JPH03116828A - 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〕 本発明は拡散装置、気相薄膜形成装置（ＣＶＤ装置）な
ど半導体ウェハの熱処理装置に係り、特にウェハを清浄
に均一に短時間熱処理するのに好適な装置構造に関する
。

〔従来の技術〕

従来の装置は、特開昭５９−３６９２７号公報に記載の
ように、円筒形装置の天井部に同心円形状の加熱用ラン
プを配置し、水平に保持したウェハを装置の下方から挿
入し、各ランプの出力を調整しながら、ウェハを加熱し
ていた。

また、特開昭５８−１９４３３２号公報に記載のように
、ウェハの上下に加熱ランプを設け、さらにウェハ外周
部に補助加熱ランプを設けてウェハを加熱するようにな
っていた。

また、特開昭６３−２３２４２２号公報に記載のように
２円筒形の高温炉内壁の天井部および側面部に抵抗発熱
ヒータを設け、高温炉の下方からウェハを挿入して、ウ
ェハを加熱していた。

また、特開昭６０−１３１４３０号公報に記載のように
、ランプで加熱しているウェハの温度を赤外線センサで
測定し、ランプの発熱量を制御していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来のうち特開昭５９−３６９２７号公報に記載の
技術はウェハのみを高温とし、装置の内壁や処理ガスを
低温の状態にしておくため、ウェハ挿入時にウェハに伴
ってごみを含んだ外気を装置内部に持ち込んでしまうと
いう問題があった。さらにウェハのような平面を均一に
加熱する点に配慮がされていなかった。すなわち、フィ
ラメント１本ごとにガラス管で囲まれているため、ガラ
ス管の直径以下の距離にフィラメントを並べることがで
きず、発熱のないガラス管が不均一温度分布を発生する
原因となっていた。その結果、ウェハに熱応力欠陥を発
生し、熱処理にばらつきが生じるという問題があった。

また特開昭５８−１９４３３２号公報に記載の従来技術
はウェハの温度分布低減を目的としたものであるが、補
助加熱ランプの発熱量制御の最適条件を少しでも外れる
とウェハに不均一温度分布が生じ、ウェハ周縁部に熱応
力欠陥が発生するという問題があった。

また特開昭６３−２３２４２２号公報に記載の従来技術
は抵抗発熱ヒータのみで加熱しており、抵抗発熱ヒータ
は大気中に設けるため線径が比較的太いので熱容量が大
きく、抵抗発熱ヒータは発熱量の非常に短時間の高速制
御をすることができなかった。

仮に抵抗発熱ヒータのみを用い１秒オーダの短時間加熱
の連続処理を行ったとしても、ヒータ温度が処理回数ご
とに変化し、ウェハごとに熱処理がばらついてしまうと
いう問題があった。

また特開昭６０−１３１４３０号公報に記載の従来技術
はウェハ表面の放射率が表面状態によって変化する点に
ついて配慮がされておらず、加熱中に放射率が変化する
場合、赤外線センサによる温度指示値の誤差が大きくな
るという問題があった。

本発明の第１の目的はウェハ挿入時に外気を巻き込まず
、清浄に短時間熱処理する装置構造を提供することにあ
る。

第２の目的は温度上昇時及び定常加熱時のウェハ温度分
布を低減し、熱応力欠陥が発生せず、均一に熱処理する
装置構造を提供することにある。

第３の目的はウェハの表面状態によらず、精度良くウェ
ハ温度を測定する方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記第１の目的に達成するために１本発明の熱処理装置
は縦形円筒形装置の側壁に抵抗発熱ヒータを設け、天井
部に加熱用ランプを設けたものである。ここで、抵抗発
熱ヒータとは線径が数１の合金材料を用い、大気圧にて
ジュール発熱させるヒータで、ヒータの焼切れを防止す
るためヒータ温度が１５００℃以下であるが、熱効率が
よく連続加熱に適したヒータのことを言う。一方、加熱
用ランプは線径が数百μｍのタングステン線フィラメン
トをガラス管の中に封入し、ガラス管内に不活性ガスは
ハロゲンガスを入れ、フィラメントに電流を流して３０
００℃程度の白熱状態にして発熱するもので、フィラメ
ントが細いため発熱量の高速制御が可能な加熱源のこと
を言う。抵抗発熱ヒータは連続的に発熱させて装置内壁
や処理ガスを常に高温の状態に保つものである。加熱用
ランプはウェハ温度に合わせて発熱量を制御しウェハ温
度を制御するものである。

