ましくは145〜185ｍｍのＳｉＣチューブ４に対して、辺数6以上の正多角形が形成されるようにプレート型発熱体を配置することで、十分に横断面の均熱性を確保することができる。
また、複数のプレート型発熱体を筒型に配置するにあたり、必ずしも全周が発熱体で占められるようにする必要はなく、個々のプレート型発熱体同士に間隙をあけて配置してもよいが、発熱体が存在しない領域が多すぎると加熱室５の温度を1600〜1900℃へ急速に昇温させることができない。そのため、例えば、複数のプレート型発熱体で辺数12以上の正多角形を形成する場合に、辺数の3/4以上が発熱体で占められるようにすることが好ましい。したがって、３つの矩形面を連続させた屈曲したプレート型発熱体７ａ、７ｂ、７ｃを３個用い、これらで略正１２角形が形成されるようにした本実施例の抵抗発熱体７は、加熱室５の均熱性に優れている。
さらに、プレート型発熱体を、それらで横断面が多角形の筒型が形成されるように配置するにあたり、隣り合う複数の面、より好ましくは２〜４個の側面を連続させた屈曲したプレート型発熱体を使用すると、発熱体のトータルの個数を減らし、発熱体の製造コストを低減させることができるのでより一層好ましい。これに対し、タングステン製の抵抗発熱体としては、従来、メッシュで筒型に成形したものが知られているが、本実施例のように、屈曲したプレート型発熱体を筒型に配置して発熱体とすることにより、発熱体の加工コストを１５〜２０％低減させることができる。
なお、プレート型発熱体に代えて棒状発熱体を筒型に配置することも考えられるが、電極の本数が増え、加熱室５の外套の加工や構造が複雑になるので好ましくない。
一方、この熱処理装置１は、第１の熱電対温度計８ａ、第２の熱電対温度計８ｂとして、上述のプレート型発熱体７ａ、７ｂ、７ｃと主成分を共通にするタングステンレニウム合金熱電対（レニウム5％、26％）を備えている。したがって、この熱処理装置１は、還元雰囲気での高温使用が可能となる。また、この熱処理装置１によれば、高周波加熱によらず、抵抗加熱と熱電対温度計により加熱制御を行うため、繰り返し熱処理を行っても、1900℃に対して±1℃以内の加熱精度を維持することが可能となる。従来の高周波加熱と放射温度計との組み合わせで加熱室を加熱する場合、約±10℃程度の誤差があるので、本実施例の熱処理装置１によれば、温度の制御精度が非常に改善されていることがわかる。
この熱処理装置１は、雰囲気調整手段として、加熱室５を形成しているＳｉＣチューブ４内にアルゴン、窒素などの不活性ガスを導入するガス導入管１２と、ＳｉＣチューブ４からの排気を行うガス排気管１３を有し、ＳｉＣチューブ４の下方は、オーリング１５を介して石英板１６で閉じられている。なお、ＳｉＣチューブ４内の加熱室５の下方には、加熱室５を保温するためにダミープレート１４が載置され、さらに下方領域は、ＳｉＣチューブ４を冷却するために、内部に水が通されるサブチャンバー１７で囲まれている。また、反射板１１の外側には、ステンレス製の水冷管１８が設けられている。
この熱処理装置１は、次のように使用される。
加熱室５の温度300℃以下で、ボート３に載置した基板２を、搬送装置６を動かすことにより加熱室５内に挿入し、アルゴン等の不活性ガスをガス導入管１２を通してＳｉＣチューブ４の上端部から導入し、酸素、水分をＳｉＣチューブ４の下端部からガス排気管１３を通して排気する。次に、抵抗発熱体７によって急速加熱し、加熱室５内を1600℃以上に昇温させ、数分間おいて熱処理を完了し、加熱室５を冷却する。図３は、この場合の加熱室５の内側と外側の温度変化の一例である。このようにこの加熱装置によれば、毎分100℃以上、好ましくは毎分200℃以上という急速な温度上昇が可能となる。したがって、基板内の不純物を拡散させることなく、イオン注入後の熱活性化処理を行うことができる。
加熱室５の温度300℃以下で、ボート３に載置した基板２を、搬送装置６を動かすことにより加熱室５内に挿入し、アルゴン等の不活性ガスをガス導入管１２を通してＳｉＣチューブ４の上端部から導入し、酸素、水分をＳｉＣチューブ４の下端部からガス排気管１３を通して排気する。次に、抵抗発熱体７によって急速加熱し、加熱室５内を1600℃以上に昇温させ、数分間おいて熱処理を完了し、加熱室５を冷却する。図３は、この場合の加熱室５の内側と外側の温度変化の一例である。このようにこの加熱装置によれば、毎分100℃以上、好ましくは毎分200℃以上という急速な温度上昇が可能となる。したがって、基板内の不純物を拡散させることなく、イオン注入後の熱活性化処理を行うことができる。
１ 熱処理装置
２ 基板
３ ボート
４ ＳｉＣチューブ
５ 加熱室
６ 搬送装置
７ 抵抗発熱体
７ａ、７ｂ、７ｃ プレート型発熱体
８ａ、８ｂ 熱電対温度計
９ ヒータ電極
１０ ヒータ電極導入管
１１ 反射板
１２ ガス導入管
１３ ガス排気管
１４ ダミープレート
１５ オーリング
１６ 石英板
１７ サブチャンバー
１８ 水冷管
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７ａ、７ｂ、７ｃ プレート型発熱体
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９ ヒータ電極
１０ ヒータ電極導入管
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１３ ガス排気管
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１７ サブチャンバー
１８ 水冷管
Claims (5)
- 抵抗発熱体と熱電対温度計を用いた温度制御により1600〜1900℃の熱処理を可能とする半導体基板の熱処理装置であって、抵抗発熱体と熱電対温度計との構成金属の主成分が共通である熱処理装置。
- 毎分100℃以上の温度上昇を可能とする請求項１記載の熱処理装置。
- 複数の面を有する屈曲したプレート型金属発熱体が筒型に配置され、その内側に高融点材料で形成された加熱室を有する請求項１又は２記載の熱処理装置。
- 屈曲したプレート型金属発熱体が３面に屈曲している請求項３記載の熱処理装置。
- 加熱室がＳｉＣチューブで形成されている請求項３記載の熱処理装置。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2011/068100 WO2013021454A1 (ja) | 2011-08-09 | 2011-08-09 | 熱処理装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPWO2013021454A1 true JPWO2013021454A1 (ja) | 2015-03-05 |
| JP5733399B2 JP5733399B2 (ja) | 2015-06-10 |
Family
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2013527775A Active JP5733399B2 (ja) | 2011-08-09 | 2011-08-09 | 熱処理装置 |
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|---|---|
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| EP (1) | EP2743971B1 (ja) |
| JP (1) | JP5733399B2 (ja) |
| WO (1) | WO2013021454A1 (ja) |
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