JPH09320974A - Heat treatment equipment - Google Patents

Heat treatment equipment

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Publication number
JPH09320974A
JPH09320974A JP16082796A JP16082796A JPH09320974A JP H09320974 A JPH09320974 A JP H09320974A JP 16082796 A JP16082796 A JP 16082796A JP 16082796 A JP16082796 A JP 16082796A JP H09320974 A JPH09320974 A JP H09320974A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
processed
wafer
heat
heat treatment
radiant heat
Prior art date
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Pending
Application number
JP16082796A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hidetoshi Kimura
英利 木村
Sumie Segawa
澄江 瀬川
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Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
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Filing date
Publication date
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Priority to JP16082796A priority Critical patent/JPH09320974A/en
Publication of JPH09320974A publication Critical patent/JPH09320974A/en
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 被処理体のピッチと加熱体の内径を最適化す
ることによりスループットを低下させることなく面内温
度の均一性を高く維持しつつ昇温することができる熱処
理装置を提供する。 【解決手段】 被処理体を保持体に所定のピッチHで多
段に支持させた状態で収容する筒体状の処理容器4と、
この処理容器の外周に同心円状に設けられた加熱体18
を有する熱処理装置において、前記被処理体が前記加熱
体から直接的或いは間接的に受ける加熱体輻射熱と、前
記被処理体がこれに上下に隣接する隣設被処理体から放
射されて受ける被処理体輻射熱と、前記被処理体がこの
被処理体から放射された自己の輻射熱が前記隣設被処理
体によって反射されることによって自己が受けることに
なる反射自己輻射熱との3つの輻射熱を輻射伝熱解析理
論及び形態係数の手法を用いて分析することによって、
前記被処理体の面内温度が略均一になるように前記被処
理体のピッチと前記加熱体の半径Rfを設定するように
構成する。これにより、被処理体の面内温度の均一性を
高く維持しつつ昇温を行なう。
(57) Abstract: A heat treatment apparatus capable of increasing the temperature while maintaining high uniformity of the in-plane temperature without lowering the throughput by optimizing the pitch of the object to be processed and the inner diameter of the heating object. I will provide a. A cylindrical processing container (4) for accommodating an object to be processed in a state where the object to be processed is supported in multiple stages at a predetermined pitch H, and
Heater 18 concentrically provided on the outer periphery of this processing container
In a heat treatment apparatus having: a radiant heat of a heating body directly or indirectly received from the heating body by the object to be treated, and a radiant heat received by the object to be treated being radiated from an adjacent object to be treated vertically adjacent to the object. Radiation transfer of three radiant heats, namely, body radiant heat and reflected self-radiant heat that the object to be processed receives by the adjacent object to be processed by the object to be processed and is radiated by the object to be processed. By analyzing using thermal analysis theory and form factor method,
The pitch of the object to be processed and the radius Rf of the heating element are set so that the in-plane temperature of the object to be processed becomes substantially uniform. As a result, the temperature is raised while maintaining the uniformity of the in-plane temperature of the object to be processed high.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、熱処理装置に関す
る。
[0001] The present invention relates to a heat treatment apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、半導体ウエハやLCDのアモル
ファスSiの形成されたガラス基板等の被処理体に対し
て、拡散層を形成したり、シリコン酸化膜、シリコン窒
化膜、ポリシリコン膜等を形成する場合には、各種の熱
処理炉が用いられる。この熱処理炉としては、当初は、
例えばウエハを垂直方向に保持した状態で水平方向に等
間隔で多数枚配列したものを横置きの炉内へ挿入して熱
処理を行なうようになっているいわゆる横型炉が主流で
あったが、最近においてはスペースの有効利用やプロセ
スガスの炉内均一拡散の向上のために、炉体自体を縦型
にしてこの中にウエハを水平方向に保持した状態で垂直
方向に等間隔で多数枚設けて熱処理を行なうようにした
いわゆる縦型炉が主流になってきた。
2. Description of the Related Art Generally, a diffusion layer, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a polysilicon film or the like is formed on an object to be processed such as a semiconductor wafer or a glass substrate on which amorphous Si of LCD is formed. In this case, various heat treatment furnaces are used. As this heat treatment furnace,
For example, a so-called horizontal furnace, in which a large number of wafers arranged in the horizontal direction at equal intervals in a vertical direction are inserted into a horizontal furnace for heat treatment, has been the mainstream. In order to effectively use the space and to improve the uniform diffusion of process gas in the furnace, the furnace itself was made vertical and a large number of wafers were provided vertically at equal intervals while holding the wafer horizontally. So-called vertical furnaces, which are designed to perform heat treatment, have become mainstream.

【0003】現在は、8インチのウエハが主に用いられ
ているが、スループットの向上及び高密度化を目指して
更に大きなサイズ、例えば12インチサイズのウエハを
用いて1Gビットの微細加工を行なうことも検討されて
きている。一般に、製品の歩留まりがよく、特性の均一
なチップを得るためには、ウエハ上に形成される膜厚の
面内及び面間の均一性が大きな要素となり、そのために
はウエハの熱処理時において所定のプロセス温度まで、
できるだけ面内の温度分布を均一に保持した状態で昇温
する必要がある。又、ウエハの大口径化に従って、ウエ
ハの自重も増大することから加熱時には自重による剪断
応力に加えて面内温度の不均一性にともなう熱応力も加
わり、マイクロクラックが発生し易い状態となってい
る。従って、マイクロクラックの抑制のためにも加熱時
においてウエハ面内温度差をいかに小さく維持するかが
重要な問題となっている。
At present, 8-inch wafers are mainly used, but 1G-bit fine processing is performed using wafers of a larger size, for example, 12-inch, in order to improve throughput and increase density. Have also been considered. Generally, in order to obtain chips with good product yield and uniform characteristics, the in-plane and inter-plane uniformity of the film thickness formed on the wafer is a major factor. Up to the process temperature of
It is necessary to raise the temperature while keeping the in-plane temperature distribution as uniform as possible. In addition, since the weight of the wafer increases as the diameter of the wafer increases, during heating, in addition to shear stress due to the weight of the wafer, thermal stress due to non-uniformity of the in-plane temperature is also applied, and microcracks are likely to occur. There is. Therefore, how to keep the temperature difference in the wafer surface small during heating is an important issue for suppressing microcracks.

