JPH08181082A - 縦型高速熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】多数の基板を一度に高速熱処理し、処理基板内
の不純物の拡散を少なくし、浅い接合の形成を可能にす
ると共に、ＣＶＤ装置とする場合でも基板表面を酸化し
ない縦型高速熱処理装置を提供する。 【構成】反応管１０の外側に、裏面に断熱材を備えた抵
抗加熱ヒ−タ４を配設し、反応管内の処理基板１を高温
で熱処理する半導体製造用縦型高速熱処理装置に於い
て、前記反応管と前記抵抗加熱ヒ−タとの間に抵抗加熱
ヒ−タ３を間隔付けて配設し、前記両抵抗加熱ヒ−タ
は、それぞれ独立して温度制御のできる複数のゾ−ンに
形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体製造のための
縦型高速熱処理装置に係り、詳記すれば、処理基板を高
温で処理する時間を極端に短くし、しかも複数枚の基板
を一度に処理できるようにした縦型高速熱処理装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、処理基板を高温で熱処理する縦型
高速熱処理装置は、赤外線ランプを使用したランプ加熱
により基板の昇降温を極端に速くし、枚葉で処理してい
たが、枚葉で処理する関係上生産性を上げることができ
ず、コスト高になる問題があった。また、図６に示すよ
うに、ボ−ト２に多数の基板１を搭載し、反応管１０の
外側から抵抗加熱ヒ−タ１９によって加熱する装置も知
られていた。

【０００３】しかしながら、この方法は、昇降温特性の
極端に速い抵抗加熱ヒ−タ１９を使用した場合でも、昇
降温速度は、せいぜい１００℃／分程度であったので、
数分間程度で処理する高速熱処理（ＲＴＰ）の要請には
到底対応できないと共に、高温状態での時間が長くなる
ので、処理基板内の不純物の拡散が増大し、アニ−ルを
行っても浅い接合の形成は不可能であるほか、処理基板
にスリップ（結晶欠陥）を発生させる問題があった。そ
ればかりか、この装置をＣＶＤ（化学気相成長）装置に
適用する場合は、基板１を搭載したボ−ト２を反応管１
０に挿入する時、基板１の表面を酸化する問題があっ
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、このよう
な問題点を解消しようとするものであり、多数の基板を
一度に高速熱処理し、処理基板内の不純物の拡散を少な
くし、浅い接合の形成を可能にすると共に、ＣＶＤ装置
とする場合でも基板表面を酸化しない縦型高速熱処理装
置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的に沿う本発明の
構成は、反応管の外側に、裏面に断熱材を備えた抵抗加
熱ヒ−タを配設し、反応管内の処理基板を高温で熱処理
する半導体製造用縦型高速熱処理装置に於いて、前記反
応管と前記抵抗加熱ヒ−タとの間に抵抗加熱ヒ−タを間
隔付けて配設してなり、前記両抵抗加熱ヒ−タは、それ
ぞれ独立して温度制御のできる複数のゾ−ンに形成して
なることを特徴とする。

【０００６】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は、本発明の実施例を示す拡散炉の縦断面図
であり、図３は、図１のＡ−Ａ′断面図である。反応管
１０内には、複数の基板（ウエ−ハ）１を搭載したボ−
ト２が内装されている。反応管１０の外周には、インナ
−ヒ−タ３とアウタ−ヒ−タ４が円筒状に配設されてい
る。インナ−ヒ−タ３とアウタ−ヒ−タ４は、低熱容量
で昇降温特性の優れた抵抗加熱ヒ−タを使用している。
尚、図４中符号２０は、円筒状の外筒を示すものである
が、図１に於いては省略されている。

