(57)【要約】 【課題】  半導体ウェハに均一な熱処理を行うために、ボートおよび半導体ウェハがプロセスチューブ内に挿入された状態で温度プロファイル取りを行う場合において、温度プロファイル用熱電対が邪魔にならないことによって、半導体ウェハを保持するボートの搬送および移載を容易に行うことができる熱処理装置および熱処理装置における加熱条件取得方法を提供する。【解決手段】  熱処理装置３０は、半導体ウェハ１を保持したボート２を搭載するとともに、半導体ウェハ１を保持したボート２が搭載された状態で、半導体ウェハ１およびボート２と予め定める距離で離間した位置に、温度プロファイル用熱電対９を内蔵する温度プロファイル用熱電対保護管１６を保持する固定治具１１が設けられたカンチレバーパドル３を備える。ボート２および半導体ウェハ１が横型拡散炉２０に挿入された状態で温度プロファイルを取り、この温度プロファイルに基づいてヒータ５を制御する。【選択図】      図１
2008117810.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の熱処理対象物を保持可能な熱処理対象物保持部と、
熱電対および前記熱電対を支持する熱電対支持部と、
前記熱電対および前記熱電対支持部が、前記熱処理対象物保持部および前記熱処理対象物保持部に保持される熱処理対象物にそれぞれ離間し、かつ前記熱処理対象物保持部に近接するように前記熱電対支持部を着脱可能に保持する熱電対位置決め保持部と、
搬入出口を有する熱処理炉と、
遊端部に前記熱処理対象部保持部を搭載し、前記熱処理対象部保持部よりも基端部寄りに前記熱電対位置決め保持部が設けられるカンチレバーを備え、前記カンチレバーを前記搬入出口から熱処理炉内に挿入することによって、前記熱処理対象物保持部および前記熱電対位置決め保持部を前記熱処理炉に搬入し、熱処理炉内に挿入された前記カンチレバーを引出すことによって、前記熱処理対象物保持部を前記熱処理炉の外部に搬出可能な搬送手段と、
前記熱処理炉の外部に設けられる加熱手段と、
前記熱電対によって温度を検出する検出手段と、
記憶手段と、
制御手段とを含み、
前記制御手段は、前記熱処理対象物保持部および熱電対位置決め保持部が前記熱処理炉に搬入された状態で、前記加熱手段を制御して前記熱処理対象物を加熱したときに、前記検出手段によって検出される温度プロファイルを取得して前記記憶手段に記憶させ、記憶させた温度プロファイルに基づいて、前記加熱手段を制御可能であることを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記搬送手段によってカンチレバーを前記熱処理炉内に挿入された状態で、前記温度プロファイルを取得することを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
【請求項３】
前記熱電対位置決め保持部は、前記カンチレバーに着脱可能に設けられ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】
前記熱電対位置決め保持部は、前記カンチレバーに着脱可能であり、
前記制御手段は、前記搬送手段によって、前記カンチレバーから前記熱処理対象物保持部と前記熱電対位置決め保持部とを前記熱処理炉内に移載した後に、前記熱処理炉内から前記カンチレバーのみを引出し、かつ、前記熱処理炉内に載置された前記熱処理対象物保持部と、前記熱電対位置決め保持部とを前記カンチレバーに移載することを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
【請求項５】
前記熱電対位置決め保持部は、前記熱電対位置決め保持部が前記熱処理炉内に搬入された状態で、前記熱処理炉の搬入出口から熱処理炉内への外気の流入を抑制する抑制部材を備え、
前記抑制部材には、前記熱電対支持部を保持する保持部分が形成されることを特徴とする請求項３または４に記載の熱処理装置。
【請求項６】
前記抑制部材は、断熱材を含んで形成されることを特徴とする請求項５記載の熱処理装置。
【請求項７】
前記熱電対位置決め保持部の前記熱電対支持部を保持する保持部分は、断面が略Ｖ字形状の切欠き部を含んで形成され、
前記熱電対支持部は、前記切欠き部に嵌まって保持されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の熱処理装置。
【請求項８】
前記熱電対支持部は、前記熱電対の接点部を含む少なくとも一部分を収容する保護管によって形成され、