【0004】均一加熱を行なうには、炉内における上下
のウエハ間の距離をかなりとって処理を行なえばよい
が、スループットとの兼ね合いでウエハ間隔を無暗にと
ることもできない。従って、処理炉の設計において、加
熱特性を決定する大きな要因である例えばウエハ間隔
(ピッチ)や処理容器を被う加熱炉の内径の大きさを決
定する場合には、確立された設計指針が存在しないこと
からこれらを経験と直感に基づいて決定し、試行錯誤を
繰り返しながら最適と思われる数値を最終的に決定する
ということが行なわれている。
In order to carry out uniform heating, it suffices to perform processing while keeping a considerable distance between the upper and lower wafers in the furnace, but it is not possible to keep the wafer interval in a dark state in consideration of throughput. Therefore, in designing the processing furnace, there are established design guidelines when determining the wafer spacing (pitch) and the inner diameter of the heating furnace that covers the processing container, which are major factors that determine the heating characteristics. Since it is not done, these are decided based on experience and intuition, and final trials and errors are repeated to decide the optimal numerical value.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ようにスループットの向上及びウエハの大口径が進んで
きている今日において、大口径用の処理炉を設計するに
際して例えばある程度確立された8インチサイズのウエ
ハの処理のための設計思想が、そのまま、それよりも大
口径の例えば12インチサイズのウエハ処理のための処
理炉に応用することはできない。例えば、ウエハサイズ
が大きくなれば、その分熱容量も増えるし、加熱体から
ウエハに輻射される輻射熱のウエハに対する当たり方、
ウエハ相互間の熱の授受等の複雑な要素がからみあい、
ウエハ面内の温度差を小さくした状態でプロセス温度ま
で昇温できるという最適炉を設計するためには再度、前
述したような試行錯誤を繰り返して行なわなければなら
なかった。
However, in the present day where the throughput and the large diameter of the wafer are advanced as described above, when designing the processing furnace for the large diameter, for example, the size of the 8-inch size which has been established to some extent is adopted. The design concept for processing a wafer cannot be directly applied to a processing furnace for processing a wafer having a larger diameter, for example, 12 inches. For example, as the wafer size increases, so does the heat capacity, and how the radiant heat radiated from the heating element to the wafer hits the wafer,
Complex elements such as heat transfer between wafers are entangled,
In order to design an optimum furnace that can raise the temperature to the process temperature while keeping the temperature difference in the wafer plane small, the trial and error as described above must be repeated.

【0006】特に、最近にあっては、集積回路の高速動
作化にともなって不純物の熱拡散深さをより浅くするこ
とが要求され、この深さを精度よく制御し、且つスルー
プットも向上させるために、ウエハをプロセス温度まで
急速で昇温し、処理後に常温まで急速に降温させるよう
にしたいわゆる高速昇温降温処理炉も開発されてきては
いるが、面内温度均一性を保持したまま大口径ウエハ、
例えば12インチウエハも処理できるような最適な高速
処理炉を設計するには、更に困難が伴ってしまう。
In particular, recently, as the operating speed of an integrated circuit is increased, it is required to make the thermal diffusion depth of impurities shallower. In order to control this depth accurately and to improve the throughput as well. In addition, a so-called high-speed temperature raising / cooling treatment furnace has been developed in which the temperature of the wafer is rapidly raised to the process temperature and then rapidly lowered to the normal temperature after the treatment, but it is possible to maintain a large in-plane temperature uniformity. Caliber wafer,
For example, it becomes more difficult to design an optimal high-speed processing furnace capable of processing a 12-inch wafer.

【0007】本発明は、以上のような問題点に着目し、
これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明
の目的は、被処理体のピッチと加熱体の内径を最適化す
ることによりスループットを低下させることなく面内温
度の均一性を高く維持しつつ昇温することができる熱処
理装置を提供することにある。
[0007] The present invention focuses on the above problems,
It was created to solve this effectively. An object of the present invention is to provide a heat treatment apparatus capable of increasing the temperature while maintaining high in-plane temperature uniformity without decreasing throughput by optimizing the pitch of the object to be processed and the inner diameter of the heating element. Especially.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために、被処理体を保持体に所定のピッチで多
段に支持させた状態で収容する筒体状の処理容器と、こ
の処理容器の外周に同心円状に設けられた加熱体を有す
る熱処理装置において、前記被処理体が前記加熱体から
直接的或いは間接的に受ける加熱体輻射熱と、前記被処
理体がこれに上下に隣接する隣設被処理体から放射され
て受ける被処理体輻射熱と、前記被処理体がこの被処理
体から放射された自己の輻射熱が前記隣設被処理体によ
って反射されることによって自己が受けることになる反
射自己輻射熱との3つの輻射熱を輻射伝熱解析理論及び
形態係数の手法を用いて分析することによって、前記被
処理体の面内温度が略均一になるように前記被処理体の
ピッチと前記加熱体の半径を設定するように構成したも
のである。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a cylindrical processing container for accommodating an object to be processed in a state in which a holder is supported in multiple stages at a predetermined pitch, In a heat treatment apparatus having a heating body concentrically provided on the outer periphery of this processing container, the radiant heat of the heating body directly or indirectly received from the heating body by the processing target body, and the processing target body above and below the radiant heat. The radiant heat of the object to be radiated and received from the adjacent adjacent object to be processed and the radiant heat of the object to be processed which is radiated from the object to be processed are reflected by the adjacent object to be processed and are thereby received by the object to be processed. By analyzing the three radiant heats, that is, the reflected self-radiant heat and the radiative heat transfer analysis theory and the method of form factor, the in-plane temperature of the object to be treated is made substantially uniform. Pitch and the heating It is obtained by constituting the radius to set.

【0009】以上のように構成したので、被処理体の面
内の温度差を非常に小さく維持したまま加熱昇温が可能
になり、また、プロセス温度における定常状態において
も面内温度の均一性を高く維持することができる。実際
の数値に関しては被処理体が8インチサイズのウエハの
場合には、ピッチは、3mmから20mmの範囲内、加
熱体の半径は、110mmから150mmの範囲内であ
る。また、被処理体が12インチサイズの場合には、ピ
ッチは、8mmから25mmの範囲内、加熱体の半径
は、170mmから240mmの範囲内である。実際の
熱処理装置の設計にあたっては、輻射熱すなわち加熱体
輻射熱、被処理体輻射熱、反射自己輻射熱を考慮して、
これらに基づいて常に被処理体の面内の温度差が少な
く、均一状態となるような被処理体のピッチ及び加熱体
の半径を決定する。輻射熱を求める場合には、被処理体
と、加熱体や隣設被処理体との間の幾何学的配置状態で
定まる形態係数と輻射伝熱解析理論を用いる。また、被
処理体の昇温状態を検討する場合には、これの熱線に対
する反射率も考慮するのがよい。
With the above construction, it is possible to raise the temperature by heating while keeping the temperature difference within the surface of the object to be treated very small, and the uniformity of the in-plane temperature even in the steady state at the process temperature. Can be kept high. Regarding the actual numerical values, when the object to be processed is a wafer having a size of 8 inches, the pitch is within the range of 3 mm to 20 mm, and the radius of the heating element is within the range of 110 mm to 150 mm. When the object to be processed has a size of 12 inches, the pitch is in the range of 8 mm to 25 mm, and the radius of the heating element is in the range of 170 mm to 240 mm. In designing an actual heat treatment apparatus, radiant heat, that is, radiant heat of a heating body, radiant heat of an object to be treated, and reflected self-radiant heat are taken into consideration.
Based on these, the pitch of the object to be processed and the radius of the heating element such that the temperature difference in the surface of the object to be processed is always small and a uniform state is determined. When calculating the radiant heat, the view factor and the radiation heat transfer analysis theory which are determined by the geometrical arrangement state between the object to be processed and the heating object or the adjacent object to be processed are used. Further, when examining the temperature rise state of the object to be treated, it is preferable to consider the reflectance of the object to heat rays.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】次に、本発明に係る熱処理装置に
ついて添付図面を参照して説明する。図1は本発明の熱
処理装置を示す概略断面図、図2は被処理体と加熱体と
の配置関係を示す拡大図である。本実施例では熱処理装
置として半導体ウエハの酸化拡散等の熱処理を行なうバ
ッチ式の縦型熱処理炉を例にとって説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Next, a heat treatment apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a heat treatment apparatus of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view showing a positional relationship between an object to be processed and a heating body. In this embodiment, as a heat treatment apparatus, a batch type vertical heat treatment furnace for performing heat treatment such as oxidation diffusion of a semiconductor wafer will be described as an example.