第２の目的を達成するために１本発明の熱処理装置はウ
ェハ周縁部近くに補助加熱用ランプを設け、かつ、集光
器やレンズにより、その加熱光に方向性を与えて、ウェ
ハ周縁を含まずに周縁から少し内側の位置を局所的に加
熱させるようにしたものである。

また、ランプ管構造を偏平な円形。

環状形とし、 その中にフィラメントを平面的に配線し、そのような平
面形状の加熱用ランプをウェハに平行となるように配置
してウェハを加熱したものである。

第３の目的を達成するために、赤外線センサと共に同じ
波長の発光ランプを設け１発光ランプの光がウェハ表面
にて反射してくる光の強度を赤外線センサで測定するこ
とにより、ウェハ放射率を測定する８次に発光ランプを
消してウェハからの放射強度を測定し、先に求めたウェ
ハ放射率を用いてウェハ温度を算出するものである。

〔作用〕

第１の目的を達するための縦形円筒形装置の側壁に設け
た抵抗発熱ヒータは連続的に発熱し、装置内壁や処理ガ
スを縮に高温の状態に保つため、下端を開放した縦形円
筒形装置の内部に高温ガスの処理ガスが浮力で充満し、
ウェハ挿入時においてウェハに伴う低温の外気が高温処
理ガスで追い払われ、外気が装置内部に持ち込まれるこ
とはない。また、縦形円筒形装置の天井部に設けた加熱
用ランプは、ウェハの温度に合わせて発熱量を高速制御
するため、挿入直後のウェハ温度を急速に熱処理温度ま
で加熱することが可能であり、またウェハ全面が均一温
度になるように加熱制御することが可能であり、秒オー
ダの短時間熱処理をすることができる。

第２の目的を達成するためのウェハ周縁部近くに設けた
補助ランプからの方向性のある加熱光は、ウェハ周縁を
含まずに周縁近傍を局所的に加熱することができる。低
温のウェハを熱処理温度まで温度上昇させる際に、ウェ
ハ周縁部はウェハ側面と周端面の両者の加熱のために温
度が高くなる。

またウェハ中央部は加熱源の中央に対面しているため温
度が高くなる。両者の作用によってウェハ周縁から少し
内側の部分が最も温度が低くなる。

方向性の加熱光にて温度が低い部分を局所的に加熱する
ため、ウェハ温度分布を低減することができる。

また、平面形状の加熱用ランプは平面的に均一な加熱が
可能であり、ランプに平行となるように配置したウェハ
全面を均一な温度にすることができる。特に定常処理時
のウェハ温度分布を低減することができる。

第３の目的を達成するための発光ランプと赤外線センサ
により、ウェハの放射率を測定しながら、ウェハからの
放射強度を測定することができる。

ウェハからの放射強度からウェハ温度に換算するには、
ウェハの放射率を与える必要があるが、オンラインでウ
ェハの放射率を測定しているため、加熱中にウェハの放
射率が変化しても、それに対応してウェハ温度を精度よ
く求めることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図、第２図により説明す
る。第１図は本発明を適用した拡散装置の縦断面図であ
り、第２図は加熱用ランプの配置を示す水平断面図であ
る。高温炉１は縦形円筒形状をしており、炉内側壁に上
下に２分割された抵抗発熱ヒータ２−１．２−２　（直
径が２〜１０＋ｎｎのカンタル素線など）が設けられて
いる。ヒータ２−１．２−２の内側に均熱管３（シリコ
ンカーバイｉ・製なと）１反応管４（石英ガラス製など
）が設けられており、周囲に断熱材５が設けられている
。高温炉１の天井部に並列した棒状の加熱用ランプ６と
リング状のランプ７が設けられている。

リング状のランプ７の加熱光がウェハ８の周縁部近傍の
みに局所的に照射されるように集光器９が設けられてい
る。ランプ６．７の外側には反射板１０が設けられてお
り、それには冷却用の空気の流路１１が設けられている
。１枚のウェハ８が挿入治具１２に乗せられて高温炉１
の下方から内部に挿入される。挿入治具１２は搬送台１
３に取り付けられており、ウェハ挿入時にキャンプ１４
が閉じるようになっている。挿入治具１２にウェハを供
給し、払い出すためのロード・アンロード治具１５が設
けられている。高温炉１の下方にハーフミラ−１６，赤
外線センサ１７．赤外ランプ１８から構成されたウェハ
温度計測系が設けられている。反応管４の内部は、拡散
装置の使用条件に応じて、窒素、アルゴン、酸素、水蒸
気などの処理ガスが流れている。反応管４の側壁に供給
管１９が取り付けられており、外部から導びかれるガス
が供給管１９を流れる間に予熱され、高温となってガス
が反応管４の上部に供給される。第２図のランプ配置に
おいて、棒状の加熱用ランプ６はウェハ８の全面にわた
って多数並列しており、ランプの軸方向において発熱部
はウェハ８に面している部分のみとする。リング状のラ
ンプ７はウェハ８に周囲に軸対称となるように設けられ
ている。いずれのランプも電源供給端子２０は高温部分
から外れた位置になっていて、十分に冷却されている。

