JPH09260364A - 熱処理方法および熱処理装置 - Google Patents
熱処理方法および熱処理装置Info
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- JPH09260364A JPH09260364A JP8096185A JP9618596A JPH09260364A JP H09260364 A JPH09260364 A JP H09260364A JP 8096185 A JP8096185 A JP 8096185A JP 9618596 A JP9618596 A JP 9618596A JP H09260364 A JPH09260364 A JP H09260364A
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- H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
- H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
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- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 被処理基板を面内均一に迅速に温度させるこ
とができ、品質およびスループットの向上が図れる熱処
理方法および熱処理装置を提供する。 【解決手段】 被処理基板Ｗを加熱源２からの熱輻射に
より加熱して熱処理するに際して、上記加熱源２の近傍
を経由させて加熱した所定のガスを上記被処理基板Ｗに
吹き付けて被処理基板Ｗの昇温を補完する。
とができ、品質およびスループットの向上が図れる熱処
理方法および熱処理装置を提供する。 【解決手段】 被処理基板Ｗを加熱源２からの熱輻射に
より加熱して熱処理するに際して、上記加熱源２の近傍
を経由させて加熱した所定のガスを上記被処理基板Ｗに
吹き付けて被処理基板Ｗの昇温を補完する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱処理方法および
熱処理装置に関する。
熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイスの製造プロセスにおいて
は、被処理基板である半導体ウエハに酸化、拡散、ＣＶ
Ｄ（Chemical Vapor Deposition）、アニールなどの処
理を行うために、各種の熱処理装置が使用されている。
その代表的な熱処理装置は、処理室である縦型の反応管
内に下部からウエハボートを介して上下方向に所定間隔
で支持された多数枚例えば１５０枚程度のウエハを搬入
し、これらウエハを処理ガス雰囲気内で高温で熱処理す
るようになっている。
は、被処理基板である半導体ウエハに酸化、拡散、ＣＶ
Ｄ（Chemical Vapor Deposition）、アニールなどの処
理を行うために、各種の熱処理装置が使用されている。
その代表的な熱処理装置は、処理室である縦型の反応管
内に下部からウエハボートを介して上下方向に所定間隔
で支持された多数枚例えば１５０枚程度のウエハを搬入
し、これらウエハを処理ガス雰囲気内で高温で熱処理す
るようになっている。
【０００３】このバッチ処理式の熱処理装置において
は、一度に多数枚のウエハを熱処理することができ、あ
る程度の熱処理には十分であるが、ウエハボートに支持
された上側のウエハと下側のウエハとでは距離的隔たり
があって、処理炉内への搬入時および搬出時に熱的環境
に対する時間的なズレを伴うと共に搬入および搬出に多
少の時間がかかるため、急速な昇降温を要する熱処理を
全てのウエハに均一に施すには限界がある。
は、一度に多数枚のウエハを熱処理することができ、あ
る程度の熱処理には十分であるが、ウエハボートに支持
された上側のウエハと下側のウエハとでは距離的隔たり
があって、処理炉内への搬入時および搬出時に熱的環境
に対する時間的なズレを伴うと共に搬入および搬出に多
少の時間がかかるため、急速な昇降温を要する熱処理を
全てのウエハに均一に施すには限界がある。
【０００４】そこで、ウエハを一枚ずつ熱処理すること
により、ウエハの大口径化および半導体素子の微細化に
適する急速な昇降温を要する熱処理を可能にした枚葉処
理式の熱処理装置が提案されている。この枚葉処理式の
熱処理装置としては、処理室外に設けた加熱源により処
理室内全体およびウエハを加熱するようにしたホットウ
ォール型のもの、処理室内に設けたサセプタを介してウ
エハのみを加熱するようにしたコールドウォール型のも
のがある。
により、ウエハの大口径化および半導体素子の微細化に
適する急速な昇降温を要する熱処理を可能にした枚葉処
理式の熱処理装置が提案されている。この枚葉処理式の
熱処理装置としては、処理室外に設けた加熱源により処
理室内全体およびウエハを加熱するようにしたホットウ
ォール型のもの、処理室内に設けたサセプタを介してウ
エハのみを加熱するようにしたコールドウォール型のも
のがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記何
れの型式の熱処理装置においても、ウエハの昇温時にウ
エハの中央部が周縁部よりも遅れて昇温し、昇温過程で
ウエハの面内に温度分布ムラすなわち面内温度差が生じ
る傾向がある。特に、コールドウォール型の熱処理装置
にあっては、昇温後の熱処理時においても、温度の低い
処理ガスが高温のウエハに供給されることにより面内温
度差が生じ、成膜処理等の処理の面内均一性が阻害され
る傾向があり、しかもウエハに吸着した処理ガスがウエ
ハの温度になるまでタイムラグがあることから反応が遅