【0011】この熱処理炉2は、赤外線等の輻射熱線を
透過しやすく、高温において不純物の発生が少ない材
料、例えば、高純度石英製の下端開口を有する縦型筒体
状の処理容器4を備えていて、この処理容器4の下端開
口部にサポータ、例えば、ステンレススチールからなる
ベースプレート6が設けられる。そして、この処理容器
4の下端は、例えばステンレススチール製の筒体状のマ
ニホールド7に支持され、これをベースプレート6に保
持させて、処理容器4は、その長手方向が垂直に立設支
持されている。この処理容器4内は炉室8が構成されて
いる。この処理容器4によって形成される炉室8内に
は、石英製の保温筒10上に載置された保持体としての
石英製の被処理体収納用ボート12が搬入出可能に設け
られていて、このボート12に多数枚の被処理体である
半導体ウエハWが水平状態で垂直方向に等間隔で同軸的
に配列支持されている。ウエハWの支持は、図2に示す
ようにボート支持14に対して所定のピッチの等間隔で
凸状に設けた支持部16上にウエハ周縁部を載置するこ
とにより行なわれる。ここで、ウエハW間のピッチH
や、後述する加熱体、すなわち炉体18の半径Rfは、
ウエハの面内均熱加熱を行なう上で大きな要素となって
いるので、輻射伝熱解析理論及び形態係数を用いてウエ
ハの面内温度の均一性を維持するように規定された値に
設定される。
This heat treatment furnace 2 is provided with a vertical cylindrical processing container 4 having a lower end opening made of a material that easily transmits radiant heat rays such as infrared rays and generates few impurities at high temperatures, for example, high purity quartz. In addition, a supporter, for example, a base plate 6 made of stainless steel is provided at the lower end opening of the processing container 4. The lower end of the processing container 4 is supported by, for example, a cylindrical manifold 7 made of stainless steel, which is held by the base plate 6, and the processing container 4 is vertically erected and supported in the longitudinal direction. There is. A furnace chamber 8 is formed in the processing container 4. In the furnace chamber 8 formed by the processing container 4, a quartz container 12 for accommodating an object to be treated, which is a holder placed on a quartz heat insulating cylinder 10, is provided so that it can be carried in and out. A large number of semiconductor wafers W to be processed are coaxially arranged and supported on the boat 12 in the horizontal direction at equal intervals in the vertical direction. As shown in FIG. 2, the wafer W is supported by placing the wafer peripheral portion on a support portion 16 provided in a convex shape on the boat support 14 at equal intervals with a predetermined pitch. Here, the pitch H between the wafers W
Alternatively, the heating element described below, that is, the radius Rf of the furnace body 18,
Since it is a major factor in performing in-plane soaking heating of the wafer, it is set to a value specified to maintain the uniformity of the in-plane temperature of the wafer using the radiation heat transfer analysis theory and view factor. It

【0012】上記炉室8内には、処理容器4外からプロ
セスガスを導入するためのパイプ20が設けられてお
り、半導体ウエハWに対する所望の処理、例えば酸化工
程、拡散工程、成膜工程などを実行可能となっている。
尚、上記保温筒10は、上記処理容器4の蓋の作用をす
るフランジキャップ22上に搭載され、このフランジキ
ャップ22は図示しないエレベータアームに取り付けら
れて上下移動する。この上下移動は、上記保温筒10及
びボート12を上下移動させ、上方移動により、上記処
理容器4の下端のマニホールド7の開口すなわちボート
挿入口4Aを上記キャップ22により密封し得るように
なっている。更に、保温筒10は、例えばモータ(図示
せず)の回転をベルト24を介して回転軸に伝達し、回
転可能とされている。一方、上記処理容器4の外周に
は、容器を被うようにして円筒状の加熱体18が同心円
的に設けられている。ここでは、炉体が、加熱体18を
構成しており、この炉体は、例えば2ケイ化モリブデン
等よりなる抵抗発熱体26と、これから外方へ伝わる熱
を遮断する断熱材28と、この断熱材28を被う例えば
ステンレス製のアウタシェル30により構成される。
尚、上記抵抗発熱体26の内側に例えばSiC等を塗布
した円筒状の石英製均熱管を設けた炉体構造としてもよ
い。この場合には、この均熱管も含めた構造物が加熱体
となる。
A pipe 20 for introducing a process gas from the outside of the processing container 4 is provided in the furnace chamber 8, and a desired process for the semiconductor wafer W, such as an oxidizing process, a diffusing process, a film forming process, etc. Is feasible.
The heat insulation cylinder 10 is mounted on a flange cap 22 that acts as a lid of the processing container 4, and the flange cap 22 is attached to an elevator arm (not shown) and moves up and down. In this vertical movement, the heat retaining cylinder 10 and the boat 12 are moved up and down, and by the upward movement, the opening of the manifold 7 at the lower end of the processing container 4, that is, the boat insertion port 4A can be sealed by the cap 22. . Furthermore, the heat insulating cylinder 10 is configured to be rotatable by transmitting the rotation of a motor (not shown) to the rotary shaft via the belt 24. On the other hand, on the outer periphery of the processing container 4, a cylindrical heating body 18 is concentrically provided so as to cover the container. Here, the furnace body constitutes a heating body 18, and the furnace body comprises, for example, a resistance heating body 26 made of molybdenum disilicide or the like, a heat insulating material 28 for blocking heat transferred to the outside, and The outer shell 30 is made of, for example, stainless and covers the heat insulating material 28.
A furnace body structure may be provided in which a cylindrical quartz soaking tube coated with, for example, SiC is provided inside the resistance heating element 26. In this case, the structure including this soaking tube becomes a heating body.

【0013】また、上記マニホールド7には、上記パイ
プ20の下端を挿通する挿通孔を形成し、これにパイプ
20の下端を挿通させてガス導入口32を形成してお
り、更に、このマニホールド7には処理容器4内の雰囲
気を排気する排気口34が形成されている。特に、本実
施例においては、例えば8インチサイズのウエハを処理
する場合には、加熱体の半径Rfは、110mm〜15
0mmの範囲内に、また、ウエハピッチ(支持部のピッ
チ)Hは、3mm〜20mmの範囲内に設定され、12
インチサイズのウエハを処理する場合には、半径Rf
は、170mm〜240mmの範囲内に、またウエハピ
ッチHは、8mm〜25mmの範囲内に設定され、前述
のように昇温時及び定常状態時のウエハの面内の均一性
を高く維持するように設定されている。
Further, the manifold 7 is formed with an insertion hole through which the lower end of the pipe 20 is inserted, and the lower end of the pipe 20 is inserted through the through hole to form a gas introduction port 32. An exhaust port 34 for exhausting the atmosphere in the processing container 4 is formed therein. In particular, in the present embodiment, for example, when processing an 8-inch size wafer, the radius Rf of the heating element is 110 mm to 15 mm.
The wafer pitch (pitch of the supporting portion) H is set within the range of 0 mm, and is set within the range of 3 mm to 20 mm.
Radius Rf when processing inch size wafers
Is set in the range of 170 mm to 240 mm, and the wafer pitch H is set in the range of 8 mm to 25 mm so as to maintain high in-plane uniformity of the wafer at the time of temperature rise and steady state as described above. It is set.