発熱制御系は第１図に示しであるように、抵抗発熱ヒー
タ２−１．２−２は発熱部中央に熱電対２１が設けられ
ており、温調器２２にて目標温度に近づくように発熱量
がＰＩＤ制御され、電源２３からの供給電力が調整され
る。また、赤外線センサ１７の指示値はウェハ温度計２
４にて目標温度に近づくように発熱量がＰＩＤ制御され
、電源２５からの供給電力が調整される。温調器２２や
ウェハ温度計２４への目標温度の設定などは生コントロ
ーラ２６の信号によって行われる。

以上のように構成された拡散装置を用いてウニ八熱処理
を行う場合の動作を次に示す。抵抗発熱ヒータ２−１．
２−２の発熱により高温炉１の内部は、例えば１０００
℃の高温状態になっている２つに分割されたヒータ２−
１．２−２及びランプ６．７の発熱量を制御することに
より、高温炉１の上部に均一温度場が形成されている。

挿入治具１２が高温炉１の直下に移動し、ロード・アン
ロード治具１５によってウェハが乗せられる。挿入治具
１２が上方に移動しく例えば２００ｍｍ／秒の速度）ウ
ェハ８を高温炉１の内部に収納する。

後で説明するように、ウェハ温度計測系により、ウェハ
温度を測定し、ウェハ温度が熱処理温度（例えば１００
０℃）に速く近づくように、加熱用ランプ６．７の発熱
量が制御される。また、後で詳細に説明するように、棒
状ランプ６とリング状ランプ７どの発熱量は、温度上昇
時及び定常時のウェハ温度が均一になるように制御され
る。常温で挿入されたウェハが例えば１０秒程度で熱処
理温度に達し、その後熱処理温度が一定値に保たれる。

所定時間（例えば１０秒）の熱処理後、ウェハは高温炉
１の直下に取り出され、ロード・アンロード治具１５に
よって次のウェハと交換され上記動作が連続する。

抵抗発熱ヒータ２−１．２−２は連続的に発熱しており
１反応管４の内部が高温状態の処理ガスが浮力で充満し
ているため、外部の空気は反応管４の内部に入り込むこ
とがない。

ウェハ面内温度分布について、ウェハ中央部は棒状ラン
プ６に近いために高温となる。装置上壁の周辺にランプ
やヒータがない部分があるため。

ウェハの周縁の近くが低温となる。一方、ウェハの最外
周部は周端面への加熱のために再び高温となる。数値シ
ミュレーションにより、ウェハ半径方向の温度分布を計
算した結果を第３図に示す。

第３図のＡが棒状ランプ６のみを使用した場合で量る。

リング状ランプ７によりウェハ周縁を含ますウェハ周縁
から少し内側の部分を局所的に加熱した場合を第３図の
Ｂに示す、この場合、最大と最小の温度差を低減するこ
とがわかる。これは。

リング状ランプ７に集光器９が設けられているので加熱
光に方向性が生じ、ウェハ周縁を含まず周縁近傍で局所
的に加熱することが可能となるため、温度差が低減する
ためである。局所加熱領域を適正化することにより温度
分布をさらに低減できる。

集光器９をなくし、リング状ランプ７からウェハ全面を
加熱した場合を第３図のＣに示す、この場合ウェハ周端
面への加熱量も増し、ウェハ最外周部の温度が非常に高
くなり、温度差が大きくなる次にウェハ温度測定につい
て示す。赤外線センサ１７によりウェハ温度を測定する
にはウェハ表面の放射率を与える必要がある。ところが
ウェハの放射率は酸化膜厚の変化によって変化するため
。

熱処理中の表面状態の変化が測定誤差を生じる。

６００℃以上のウェハは不透明であるため、ウェハの反
射率と放射率の和が１．０　という関係がある。赤外ラ
ンプ１８を点灯し、ハーフミラ−１６で反射された光が
ウェハ８にて反射され、ハーフミラ−１Ｇを透過して赤
外線センサ１７に達する強度を測定することにより、ウ
ェハの反射率を求めることができ、それから放射率を算
出できる。