れ、品質およびスループットの低下を招く傾向がある。
れの型式の熱処理装置においても、ウエハの昇温時にウ
エハの中央部が周縁部よりも遅れて昇温し、昇温過程で
ウエハの面内に温度分布ムラすなわち面内温度差が生じ
る傾向がある。特に、コールドウォール型の熱処理装置
にあっては、昇温後の熱処理時においても、温度の低い
処理ガスが高温のウエハに供給されることにより面内温
度差が生じ、成膜処理等の処理の面内均一性が阻害され
る傾向があり、しかもウエハに吸着した処理ガスがウエ
ハの温度になるまでタイムラグがあることから反応が遅
れ、品質およびスループットの低下を招く傾向がある。
【０００６】そこで、本発明は、上記課題を解決すべく
なされたもので、被処理基板を面内均一に迅速に昇温さ
せることができ、品質およびスループットの向上が図れ
る熱処理方法および熱処理装置を提供することにある。
なされたもので、被処理基板を面内均一に迅速に昇温さ
せることができ、品質およびスループットの向上が図れ
る熱処理方法および熱処理装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明のうち請求項１記載の熱処理方法は、被処理基
板を加熱源からの熱輻射により加熱して熱処理するに際
して、上記加熱源の近傍を経由させて加熱した所定のガ
スを上記被処理基板に吹き付けて被処理基板の昇温を補
完するようにしたことを特徴とする。
に本発明のうち請求項１記載の熱処理方法は、被処理基
板を加熱源からの熱輻射により加熱して熱処理するに際
して、上記加熱源の近傍を経由させて加熱した所定のガ
スを上記被処理基板に吹き付けて被処理基板の昇温を補
完するようにしたことを特徴とする。
【０００８】請求項２記載の熱処理装置は、被処理基板
を収容して熱処理する処理室の外側に上記被処理基板を
熱輻射により加熱する加熱源を設け、上記処理室にその
壁面に沿って所定のガスを上記加熱源の近傍まで導くガ
ス通路を形成すると共に、上記加熱源によって加熱され
たガスを処理室内の被処理基板にその昇温を補完すべく
吹き付けるガス吹出口を設けたことを特徴とする。
を収容して熱処理する処理室の外側に上記被処理基板を
熱輻射により加熱する加熱源を設け、上記処理室にその
壁面に沿って所定のガスを上記加熱源の近傍まで導くガ
ス通路を形成すると共に、上記加熱源によって加熱され
たガスを処理室内の被処理基板にその昇温を補完すべく
吹き付けるガス吹出口を設けたことを特徴とする。
【０００９】請求項３記載の熱処理装置は、請求項２記
載の熱処理装置において、上記吹出口が、上記被処理基
板の少なくとも中央部に臨んで設けられていることを特
徴とする。
載の熱処理装置において、上記吹出口が、上記被処理基
板の少なくとも中央部に臨んで設けられていることを特
徴とする。
【００１０】請求項４記載の熱処理装置は、請求項２ま
たは３記載の熱処理装置において、上記ガス吹出口を通
過するガスの流速が、０．１〜２．５ｍ／秒とされてい
ることを特徴とする。
たは３記載の熱処理装置において、上記ガス吹出口を通
過するガスの流速が、０．１〜２．５ｍ／秒とされてい
ることを特徴とする。
【００１１】
【実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を添付図面
に基づいて詳述する。熱処理装置の縦断面構造を示す図
１において、１は被処理基板例えば半導体ウエハＷを収
容して所定の処理例えば酸化処理を施すのに適するよう
に構成された処理室ないし処理容器である反応管（プロ
セスチューブ）であり、この反応管１は上部が閉塞され
且つ下部が開放された縦型円筒状に耐熱性を有する材料
例えば石英により形成されている。この反応管１の具体
的構造については、後述する。
に基づいて詳述する。熱処理装置の縦断面構造を示す図
１において、１は被処理基板例えば半導体ウエハＷを収
容して所定の処理例えば酸化処理を施すのに適するよう
に構成された処理室ないし処理容器である反応管（プロ
セスチューブ）であり、この反応管１は上部が閉塞され
且つ下部が開放された縦型円筒状に耐熱性を有する材料
例えば石英により形成されている。この反応管１の具体
的構造については、後述する。
【００１２】上記反応管１の外側上方には、熱輻射によ
り反応管１内のウエハＷを高温例えば８００〜１２００
℃程度に加熱する加熱源としてウエハＷと対向するよう
に面状のヒータ２が水平に配置されている。このヒータ
２は、例えば鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）およびアルミ
ニウム（Ａｌ）の合金からなるカンタル線や二ケイ化モ
リブデン（ＭｏＳｉ2）からなる発熱線等の抵抗発熱体
を渦巻状、蛇行状等に配置することにより平面状に形成
されている。
り反応管１内のウエハＷを高温例えば８００〜１２００
℃程度に加熱する加熱源としてウエハＷと対向するよう
に面状のヒータ２が水平に配置されている。このヒータ
２は、例えば鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）およびアルミ
ニウム（Ａｌ）の合金からなるカンタル線や二ケイ化モ
リブデン（ＭｏＳｉ2）からなる発熱線等の抵抗発熱体
を渦巻状、蛇行状等に配置することにより平面状に形成
されている。
【００１３】上記ヒータ２は、その輻射熱をウエハＷに
対して垂直方向から均一に付与できるようにウエハＷの
大きさ（直径）よりも十分大きく（例えば２倍以上）形
成されていることが好ましい。ヒータ２の大きさが有限
であることにより生じるウエハＷの面内の温度差をなく
すために、ヒータ２の周縁部が下方に段状或いは湾曲し
て形成されていてもよい。
対して垂直方向から均一に付与できるようにウエハＷの