【0014】次に動作について説明する。まず、ウエハ
Wの熱処理、例えば酸化処理を行なう場合には、例えば
8或いは12インチ半導体ウエハを多数枚保持したボー
ト12が炉室8内に搬入される。そして、炉室8内が気
密状態に設定されると、発熱抵抗体26による加熱が実
施される。ウエハの搬入は予め炉室8内を酸化膜の成長
を抑制する温度、例えば600℃以下の設定温度にした
後、ボート12を搬入してもよい。発熱抵抗体26から
の輻射熱は、直接、処理容器4を透過して炉室8内の半
導体ウエハWに向け入射する。
Next, the operation will be described. First, when the heat treatment, for example, the oxidation treatment of the wafer W is performed, the boat 12 holding a large number of 8- or 12-inch semiconductor wafers is carried into the furnace chamber 8. Then, when the inside of the furnace chamber 8 is set in an airtight state, heating by the heating resistor 26 is performed. The wafer may be loaded into the furnace chamber 8 in advance to a temperature at which the growth of an oxide film is suppressed, for example, a set temperature of 600 ° C. or lower, and then the boat 12 may be loaded. Radiant heat from the heating resistor 26 directly passes through the processing container 4 and enters the semiconductor wafer W in the furnace chamber 8.

【0015】次に、ウエハがプロセス温度に達したなら
ば、プロセスガス用のパイプ20を介して炉室8に熱処
理に応じたプロセスガスを導入し、所定時間だけ熱処理
を行なう。この間、排気口34からは炉室8内の雰囲気
を排気し、内部を所定のプロセス圧力に維持して所望の
熱処理を行なうことになる。
Next, when the wafer reaches the process temperature, a process gas corresponding to the heat treatment is introduced into the furnace chamber 8 through the process gas pipe 20, and the heat treatment is performed for a predetermined time. During this time, the atmosphere in the furnace chamber 8 is exhausted from the exhaust port 34, and the inside is maintained at a predetermined process pressure to perform the desired heat treatment.

【0016】ところで、先に説明したようにウエハ昇温
時に、ウエハ面内の温度差をいかに小さく維持したまま
加熱するかという点は、膜厚等を均一に維持して半導体
回路の電気的特性を均一に維持し、且つスループットを
向上させる上から、大きな課題となる。昇温時における
ウエハ面内の熱分布は、上下方向に隣設されるウエハの
ピッチH及び加熱体18の半径Rfが特に作用し、処理
炉の設計においては、これらの値をどのように設定する
かが大きなポイントになる。特に、ウエハの昇温及び降
温を高速で行なうことができる新規な高速熱処理炉や、
これから主流になるであろうと予想される12インチサ
イズのウエハの熱処理を行なって1Gビットもの大容量
をチップを作るような大型の処理炉にあっては、この熱
処理炉のサイズをどのように決定すべきかが重要とな
る。
By the way, as described above, when the temperature of the wafer is raised, how small the temperature difference in the wafer surface is kept while heating is that the film thickness and the like are kept uniform and the electrical characteristics of the semiconductor circuit are kept. Is to be maintained uniformly and the throughput is improved, which is a big problem. Regarding the heat distribution in the wafer surface at the time of temperature rise, the pitch H of the wafers vertically adjacent to each other and the radius Rf of the heating body 18 act particularly, and how to set these values in the design of the processing furnace. Whether or not it will be a big point. In particular, a new high-speed heat treatment furnace that can increase and decrease the temperature of wafers at high speed,
How to determine the size of this heat treatment furnace in the case of a large processing furnace that heats a 12-inch wafer that is expected to become the mainstream from now on and makes a chip with a large capacity of 1 Gbit It is important to do it.

【0017】本発明者は、ウエハの加熱を考える場合に
は、輻射伝熱解析理論により、ウエハが加熱体から直接
或いは間接的に受ける輻射熱、すなわち加熱体輻射熱の
みならず、ウエハがこの上下に隣設された他のウエハか
ら放射されて受ける輻射熱、すなわち被処理体輻射熱及
びウエハ自体から放射した自己の輻射熱が他の隣設ウエ
ハに反射して再度自己が受けることになる輻射熱、すな
わち反射自己輻射熱も考慮すべきである点を見いだし
た。図3はこの時の状況をモデル化して示している。す
なわち、符号W1は、加熱対象として着目するウエハで
あり、ウエハW2はウエハW1の加熱に影響を与える隣
設ウエハである。実際は、このウエハW1の下方にも隣
設ウエハが配置されるが、ここでは説明の簡単化のため
に下方のウエハの記載は省略する。
When considering heating of the wafer, the present inventor uses not only the radiant heat directly or indirectly received by the wafer from the heating body, that is, the radiant heat of the heating body, but also the wafer above and below the wafer according to the radiation heat transfer analysis theory. Radiant heat radiated and received from another adjacent wafer, that is, radiant heat of the object to be processed and radiant heat of itself radiated from the wafer itself, which is reflected by another adjacent wafer and received again by itself, that is, reflected self We found that radiant heat should also be considered. FIG. 3 shows a model of the situation at this time. That is, reference numeral W1 is a wafer of interest as a heating target, and wafer W2 is an adjacent wafer that affects the heating of the wafer W1. Actually, an adjacent wafer is also arranged below the wafer W1, but the description of the lower wafer is omitted here for simplification of description.

【0018】まず、輻射伝熱解析理論に基づいてウエハ
W1の特定エリア36に入射する輻射熱について考える
と、このエリア36には、加熱体(炉壁)18から直接
或いは間接的にくる加熱体輻射熱38と、隣設ウエハW
2の或るエリア40から放射されて特定エリア36に受
ける被処理体輻射熱42と、自己のウエハW1のあるエ
リア43から放射された輻射熱が隣設ウエハW2に当た
ってこれに反射されて再度自己のウエハW1に入ってく
る反射自己輻射熱44が入射する。上記加熱体輻射熱3
8は、加熱体18からの直接輻射熱38Aのみならず、
加熱体18からの輻射熱が他の物体、例えば隣設ウエハ
W2等に反射して自己のウエハW1に入射する反射輻射
熱38Bも含む。そして、この反射輻射熱38Bには、
1回のみならず1回から無限回、他の部分、或いは自己
のウエハW1との間で反射した後に入射してくる反射輻
射熱、総てが含まれる。
First, considering the radiant heat incident on the specific area 36 of the wafer W1 based on the radiation heat transfer analysis theory, the radiant heat of the heating body coming into the area 36 directly or indirectly from the heating body (furnace wall) 18. 38 and the adjacent wafer W
2 radiant heat 42 of the object to be processed which is radiated from a certain area 40 of the wafer 2 and is received by the specific area 36 and radiant heat radiated from an area 43 of the own wafer W1 hits the adjacent wafer W2 and is reflected by the adjacent wafer W2 again. Reflected self-radiant heat 44 entering W1 enters. Radiant heat of the heating element 3
8 is not only the direct radiant heat 38A from the heating body 18,
It also includes reflected radiant heat 38B in which the radiant heat from the heating body 18 is reflected by another object, for example, the adjacent wafer W2, and is incident on the own wafer W1. And, in the reflected radiant heat 38B,
Not only once, but also once to infinitely many times, all the reflected radiant heat that is incident after being reflected from another portion or the wafer W1 of itself.