前記保護管は、２重管構造を有し、内管はセラミックスによって形成され、外管は石英によって形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の熱処理装置。
【請求項９】
前記熱電対支持部は、前記熱電対の接点部を含む少なくとも一部分を収容する保護管によって形成され、
前記保護管は、炭化珪素または珪素によって形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の熱処理装置。
【請求項１０】
複数の熱処理対象物を熱処理対象物保持部に保持させる第１工程と、
熱電対および前記熱電対を支持する熱電対支持部が、前記熱処理対象物および前記熱処理対象物保持部にそれぞれ離間し、かつ前記熱処理対象物保持部に近接するように、前記熱電対支持部を熱電対位置決め保持部に着脱可能に保持させる第２工程と、
遊端部に前記熱処理対象物保持部を搭載し、前記熱処理対象物保持部よりも基端部寄りに前記熱電対位置決め保持部を設けたカンチレバーを、搬入出口を有する熱処理炉の、前記搬入出口から熱処理炉内に挿入して、前記熱処理対象物保持部および熱電対位置決め保持部を前記熱処理炉に搬入する第３工程と、
ヒータによって前記熱処理対象物を加熱し、前記熱電対によって温度を検出して、前記熱電対によって検出される温度が、予め定める温度になるようなヒータの加熱条件を取得する第４工程とを含むことを特徴とする熱処理装置における加熱条件取得方法。
【請求項１１】
前記第４工程では、カンチレバーを前記熱処理炉内に挿入した状態で、前記加熱条件を取得することを特徴とする請求項１０記載の熱処理装置における加熱条件取得方法。
【請求項１２】
前記第３工程では、前記カンチレバーから前記熱処理対象物保持部と前記熱電対位置決め保持部とを前記熱処理炉内に移載した後、前記熱処理炉内から前記カンチレバーのみを引出すことを特徴とする請求項１０記載の熱処理装置における加熱条件取得方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば半導体ウェハの製造に用いられる熱処理装置および熱処理装置における加熱条件取得方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１５は、従来技術の横型拡散炉１２０の構造を模式的に示す断面図である。
横型拡散炉１２０は、たとえば窒素ガスおよびアルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気中で、半導体ウェハを高温処理する加熱炉であり、不純物の拡散に用いられる。横型拡散炉１２０は、軸線方向一端部が開放し、半導体ウェハ１０１が収容される炉空間を形成する略円筒形のプロセスチューブ１０６を備える。
【０００３】
プロセスチューブ１０６は、軸線方向に垂直な断面形状が軸線方向に一様な直円筒状に形成され、プロセスチューブ１０６内に複数の半導体ウェハを保持するボートを収容可能に形成されている。プロセスチューブ１０６の外周部には、ヒータ１０５が配置される。ヒータ１０５は、プロセスチューブ１０６内の半導体ウェハを加熱する。プロセスチューブ１０６は石英から成る。プロセスチューブ１０６は、半導体ウェハに熱処理を行うためのプロセスガスを供給するための供給口１２１が前記軸線方向他端に設けられ、もう一端は開口になっている。また、プロセスチューブ１０６の下端部には、プロセスガスを排出するための排出口１２２が設けられる。
【０００４】
ヒータ１０５は、プロセスチューブ１０６の内部の温度均一性を向上させるために前記軸線方向に３分割にされ、各区分に、ヒータ１０５の温度を検出するためのヒータ熱電対１０８が組込まれている。ヒータ熱電対１０８は、温度コントローラ１０７に接続され、温度コントローラ１０７は、ヒータ１０５の温度が所定の温度で保持されるようにヒータ１０５を制御する。
【０００５】
プロセスチューブ１０６内の前記軸線方向の温度均一性を確保するため、半導体ウェハを熱処理する前に、プロセスチューブ１０６内に前記軸線方向に各接点を離間して設けられる複数の温度プロファイル用熱電対１０９によってプロセスチューブ１０６内の温度を測定し、この測定結果を用いて温度コントローラ１０７は、ヒータ熱電対１０８によって測定されるヒータの温度が、予め設定した温度プロファイル（時間−温度制御特性）となるようにヒータ１０５を制御する。
【０００６】
このような制御を温度コントローラ１０７が行うために、まず、温度プロファイルを取る。以下、温度プロファイルを取る作業について説明する。
【０００７】