大きさ（直径）よりも十分大きく（例えば２倍以上）形
成されていることが好ましい。ヒータ２の大きさが有限
であることにより生じるウエハＷの面内の温度差をなく
すために、ヒータ２の周縁部が下方に段状或いは湾曲し
て形成されていてもよい。
【００１４】上記ヒータ２と反応管１の間には、反応管
１の上部および周囲を覆うように例えばアルミナ（Ａｌ
2Ｏ3）又は炭化ケイ素（ＳｉＣ）等からなる重金属汚染
防止性および均熱性を有する均熱体が配置されているこ
とが好ましい（図示省略）。上記反応管１の周囲および
上記ヒータ２の外側は、例えば石英ウール等の耐熱性断
熱材３で覆われており、いわゆるホットウォール型とさ
れている。なお、上記断熱材３の外側は例えばステンレ
ススチール製の二重構造のケーシングで覆われ、そのケ
ーシングが外部への熱的影響を防止するための水冷ジャ
ケット構造になっていることが好ましい（図示省略）。
１の上部および周囲を覆うように例えばアルミナ（Ａｌ
2Ｏ3）又は炭化ケイ素（ＳｉＣ）等からなる重金属汚染
防止性および均熱性を有する均熱体が配置されているこ
とが好ましい（図示省略）。上記反応管１の周囲および
上記ヒータ２の外側は、例えば石英ウール等の耐熱性断
熱材３で覆われており、いわゆるホットウォール型とさ
れている。なお、上記断熱材３の外側は例えばステンレ
ススチール製の二重構造のケーシングで覆われ、そのケ
ーシングが外部への熱的影響を防止するための水冷ジャ
ケット構造になっていることが好ましい（図示省略）。
【００１５】上記反応管１には、その壁面に沿って所定
のガス例えば酸化処理用のガス（プロセスガスもしくは
処理ガスともいう）を上記ヒータ２の近傍まで導くガス
通路４が形成されると共に、上記ヒータ２によって加熱
された処理ガスを反応管１内のウエハＷにその昇温を補
完すべく吹き付けるガス吹出口５が設けられている。図
示例の反応管１においては、上記ガス吹出口５が反応管
１の上部中央部に設けられた単穴構造の第１のガス吹出
口５ａと、この第１のガス吹出口５ａの周囲に設けられ
た多孔構造の第２のガス吹出口５ｂとから構成されてい
る。
のガス例えば酸化処理用のガス（プロセスガスもしくは
処理ガスともいう）を上記ヒータ２の近傍まで導くガス
通路４が形成されると共に、上記ヒータ２によって加熱
された処理ガスを反応管１内のウエハＷにその昇温を補
完すべく吹き付けるガス吹出口５が設けられている。図
示例の反応管１においては、上記ガス吹出口５が反応管
１の上部中央部に設けられた単穴構造の第１のガス吹出
口５ａと、この第１のガス吹出口５ａの周囲に設けられ
た多孔構造の第２のガス吹出口５ｂとから構成されてい
る。
【００１６】これら第１および第２のガス吹出口５ａ，
５ｂに独立してガスを供給するために、上記反応管１
は、外管１ａ、中管１ｂおよび内管１ｃからなる三重管
一体構造とされており、上記ガス通路４は、上記外管１
ａと中管１ｂとの間の隙間に形成されて上記第１のガス
吹出口５ａに通じる第１のガス通路４ａと、上記中管１
ｂと内管１ｃとの間の隙間に形成されて上記第２のガス
吹出口５ｂに通じる第２のガス通路４ｂとから構成され
ている。
５ｂに独立してガスを供給するために、上記反応管１
は、外管１ａ、中管１ｂおよび内管１ｃからなる三重管
一体構造とされており、上記ガス通路４は、上記外管１
ａと中管１ｂとの間の隙間に形成されて上記第１のガス
吹出口５ａに通じる第１のガス通路４ａと、上記中管１
ｂと内管１ｃとの間の隙間に形成されて上記第２のガス
吹出口５ｂに通じる第２のガス通路４ｂとから構成され
ている。
【００１７】上記反応管１の外周壁には、第１のガス通
路４ａと連通する第１のガス導入口６ａが設けられると
共に、第２のガス通路４ｂと連通する第２のガス導入口
６ｂが設けられている。これら第１および第２のガス導
入口６ａ，６ｂは、処理ガスを環状の第１および第２の
ガス通路４ａ，４ｂ内に略均一に分散させて流通させる
ために、周方向に適宜間隔で複数設けられていることが
好ましいが、単数であってもよい。
路４ａと連通する第１のガス導入口６ａが設けられると
共に、第２のガス通路４ｂと連通する第２のガス導入口
６ｂが設けられている。これら第１および第２のガス導
入口６ａ，６ｂは、処理ガスを環状の第１および第２の
ガス通路４ａ，４ｂ内に略均一に分散させて流通させる
ために、周方向に適宜間隔で複数設けられていることが
好ましいが、単数であってもよい。
【００１８】上記第１および第２のガス導入口６ａ，６
ｂには、それぞれ流量調整装置７ａ，７ｂおよび弁８
ａ，８ｂを介してガス供給源Ｇａ，Ｇｂが接続されてお
り、各ガス吹出口５ａ，５ｂごとに独立してガス流量を
制御できるようになっている。上記ガス供給源Ｇａ，Ｇ
ｂのガスとしては、異種類のものであってもよいが、こ
こでは同一種のものが用いられる。また、上記ガス供給
源Ｇａ，Ｇｂとしては、不活性ガス例えば窒素（Ｎ2）
ガスを供給できるように切換え可能に構成されているこ
とが好ましい。
ｂには、それぞれ流量調整装置７ａ，７ｂおよび弁８
ａ，８ｂを介してガス供給源Ｇａ，Ｇｂが接続されてお
り、各ガス吹出口５ａ，５ｂごとに独立してガス流量を
制御できるようになっている。上記ガス供給源Ｇａ，Ｇ
ｂのガスとしては、異種類のものであってもよいが、こ
こでは同一種のものが用いられる。また、上記ガス供給
源Ｇａ，Ｇｂとしては、不活性ガス例えば窒素（Ｎ2）
ガスを供給できるように切換え可能に構成されているこ
とが好ましい。
【００１９】上記第１のガス吹出口５ａは、反応管１内
に収容された円板状のウエハＷの昇温速度の遅い領域、
すなわち中央部に臨んで形成されている。そして、上記
ヒータ２からの熱輻射によるウエハＷの加熱昇温時に
は、ウエハＷの中央部が周縁部よりも遅れて昇温するこ
