(57)【要約】【課題】平板状の被処理物を均一に加熱することができるとともに、昇温時間を短縮することができる枚葉式熱処理装置を提供する。【解決手段】枚葉式熱処理装置１の処理室２に配置された単一の半導体ウエハＷを上方から加熱する上加熱体３を、複数の第１〜第３の上加熱ゾーン３１ａ〜３１ｃに領域分割し、第１〜第３の上加熱ゾーン３１ａ〜３１ｃには個別に温度制御される第１〜第３の上ヒータ５ａ〜５ｃを配置する。処理室２に配置された半導体ウエハＷを下方から加熱する下加熱体４には、当該加熱体４を領域分割することなく単一の下加熱ゾーン４１を形成し、下加熱ゾーン４１に下ヒータ６を配置する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室に配置された単一の平板状の被処理物を上方から加熱する上加熱体と、前記処理室に配置された被処理物を下方から加熱する下加熱体と、を備えた枚葉式熱処理装置であって、
前記上加熱体は、複数の上加熱ゾーンに領域分割されているとともに、各上加熱ゾーンに配置され個別に温度制御される上ヒータを有し、
前記下加熱体は、領域分割されることなく単一の下加熱ゾーンが形成されているとともに、当該下加熱ゾーンに配置された下ヒータを有することを特徴とする枚葉式熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハ等の被処理物に熱処理を行うための枚葉式熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスや表示デバイス等の製造においては、被処理物として、例えば、円板状の半導体ウェハに、酸化、拡散、成膜、アニール等の熱処理を行うために、各種の熱処理装置が用いられている。この種の熱処理装置として、複数枚の平板状の被処理物を一括で熱処理するバッチ式の熱処理装置と、１枚ずつ熱処理する枚葉式の熱処理装置が知られている。この内、枚葉式熱処理装置は、バッチ式のものに比べ、半導体ウェハの面内の均一な熱処理を比較的容易にできることから、半導体ウェハの大径化に伴い、汎用されるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の枚葉式熱処理装置は、単一の半導体ウエハを収容する処理室（反応管）と、その上方および下方にそれぞれ配置された上加熱体（上部ヒータ群）および下加熱体（下部ヒータ群）とを備えている。上加熱体および下加熱体は、いずれも複数の加熱ゾーン（上センターゾーン、上リアゾーン等）に領域分割されている。各加熱ゾーンには熱源としてヒータが設けられており、各ヒータを個別に制御することにより、各加熱ゾーン毎に温度を調節することができるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２２１０３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記枚葉式熱処理装置は、半導体ウエハの面内温度分布が均一化されるように、各加熱ゾーンを個別に温度制御することにより、半導体ウエハを均一に加熱することができる。しかし、各加熱体を複数の加熱ゾーンに領域分割すると、隣接する加熱ゾーンにそれぞれ配置されるヒータ同士が短絡しないように隣接するヒータ間に緩衝領域を設ける必要があるため、各加熱ゾーンにおける単位面積あたりの出力密度が低くなる。この結果、高速昇温などの要求により出力密度を高く設定したい場合に、これに対応した十分なヒータ出力を得ることができず、昇温時間を短縮することができないという問題があった。
本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、被処理物を均一に加熱することができるとともに、昇温時間を短縮することができる枚葉式熱処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明の枚葉式熱処理装置は、処理室に配置された単一の平板状の被処理物を上方から加熱する上加熱体と、前記処理室に配置された被処理物を下方から加熱する下加熱体と、を備えた枚葉式熱処理装置であって、前記上加熱体は、複数の上加熱ゾーンに領域分割されているとともに、各上加熱ゾーンに配置され個別に温度制御される上ヒータを有し、前記下加熱体は、領域分割されることなく単一の下加熱ゾーンが形成されているとともに、当該下加熱ゾーンに配置された下ヒータを有することを特徴とする。
【０００７】