図１６は、温度プロファイル時の横型拡散炉１２０の状態を模式的に示す断面図である。プロセスチューブ１０６内に温度プロファイル用熱電対１０９をセットし、温度コントローラ１０７に接続する。次に、分割されたヒータ１０５の位置に合わせて３点の温度測定が同時にできるように３対の温度プロファイル用熱電対１０９を用意する。これらの温度プロファイル用熱電対１０９は、温度プロファイル用熱電対１０９の金属成分でプロセスチューブ１０６を汚染させないこと、曲げ強度を持たせること、および取扱いを容易にする目的で、石英で形成された温度プロファイル用熱電対保護管１１６の中に格納して使用する。これらの温度プロファイル用熱電対１０９の各測定点が所望の温度になるように、温度コントローラ１０７によってヒータ熱電対１０８の目標温度を割出し、その温度になるように、温度コントローラ１０７がヒータ１０５を制御する。この時のヒータ熱電対１０８によって測定されるべき目標温度を温度コントローラ１０７に記憶させる。この作業を温度プロファイル取りという。その後、温度プロファイル用熱電対１０９を格納した温度プロファイル用熱電対保護管１１６をプロセスチューブ１０６から取除く。以降、熱処理を行う場合は、前記温度プロファイル作業で記憶させた温度をヒータ熱電対１０８によって測定されるべき目標温度として、温度コントローラ１０７がヒータ１０５を制御することによって、温度プロファイル時と同じ温度が安定して再現される。
【０００８】
図１７〜図１８は、カンチレバーパドルを用いて半導体ウェハを保持したボートを炉心管内へ搬送して炉心管内でボートを保持する方式（以下、カンチレバーパドル方式という。）の従来の横型拡散炉１２０の構造を示した図である。
【０００９】
図１７は、上述のカンチレバーパドル方式の横型拡散炉１２０において、カンチレバーパドル３をプロセスチューブ１０６内に挿入する直前の状態を示した図である。熱処理する半導体ウェハ１０１を、図示しないウェハ移載装置によってボート１０２にセットする。この半導体ウェハ１０１を保持したボート１０２を、水平に維持されているカンチレバーパドル１０３の先端部に移載する。カンチレバーパドル１０３は基端部で水平に設置され、搬送装置１０４に固定されている。
【００１０】
図１８は、上述のカンチレバーパドル方式の横型拡散炉１２０において、カンチレバーパドル１０３がプロセスチューブ１０６内に挿入された状態を示した図である。前記半導体ウェハ１０１とボート１０２を搭載したカンチレバーパドル１０３は搬送装置１０４によって、水平方向に移動し、プロセスチューブ１０６と半導体ウェハ１０１、ボート１０２およびカンチレバーパドル１０３とが接触する事なく、プロセスチューブ１０６内に挿入され熱処理が開始される。
【００１１】
ヒータ１０５は、図１５で説明した温度プロファイル作業において記憶させた温度に基づいて制御されるため、プロセスチューブ１０６内では均一な熱処理がおこなわれる。熱処理終了後は搬送装置１０４によって、カンチレバーパドル１０３をプロセスチューブ１０６内から引出し、処理を完了する。
【００１２】
図１９〜図２２は、カンチレバーパドルを用いて、半導体ウェハを保持したボートを炉心管内へ搬送し、炉心管内にボートを設置した後にカンチレバーパドルを引抜く方式（以下、ソフトランディング方式という。）の従来の横型拡散炉１２０の構造および手順を示した図である。
【００１３】
図１９は、上述のソフトランディング方式の横型拡散炉１２０において、カンチレバーパドル１０３をプロセスチューブ１０６内に挿入する直前の状態を示した図である。熱処理する半導体ウェハ１０１をウェハ移載装置によってボート１０２にセットする。この半導体ウェハ１０１を搭載したボート１０２を、水平に保持されたカンチレバーパドル１０３の先端部に移載する。カンチレバーパドル１０３は基端部で水平に固定され、搬送装置１０４に固定されている。
【００１４】
図２０は、上述のソフトランディング方式の横型拡散炉１２０において、カンチレバーパドル１０３がプロセスチューブ１０６内に挿入された状態を示した図である。前記半導体ウェハ１０１とボート１０２を搭載したカンチレバーパドル１０３は搬送装置１０４によって水平方向に移動し、プロセスチューブ１０６と半導体ウェハ１０１、ボート１０２およびカンチレバーパドル１０３とが接触する事なく、プロセスチューブ１０６内に挿入される。
【００１５】
図２１は、上述のソフトランディング方式の横型拡散炉１２０において、カンチレバーパドル１０３をプロセスチューブ１０６内で下降させた状態を示した図である。搬送装置１０４は、カンチレバーパドル１０３をプロセスチューブ１０６内に挿入し、一旦下方向に移動させる。その後、ボートはプロセスチューブ１０６の内壁面上に搭載される。さらに、カンチレバーパドル１０３をプロセスチューブ１０６とボート１０２とに接触しない位置まで下へ移動させる。