とから、これを補完する目的で、ウエハＷの中央部に積
極的に高温の処理ガスを吹き付けてその熱伝達により中
央部を周縁部と略同じ速度で昇温させるために、第２の
ガス吹出口５ｂからは第１のガス吹出口５ａよりも多く
の高温の処理ガスが吹き出されるように構成されてい
る。
に収容された円板状のウエハＷの昇温速度の遅い領域、
すなわち中央部に臨んで形成されている。そして、上記
ヒータ２からの熱輻射によるウエハＷの加熱昇温時に
は、ウエハＷの中央部が周縁部よりも遅れて昇温するこ
とから、これを補完する目的で、ウエハＷの中央部に積
極的に高温の処理ガスを吹き付けてその熱伝達により中
央部を周縁部と略同じ速度で昇温させるために、第２の
ガス吹出口５ｂからは第１のガス吹出口５ａよりも多く
の高温の処理ガスが吹き出されるように構成されてい
る。
【００２０】この場合、ウエハＷの中央部を周縁部と略
同じ昇温速度で過不足なく昇温させるためにには、上記
第１のガス吹出口５ａを通過するガスの流速Ｖが、０．
１〜２．５ｍ／秒とされていることが好ましい。上記処
理ガスの流速が、０．１ｍ／秒を下回るとウエハＷの中
央部が周縁部よりも昇温しにくく、２．５ｍ／秒を上回
ると昇温し過ぎるからである。上記第１のガス吹出口５
ａの口径は、プロセスで要求される処理ガスの総量によ
り決まり、例えば処理ガスの総量が１０リットルの場
合、６０ｍｍ程度が好ましい。
同じ昇温速度で過不足なく昇温させるためにには、上記
第１のガス吹出口５ａを通過するガスの流速Ｖが、０．
１〜２．５ｍ／秒とされていることが好ましい。上記処
理ガスの流速が、０．１ｍ／秒を下回るとウエハＷの中
央部が周縁部よりも昇温しにくく、２．５ｍ／秒を上回
ると昇温し過ぎるからである。上記第１のガス吹出口５
ａの口径は、プロセスで要求される処理ガスの総量によ
り決まり、例えば処理ガスの総量が１０リットルの場
合、６０ｍｍ程度が好ましい。
【００２１】上記反応管１の下部には、ウエハＷの搬入
搬出作業を行なうための作業室９が接続されている。こ
の作業室９は、耐熱性および耐食性を有する材料例えば
ステンレススチールにより形成されており、その側壁に
は処理後の排ガスあるいは不活性ガスを排気する排気口
１０が設けられている。この排気口１０には、反応管１
内を所定の圧力例えば大気圧に制御するための圧力制御
装置１１を介して排気系１２が接続されている。
搬出作業を行なうための作業室９が接続されている。こ
の作業室９は、耐熱性および耐食性を有する材料例えば
ステンレススチールにより形成されており、その側壁に
は処理後の排ガスあるいは不活性ガスを排気する排気口
１０が設けられている。この排気口１０には、反応管１
内を所定の圧力例えば大気圧に制御するための圧力制御
装置１１を介して排気系１２が接続されている。
【００２２】上記作業室９の底部中央部には、例えば石
英製の垂直な昇降軸１３が昇降可能に貫通されており、
この昇降軸１３の上端部には単一すなわち一枚のウエハ
Ｗを水平に支持する例えば石英製のウエハ支持部１４が
設けられている。このウエハ支持部１４は、例えばウエ
ハの周縁部を三点支持すべく上方に向って開いた３本の
支持腕からなっている。
英製の垂直な昇降軸１３が昇降可能に貫通されており、
この昇降軸１３の上端部には単一すなわち一枚のウエハ
Ｗを水平に支持する例えば石英製のウエハ支持部１４が
設けられている。このウエハ支持部１４は、例えばウエ
ハの周縁部を三点支持すべく上方に向って開いた３本の
支持腕からなっている。
【００２３】上記作業室９の側壁には、上記ウエハ支持
具１４に対して外部からウエハＷの出し入れを行なうた
めの出入口１５が設けられており、この出入口１５には
これを開閉するゲートバルブ１６が設けられている。上
記作業室９には、その内部を上記反応管１内と開閉可能
に遮断するためのシャッター１７が設けられていること
が好ましい。このシャッター１７としては、例えば左右
一対のシャッター板を水平方向からエアシリンダ等によ
り互に接近離反させて開閉するように構成されているこ
とが好ましい。
具１４に対して外部からウエハＷの出し入れを行なうた
めの出入口１５が設けられており、この出入口１５には
これを開閉するゲートバルブ１６が設けられている。上
記作業室９には、その内部を上記反応管１内と開閉可能
に遮断するためのシャッター１７が設けられていること
が好ましい。このシャッター１７としては、例えば左右
一対のシャッター板を水平方向からエアシリンダ等によ
り互に接近離反させて開閉するように構成されているこ
とが好ましい。
【００２４】上記昇降軸１３の下端部は、例えばモータ
駆動のリニアアクチュエータ等からなる昇降機構１８の
昇降アーム１９に起立状態で設けられている。上記作業
室９の底部における昇降軸１３の貫通部をシールする手
段として、図示例では作業室９の底部と昇降アーム１９
との間にはベローズ２０が介設されているが、上記貫通
部に軸封部材を設けるようにしてもよい。上記昇降機構
１８には、ウエハＷの位置を昇降アーム１９の位置によ
り検出するための例えば光センサあるいはポテンショメ
ータ等からなる位置センサＳａ，Ｓｂ，Ｓｃが設けられ
ている。
駆動のリニアアクチュエータ等からなる昇降機構１８の
昇降アーム１９に起立状態で設けられている。上記作業
室９の底部における昇降軸１３の貫通部をシールする手
段として、図示例では作業室９の底部と昇降アーム１９
との間にはベローズ２０が介設されているが、上記貫通
部に軸封部材を設けるようにしてもよい。上記昇降機構
１８には、ウエハＷの位置を昇降アーム１９の位置によ
り検出するための例えば光センサあるいはポテンショメ
ータ等からなる位置センサＳａ，Ｓｂ，Ｓｃが設けられ
ている。
【００２５】上記位置センサＳａ〜Ｓｃの検出信号は、
ウエハＷの停止位置制御だけでなく、例えば処理ガスの