【0019】このようにウエハW1は上記3つの輻射熱
により次第に昇温されることになり、従って、これら3
つの輻射熱を合成して考慮した時にウエハ面内の温度差
が最も小さくなるような条件を求めればよいことにな
る。さて、2つ以上の固体の表面間で放射(輻射)によ
る熱の移動を考える場合、2面の幾何学的配置の形状で
定まる形態係数F(View Factor Defi
nition)を用いると交換熱量の計算が容易になる
ことは既に知られている。2物体間の放射熱交換量を図
4に示す模式図を用いて説明する。
As described above, the temperature of the wafer W1 is gradually raised by the above three radiant heats.
It is only necessary to obtain a condition that minimizes the temperature difference within the wafer when the two radiant heats are combined and taken into consideration. When considering heat transfer due to radiation between two or more solid surfaces, the view factor F (View Factor Defi) determined by the shape of the geometrical arrangement of the two surfaces.
It is already known that the calculation of the amount of heat exchanged is facilitated by using the N. The amount of radiant heat exchange between two objects will be described using the schematic diagram shown in FIG.

【0020】図4においてdAi,dAjは黒体2面A
i,Aj上の微小要素、sはそれらの間の距離とする。
また、dAi,dAjにおける法線ni,njとs方向
となす角をそれぞれφi,φjとする。dAiから出て
dAjで吸収される熱流dQiとすれば、dQiは次の
数1で与えられる。
In FIG. 4, dAi and dAj are black body 2 surface A
The small elements on i and Aj, and s are the distances between them.
Further, the angles formed by the normals ni, nj in dAi, dAj and the s direction are φi, φj, respectively. Assuming that the heat flow dQi comes out of dAi and is absorbed by dAj, dQi is given by the following equation 1.

【0021】[0021]

【数1】 [Equation 1]

【0022】ここでσはボルツマン係数である。同様に
dAjから出てdAiで吸収される熱流dQjは次の数
2で与えられる。
Where σ is a Boltzmann coefficient. Similarly, the heat flow dQj that emanates from dAj and is absorbed by dAi is given by the following equation 2.

【0023】[0023]

【数2】 [Equation 2]

【0024】尚、輻射熱は、その物体の絶対温度の4乗
に比例する。従って、dAiとdAj間で正味放射熱交
換される熱流dQは数3で与えられる。
The radiant heat is proportional to the fourth power of the absolute temperature of the object. Therefore, the heat flow dQ in which the radiative heat is exchanged between dAi and dAj is given by the equation 3.

【0025】[0025]

【数3】 (Equation 3)

【0026】ここで形態係数Fを次の数4のように定義
する。
Here, the form factor F is defined by the following equation 4.

【0027】[0027]

【数4】 (Equation 4)

【0028】尚、Fdidjは、面dAiの面dAjに
対する形態係数である。従って、dQは数5のようにな
る。
Note that Fdidj is a view factor of the surface dAi with respect to the surface dAj. Therefore, dQ is as shown in Equation 5.

【0029】[0029]

【数5】 (Equation 5)

【0030】これを積分すると、最終的には、面Aiか
らの正味流出熱流Qoは、数6のようになる。
When this is integrated, the net outflow heat flow Qo from the surface Ai finally becomes as shown in the equation (6).

【0031】[0031]

【数6】 (Equation 6)

【0032】また、面Ai,Ajが灰色体の場合には、
それぞれ放射率εi,εjを導入して、Qoは数7のよ
うになる。
When the surfaces Ai and Aj are gray bodies,
Introducing emissivity εi and εj, respectively, Qo becomes as shown in Equation 7.

【0033】[0033]

【数7】 (Equation 7)

【0034】ここで、以上のような熱流について、図3
に示すようなモデルにおいて求めるのであるが、その前
に自己のウエハW1と先に説明した3つの輻射熱を生ず
る物体、すなわち加熱体18と、隣設ウエハW2と、自
己のウエハW1(反射により他の物体と見なすことがで
きるため)との間における概略的な形態係数をシミュレ
ーションによって求める。その時の結果の予想を図5に
示す。図5の横軸において、ウエハW1の中心を真中に
位置させ、横軸目盛りはその中心からの距離を示す。形
態係数の算出においては前記各数式において距離sに図
2に示すピッチHや半径Rfを導入すればよい。
Here, the above heat flow is shown in FIG.
In the model as shown in FIG. 1, before that, the own wafer W1 and the above-mentioned object that generates the three radiant heat, that is, the heating body 18, the adjacent wafer W2, and the own wafer W1 (others by reflection) (Because it can be regarded as an object of the above), a rough form factor between The prediction of the result at that time is shown in FIG. On the horizontal axis of FIG. 5, the center of the wafer W1 is located at the center, and the horizontal scale indicates the distance from the center. In calculating the shape factor, the pitch H and the radius Rf shown in FIG.

【0035】尚、ここでは、一例として12インチウエ
ハサイズの場合には、ウエハピッチは16mm、ウエハ
−加熱体間の距離は60mmにそれぞれ設定される。従
って、加熱体半径は、210mmに設定される。図5に
示すグラフから明らかなように、自己のウエハW1に対
するものよりも隣設ウエハに対する形態係数が大きい理
由は、自己のウエハからの輻射熱は、一担、隣設ウエハ
に反射してから入射するので、その分、実質的距離が大
きくなるからである。すなわち、隣設ウエハを線対称の
中心として反対側にウエハが位置するのと等価になるか
らである。又、加熱体18に対する形態係数がかなり低
いのは、自己のウエハW1と加熱体18の位置関係が直
交関係になっているからである。
Here, as an example, in the case of a 12-inch wafer size, the wafer pitch is set to 16 mm and the distance between the wafer and the heating body is set to 60 mm. Therefore, the heating element radius is set to 210 mm. As is clear from the graph shown in FIG. 5, the reason why the view factor for the adjacent wafer is larger than that for the own wafer W1 is that the radiant heat from the own wafer is reflected by the adjacent wafer and then enters the adjacent wafer. This is because the substantial distance is increased accordingly. That is, this is equivalent to the wafer being located on the opposite side with the adjacent wafer as the center of line symmetry. Further, the view factor for the heating element 18 is considerably low because the positional relationship between the wafer W1 of its own and the heating element 18 is orthogonal.

【0036】上記したような形態係数を基に、実際に自
己のウエハW1が受ける輻射熱量の総和を予想により求
めると、図6に示すグラフのようになると思われる。す
なわち、図6中において、一点鎖線で示すグラフが自己
のウエハWがその面上の個々のエリアにおいて受ける輻
射熱を示しており、このラインが略水平方向に直線とな
るようなウエハピッチHや半径Rf(図2参照)を決定
すればよく、これにより、ウエハ昇温時にウエハ面内の
温度差が非常に小さい炉体を設計することが可能とな
る。
If the total sum of the amount of radiant heat actually received by the wafer W1 of its own is obtained by prediction based on the above-described form factor, the graph shown in FIG. 6 seems to be obtained. That is, in FIG. 6, the graph indicated by the alternate long and short dash line shows the radiant heat that the wafer W of its own receives in each area on its surface, and the wafer pitch H and radius Rf at which this line becomes a straight line in a substantially horizontal direction. It suffices to determine (see FIG. 2), which makes it possible to design a furnace body having a very small temperature difference within the wafer surface when the temperature of the wafer is raised.