【００１６】
図２２は、上述のソフトランディング方式の横型拡散炉１２０において、カンチレバーパドル１０３がプロセスチューブ１０６から引抜かれた状態を示した図である。搬送装置１０４は、カンチレバーパドル１０３をプロセスチューブ１０６とボート１０２とに接触しない位置まで下へ移動させる。次に、搬送装置１０４は、カンチレバーパドル１０３を水平方向に移動させ、プロセスチューブ１０６内からカンチレバーパドル１０３のみを引抜く。その後熱処理が開始される。ヒータ５は、図１５で説明した温度プロファイル作業において記憶させた温度に基づいて制御されるため、プロセスチューブ１０６内では均一な熱処理がおこなわれる。
【００１７】
熱処理が終了すると、搬送装置１０４は、逆の操作でカンチレバーパドル１０３をプロセスチューブ１０６内に挿入する。ボート１０２は、カンチレバーパドル１０３に搭載され、プロセスチューブ１０６に接触しない位置まで持ち上げられる。その後、搬送装置１０４がプロセスチューブ１０６内からカンチレバーパドル１０３とボート１０２を引出してすべての工程が完了する。
【００１８】
以上のとおり、従来の方法ではボート１０２および半導体ウェハ１０１がプロセスチューブ１０６内に無い状態で温度プロファイルを取る。したがって、半導体ウェハ１０１を保持したボート１０２をプロセスチューブ１０６内に挿入して実際に半導体ウェハ１０１を熱処理する場合は、熱容量やガスの流れ具合および放熱の度合いによって、温度プロファイル時との間に温度のズレが生じてしまい、均一な熱処理が行われなくなってしまう。
【００１９】
図２３は、従来の温度プロファイル用熱電対内蔵型の横型拡散炉１２０の構造を示す図である。また、図２４は、図２３の切断面線ＸＸＩＶ−ＸＸＩＶから見た断面図であり、図２３の横型拡散炉２０に内蔵された温度プロファイル用熱電対保護管１１６を示す。上述の問題点を解決するために、一部の熱処理装置では図２２および図２３に示すとおり、プロセスチューブ１０６の内壁に温度プロファイル用熱電対１０９を内蔵する石英で形成された温度プロファイル用熱電対保護管１１６を溶接で取付け、実際の熱処理時と同様に、プロセスチューブ１０６内に半導体ウェハ１０１とボート１０２を挿入した状態で温度プロファイル取りを行っている。
【００２０】
また、第１の従来技術においては、カンチレバーパドルに温度プロファイル用熱電対を内蔵する装置（たとえば、特許文献１参照）、第２の従来技術、第３の従来技術および第４の従来技術においては、ボートに温度プロファイル用熱電対を内蔵または支持することによって、半導体ウェハとボートがプロセスチューブ内に挿入された状態で温度プロファイル取りを行うことができる装置が提案されている（たとえば、特許文献２，３および４参照）。
【００２１】
【特許文献１】特開昭６４−３０２１５号公報
【特許文献２】特開平２−２９４０２４号公報
【特許文献３】実開平５−３６８２９号公報
【特許文献４】特開平７−２２４３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
１０５０℃を超える温度で長時間使用する炉では石英製のプロセスチューブは自重によって、楕円形に変形してしまうため、変形がひどくなる前にプロセスチューブを９０°回転させて使用する場合があるが、プロセスチューブの内壁に温度プロファイル用熱電対を内蔵する石英管を溶接で取付けると、回転して使用する事ができなくなり、プロセスチューブの交換が必要になる。一方、耐熱温度が高い炭化珪素で形成されたプロセスチューブを使用すると、１０５０℃を超える高温の熱処理を長時間行っても楕円形に変形しないため、プロセスチューブを回転する必要がなくなる。しかし、耐熱温度が高いためと材質の違いとによって、炭化珪素で形成されたプロセスチューブの内壁に熱電対を内蔵した管を溶接で取付けるのは不可能である。
【００２３】
また、ボートは、半導体ウェハをボートに移載するウェハ移載装置のところからカンチレバーパドルのところまで搬送した後に、ボートをカンチレバーパドルに搭載する必要がある。第１、第２、第３および第４の従来技術を利用することによって、カンチレバーパドルに温度プロファイル用熱電対を内蔵するか、ボートに温度プロファイル用熱電対を内蔵または支持することができたとしても、温度プロファイル用熱電対素線および温度プロファイル用熱電対保護管が邪魔になって、ボートを搬送することおよびボートをカンチレバーパドルに移載することが困難となってしまう。
【００２４】