流量や排気圧力等の制御にも利用されるようになってい
ることが好ましい。因みに、位置センサＳａはウエハの
移載位置Ａを、位置センサＳｂは処理ガスの流量制御開
始位置Ｂを、位置センサＳｃはウエハの熱処理位置Ｃを
それぞれ検出するように配置されている。なお、上記昇
降アーム１９には、ウエハＷの処理の更なる面内均一化
を図るために、昇降軸１３を回転駆動するモータ等の回
転駆動部が設けられていることが好ましい。
ウエハＷの停止位置制御だけでなく、例えば処理ガスの
流量や排気圧力等の制御にも利用されるようになってい
ることが好ましい。因みに、位置センサＳａはウエハの
移載位置Ａを、位置センサＳｂは処理ガスの流量制御開
始位置Ｂを、位置センサＳｃはウエハの熱処理位置Ｃを
それぞれ検出するように配置されている。なお、上記昇
降アーム１９には、ウエハＷの処理の更なる面内均一化
を図るために、昇降軸１３を回転駆動するモータ等の回
転駆動部が設けられていることが好ましい。
【００２６】次に、以上のように構成された熱処理装置
の作用および熱処理方法について述べる。先ず、昇降軸
１３上端のウエハ支持部１４を作業室９内のウエハ移載
位置Ａに位置させて、そのウエハ支持部１４上に出入口
１５からウエハＷを搬入して移載する。この移載時に、
反応管１内にはガス溜まりが生じないように全ガスライ
ン（全てのガス導入口６ａ，６ｂ）から処理ガスを導入
し、反応管１内を予め処理ガスでパージしておく。ま
た、この時、外部の雰囲気が出入口１５から反応管１内
に流入しないように、圧力制御装置１１により反応管１
内を陽圧にしておくことが好ましい。
の作用および熱処理方法について述べる。先ず、昇降軸
１３上端のウエハ支持部１４を作業室９内のウエハ移載
位置Ａに位置させて、そのウエハ支持部１４上に出入口
１５からウエハＷを搬入して移載する。この移載時に、
反応管１内にはガス溜まりが生じないように全ガスライ
ン（全てのガス導入口６ａ，６ｂ）から処理ガスを導入
し、反応管１内を予め処理ガスでパージしておく。ま
た、この時、外部の雰囲気が出入口１５から反応管１内
に流入しないように、圧力制御装置１１により反応管１
内を陽圧にしておくことが好ましい。
【００２７】上記移載後、シャッター１７を開けて昇降
機構１８によりウエハＷを熱処理位置Ｃまで上昇移動さ
せ、熱処理（例えば熱酸化処理）を開始する。この熱処
理時には、ウエハＷの面内温度の均一性が強く要求され
るが、同様に、ウエハＷの温度を昇降させる場合におい
ても面内温度の均一性が重要である。ウエハＷの面内温
度差を減少させる制御方法として、ローディング（ウエ
ハを熱処理位置に移動する）時のウエハＷの上昇移動速
度を制御することが有効である。また、本構成の熱処理
装置では、処理ガスが十分に加熱されてウエハＷに到達
できる構造であるから、ヒータ２からの輻射加熱だけで
なく、加熱された処理ガスからの熱伝達をウエハＷの面
内温度差を減少させる制御手段として利用できる。
機構１８によりウエハＷを熱処理位置Ｃまで上昇移動さ
せ、熱処理（例えば熱酸化処理）を開始する。この熱処
理時には、ウエハＷの面内温度の均一性が強く要求され
るが、同様に、ウエハＷの温度を昇降させる場合におい
ても面内温度の均一性が重要である。ウエハＷの面内温
度差を減少させる制御方法として、ローディング（ウエ
ハを熱処理位置に移動する）時のウエハＷの上昇移動速
度を制御することが有効である。また、本構成の熱処理
装置では、処理ガスが十分に加熱されてウエハＷに到達
できる構造であるから、ヒータ２からの輻射加熱だけで
なく、加熱された処理ガスからの熱伝達をウエハＷの面
内温度差を減少させる制御手段として利用できる。
【００２８】そこで、ウエハＷを熱処理位置Ｃに上昇移
動させる時には、ウエハＷの面内温度差が生じにくい比
較的速い速度で移動させる。それでも、この移動中に、
ヒータ２からの熱輻射によりウエハＷの中心部が周縁部
よりも遅れて昇温する傾向があるため、これを改善すべ
くウエハＷの昇温を補完するため、ウエハＷが所定の位
置（処理ガスの流量制御開始位置）Ｂを通過した時点
で、第２のガス導入口６ｂのガスラインを微流量に、第
１のガス導入口６ａのガスラインをウエハＷの中央部が
処理ガスからの熱伝達が十分にとれる流量に制御する。
これにより、第１のガス導入口６ａから第１のガス通路
４ａを介してヒータ２の近傍まで導かれて十分に加熱さ
れた処理ガスが第１のガス吹出口５ａから上昇移動中の
ウエハＷの中央部に吹き付けられるため、ウエハＷの中
央部が処理ガスからの熱伝達により周縁部と略同じ昇温
速度で昇温され、ウエハＷの面内温度差が可及的に減少
ないし解消されることになる。
動させる時には、ウエハＷの面内温度差が生じにくい比
較的速い速度で移動させる。それでも、この移動中に、
ヒータ２からの熱輻射によりウエハＷの中心部が周縁部
よりも遅れて昇温する傾向があるため、これを改善すべ
くウエハＷの昇温を補完するため、ウエハＷが所定の位
置（処理ガスの流量制御開始位置）Ｂを通過した時点
で、第２のガス導入口６ｂのガスラインを微流量に、第
１のガス導入口６ａのガスラインをウエハＷの中央部が
処理ガスからの熱伝達が十分にとれる流量に制御する。
これにより、第１のガス導入口６ａから第１のガス通路
４ａを介してヒータ２の近傍まで導かれて十分に加熱さ
れた処理ガスが第１のガス吹出口５ａから上昇移動中の
ウエハＷの中央部に吹き付けられるため、ウエハＷの中
央部が処理ガスからの熱伝達により周縁部と略同じ昇温
速度で昇温され、ウエハＷの面内温度差が可及的に減少
ないし解消されることになる。
【００２９】一方、ウエハＷが熱処理位置に到達し、ウ
エハＷが熱処理温度近傍に到達した時点では、処理ガス
とウエハＷの温度差がなくなるため、処理ガスによるウ