次に赤外ランプ１８を消灯して、ウェハ８からの放射エ
ネルギを赤外線センサ１７で測定し、先に求めた放射率
を与えることによりウェハ温度を求めることができる。

放射率測定と温度測定を交互に行うことにより、ウェハ
表面状態が素化しても精度よくウェハ温度を求めること
ができる。

上記、実施例の熱処理方法は抵抗発熱ヒータ２−１．２
−２により高温炉１の内部の温度を熱処理温度（たとえ
ば１０００℃）にしておき、ウェハを挿入後ウェハ温度
がすみやかに熱処理温度に近づくように加熱ランプ６を
発熱させるものであった。この場合、スルーブツトが大
きいという利点がある。

他の熱処理方法として、高温炉１の内部の温度を熱処理
温度よりやや低い温度（たとえば８００℃）にしておき
、挿入後ウェハ温度が高温炉１の内部温度になった後、
加熱ランプ６の発熱させて熱処理温度に近づける方法も
ある。この場合、ウェハを予熱することに相当し、温度
上昇時のウエハ面内温度分布を低減させることができる
ので、リング状ランプ７を設けなくても熱応力欠陥の発
生を防止できる効果がある。

他の熱処理方法として、ウェハ８を高温炉１に挿入する
速度を遅くすることにより、ウェハをゆっくり温度上昇
させることができるので、温度上昇時のウェハ面内温度
分布を低減させることができ、リング状ランプ７を設け
なくても熱応力欠陥の発生を防止できる効果がある。

本発明の他の実施例の拡散装置の縦断面図を第５図に示
す６その加熱用ランプの水平方向の配置を示す横断面図
を第４図に示す。円筒形状の高温炉１の天井部に２段に
直交させて並列した棒状加熱ランプ６が設けられている
。高温炉１の下部は開放している。ウェハ温度計測系の
光軸はミラー２７により直角に曲げられている。ウェハ
８の外周部にリング板（石英ガラス、シリコン製など）
２８が設けられている。ウェハ８及びリング板２８を下
から見た図を第６図に示す。ウェハ８及びリング板２８
は挿入治具１２の先端部のツメ２９に支持されている。

リング板２８の厚さはウェハの厚さ以上とする。

本実施例によれば、リング板２８によって見かけ上、ウ
ェハの直径を大きくした場合対応する効果がある。ウェ
ハ周縁近傍の局所加熱を行わないが、第３図のＣに示す
曲線において、中央部の均一温度範囲を使って熱処理す
ることに相当するため、均一熱処理ができる。高温炉１
の下部を開放しているため、第１実施例に比べて放熱量
が大きく、消費電力が大きいが、キャップ開閉に伴う装
置内部の温度変動が生じず均一加熱が可能である。

また、ウェハ温度計測系を高温炉１の放射熱が当らない
位置に設けているため、計測器本体を温度上昇させてし
まうことがない。

また、リング板２８に加熱用ヒータや冷却ガス流路を取
り付けて、リング板の温度制御を行うとウェハ温度均一
化の効果が大きい。

本発明の他の実施例の拡散装置の縦断面図を第７図に示
す。円筒形状の高温炉１の天井部の中央に球状のランプ
３０が設けられている。ランプ３０とウェハ８との間に
フィルタ３１　（石英ガラス製など）が設けられており
、リング状に凸レンズ３２が形成されており、その他は
散乱面となっている。

本実施例によれば球状のランプ３０が１つであり、フィ
ルタ３１で散乱されるため、ウェハ全面を軸対称に均一
に加熱することができる。また、凸レンズ３２により、
ウェハの周縁部近傍を局所的に加熱でき、ウェハ温度を
均一にすることができる。

本発明の他の実施例の拡散装置の縦断面図を第９図に示
す。ランプの配置を示す水平断面図を第８図に示す。水
平に支持したウェハ８の下方に棒状の加熱ランプ６が並
列に設けられており、上方にリング状のランプ７が設け
られている。リング状のランプ７の加熱光がウェハ８の
周縁部近傍のみに局所的に照射されるように集光器９が
設けられている。ウェハ８は横に挿入口をもつ反応管４
（石英ガラス製など）の内に挿入治具１２によって挿入
されており、挿入口はキャップ１４で密閉されている。