【0037】図6に示すグラフにおいて、加熱体18か
らの輻射熱量が他に比較して大きいのは、昇温時には加
熱体自体の温度は先行して非常に高くなっているのに対
して、ウエハ自体の温度は加熱体よりもかなり低いから
である。又、図6に示すグラフを求めるに際しては、ウ
エハ自体の輻射熱に対する反射率も考慮して求める。更
には、ウエハは温度に依存して、熱線に対するその透過
率も変化することから、その分も加味してグラフを求め
るようにすれば、一層最適な処理炉を設計することがで
きる。
In the graph shown in FIG. 6, the amount of radiant heat from the heating element 18 is larger than the others, while the temperature of the heating element itself is extremely high in advance when the temperature rises. This is because the temperature of the wafer itself is considerably lower than that of the heating body. When obtaining the graph shown in FIG. 6, the reflectance of the wafer itself against radiant heat is also taken into consideration. Furthermore, since the transmittance of the wafer to the heat ray also changes depending on the temperature, if a graph is obtained by taking into account that amount, a more optimal processing furnace can be designed.

【0038】さて、ここで前述した熱流を実際の加熱炉
の幾何学形状のモデルにあてはめた時の各形態係数の算
出過程について詳しく説明する。炉内には、複数枚のウ
エハと抵抗発熱体などのヒータにより加熱された加熱体
としての炉壁、そしてウエハの支持治具がある。ウエハ
支持治具はサイズが小さく、しかも局部的にしか存在し
ないので、ここでは考慮から外すこととする。全体の形
態係数は、ウエハ同士の交換輻射と炉壁からウエハへの
輻射の和になる。まず、ウエハ同士の形態係数について
考える。図7はウエハ同士の形態係数を考える時のモデ
ルを示す図である。2つのウエハA、A2 が対向して平
行に配置されており、ウエハは反射体であり、輻射体で
あると考える。ウエハA2 を基準とし、微小要素dA、
dA2 について立体角Gを求めると次の数8のようにな
る。
Now, the process of calculating each form factor when the above-described heat flow is applied to the geometrical model of the actual heating furnace will be described in detail. Inside the furnace, there are a plurality of wafers, a furnace wall as a heating element heated by a heater such as a resistance heating element, and a wafer supporting jig. Since the wafer supporting jig is small in size and exists only locally, it is not taken into consideration here. The overall view factor is the sum of exchange radiation between wafers and radiation from the furnace wall to the wafer. First, consider the view factor between wafers. FIG. 7 is a diagram showing a model when considering the form factor of wafers. Two wafers A and A 2 are arranged facing each other in parallel, and the wafer is considered to be a reflector and a radiator. With the wafer A 2 as a reference, the minute element dA,
When the solid angle G is calculated for dA 2 , the following formula 8 is obtained.

【0039】[0039]

【数8】 (Equation 8)

【0040】ここでHはウエハ間のピッチ、r、r’
は、それぞれウエハ中心Zより微小要素dA、dA2
での距離、ウエハ中心と各微小要素dA、dA2 とのな
す平面上の角度、φは微小要素dAから微小要素dA2
を見た時の垂直方向となす角度である。形態係数は、立
体角を積分したものであることから、上記数式をdθに
ついて0〜2πまで積分して次の数9で与えられる仮の
形態係数fを得る。
Here, H is the pitch between the wafers, r, r '.
Is the distance from the wafer center Z to the minute elements dA and dA 2 , the angle between the wafer center and the minute elements dA and dA 2 on the plane, and φ is the minute element dA to the minute element dA 2.
It is the angle with the vertical direction when you look at. Since the form factor is obtained by integrating the solid angle, the above formula is integrated with respect to dθ from 0 to 2π to obtain a temporary form factor f given by the following Expression 9.

【0041】[0041]

【数9】 [Equation 9]

【0042】更に、ウエハ全面についての形態係数を求
めるために、上記数9をウエハの半径方向へ積分するた
めにrについて積分し、数10で与えられる零次反射の
仮の形態係数foを得る。
Further, in order to obtain the form factor for the entire surface of the wafer, the above formula 9 is integrated with respect to r in order to integrate it in the radial direction of the wafer, and the provisional form factor fo of the zero-order reflection given by formula 10 is obtained. .

【0043】[0043]

【数10】 (Equation 10)

【0044】実際には、ウエハ間でn回の反射を繰り返
し、反射光によりn次の輻射になると考えられるので、
n次反射の仮の形態係数fnは次の数11のようにな
る。
In reality, it is considered that the reflection is repeated n times between the wafers, and the reflected light results in the n-th radiation.
The tentative form factor fn of the nth-order reflection is as in the following Expression 11.

【0045】[0045]

【数11】 [Equation 11]

【0046】そして、反射の度に、反射率の分だけ輻射
光が弱められるので、反射率λとしてウエハ間の全体の
見かけの最終的な形態係数Fwaf は次の数12のように
なる。
Since the radiant light is weakened by the reflectance for each reflection, the final final form factor Fwaf between the wafers as the reflectance λ is given by the following formula 12.

【0047】[0047]

【数12】 (Equation 12)

【0048】次に、ウエハ列と炉壁との間の形態係数を
求める。図8は2枚のウエハA、A2 が炉内にある場合
を示し、基準とする図中下方のウエハA2 から見ること
ができる加熱体18の壁面、すなわち炉壁の領域は、上
方のウエハA、との間の距離、すなわちピッチHに依存
する。従って、ウエハから見上げる炉壁の高さが制限さ
れることになる。前述した図7に示したと同様に微小領
域dA2 がx軸上にあると考えると、この微小領域の中
心の座標は点a(r、0、0)に位置する。ここでrは
中心Oより点aまでのx軸上における距離である。ま
た、y軸は、図では示されていないが、x軸にウエハ平
面上で直交する方向であり、z軸はx、y軸に直交する
方向、すなわち図中上下方向である。この点aが炉壁を
見上げた時、その高さの上限は点aと上方のウエハAの
エッジcとを結ぶ直線が、炉壁と交わった点b(x、
y、z)となる。この直線lの方程式は次の数13のよ
うになる。
Next, the view factor between the wafer row and the furnace wall is determined. FIG. 8 shows a case where two wafers A and A 2 are in the furnace, and the wall surface of the heating body 18 which can be seen from the lower wafer A 2 in the figure as a reference, that is, the area of the furnace wall is It depends on the distance to the wafer A, that is, the pitch H. Therefore, the height of the furnace wall viewed from the wafer is limited. Assuming that the minute area dA 2 is on the x-axis as in the case shown in FIG. 7, the coordinates of the center of this minute area are located at the point a (r, 0, 0). Here, r is the distance on the x-axis from the center O to the point a. Although not shown in the figure, the y axis is a direction orthogonal to the x axis on the wafer plane, and the z axis is a direction orthogonal to the x and y axes, that is, the vertical direction in the figure. When this point a is looking up at the furnace wall, the upper limit of its height is a point b (x, where a straight line connecting the point a and the edge c of the upper wafer A intersects the furnace wall.
y, z). The equation of this straight line l is as in the following Expression 13.