エハＷの温度制御の効果はなくなる。従って、その時間
的タイミングで、第１および第２のガス吹出口５ａ，５
ｂから処理ガスをウエハＷの全面に所定の流量で供給し
て、均質な熱処理を完成させる。熱処理終了後、ウエハ
Ｗをウエハ移載位置まで下降移動させ、その処理後のウ
エハＷの搬出と処理前のウエハの搬入を行ない、以上の
サイクルでウエハＷが一枚ずつ連続的に熱処理されるこ
とになる。
エハＷが熱処理温度近傍に到達した時点では、処理ガス
とウエハＷの温度差がなくなるため、処理ガスによるウ
エハＷの温度制御の効果はなくなる。従って、その時間
的タイミングで、第１および第２のガス吹出口５ａ，５
ｂから処理ガスをウエハＷの全面に所定の流量で供給し
て、均質な熱処理を完成させる。熱処理終了後、ウエハ
Ｗをウエハ移載位置まで下降移動させ、その処理後のウ
エハＷの搬出と処理前のウエハの搬入を行ない、以上の
サイクルでウエハＷが一枚ずつ連続的に熱処理されるこ
とになる。
【００３０】上記熱処理終了後、処理済みウエハＷを下
降移動する際に、ウエハＷがヒータ２から遠ざかること
により降温するが、反応管１内に処理ガスが残留してい
る場合、降温中にも反応が進み、急峻な界面形成が阻害
される恐れがある。これを防止するために、熱処理位置
Ｃから下降移動させる際に、反応管１内に不活性ガス例
えば窒素ガスを導入してパージし、反応を完全に終了さ
せることが好ましい。また、この場合においても、第１
および第２のガス吹出口５ａ，５ｂからの不活性ガスの
流量を降温時のウエハＷの面内温度差を可及的に減少さ
せるべく制御することが好ましい。
降移動する際に、ウエハＷがヒータ２から遠ざかること
により降温するが、反応管１内に処理ガスが残留してい
る場合、降温中にも反応が進み、急峻な界面形成が阻害
される恐れがある。これを防止するために、熱処理位置
Ｃから下降移動させる際に、反応管１内に不活性ガス例
えば窒素ガスを導入してパージし、反応を完全に終了さ
せることが好ましい。また、この場合においても、第１
および第２のガス吹出口５ａ，５ｂからの不活性ガスの
流量を降温時のウエハＷの面内温度差を可及的に減少さ
せるべく制御することが好ましい。
【００３１】このように処理前のウエハＷを反応管１内
に迅速に搬入し、所定時間の熱処理を行た後、直ちにそ
の処理後のウエハＷを反応管１外に迅速に搬出すること
ができ、急速な昇降温によりウエハＷの熱履歴を最少に
することができるため、半導体素子の微細化が図れる。
特に、上記処理方法によれば、ウエハＷをヒータ２から
の熱輻射により加熱して熱処理するに際して、上記ヒー
タ２の近傍を経由させて加熱した所定のガスを上記ウエ
ハＷの昇温しにくい領域に吹き付けて積極的に昇温させ
て昇温を補完するようにしたので、ウエハＷを面内均一
に迅速に昇温させることが可能となる。また、昇温後の
熱処理時においては、ウエハＷと同じ温度の処理ガスが
ウエハＷに供給されるので、面内温度差が生じないばか
りでなく、反応も速くなり、面内均一の処理（例えば酸
化膜の形成）を効率よく行なうことが可能となる。これ
らにより、品質およびスループットの向上が図れる。
に迅速に搬入し、所定時間の熱処理を行た後、直ちにそ
の処理後のウエハＷを反応管１外に迅速に搬出すること
ができ、急速な昇降温によりウエハＷの熱履歴を最少に
することができるため、半導体素子の微細化が図れる。
特に、上記処理方法によれば、ウエハＷをヒータ２から
の熱輻射により加熱して熱処理するに際して、上記ヒー
タ２の近傍を経由させて加熱した所定のガスを上記ウエ
ハＷの昇温しにくい領域に吹き付けて積極的に昇温させ
て昇温を補完するようにしたので、ウエハＷを面内均一
に迅速に昇温させることが可能となる。また、昇温後の
熱処理時においては、ウエハＷと同じ温度の処理ガスが
ウエハＷに供給されるので、面内温度差が生じないばか
りでなく、反応も速くなり、面内均一の処理（例えば酸
化膜の形成）を効率よく行なうことが可能となる。これ
らにより、品質およびスループットの向上が図れる。
【００３２】また、上記熱処理装置によれば、ウエハＷ
を収容して熱処理する処理室である反応管１の外側に上
記ウエハＷを熱輻射により加熱する加熱源であるヒータ
２を設け、上記反応管２にその壁面に沿って所定のガス
を上記ヒータ２の近傍まで導くガス通路４を形成すると
共に、上記ヒータ２によって加熱されたガスを反応管１
内のウエハＷにその昇温を補完すべく吹き付けるガス吹
出口５を設けたので、簡単な構成でウエハＷを面内均一
に迅速に昇温させることが可能となり、品質およびスル
ープットの向上が図れる。そして、上記吹出口５が、上
記ウエハＷの少なくとも中央部に臨んで設けられている
ため、ウエハＷの昇温しにくい領域である中央部を積極
的に昇温させることができる。また、上記ガス吹出口５
を通過するガスの流速Ｖが、０．１〜２．５ｍ／秒とさ
れているため、ウエハＷの昇温しにくい領域を過不足な
く昇温させることができる。
を収容して熱処理する処理室である反応管１の外側に上
記ウエハＷを熱輻射により加熱する加熱源であるヒータ
２を設け、上記反応管２にその壁面に沿って所定のガス
を上記ヒータ２の近傍まで導くガス通路４を形成すると
共に、上記ヒータ２によって加熱されたガスを反応管１
内のウエハＷにその昇温を補完すべく吹き付けるガス吹
出口５を設けたので、簡単な構成でウエハＷを面内均一
に迅速に昇温させることが可能となり、品質およびスル
ープットの向上が図れる。そして、上記吹出口５が、上
記ウエハＷの少なくとも中央部に臨んで設けられている
ため、ウエハＷの昇温しにくい領域である中央部を積極
的に昇温させることができる。また、上記ガス吹出口５
を通過するガスの流速Ｖが、０．１〜２．５ｍ／秒とさ
れているため、ウエハＷの昇温しにくい領域を過不足な
く昇温させることができる。