反応管４の内に処理ガスが供給管１９から供給される。

ハーフミラ−１６，赤外線センサ１７．赤外ランプ１８
で構成されたウェハ温度計測系が設けられている。

本実施例はウェハ均一熱処理、ウェハ温度測定精度向上
の点で、第１の実施例と同様の効果がある。

本発明のウェハ温度計測系他の実施例を第１０図に示す
。同種の２個の赤外線センサ１７−１゜１７−２と赤外
線ランプ１８を用いる。赤外線ランプ１８からの光が破
線で示した光路で、ウェハ８で反射され赤外線センサ１
７−１に達する強度を測定することにより、ウェハの反
射率を求めることができ、放射率を算出できる。一方、
ウェハ８からの放射エネルギは一点鎖線で示した光路で
。

赤外線センサ１７−２に達する強度を測定することによ
り、ウェハ温度を求めることができる。なお、反射率測
定位置と温度測定位置を同一にする必要がある。本実施
例によれば反射率測定と温度測定を同時に行うことがで
きる。

本発明の他の実施例の拡散装置の縦断面図を第１１図に
示す。水平に支持したウェハ８の上下に棒状の加熱ラン
プ６を並列に設けている。装置の下部にハーフミラ−１
６，赤外線センサ１７．赤外線ランプ１８．ミラー３３
．シャッタ３４で構成されたウェハ温度計測系が設けら
れている。

ウェハ温度計測は３つのステップに分けて行う。

まずシャッタ３４を開け、赤外線ランプ１８を点灯して
、赤外線センサ１７で強度を測る。これをＥｌとした時
、これは赤外線ランプ１８の光がハーフミラ−１６を透
過し、ミラー３３で反射し、ハーフミラ−１６で反射し
、赤外線センサ１７に届く光の強度である。次に、シャ
ッタ３４を閉め。

赤外線ランプ１８を点灯して、赤外線センサ１７で強度
を測る。これをＥｌとした時、これは赤外線ランプ１８
の光がハーフミラ−１６で反射し。

ウェハ８で反射し、ハーフミラ−１６を透過し、赤外線
センサ１７に届く光の強度である。次に、シャッタ３４
を閉め、赤外線ランプ１８を消灯して、赤外線センサ１
７で強度を測る。これをＥ３とした時、これはウェハ８
からの放射エネルギがハーフミラ−１６を透過して赤外
線センサ１７に届く光の強度である。以上の測定値を用
い、ウェハが６００℃以上で不透明の場合、ウェハの放
射率εは次式で計算される。

Ｅｔ　　　Ｅｘ ウェハ温度をＴとすると、赤外線センサには次の特性が
ある。すなわち、 となる。

ここで０１〜Ｃ６は定数であり、あらかじめ校正して求
めておく、従って、以上の測定値を用いて、ウェハの放
射率が加熱中に変化する場合でも、ウェハ温度Ｔを精度
よく求めることができる。本実施例では赤外線ランプ１
８の強度が経時変化する場合でもウェハ温度を精度よく
求めることができる。

本実施例はウェハ温度測定精度向上の点で効果が大きい
。

本発明の他の実施例の拡散装置の縦断面図を第１３図に
示す、ランプの水平方向の配置を示す横断面図を第１２
図に示す。水平に支持したウェハ８の上方に棒状の加熱
ランプ６が並列しており。

下方に小さな球状の加熱ランプ３５が多数配列している
。球状の加熱ランプ３５にはそれぞれ集光器９が設けら
れており、ウェハ８を局所的に照射するようになってい
る。

本実施例は球状の加熱ランプ３５によりウェハ全面にわ
たって局所的に加熱量を制御することができるため、ウ
ェハ温度均一化の点に効果が大きい。

本発明の他の実施例の拡散装置の縦断面図を第１５図に
示す。ランプの水平方向の配置を示す横断面図を第１４
図に示す、水平に支持したウェハ８の上下に棒状の加熱
用ランプ６が並列している。

上下の加熱用ランプ６の方向が直交している。さらに、
上下とも加熱用ランプ６の両端部に加熱ランプ６に直交
する方向に別の棒状の加熱用ランプ群３６が設けられて
いる。ウェハ８の周囲にはリング板２８が設けられてい
る。赤外線センサ１７を用いたウェハ温度計測系の他に
ウェハ挿入空間に複数の熱電対３７−１．３７−２．３
７−３が設けられている。各熱電対はウェハ８の中央部
と四方の周辺部に対応している。各熱電対の温度が、均
一な温度となるように加熱用ランプ６や加熱用ランプ３
６の発熱量を調整する。