【0049】[0049]

【数13】 (Equation 13)

【0050】尚、θは点bからウエハA2 のある平面上
におろした垂線が交わる点と中心θとを結ぶ直線が中心
Oから点aに延びる直線となす角度である。ここで点b
は、半径をRfとする円周上の炉壁面にあるので、次の
式に拘束される。
It is to be noted that θ is an angle formed by a straight line connecting a center θ with a point where a perpendicular line drawn from the point b on a plane of the wafer A 2 intersects with the straight line extending from the center O to the point a. Where point b
Is on the furnace wall surface on the circumference having a radius of Rf, and is constrained by the following equation.

【0051】[0051]

【数14】 [Equation 14]

【0052】従って、上記数13より、x、yは以下の
数15、数16のようになる。
Therefore, from the above equation 13, x and y are given by the following equations 15 and 16.

【0053】[0053]

【数15】 (Equation 15)

【0054】[0054]

【数16】 (Equation 16)

【0055】上記数14、数15、数16により点bの
高さhは次の数17のようになる。
From the above equations 14, 15 and 16, the height h of the point b is as shown in the following equation 17.

【0056】[0056]

【数17】 [Equation 17]

【0057】従って、形態係数Ffur は、θを0〜2π
まで積分することによって次の数18にようになる。
Therefore, the form factor F fur has θ of 0 to 2π.
By integrating up to, the following equation 18 is obtained.

【0058】[0058]

【数18】 (Equation 18)

【0059】従って、熱処理炉内で考慮すべきウエハの
全体の形態係数は、数12で示されるウエハ同士の形態
係数Fwaf と数18で示される炉壁からの形態係数F
fur の和となる。しかも、それぞれの輻射面は、材料と
その表面状態により決まる輻射率をもっており、ウエハ
の輻射率をεwaf 、炉壁の輻射率をεfur とすると、実
際のウエハ面上の微小領域dA2 の形態係数Ftotal
次の数19のようになる。
Therefore, the overall form factor of the wafers to be considered in the heat treatment furnace is the form factor F waf between the wafers shown by the formula 12 and the form factor F from the furnace wall shown by the formula 18.
It is the sum of fur . Moreover, each radiating surface has an emissivity determined by the material and its surface state, and if the emissivity of the wafer is ε waf and the emissivity of the furnace wall is ε fur , the micro area dA 2 on the actual wafer surface is The form factor F total is as in the following Expression 19.

【0060】[0060]

【数19】 [Equation 19]

【0061】以上のようにして理論式として炉内の形態
係数を求めることができ、これを8インチウエハ、12
インチウエハについて数値的に解析し、シミュレーショ
ンを行なった。この時の結果を図9乃至図18に示す。
図9乃至図13は8インチサイズのウエハに対するシミ
ュレーション結果を示し、図14乃至図18は12イン
チサイズのウエハに対するシミュレーション結果を示
す。それぞれ、横軸にウエハ中心からの半径を取り、縦
軸には輻射率を考慮した形態係数を取ってあり、これが
実際の温度に対応するものである。
As described above, the view factor in the furnace can be obtained as a theoretical formula.
The inch wafer was numerically analyzed and simulated. The results at this time are shown in FIGS.
9 to 13 show simulation results for an 8-inch size wafer, and FIGS. 14 to 18 show simulation results for a 12-inch size wafer. The horizontal axis shows the radius from the center of the wafer, and the vertical axis shows the view factor in consideration of the emissivity, which corresponds to the actual temperature.

【0062】8インチウエハの場合には、図9から図1
3に示す各グラフにおいて、ウエハピッチHを、3m
m、10mm、20mm、30mmに変化させた時の結
果を示しており、図9から図13に移行するに従って加
熱体の半径Rfを110mmから150mmまで変えた
時、いずれもH=3mm〜H=20mmの範囲内で特性
曲線が略フラットになっており、この範囲内ではウエハ
の面内温度が略均一となって良好な結果を示すことが判
明した。特に、図11に示すように加熱体の半径Rfを
130mmに設定した時に、ピッチHを3mm〜20m
mの範囲内に設定すると、最も良好な結果を示すことが
判明した。
In the case of an 8-inch wafer, FIG. 9 to FIG.
In each graph shown in 3, the wafer pitch H is set to 3 m.
It shows the result when changing to m, 10 mm, 20 mm, 30 mm, and when the radius Rf of the heating element is changed from 110 mm to 150 mm in accordance with the transition from FIG. 9 to FIG. 13, H = 3 mm to H = It was found that the characteristic curve was substantially flat within the range of 20 mm, and the in-plane temperature of the wafer was substantially uniform within this range, which showed good results. In particular, when the radius Rf of the heating element is set to 130 mm as shown in FIG. 11, the pitch H is 3 mm to 20 m.
It has been found that the best results are obtained when set within the range of m.

【0063】12インチウエハの場合には、図14から
図18に示す各グラフにおいて、ウエハピッチHを、8
mm、15mm、25mm、50mmに変化させた時の
結果を示しており、図14から図18に移行するに従っ
て加熱体の半径Rfを170mmから240mmまで変
えた時、いずれもH=8mm〜25mmの範囲内で特性
曲線が略フラットになっており、この範囲内ではウエハ
の面内温度が略均一となって良好な結果を示すことが判
明した。特に、図16に示すように加熱体の半径Rfを
200mmに設定した時、ピッチHを8mm〜25mm
の範囲内に設定すると、最も良好な結果を示すことが判
明した。尚、上記実施例では、酸化処理を行なう熱処理
装置を例にとって説明したが、これに限定されず、縦型
のバッチ処理炉ならばどのような熱処理装置でも本発明
を適用し得るのは勿論である。
In the case of a 12-inch wafer, the wafer pitch H is set to 8 in each graph shown in FIGS.
It shows the result when changing to mm, 15 mm, 25 mm, 50 mm, and when the radius Rf of the heating element is changed from 170 mm to 240 mm according to the transition from FIG. 14 to FIG. 18, all of H = 8 mm to 25 mm It was found that the characteristic curve was substantially flat within the range, and the in-plane temperature of the wafer was substantially uniform within this range, and good results were shown. In particular, when the radius Rf of the heating element is set to 200 mm as shown in FIG. 16, the pitch H is 8 mm to 25 mm.
It was found that the best result was obtained when the value was set within the range. In addition, in the above-mentioned embodiment, the heat treatment apparatus for performing the oxidation treatment is described as an example, but the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to any heat treatment apparatus as long as it is a vertical batch treatment furnace. is there.

【0064】[0064]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の熱処理装
置によれば、次のように優れた作用効果を発揮すること
ができる。被処理体の昇温時に、スループットを低下さ
せることなく被処理体の面内の温度差を最小にして略均
一状態に維持したままプロセス温度まで昇温することが
できる熱処理装置を容易に設計することができる。従っ
て、最適設計に要する時間やコストを大幅に削除するこ
とができる。また、このように設計した熱処理装置によ
り、被処理体の面内温度の均一性を高く保持したまま所
定の熱プロセスを行なうことができる。
As described above, according to the heat treatment apparatus of the present invention, the following excellent operational effects can be exhibited. When the temperature of the object to be processed is raised, it is possible to easily design a heat treatment apparatus capable of raising the temperature to the process temperature while keeping the temperature difference in the plane of the object to be processed to be a substantially uniform state without decreasing the throughput. be able to. Therefore, the time and cost required for the optimum design can be largely eliminated. Further, with the heat treatment apparatus designed in this way, it is possible to perform a predetermined thermal process while maintaining high in-plane temperature uniformity of the object to be treated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】熱処理装置を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a heat treatment apparatus.