【０００７】インナ−ヒ−タ３は、図４に示すように、
耐熱性材料からパイプ状に形成した支柱１４に、ヒ−タ
素線１７を間隔付けて巻き付け、適当な個所で固定する
ことにより構成している。ヒ−タ素線１７をこのように
間隔付けて支柱１４に巻き付けることにより、ヒ−タ素
線１７の冷却が容易になると共に、ヒ−タ素線１７の寿
命が短くなるのを避けることができる。図５は、インナ
−ヒ−タ３の他の例を示すものであり、パイプ状の支柱
１４をリング状に形成し、これを上下方向に多数配設
し、該上下の両支柱１４間に波形に形成したヒ−タ素線
１７を間隔付けて固定した例を示す。

【０００８】このようにインナ−ヒ−タ３は、ヒ−タ素
線１７と支柱１４とから構成し、裏面に断熱材を固定し
ていないので、昇降温特性が極めて良好となっている。
パイプ状の支柱１４には、多数の貫通孔１６が穿設さ
れ、該貫通孔１６から、冷却エア−を噴出させ、ヒ−タ
素線１７を急冷し得るように構成している。アウタ−ヒ
−タ４は、図１及び図４に示すように、円筒状に形成さ
れ、裏面に近接して断熱材１８が固定されている。イン
ナ−ヒ−タ３とアウタ−ヒ−タ４との間に、更にインナ
−ヒ−タ３を介装させることもできるが、このようにし
ても特に利点はない。インナ−ヒ−タ３とアウタ−ヒ−
タ４は、独立して温度を制御する複数のゾ−ンに分割さ
れ、各ゾ−ンには、それぞれ熱電対温度センサ５，６が
配設されている。反応管１０内の処理基板１の近傍にも
内温測定熱電対センサ７が配設されている。

【０００９】インナ−ヒ−タ３とアウタ−ヒ−タ４と
で、反応管１０を加熱する際、内温測定熱電対センサ７
で均熱すべき領域が同じ昇温速度になるように、熱電対
温度センサ５，６を使用して、インナ−ヒ−タ３とアウ
タ−ヒ−タ４との各ゾ−ンの出力バランスを制御し得る
ように構成している。インナ−ヒ−タ３及びアウタ−ヒ
−タ４下端部には、図１に示すように、冷却用エア−導
入管１１，１１′が配設され、冷却用エア−は、反応管
１０とインナ−ヒ−タ３との間及びインナ−ヒ−タ３と
アウタ−ヒ−タ４との間を通つて、上端に設けた排気ダ
クト８，８′を通つて外部に排気される。

【００１０】

【作用】次に、上記のように構成された本発明の作用を
説明する。必要に応じて不活性ガス等を図１の矢印で示
すように上方から導入し、６００〜７００℃の比較的低
温の状態で、複数の基板１を搭載したボ−ト２を上昇さ
せて、反応管１０内に導入し、図１の処理位置に達した
ら、インナ−ヒ−タ３及びアウタ−ヒ−タ４をフルパワ
−にして、例えば２００℃／分の昇温温度で一気に９０
０℃以上（通常内温測定熱電対センサで測定した温度で
９００〜１２００℃）の処理温度に上昇させる。この
際、処理基板１の近傍に設置した内温測定熱電対センサ
７で、均熱すべき領域が同じ昇温速度になるように、イ
ンナ−ヒ−タ３とアウタ−ヒ−タ４の各ゾ−ンに配設し
た熱電対センサ５，６の信号から、インナ−ヒ−タ３と
アウタ−ヒ−タ４の各ゾ−ンの出力バランスを制御す
る。

【００１１】熱処理終了後、インナ−ヒ−タ３とアウタ
−ヒ−タ４の出力を切り、該両ヒ−タ３，４の下端部に
配設したエア−導入管１１，１１′から冷却用エア−を
導入し、同時にインナ−ヒ−タ３の支柱１４の孔から冷
却用エア−を噴出させ、冷却用エア−を図１の矢印で示
すように上昇させて、熱風を上端の排気ダクト８，８′
から外部に排出する。このように冷却することによっ
て、処理基板を例えば１００℃／分程度の降温速度で、
一気に６００〜７００℃の低温まで降温させることがで
きる。ついで、ボ−ト２を下降させて反応管１０外に出
して室温まで冷却し、処理が終了する。