本実施例によれば、熱電対３７−１．３７−２゜３７−
３を用いて多数の加熱用ランプ６．３６のランプごとの
発熱量を調整してウェハ挿入空間の温度を均一にし、赤
外線センサ１７を用いてウェハ中心温度を測定するので
均一な温度にすることができる。

本発明の他の実施例を第１６図〜第１８図により説明す
る。第１７図は本発明を適用した拡散装置の縦断面図で
ある。第１６図は装置の上方に用いであるランプ構造を
示す横断面図である。第１８図は装置の下方に用いであ
るランプ構造を示す斜視図である。第１６図に示すよう
に加熱用ランプ３８は扁平な円形ガラス管３９（石英ガ
ラス製など）の中にフィラメント４０（タングステン線
など）が渦巻き状に設けられており、端子部４１にてモ
リブデン箔製なとの電極がガラス封止されている。密封
されたガラス管３９の内部にはアルゴン、窒素、クリプ
トン、沃素、臭素、塩素などのガスが封入されている。

なお、フィラメント４０がガラス管３９に触れないよう
に必要に応じて支持部材（図に示していない）が設けら
れている。

第１７図に示すようにウェハ８の上方に上記の加熱用ラ
ンプ３８が設けられている。ウェハ８の下方には、第１
８図に示すように扁平な環状の加熱用ランプ４２が設け
られである。扁平な環状のガラス管４３の中にフィラメ
ント４４が渦巻き状に設けられている。ガラス管４３の
内部には上記のガスが封入されている。第１７図にて加
熱用ランプ３８．４２の外側に反射板１０（アルミ製な
ど）が設けられており、それには冷却用の空気流路１１
が設けられている。ランプ３８．４２の内側には横に挿
入口をもつ反応器４（石英ガラス製など）が設けられて
おり、挿入治具１２に乗せられたウェハ８が挿入されて
いる。挿入口はキャップ１４で密閉される。反応管４の
内部には処理ガス（窒素、酸素、水素、水蒸気など）が
供給管１９から供給される。赤外線センサによる放射温
度計４５が設けられている。放射温度計４５の信号を入
力して加熱用ランプ３８．４２の発熱量を制御する温度
調節器４６が設けられている。

以上のように構成されたランプ熱処理装置を用いてウェ
ハの熱処理を行う場合の動作を次に示す。

装置外にてウェハを乗せた挿入治具１２は１反応管４の
内部にウェハ８を挿入する。キャップ１４にて反応管４
を密封した後、真空ポンプ（図に示していない）にて内
部を真空にし、その後供給管１９から処理ガスを入れる
。加熱用ランプ３８゜４２が点灯し、ウェハ８を熱処理
温度（例えば１０００℃）にまで加熱する６ウ工ハ温度
を放射温度計４５で測定し、ウェハ温度が熱処理温度を
越えることなく速く熱処理温度に近づくように加熱用ラ
ンプ３８．４２の発熱量が温度調節器４６で制御される
。ウェハ８の中心部と周辺部が同一温度になるように、
上方の円形の加熱ランプ３８と下方の環状の加熱ランプ
４２の発熱量が制御される。所定時間の熱処理後、加熱
ランプ３８゜４２の発熱が止まり、ウェハが冷えた後、
挿入治具１２の移動により、ウェハが交換されて上記動
作が繰り返される。

本発明では加熱ランプ３８．４２がウェハ８と同心の円
形あるいは環状となっており、ウェハ８に生じる温度分
布が小さい。さらに、加熱ランプ３８．４２のガラス管
３９．４３が扁平であり、フィラメント４０．４４が平
面状に密に配列しているため、ウェハを均一に加熱する
ことができ、ウェハに生じる温度分布が小さい。

本発明の他の実施例のランプ熱処理装置の加熱用ランプ
の横断面図を第１９図に示す。第１９図の■−■断面図
を第２０図に示す。マ平な円形ガラス管３９の中に板状
のフィラメント４７．４８が設けられており、中央部の
フィラメント４７と周辺部のフィラメント４８の２つの
ゾーンに分かれている。各フイラメン１〜とも端子部４
１から電ｌｓ！４９により配線されている。フィラメン
ト４７゜４８がガラス管３９の中央面になるよう支持部
品５０が必要に応じて設けられている。

本実施例の加熱用ランプをウェハ８の上下に設けること
により、ウェハの両面を等しく加熱し、さらに、ウェハ
の中央部と周辺部の発熱量を制御することができる。な
お、本実施例の加熱用ランプで用いる場合、放射温度計
４５の位置をフィラメント４７のすき間５１に合わせる
ことが必要である。