【図2】被処理体と加熱体との配置関係を示す拡大図で
ある。
FIG. 2 is an enlarged view showing an arrangement relationship between an object to be processed and a heating body.

【図3】考慮すべき輻射熱を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining radiant heat to be considered.

【図4】2物体の間の放射熱交換量を説明するためのモ
デルを示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a model for explaining a radiant heat exchange amount between two objects.

【図5】被処理体の加熱に寄与する各部材の形態係数の
シミュレーション結果を示す概略的なグラフである。
FIG. 5 is a schematic graph showing a simulation result of a view factor of each member that contributes to heating of an object to be processed.

【図6】被処理体が各部材から実際に受ける輻射熱量を
示す概略的なグラフである。
FIG. 6 is a schematic graph showing the amount of radiant heat that the object to be processed actually receives from each member.

【図7】ウエハ間の形態係数を説明するためのモデルを
示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a model for explaining a view factor between wafers.

【図8】ウエハと加熱体間の形態係数を説明するための
モデルを示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a model for explaining a view factor between a wafer and a heating body.

【図9】8インチサイズウエハのシミュレーション結果
を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing a simulation result of an 8-inch size wafer.

【図10】8インチサイズウエハのシミュレーション結
果を示すグラフである。
FIG. 10 is a graph showing a simulation result of an 8-inch size wafer.

【図11】8インチサイズウエハのシミュレーション結
果を示すグラフである。
FIG. 11 is a graph showing a simulation result of an 8-inch size wafer.

【図12】8インチサイズウエハのシミュレーション結
果を示すグラフである。
FIG. 12 is a graph showing a simulation result of an 8-inch size wafer.

【図13】8インチサイズウエハのシミュレーション結
果を示すグラフである。
FIG. 13 is a graph showing a simulation result of an 8-inch size wafer.

【図14】12インチサイズウエハのシミュレーション
結果を示すグラフである。
FIG. 14 is a graph showing a simulation result of a 12-inch size wafer.

【図15】12インチサイズウエハのシミュレーション
結果を示すグラフである。
FIG. 15 is a graph showing a simulation result of a 12-inch size wafer.

【図16】12インチサイズウエハのシミュレーション
結果を示すグラフである。
FIG. 16 is a graph showing a simulation result of a 12-inch size wafer.

【図17】12インチサイズウエハのシミュレーション
結果を示すグラフである。
FIG. 17 is a graph showing a simulation result of a 12-inch size wafer.

【図18】12インチサイズウエハのシミュレーション
結果を示すグラフである。
FIG. 18 is a graph showing a simulation result of a 12-inch size wafer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 熱処理炉 4 処理容器 12 被処理体収納ボート(保持体) 18 炉体(加熱体) 26 抵抗発熱体 38 加熱体輻射熱 42 被処理体輻射熱 44 反射自己輻射熱 W 半導体ウエハ(被処理体) W1 自己のウエハ W2 隣設ウエハ 2 Heat treatment furnace 4 Processing container 12 Processing object storage boat (holding body) 18 Furnace body (heating body) 26 Resistance heating element 38 Heating body radiant heat 42 Processing body radiant heat 44 Reflected self-radiation heat W Semiconductor wafer (processing body) W1 Self Wafer W2 Adjacent wafer

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被処理体を保持体に所定のピッチで多段
に支持させた状態で収容する筒体状の処理容器と、この
処理容器の外周に同心円状に設けられた加熱体を有する
熱処理装置において、前記被処理体が前記加熱体から直
接的或いは間接的に受ける加熱体輻射熱と、前記被処理
体がこれに上下に隣接する隣設被処理体から放射されて
受ける被処理体輻射熱と、前記被処理体がこの被処理体
から放射された自己の輻射熱が前記隣設被処理体によっ
て反射されることによって自己が受けることになる反射
自己輻射熱との3つの輻射熱を輻射伝熱解析理論及び形
態係数の手法を用いて分析することによって、前記被処
理体の面内温度が略均一になるように前記被処理体のピ
ッチと前記加熱体の半径を設定するように構成したこと
を特徴とする熱処理装置。
1. A heat treatment comprising a cylindrical processing container for accommodating an object to be processed supported by a holding body in multiple stages at a predetermined pitch, and a heating body concentrically provided on the outer periphery of the processing container. In the device, the radiant heat of the heating body to be directly or indirectly received from the heating body by the body to be processed, and the radiant heat of the body to be processed which is radiated from the adjacent body to be processed vertically adjacent to the body to be processed. , The radiation heat transfer analysis theory of three radiation heats, namely, the reflected self-radiation heat that the object to be processed receives by the adjacent object to be processed by the radiation heat of itself emitted from the object to be processed. And by using a view factor method, the pitch of the object to be processed and the radius of the heating element are set so that the in-plane temperature of the object to be processed is substantially uniform. Heat treatment to apparatus.
【請求項2】 前記加熱体輻射熱は、前記加熱体からの
輻射熱が無限回まで反射されて前記被処理体に到達して
くる輻射熱の総和であることを特徴とする請求項1記載
の熱処理装置。
2. The heat treatment apparatus according to claim 1, wherein the radiant heat from the heating body is a sum of radiant heat from the radiant heat from the heating body that reaches the object to be processed after being reflected up to an infinite number of times. .
【請求項3】 前記各輻射熱は、輻射伝熱解析理論と形
態係数を用いて求められることを特徴とする請求項1ま
たは2記載の熱処理装置。
3. The heat treatment apparatus according to claim 1, wherein each radiant heat is obtained by using a radiation heat transfer analysis theory and a form factor.
【請求項4】 前記ピッチと前記半径の設定に際して、
前記被処理体の反射率を加味するように構成したことを
特徴とする請求項1乃至3記載の熱処理装置。
4. When setting the pitch and the radius,
The heat treatment apparatus according to claim 1, wherein the heat treatment apparatus is configured to take into consideration the reflectance of the object to be processed.
【請求項5】 前記被処理体の直径が8インチサイズの
被処理体の場合には、前記被処理体のピッチは、3mm
から20mmの範囲内であり、前記加熱体の半径は、1
10mmから150mmの範囲内であることを特徴とす
る請求項1乃至4記載の熱処理装置。
5. When the diameter of the object is 8 inches, the object pitch is 3 mm.
To 20 mm, and the radius of the heating element is 1
The heat treatment apparatus according to claim 1, wherein the heat treatment apparatus is in the range of 10 mm to 150 mm.
【請求項6】 前記被処理体の直径が、12インチサイ
ズの被処理体の場合には、前記被処理体のピッチは、8
mmから25mmの範囲内であり、前記加熱体の半径
は、170mm〜240mmの範囲内であることを特徴
とする請求項1乃至4記載の熱処理装置。
6. When the object to be processed has a diameter of 12 inches, the object to be processed has a pitch of 8
The heat treatment apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the heating body has a radius of 170 mm to 240 mm and a radius of the heating body is 170 mm to 240 mm.
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