このような構成の枚葉式熱処理装置によれば、被処理物の面内温度分布が均一化されるように、上加熱体の各上加熱ゾーンに配置された上ヒータを個別に温度制御することにより、被処理物を均一に加熱することができる。また、下加熱体は、領域分割されていない単一の下加熱ゾーンが形成されているので、この下加熱ゾーンに緩衝領域を設けることなく下ヒータを配置することができる。これにより、下加熱ゾーンにおける単位面積あたりの出力密度を高くすることができるため、下加熱体によって処理室内を短時間で昇温することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る枚葉式熱処理装置によれば、被処理物を均一に加熱することができるとともに、昇温時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る枚葉式熱処理装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】上記枚葉式熱処理装置を上本体部と下本体部とに分解した図であり、（ａ）は上本体部を下方から見た平面図、（ｂ）は下本体部を上方から見た平面図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る枚葉式熱処理装置を上本体部と下本体部とに分解した図であり、（ａ）は上本体部を下方から見た平面図、（ｂ）は下本体部を上方から見た平面図である。
【図４】図３の上本体部に配置される第１〜第３の上ヒータを示す図であり、（ａ）は第１の上ヒータ、（ｂ）は第２の上ヒータ、（ｃ）は第３の上ヒータを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る枚葉式熱処理装置の概略構成を示す斜視図である。この枚葉式熱処理装置１は、被処理物として例えば円板状の半導体ウエハ（シリコンウエハ）Ｗに、酸化、拡散、ＣＶＤ、アニール等の熱処理を施すもので、半導体ウエハＷを１枚ずつ加熱及び冷却するものである。図１に示すように、この枚葉式熱処理装置１は、一端が開放された中空の直方体状に形成された本体１１を備えている。この本体１１は、上下に分割された上本体部１１ａと下本体部１１ｂとによって構成されている。本体１１内には、当該本体１１の一端側に形成された開口から単一の半導体ウエハＷを収容する処理室２が形成されている。なお、本体１１には、上記開口を開閉する前扉部（図示せず）が設けられている。また、枚葉式熱処理装置１は、処理室２に配置された半導体ウエハＷを上方から加熱する上加熱体３と、処理室２に配置された半導体ウエハＷを下方から加熱する下加熱体４とを備えている。
【００１１】
図２（ａ）は、上本体部１１ａを下方から見た平面図である。上本体部１１ａの天井部１１ａ１は断熱材によって形成されており、その室内側表面は、例えば３００ｍｍ×３５０ｍｍの矩形に形成されている。上加熱体３は、上本体部１１ａの天井部１１ａ１に配置されており、半導体ウエハＷの搬送方向（矢符Ａ方向）に領域分割された複数の第１〜第３の上加熱ゾーン３１ａ〜３１ｃを有している。第１および第３の上加熱ゾーン３１ａ，３１ｃは、それぞれ天井部１１ａ１の一端側（図２（ａ）の左側）および他端側（図２（ａ）の右側）に、例えば３００ｍｍ×５０ｍｍの矩形に形成されている。第２の上加熱ゾーン３１ｂは、天井部１１ａ１の中央に、例えば３００ｍｍ×２５０ｍｍの矩形に形成されており、例えば直径２００ｍｍの半導体ウエハＷが処理室２に配置された状態で、その上面全体を覆うようになっている。
【００１２】
第１〜第３の上加熱ゾーン３１ａ〜３１ｃには、それぞれ熱源である第１〜第３の上ヒータ５ａ〜５ｃが配置されている。第１〜第３の上ヒータ５ａ〜５ｃは、例えば、線径が１．４〜３．０ｍｍのカンタルＡ１線を蛇行状に曲げ加工して平面形状としたもので構成されており、天井部１１ａ１の室内側表面に一体的に固定されている。第１の上ヒータ５ａと第２の上ヒータ５ｂとの間、および第２の上ヒータ５ｂと第３の上ヒータ５ｃとの間には、相互に短絡するのを防止するために緩衝領域Ｂがそれぞれ形成されている。
【００１３】
第１〜第３の上ヒータ５ａ〜５ｃは、各上加熱ゾーン３１ａ〜３１ｃの面積（緩衝領域Ｂを除く）に対応した大きさに形成されており、その両端に連続する一端部５ａ２〜５ｃ２および他端部５ａ３〜５ｃ３は、処理室２の外部に引き出され、電源に接続されている。本実施形態では、第１，第３の上ヒータ５ａ，５ｃは例えば１ｋｗの低出力で、第２の上ヒータ５ｂは例えば１．５ｋｗの低出力で、それぞれ半導体ウエハＷを加熱するようになっている。
【００１４】
第１〜第３の上ヒータ５ａ〜５ｃには、各上ヒータ５ａ〜５ｃの温度を検知する複数のセンサ（図示せず）が配置されている。第１〜第３の上ヒータ５ａ〜５ｃは、各センサの検出信号に基づいて半導体ウエハＷの面内温度分布が例えば８００℃〜１０００℃の間で均一化されるように、図示しない制御手段によってそれぞれ個別に温度制御されるようになっている。
【００１５】
図２（ｂ）は、下本体部１１ｂを上方から見た平面図である。下本体部１１ｂのの床部１１ｂ１は断熱材によって形成されており、その室内側表面は、例えば３００ｍｍ×３５０ｍｍの矩形に形成されている。下加熱体４は、下本体部１１ｂの床部１１ｂ１に配置されており、領域分割されていない単一の下加熱ゾーン４１が形成されている。下加熱ゾーン４１は、処理室２に配置された半導体ウエハＷの下面全体が覆われるようになっている。