本発明の他の実施例の加熱用ランプの横断面図を第２１
図に示す。扁平な四角形ガラス管５２の中に線状のフィ
ラメント５３をコイル状にしたものが狭いピッチで多数
平行して設けられており、すべてのフィラメントをつな
ぐ電極５４に多数の端子部４１から配線されている。本
実施例によれば線状のフィラメント５３を狭いピッチで
設けるため、面内の加熱量をほとんど一定にすることが
できる。多数の端子部４１から電極５４に配線している
理由は、１つの端子当りの許容電流値に制限があり、電
流値を増すためである。

本発明の他の実施例の加熱用ランプの横断面図を第２２
図に示す。フィラメント５３が四角の薄板になっている
。

本発明の他の実施例の加熱用ランプの横断面図を第２３
図に示す。線状のフィラメント５３が平面上をつづら折
りになっている。

本発明の他の実施例の加熱用ランプの横断面図を第２４
図に示す。扁平な四角形ガラス管５２の中に線状のフィ
ラメント５３をコイル状にしたものの群が独立に複数組
で設けられている。本実施例によれば、複数組のフィラ
メント群の発熱量を独立に制御することができ、ウェハ
温度が均一となるように発熱制御を行うことができる。

なお、複数組のフィラメント群はすべて平行している場
合の他に、２段で交直していると発熱制御の効果はさら
に大きい。

本発明の他の実施例の加熱用ランプの斜視図を第２５図
に示す。円管状のガラス管５２の中に板状のフィラメン
ト５３が設けられている。板状のフィラメント５３をウ
ェハ８と平行にして加熱するものである。