【００１２】上記のように処理することによって、基板
が９００℃以上となっている時間を数分間とすることが
できるので、生産性を向上させることができると共に、
処理基板内の不純物の拡散を少なくし、製造する半導体
の要求特性を充分に満足した製品が得られる。図２は、
減圧ＣＶＤ装置の場合の本発明の実施例を示す縦断面図
である。減圧ＣＶＤ装置の場合は、自然酸化膜が形成さ
れない約５００℃の温度でボ−ト２を上昇させて、反応
管１０内に挿入し、ハッチ１３を閉じ、不活性ガス等を
下方から矢印で示すように導入して真空引きをする以外
は、上記と同様に実施することができる。このようにし
て、同様に短時間で成膜処理をすることができると共
に、真空引きしてから高温状態で成膜するものであるの
で、自然酸化膜が形成されない成膜処理をすることがで
きる。

【００１３】

【効果】本発明によれば、抵抗加熱ヒ−タの昇降温時間
を極端に速くできるので、処理基板を高温状態にしてお
く時間を短くできるから、処理基板内の不純物の拡散を
少なくでき、アニ−ルを行っても浅い接合の形成が可能
になると共に、ランプアニ−ル装置のような従来の装置
と比べて短時間に多数の基板処理をすることができるか
ら、生産性が飛躍的に向上する。また、昇降温もランプ
アニ−ル装置のように急激ではないので、基板（ウエ−
ハ）のスリップの発生を防止することができる。更に、
減圧ＣＶＤ装置とした場合でも、自然酸化膜を成長させ
ずにボ−トを反応管に挿入し、成膜処理することができ
るので、ポリシリコンや窒化膜を形成するのに特に有用
である。

【００１４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す縦断面図である。

【図２】本発明の他の実施例を示す縦断面図である。

【図３】図１のＡ−Ａ′断面図である。

【図４】本発明に使用するヒ−タの拡大詳細正面図であ
る。

【図５】本発明に使用する他のヒ−タの拡大詳細正面図
である。

【図６】従来の拡散炉の縦断面図である。

【符号の説明】

１ 基板（ウエ−ハ） ２ ボ−ト ３ 内側の抵抗加熱ヒ−タ（インナ−
ヒ−タ） ４ 外側の抵抗加熱ヒ−タ（アウタ−
ヒ−タ） ５，６，７ 熱電対温度センサ １０ 反応管

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】反応管の外側に、裏面に断熱材を備えた抵
   抗加熱ヒ−タを配設し、反応管内の処理基板を高温で熱
   処理する半導体製造用縦型高速熱処理装置に於いて、前
   記反応管と前記抵抗加熱ヒ−タとの間に抵抗加熱ヒ−タ
   を間隔付けて配設してなり、前記両抵抗加熱ヒ−タは、
   それぞれ独立して温度制御のできる複数のゾ−ンに形成
   してなることを特徴とする縦型高速熱処理装置。
2. 【請求項２】前記内側の抵抗加熱ヒ−タは、耐熱性の支
   柱にヒ−タ素線を間隔付けて固定してなる請求項１に記
   載の縦型高速熱処理装置。
3. 【請求項３】前記支柱に冷却エア−を噴出させる多数の
   孔を穿設してなる請求項２に記載の縦型高速熱処理装
   置。
4. 【請求項４】前記反応管と前記抵抗加熱ヒ−タ間の熱を
   排気するため、冷却エア−を下部から導入し、上部の排
   気ダクトから排出するように構成してなる請求項１に記
   載の縦型高速熱処理装置。
5. 【請求項５】前記反応管内と、前記抵抗加熱ヒ−タの独
   立して温度制御し得る複数のゾ−ンの各ゾ−ンに、熱電
   対温度センサ−を配設してなる請求項１に記載の縦型高
   速熱処理装置。