本発明の目的は、半導体ウェハに均一な熱処理を行うために、ボートおよび半導体ウェハがプロセスチューブ内に挿入された状態で温度プロファイル取りを行う場合において、温度プロファイル用熱電対が邪魔にならないことによって、半導体ウェハを保持するボートの搬送および移載を容易に行うことができる熱処理装置および熱処理装置における加熱条件取得方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明は、複数の熱処理対象物を保持可能な熱処理対象物保持部と、
熱電対および前記熱電対を支持する熱電対支持部と、
前記熱電対および前記熱電対支持部が、前記熱処理対象物保持部および前記熱処理対象物保持部に保持される熱処理対象物にそれぞれ離間し、かつ前記熱処理対象物保持部に近接するように前記熱電対支持部を着脱可能に保持する熱電対位置決め保持部と、
搬入出口を有する熱処理炉と、
遊端部に前記熱処理対象部保持部を搭載し、前記熱処理対象部保持部よりも基端部寄りに前記熱電対位置決め保持部が設けられるカンチレバーを備え、前記カンチレバーを前記搬入出口から熱処理炉内に挿入することによって、前記熱処理対象物保持部および前記熱電対位置決め保持部を前記熱処理炉に搬入し、熱処理炉内に挿入された前記カンチレバーを引出すことによって、前記熱処理対象物保持部を前記熱処理炉の外部に搬出可能な搬送手段と、
前記熱処理炉の外部に設けられる加熱手段と、
前記熱電対によって温度を検出する検出手段と、
記憶手段と、
制御手段とを含み、
前記制御手段は、前記熱処理対象物保持部および熱電対位置決め保持部が前記熱処理炉に搬入された状態で、前記加熱手段を制御して前記熱処理対象物を加熱したときに、前記検出手段によって検出される温度プロファイルを取得して前記記憶手段に記憶させ、記憶させた温度プロファイルに基づいて、前記加熱手段を制御可能であることを特徴とする熱処理装置である。
【００２６】
また本発明は、前記制御手段は、前記搬送手段によってカンチレバーを前記熱処理炉内に挿入された状態で、前記温度プロファイルを取得することを特徴とする。
【００２７】
また本発明は、前記熱電対位置決め保持部は、前記カンチレバーに着脱可能に設けられることを特徴とする。
【００２８】
また本発明は、前記熱電対位置決め保持部は、前記カンチレバーに着脱可能であり、
前記制御手段は、前記搬送手段によって、前記カンチレバーから前記熱処理対象物保持部と前記熱電対位置決め保持部とを前記熱処理炉内に移載した後に、前記熱処理炉内から前記カンチレバーのみを引出し、かつ、前記熱処理炉内に載置された前記熱処理対象物保持部と、前記熱電対位置決め保持部とを前記カンチレバーに移載することを特徴とする。
【００２９】
また本発明は、前記熱電対位置決め保持部は、前記熱電対位置決め保持部が前記熱処理炉内に搬入された状態で、前記熱処理炉の搬入出口から熱処理炉内への外気の流入を抑制する抑制部材を備え、
前記抑制部材には、前記熱電対支持部を保持する保持部分が形成されることを特徴とする。
【００３０】
また本発明は、前記抑制部材は、断熱材を含んで形成されることを特徴とする。
また本発明は、前記熱電対位置決め保持部の前記熱電対支持部を保持する保持部分は、断面が略Ｖ字形状の切欠き部を含んで形成され、
前記熱電対支持部は、前記切欠き部に嵌まって保持されることを特徴とする。
【００３１】
また本発明は、前記熱電対支持部は、前記熱電対の接点部を含む少なくとも一部分を収容する保護管によって形成され、
前記保護管は、２重管構造を有し、内管はセラミックスによって形成され、外管は石英によって形成されていることを特徴とする。
【００３２】
また本発明は、前記熱電対支持部は、前記熱電対の接点部を含む少なくとも一部分を収容する保護管によって形成され、
前記保護管は、炭化珪素または珪素によって形成されていることを特徴とする。
【００３３】
また本発明は、複数の熱処理対象物を熱処理対象物保持部に保持させる第１工程と、
熱電対および前記熱電対を支持する熱電対支持部が、前記熱処理対象物および前記熱処理対象物保持部にそれぞれ離間し、かつ前記熱処理対象物保持部に近接するように、前記熱電対支持部を熱電対位置決め保持部に着脱可能に保持させる第２工程と、
遊端部に前記熱処理対象物保持部を搭載し、前記熱処理対象物保持部よりも基端部寄りに前記熱電対位置決め保持部を設けたカンチレバーを、搬入出口を有する熱処理炉の、前記搬入出口から熱処理炉内に挿入して、前記熱処理対象物保持部および熱電対位置決め保持部を前記熱処理炉に搬入する第３工程と、
ヒータによって前記熱処理対象物を加熱し、前記熱電対によって温度を検出して、前記熱電対によって検出される温度が、予め定める温度になるようなヒータの加熱条件を取得する第４工程とを含むことを特徴とする熱処理装置における加熱条件取得方法である。
【００３４】