以上の説明は扇子な円形、環形、四角形のガラス管３９
，４３．５２の両側の板は透明な平板であったが、それ
を第７図のフィルタ３１のように凸レンズを有する平板
あるいは散乱板としてもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ウェハ挿入時に装置内に外気を混入す
ることがなく、外部のゴミを含まないクリーンなガス中
で秒オーダの短時間熱処理を行うことかでき、製品の歩
留りが大きい。また、温度上昇時及び定常加熱時のウェ
ハ温度分布が小さく、熱応力欠陥が発生することなく、
均一に熱処理を行うことができる。また、加熱中のウェ
ハの表面状態の変化に対応して、放射率を測定しなから
ウェハ温度を測定するため、精度よくウェハ温度を求め
ることができ、そのウェハ温度が目標熱処理温度に近づ
くように発熱源の発熱量を制御することにより均一な熱
処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の拡散装置の縦断面図、第２
図はランプの配置を示す横断面図、第３図は本発明の効
果を示すウェハ面内温度分布の計算結果を示す図、第４
図と第５図は他の実施例の拡散装置の横断面図と、縦断
面図、第６図はリング板の外観図、第７図は他の実施例
の拡散装置の縦断面図、第８図は第９図は他の実施例の
拡散装置の横断面図と縦断面図、第１０図は他の実施例
のウェハ温度測定系を示す図、第１１図は他の実施例の
拡散装置の縦断面図、第１２図と第１３図は他の実施例
の拡散装置の横断面図と縦断面図。 第１４図と第１５図は他の実施例の拡散装置の横断面図
と縦断面図、第１６図〜第１７図は他の実施例の拡散装
置のランプ構造の横断面図と装置の縦断面図、第１８図
は他のランプ構造を示す斜視図、第１９図は他の実施例
のランプ構造図の横断面図、第２０図は第１９図のｖ−
■断面図、第２１図〜第２４図は他の実施例のランプ構
造の横断面図、第２５図は他の実施例のランプ構造を示
す斜視図である。 １・・・高温炉、２・・・抵抗発熱ヒータ、６・・・棒
状ランプ、７・・・リング状ランプ、８・・・ウェハ、
９・・・集光器、１６・・・ハーフミラ−１７・・・赤
外線センサ、心猶ζ唯・晩（論 ６ 固 ３ｚ°゛−凸しソ゛ 篤 図 第 図 図 １９−一−イラも番イトクｔ？ 第 １θ 図 不 １ 図 ３３−−−ミラー ３４−−一ンヤッタ 第 ２ 図 コク 第 ３ 図 ５− 力０奏にランフ０ 不 ／４ 図 舅 ５ 図 ３７−　＃Ｌ電対 拓 １ｇ 図 第 ｑ 図 ９ Ｉ −−−Ｔ　Ｉよ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、加熱空間に半導体ウェハを１枚ごと挿入および取出
   して熱処理する半導体ウェハの熱処理装置において、前
   記加熱空間の下方に挿入取出口を有し、前記加熱空間に
   設けた抵抗発熱ヒータと加熱ランプによって同時に半導
   体ウェハを加熱することを特徴とする半導体ウェハの熱
   処理装置。 ２、半導体ウェハが水平姿勢に支持され、加熱空間が縦
   形円筒形状に形成されたものであり、抵抗発熱ヒータが
   該加熱空間の側壁部に設けられており、加熱用ランプが
   該加熱空間の天井部に設けられている請求項１に記載の
   半導体ウェハの熱処理装置。 ３、加熱空間に半導体ウェハを１枚ごとに挿入および取
   出して熱処理する半導体ウェハの熱処理装置において、
   前記半導体ウェハの全面を加熱するための加熱ランプと
   抵抗発熱ヒータからなる発熱源を有すると共に、前記半
   導体ウェハの周縁から少し内側の位置を局所的に加熱す
   る発熱源を有することを特徴とする半導体ウェハの熱処
   理装置。 ４、加熱空間に半導体ウェハを１枚ごとに挿入して熱処
   理する半導体ウェハの熱処理装置において、前記加熱空
   間が加熱ランプと抵抗発熱ヒータからなるものであつて
   、発光ランプと放射エネルギセンサで構成されるウェハ
   温度計測系を有し、該発光ランプからの発光が前記半導
   体ウェハによつて反射された光を前記放射エネルギセン
   サで測定すると共に、前記半導体ウェハからの放射熱を
   前記放射エネルギセンサで測定し、両者の測定値を用い
   た演算により、上記半導体ウェハの放射率及び温度を同
   時に求めることを特徴とする半導体ウェハの熱処理装置
   。 ５、加熱ランプ群によって形成される加熱空間に半導体
   ウェハを１枚ごとに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、放射エネルギセンサを用いたウェ
   ハ温度計測系を有し、さらに前記加熱空間内において前
   記半導体ウェハの面内の複数領域に対応した各位置に熱
   電対を有し、前記複数の熱電対の指示値の比に応じて前
   記加熱ランプ群の各ランプの発熱比率を制御し、前記放
   射エネルギセンサの指示値に応じて、全加熱ランプの発
   熱量を制御することを特徴とする半導体ウェハの熱処理
   装置。 ６、加熱ランプ群によって形成される加熱空間に半導体
   ウェハを１枚ごとに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、前記加熱ランプ群が前記半導体ウ
   ェハの面にそって配列された棒状ランプ群であり、かつ
   該棒状ランプ群に直交するように別の棒状ランプが配列
   されていることを特徴とする半導体ウェハの熱処理装置
   。 ７、加熱空間の半導体ウェハを１枚ごと挿入して熱処理
   する半導体ウェハの熱処理装置において、前記加熱空間
   を熱容量が大きく時間的な温度変動が小さい発熱源と、
   熱容量が小さく時間的に急速な温度変動が可能な発熱源
   によって形成され、半導体ウェハを前記発熱源同時に加
   熱することを特徴とする半導体ウェハの熱処理装置。 ８、加熱用ランプにより形成される加熱空間に半導体ウ
   ェハを１枚ごと挿入して熱処理する半導体の熱処理装置
   において、前記加熱用ランプがフィラメントと封止管に
   より構成されるものであって、かつ該封止管が偏平な構
   造に形成されるとともに、該フィラメントが前記封止管
   内に平面的に配置された構造に形成され、前記偏平な封
   止管および前記平面的なフィラメントの平面方向が上記
   半導体ウェハの表面方向と平行となるように設けられて
   いることを特徴とする半導体ウェハの熱処理装置。 ９、前記封止管が石英ガラスで形成され、かつ前記封止
   管形状が偏平な円形、あるいは偏平な環状形、あるいは
   、偏平な四角形であり、フィラメントが線材、あるいは
   線材を小さなコイル状、あるいは板状であり、それが渦
   巻状な平面的配置、あるいはつづら折り状な平面的配置
   、あるいは多数の平行線による平面的配置とした請求項
   ８に記載の半導体ウェハの熱処理装置。 １０、前記加熱用ランプが、１つの封止管内に封入され
   た複数のフィラメントにより構成され、かつ複数の群に
   分割されるものであり、フィラメント群ごとに独立に発
   熱量が調整できるようになっている請求項８に記載の半
   導体ウェハの熱処理装置。