【００１６】
下加熱ゾーン４１には、当該下加熱ゾーン４１の略全体に亘って熱源である下ヒータ６が配置されている。下ヒータ６は、例えば、線径が１．４〜３．０ｍｍのカンタルＡ１線を蛇行状に曲げ加工して平面形状としたもので構成されており、床部１１ｂ１の室内側表面に一体的に固定されている。下ヒータ６の両端に連続する一端部６ａおよび他端部６ｂは、処理室２の外部に引き出されて電源に接続されている。本実施形態の下ヒータ６は、例えば７．５ｋｗの高出力で半導体ウエハＷを加熱するようになっており、処理室２の室内温度が１０００℃になるまで昇温速度１００℃／ｍｉｎ以上で昇温することができる。
【００１７】
以上の構成の枚葉式熱処理装置１によれば、半導体ウエハＷの面内温度分布が均一化されるように、上加熱体３の第１〜第３の上加熱ゾーン３１ａ〜３１ｃを個別に温度制御することにより、半導体ウエハＷを均一に加熱することができる。また、下加熱体４は、領域分割されることなく単一の下加熱ゾーン４１が形成されているため、この下加熱ゾーン４１に緩衝領域を設けることなく下ヒータ６を配置することができる。これにより、下加熱ゾーン４１における単位面積あたりの出力密度を高くすることができるため、下加熱体４によって、処理室２内を短時間で昇温することができる。
【００１８】
図３は、本発明の他の実施形態に係る枚葉式熱処理装置を上加熱体と下加熱体とに分解した図であり、（ａ）は上加熱体を下方から見た平面図、（ｂ）は下加熱体を上方から見た平面図である。この実施形態の枚葉式熱処理装置が図２の枚葉式熱処理装置と相違する点は、上加熱体の上加熱ゾーンの形状が異なる点であり、図２の枚葉式熱処理装置と同じ名称の部位については同じ符号を付してその説明を省略する。
【００１９】
この実施形態における上加熱体３の天井部１１ａ１には、第１〜第３の上加熱ゾーン３１ａ〜３１ｃが同心円状に領域分割されている。第１〜第３の上加熱ゾーン３１ａ〜３１ｃは、その中心が処理室２に配置された半導体ウエハＷの中心と略一致するように形成されている。第１の上加熱ゾーン３１ａは、半導体ウエハＷの直径よりも若干大径に形成されており、第２の加熱ゾーン３１ｂは、第１の上加熱ゾーン３１ａよりも大径に形成されている。また、第３の上加熱ゾーン３１ｃは、第２の上加熱ゾーン３１ｂよりもさらに大径に形成されている。
【００２０】
各上加熱ゾーン３１ａ〜３１ｃには、それぞれ熱源である板状に形成された第１〜第３の上ヒータ５ａ〜５ｃが配置されている。図４（ａ）は、第１の上加熱ゾーン３１ａに配置される第１の上ヒータ５ａのみを示す平面図、図４（ｂ）は、第２の上加熱ゾーン３１ｂに配置される第２の上ヒータ５ｂのみを示す平面図、図４（ｃ）は、第３の上加熱ゾーン３１ｃに配置される第３の上ヒータ５ｃのみを示す平面図である。第１の上ヒータ５ａは、第１の上加熱ゾーン３１ａの領域形状に合わせて、全体形状が円形となるようにパターニングされている。第２および第３の上ヒータ５ｂ，５ｃは、第２の上加熱ゾーン３１ｂ，３１ｃの領域形状に合わせて、全体形状が環状に形成されるようにパターニングされている。
【００２１】
以上の構成の枚葉式熱処理装置についても、上加熱体３によって半導体ウエハＷの面内温度分布が均一化されるように半導体ウエハＷを加熱することができるとともに、下加熱体４によって処理室２の室内温度を短時間で昇温することができる。
【００２２】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、被処理物は、半導体ウエハＷに限らず、平板状であれば、その形状、材質を問わない。体表的なものとして、液晶パネル、プラズマディスプレイパネル又は太陽電池等に用いられるガラス基板等であってもよい。また、図２（ａ）の上加熱体３の各上加熱ゾーン３１ａ〜３１ｃは、図２（ａ）の搬送方向に領域分割されているが、この搬送方向と直交する方向に領域分割されていてもよいし、その分割数も適宜変更可能である。さらに、他の実施形態のおける下加熱ゾーン４１は、図３（ｂ）に示すように、矩形に形成されているが、図３（ａ）の第１〜第３の上加熱ゾーン３１ａ〜３１ｃと同心円状に形成されていてもよい。この場合、下ヒータ６は、図４（ａ）の第１の上ヒータ５ａと同様に、板状に形成するとともに全体形状が円形となるようにパターニングすればよい。
【符号の説明】
【００２３】
１    枚葉式熱処理装置
２    処理室
３    上加熱体
４    下加熱体
５ａ  第１の上ヒータ
５ｂ  第２の上ヒータ
５ｃ  第３の上ヒータ
６    下ヒータ
３１ａ  第１の上加熱ゾーン
３１ｂ  第２の上加熱ゾーン
３１ｃ  第３の上加熱ゾーン
４１    下加熱ゾーン
Ｗ    半導体ウエハ（被処理物）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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