【００３３】図２〜図４は、本発明の他の実施の形態を
示しており、上記実施の形態と同一部分には同一参照符
合が付されている。図２の熱処理装置においては、第１
のガス吹出口５ａを単穴構造でなく、多孔構造とするこ
とにより、同じく多孔構造の第２のガス吹出口５ｂと合
わせて反応管１の上部全体がシャワーヘッド構造とされ
ている。その他の構成は、上記実施の形態と同じであ
り、本実施の形態の熱処理装置においても上記実施の形
態と同様の作用効果が得られる。
示しており、上記実施の形態と同一部分には同一参照符
合が付されている。図２の熱処理装置においては、第１
のガス吹出口５ａを単穴構造でなく、多孔構造とするこ
とにより、同じく多孔構造の第２のガス吹出口５ｂと合
わせて反応管１の上部全体がシャワーヘッド構造とされ
ている。その他の構成は、上記実施の形態と同じであ
り、本実施の形態の熱処理装置においても上記実施の形
態と同様の作用効果が得られる。
【００３４】図３の熱処理装置においては、反応管１が
外管１ａと内管１ｃからなる二重管別体構造とされ、外
管１ａと内管１ｃが別体で、分離できることから洗浄が
容易にできるようになっている。外管１ａと内管１ｃの
間の隙間にはガス通路４が形成され、内管１ｃの上部中
央部には単穴構造のガス吹出口５が設けられている。ま
た、外管１ａの外周壁にはガス導入口６が適宜設けられ
ている。２１は外管１ａおよび内管１ｃの下部同士を接
合するためのフランジ材である。本実施の形態の熱処理
装置においては、ガス吹出口５が一つであるから複数の
ゾーンに分けてガス流量を制御することはできないが、
ウエハＷの昇温しにくい中央部に高温のガスを吹き付け
て積極的に昇温させることができ、上記実施の形態とほ
ぼ同様の作用効果が得られる。
外管１ａと内管１ｃからなる二重管別体構造とされ、外
管１ａと内管１ｃが別体で、分離できることから洗浄が
容易にできるようになっている。外管１ａと内管１ｃの
間の隙間にはガス通路４が形成され、内管１ｃの上部中
央部には単穴構造のガス吹出口５が設けられている。ま
た、外管１ａの外周壁にはガス導入口６が適宜設けられ
ている。２１は外管１ａおよび内管１ｃの下部同士を接
合するためのフランジ材である。本実施の形態の熱処理
装置においては、ガス吹出口５が一つであるから複数の
ゾーンに分けてガス流量を制御することはできないが、
ウエハＷの昇温しにくい中央部に高温のガスを吹き付け
て積極的に昇温させることができ、上記実施の形態とほ
ぼ同様の作用効果が得られる。
【００３５】図４の熱処理装置においては、図３の熱処
理装置と同様に反応管１が外管１ａと内管１ｃからなる
二重管別体構造とされているが、内管１ｃの上部に設け
られたガス吹出口５が単穴構造ではなく、多孔構造とさ
れている。なお、図３および図４の熱処理装置における
反応管１を構成する外管１ａおよび内管１ｃは、一体構
造とされていてもよく、また反応管１の外周壁に排出口
が設けられていてもよい。
理装置と同様に反応管１が外管１ａと内管１ｃからなる
二重管別体構造とされているが、内管１ｃの上部に設け
られたガス吹出口５が単穴構造ではなく、多孔構造とさ
れている。なお、図３および図４の熱処理装置における
反応管１を構成する外管１ａおよび内管１ｃは、一体構
造とされていてもよく、また反応管１の外周壁に排出口
が設けられていてもよい。
【００３６】以上、本発明の実施の形態を図面により詳
述してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の
設計変更等が可能である。例えば、反応管は炭化ケイ素
（ＳｉＣ）により形成されていてもよく、その場合、高
純度炭化ケイ素でコーティングされていることが好まし
い。また、加熱源としては、抵抗発熱体からなるヒータ
が好ましいが、例えばランプ等であってもよい。被処理
基板としては、半導体ウエハ以外に、例えばＬＣＤ基板
等も適用可能である。本発明は、酸化以外に、例えば窒
化、ＣＶＤ、拡散、アニール等の各種の熱処理にも適用
可能である。
述してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の
設計変更等が可能である。例えば、反応管は炭化ケイ素
（ＳｉＣ）により形成されていてもよく、その場合、高
純度炭化ケイ素でコーティングされていることが好まし
い。また、加熱源としては、抵抗発熱体からなるヒータ
が好ましいが、例えばランプ等であってもよい。被処理
基板としては、半導体ウエハ以外に、例えばＬＣＤ基板
等も適用可能である。本発明は、酸化以外に、例えば窒
化、ＣＶＤ、拡散、アニール等の各種の熱処理にも適用
可能である。
【００３７】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果が得られる。
な優れた効果が得られる。
【００３８】（１）請求項１記載の熱処理方法によれ
ば、被処理基板を加熱源からの熱輻射により加熱して熱
処理するに際して、上記加熱源の近傍を経由させて加熱
した所定のガスを上記被処理基板に吹き付けて被処理基
板の昇温を補完するようにしたので、被処理基板を面内
均一に迅速に昇温させることが可能となり、品質および
スループットの向上が図れる。
ば、被処理基板を加熱源からの熱輻射により加熱して熱
処理するに際して、上記加熱源の近傍を経由させて加熱
した所定のガスを上記被処理基板に吹き付けて被処理基
板の昇温を補完するようにしたので、被処理基板を面内
均一に迅速に昇温させることが可能となり、品質および
スループットの向上が図れる。
【００３９】（２）請求項２記載の熱処理装置によれ
ば、被処理基板を収容して熱処理する処理室の外側に上
記被処理基板を熱輻射により加熱する加熱源を設け、上
記処理室にその壁面に沿って所定のガスを上記加熱源の