また本発明は、前記第４工程では、カンチレバーを前記熱処理炉内に挿入した状態で、前記加熱条件を取得することを特徴とする。
【００３５】
また本発明は、前記第３工程では、前記カンチレバーから前記熱処理対象物保持部と前記熱電対位置決め保持部とを前記熱処理炉内に移載した後、前記熱処理炉内から前記カンチレバーのみを引出すことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、熱処理装置は、カンチレバーによって、熱処理対象物および熱処理対象物保持部が熱処理炉内に挿入された状態で温度プロファイルを取ることができ、この温度プロファイルに基づいて加熱手段を制御することによって、熱処理対象物保持部に保持される熱処理対象物に対して均一な熱処理が行うことができる。プロセスチューブの内壁に熱電対を内蔵する石英管を溶接で取付けなくて済むため、プロセスチューブが変形してきた時は回転させて使用を続ける事ができ、プロセスチューブの交換頻度が少なくて済む。また、熱処理対象物保持部には熱電対を内蔵したり、熱電対の熱電対支持部を設けたりする必要がなくなるため、熱処理対象物移載装置からカンチレバーへ熱処理対象物保持部を搬送して移載する時に、熱電対支持部が邪魔になることがない。
【００３７】
また、熱電対位置決め保持部は、熱電対および熱電対支持部が、熱処理対象物および熱処理対象物保持部にそれぞれ離間し、かつ熱処理対象物保持部に近接するように前記熱電対支持部を着脱可能に保持するため、カンチレバーが熱電対位置決め保持部を搭載して熱処理炉へ搬送する場合、または熱処理炉から搬出する場合において、熱電対支持部が熱処理対象物および熱処理対象物保持部に接することなく熱電対位置決め保持部を容易に搬送、搬出を行うことができる。
【００３８】
さらに、熱電対支持部が、熱電対位置決め保持部に着脱可能に保持されているため、交換、修理などのメンテナンス、および熱電対支持部の保管が容易である。
【００３９】
また本発明によれば、熱処理装置の制御手段は、搬送手段によってカンチレバーを熱処理炉内に挿入された状態で、前記温度プロファイルを取得するので、搬送手段の動作が少なく、制御手段における制御が容易である。
【００４０】
また本発明によれば、熱処理装置の熱電対位置決め保持部は、カンチレバーに着脱可能に設けられるので、熱電対位置決め保持部を容易にはずすことができる。たとえば炭化珪素によって形成されているカンチレバーに、安価で加工が容易な石英によって形成されている熱電対位置決め保持部を設けるというように、異なった材質のカンチレバーと熱電対位置決め保持部とを組合わせて使うことができる。さらに、温度プロファイルを取得した後は、カンチレバーから熱電対位置決め保持部を取外して熱処理を行うこともでき、熱電対位置決め保持部の使用回数を少なくすることができる。
【００４１】
また本発明によれば、熱処理装置の熱電対位置決め保持部は、カンチレバーに着脱可能であり、熱処理装置の制御手段は、搬送手段によって、カンチレバーから熱処理対象物保持部と熱電対位置決め保持部とを熱処理炉内に移載した後に、熱処理炉内からカンチレバーのみを引出し、熱処理終了後、熱処理炉内に載置された熱処理対象物保持部と熱電対位置決め保持部とをカンチレバーに移載するので、カンチレバーが熱処理炉から引出された状態で、温度プロファイルを取得することができ、カンチレバーが熱処理対象物の熱処理条件に与える影響を少なくすることができる。さらに、熱処理装置の熱電対位置決め保持部は、カンチレバーに着脱可能であるため、たとえば炭化珪素によって形成されているカンチレバーに、安価で加工が容易な石英によって形成されている熱電対位置決め保持部を設けるというように、異なった材質のカンチレバーと熱電対位置決め保持部とを組合わせて使うことができる。
【００４２】
また本発明によれば、熱処理装置の熱電対位置決め保持部は、熱電対位置決め保持部が熱処理炉内に搬入された状態で、熱処理炉の搬入出口から熱処理炉内への外気の流入を抑制する抑制部材を備え、抑制部材には、熱電対支持部を保持する保持部分が形成されるので、外気の巻き込みを防止でき、より均一な熱処理ができる。
【００４３】
また本発明によれば、熱処理装置の抑制部材は、断熱材を含んで形成されるので、放熱を抑える事ができ、より均一な熱処理ができる。
【００４４】
また本発明によれば、熱処理装置の熱電対位置決め保持部における熱電対支持部の保持部分は、断面が略Ｖ字形状の切欠き部を含んで形成され、熱電対支持部は、切欠き部に嵌まり、熱電対支持部が略Ｖ字に連なる２面に接して保持されることによって、熱電対支持部がずれることを防ぐことができる。
【００４５】