近傍まで導くガス通路を形成すると共に、上記加熱源に
よって加熱されたガスを処理室内の被処理基板にその昇
温を補完すべく吹き付けるガス吹出口を設けたので、簡
単な構成で被処理基板を面内均一に迅速に昇温させるこ
とが可能となり、品質およびスループットの向上が図れ
る。
ば、被処理基板を収容して熱処理する処理室の外側に上
記被処理基板を熱輻射により加熱する加熱源を設け、上
記処理室にその壁面に沿って所定のガスを上記加熱源の
近傍まで導くガス通路を形成すると共に、上記加熱源に
よって加熱されたガスを処理室内の被処理基板にその昇
温を補完すべく吹き付けるガス吹出口を設けたので、簡
単な構成で被処理基板を面内均一に迅速に昇温させるこ
とが可能となり、品質およびスループットの向上が図れ
る。
【００４０】（３）請求項３記載の熱処理装置は、上記
吹出口が、上記被処理基板の少なくとも中央部に臨んで
設けられているため、被処理基板の昇温しにくい領域を
昇温させることができる。
吹出口が、上記被処理基板の少なくとも中央部に臨んで
設けられているため、被処理基板の昇温しにくい領域を
昇温させることができる。
【００４１】（４）請求項４記載の熱処理装置によれ
ば、上記ガス吹出口を通過するガスの流速が、０．１〜
２．５ｍ／秒とされているため、被処理基板の昇温しに
くい領域を過不足なく昇温させることができる。
ば、上記ガス吹出口を通過するガスの流速が、０．１〜
２．５ｍ／秒とされているため、被処理基板の昇温しに
くい領域を過不足なく昇温させることができる。
【図１】本発明の実施の形態を示す熱処理装置の縦断面
図である。
図である。
【図２】本発明の他の実施の形態を示す熱処理装置の要
部縦断面図である。
部縦断面図である。
【図３】本発明の他の実施の形態を示す熱処理装置の要
部縦断面図である。
部縦断面図である。
【図４】本発明の他の実施の形態を示す熱処理装置の要
部縦断面図である。
部縦断面図である。
【符号の説明】 Ｗ 半導体ウエハ（被処理基板） １ 反応管（処理室） ２ ヒータ（加熱源） ４ ガス通路 ５ ガス吹出口
Claims (4)
- 【請求項１】 被処理基板を加熱源からの熱輻射により
加熱して熱処理するに際して、上記加熱源の近傍を経由
させて加熱した所定のガスを上記被処理基板に吹き付け
て被処理基板の昇温を補完するようにしたことを特徴と
する熱処理方法。 - 【請求項２】 被処理基板を収容して熱処理する処理室
の外側に上記被処理基板を熱輻射により加熱する加熱源
を設け、上記処理室にその壁面に沿って所定のガスを上
記加熱源の近傍まで導くガス通路を形成すると共に、上
記加熱源によって加熱されたガスを処理室内の被処理基
板にその昇温を補完すべく吹き付けるガス吹出口を設け
たことを特徴とする熱処理装置。 - 【請求項３】 上記ガス吹出口が、上記被処理基板の少
なくとも中央部に臨んで設けられていることを特徴とす
る請求項２記載の熱処理装置。 - 【請求項４】 上記ガス吹出口を通過するガスの流速
が、０．１〜２．５ｍ／秒とされていることを特徴とす
る請求項２または３記載の熱処理装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8096185A JPH09260364A (ja) | 1996-03-26 | 1996-03-26 | 熱処理方法および熱処理装置 |
| US08/816,776 US5903711A (en) | 1996-03-26 | 1997-03-19 | Heat treatment apparatus and heat treatment method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8096185A JPH09260364A (ja) | 1996-03-26 | 1996-03-26 | 熱処理方法および熱処理装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09260364A true JPH09260364A (ja) | 1997-10-03 |
Family
ID=14158263
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8096185A Pending JPH09260364A (ja) | 1996-03-26 | 1996-03-26 | 熱処理方法および熱処理装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5903711A (ja) |
| JP (1) | JPH09260364A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002313796A (ja) * | 2001-04-18 | 2002-10-25 | Gasonics:Kk | 基板熱処理装置 |
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| JP2002313796A (ja) * | 2001-04-18 | 2002-10-25 | Gasonics:Kk | 基板熱処理装置 |
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| Publication number | Publication date |
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| US5903711A (en) | 1999-05-11 |
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