また本発明によれば、熱処理装置の熱電対支持部は、熱電対の接点部を含む少なくとも一部分を収容する保護管によって形成され、熱電対の保護管を、耐熱性の高いセラミックスと石英の２重管構造とすることで、プロセスチューブが熱電対の金属成分によって汚染されることを防止し、１０５０℃以上の高温でも変形せず温度プロファイルを取得することができる。
【００４６】
また本発明によれば、熱処理装置の熱電対支持部は、熱電対の接点部を含む少なくとも一部分を収容する保護管によって形成され、熱電対の保護管は、炭化珪素または珪素によって形成することで、上述のような２重管構造にしなくても、プロセスチューブが熱電対の金属成分によって汚染されることを防止することができ、１０５０℃以上の高温でも変形せず温度プロファイルを取得することができる。
【００４７】
また本発明によれば、熱処理装置における加熱条件取得方法は、４つの工程からなり、第１工程において、複数の熱処理対象物を熱処理対象物保持部に保持させ、第２工程において、熱電対および熱電対を支持する熱電対支持部が、熱処理対象物および熱処理対象物保持部にそれぞれ離間し、かつ熱処理対象物保持部に近接するように、熱電対支持部を熱電対位置決め保持部に保持させるので、熱処理対象物保持部および熱電対位置決め保持部を熱処理炉に搬入する場合、熱処理対象物および熱処理対象物保持部に熱電対支持部が接することなく容易に搬入を行うことができる。
【００４８】
また第２工程において、熱電対支持部を着脱可能に熱電対位置決め保持部に保持させるため、交換、修理などのメンテナンスおよび熱電対支持部の保管が容易である。
【００４９】
さらに、第３工程は、遊端部に熱処理対象物保持部を搭載し、熱処理対象物保持部よりも基端部寄りに熱電対位置決め保持部を設けたカンチレバーを、熱処理炉の搬入出口から熱処理炉内に挿入して、熱処理対象物保持部および熱電対位置決め保持部を熱処理炉に搬入し、第４工程で、ヒータによって熱処理対象物を加熱し、熱電対によって温度を検出して、熱電対によって検出される温度が、予め定める温度になるようなヒータの加熱条件を取得するので、熱処理対象物および熱処理対象物保持部を熱処理炉内に挿入された状態で加熱条件を取得することができ、均一な熱処理が行うことができる。また、プロセスチューブの内壁に熱電対を内蔵する石英管を溶接で取付けなくて済むため、プロセスチューブが変形してきた時は回転させて使用を続ける事ができ、プロセスチューブの交換頻度が少なくて済む。さらに、熱処理対象物保持部には熱電対を内蔵したり熱電対の熱電対支持部を設けたりする必要がなくなるため、熱処理対象物移載装置からカンチレバーへ熱処理対象物保持部を搬送して移載する時に、熱電対支持部が邪魔になることがない。
【００５０】
また本発明によれば、熱処理装置における加熱条件取得方法の第４工程では、カンチレバーを熱処理炉内に挿入した状態で、加熱条件を取得するので、第４工程の作業量が少なくすることができる。
【００５１】
また本発明によれば、熱処理装置における加熱条件取得方法の第３工程では、カンチレバーから熱処理対象物保持部と熱電対位置決め保持部とを熱処理炉内に移載した後、熱処理炉内からカンチレバーのみを引出す方法なので、加熱条件を取得した後は、カンチレバーから熱電対位置決め保持部を取外して熱処理を行うこともでき、熱電対位置決め保持部の使用回数を少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
図１は、本発明の第１の実施の形態であるカンチレバーパドル方式の半導体ウェハの熱拡散装置３０において、カンチレバーパドル３がプロセスチューブ６内に挿入された状態の全体の構成を模式的に示す断面図である。
【００５３】
熱処理対象物である半導体ウェハ１の熱拡散装置３０は、熱処理炉である横型拡散炉２０と、熱処理対象物保持部であるボート２と、カンチレバーであるカンチレバーパドル３を備えた搬送手段である搬送装置４、制御手段である駆動制御部２３とを有する。
【００５４】
横型拡散炉２０は、プロセスチューブ６、加熱手段であるヒータ５、ヒータ熱電対８、検出手段および制御手段である温度制御部２４を有している。横型拡散炉２０は、たとえば窒素ガスおよびアルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気中で、半導体ウェハを高温処理する加熱炉であり、半導体ウェハへの不純物の拡散に用いられる。横型拡散炉２０は、軸線方向一端部が開放し、半導体ウェハ１が収容される炉空間を形成する略円筒形状のプロセスチューブ６を備える。
【００５５】
プロセスチューブ６は、軸線方向に垂直な断面形状が軸線方向に一様な直円筒形状に形成され、プロセスチューブ６内に複数の半導体ウェハ１を保持するボート２を収容可能に形成されている。プロセスチューブ６の外周部には、ヒータ５が配置される。ヒータ５は、プロセスチューブ６内の半導体ウェハ１を加熱する。プロセスチューブ６は石英から成る。プロセスチューブ６は、半導体ウェハ１に熱処理を行うためのプロセスガスを供給するための供給口２１が前記軸線方向他端の中央部に設けられ、もう一端は開口になっている。また、プロセスチューブ６の軸線方向一端部の下端部には、プロセスガスを排出するための排出口２２が設けられる。排出口２２には図示しないポンプなどの吸引源が接続される。
【００５６】
ヒータ５は、プロセスチューブ６の内部の温度均一性を向上させるために前記軸線方向に３つに分割にされている。ヒータ５の分割された各区分に対応して、ヒータ５の温度を検出するためのヒータ熱電対８がプロセスチューブ６とヒータ５との間に設けられている。熱電対は、異種の金属の先端を接続したときにその両端に温度差が生じると金属間で特有の起電力が生じる現象を利用し、この起電力に基づいて温度を測定する。各ヒータ熱電対８の接点部３６は、ヒータ５の各区分の前記軸線方向の中央に配置される。また、ヒータ熱電対８は温度制御部２４に接続されて、温度が検出される。
【００５７】
温度プロファイル用熱電対９は、後述するカンチレバーパドル３を備えた搬送装置４によって、プロセスチューブ６内に温度プロファイル用熱電対９をプロセスチューブ６内に搬入し、温度制御部２４に接続されて温度が検出される。次に、プロセスチューブ６内の前記軸線方向の温度均一性を確保するため、分割されたヒータ５の各区分によって外囲される空間に、ヒータ５の各区分の位置に合わせて３点の温度測定が同時にできるように３対の温度プロファイル用熱電対９を配置する。３対の温度プロファイル用熱電対９の接点部３７は、ヒータ熱電対８の接点部３６を含む前記軸線方向に垂直な仮想平面上にそれぞれ設けられ、軸線方向に離間して設けられる。
【００５８】
これらの温度プロファイル用熱電対９は、温度プロファイル用熱電対９の金属成分でプロセスチューブ６を汚染させないこと、曲げ強度を持たせること、および取扱いを容易にする目的で、熱電対支持部である温度プロファイル用熱電対保護管１６の中に格納して使用する。温度プロファイル用熱電対保護管１６は、耐熱性の高いセラミックスと石英との２重管構造を有し、このような構造とすることで、プロセスチューブ６が熱電対の金属成分によって汚染されることを防止し、１０５０℃以上の高温でも変形せず温度プロファイルを取得することができる。また、温度プロファイル用熱電対保護管１６は、炭化珪素または珪素によって形成することで、上述のような２重管構造にしなくても、プロセスチューブ６が温度プロファイル用熱電対９の金属成分によって汚染されることを防止することができ、１０５０℃以上の高温でも変形せず温度プロファイルを取得することができる。
【００５９】
図２は、温度プロファイル用熱電対保護管１６を示す断面図である。直線状である温度プロファイル用熱電対保護管１６は、外径が１２ｍｍ、内径が９ｍｍの石英保護管１４の中に外径が８ｍｍ、内径が５ｍｍのアルミナ製セラミック保護管１５を入れた２重管構造を採っている。温度プロファイル用熱電対保護管１６には、３本の絶縁管１７が入っており、さらに絶縁管１７の中にそれぞれヒータ５の各区分の位置に合わせられた長さの違う温度プロファイル用熱電対９が入れられている。この温度プロファイル用熱電対９は、たとえば直径が０．５ｍｍ程度の素線でできており、温度プロファイル用熱電対９の温度検出部である接点部３７を除く部分は、たとえば内径が０.８ｍｍであり、かつ外径が１.５ｍｍ程度のセラミックで形成された絶縁管１７の中に収容される。
【００６０】
実際にプロセスチューブ６内に挿入された時に半導体ウェハ１とプロセスチューブ６との隙間が狭いために、上述の２重管構造の温度プロファイル用熱電対保護管１６が使用できない場合は、炭化珪素または珪素によって形成することで、上述のような２重管構造にしなくても、プロセスチューブ６が熱電対の金属成分によって汚染されることを防止することができ、１０５０℃以上の高温でも変形せず温度プロファイルを取得することができる。
【００６１】
図１を参照して、温度制御部２４は、たとえばマイクロコンピュータで構成され、接続しているヒータ熱電対８によって測定されるヒータ５の温度が所定の温度で保持されるようにヒータ５を制御する。複数の温度プロファイル用熱電対９の接点部３７がプロセスチューブ６の軸線方向に並んで配置され、この複数の温度プロファイル用熱電対９が測定したプロセスチューブ６内の温度に基づいて、プロセスチューブ６内の温度の温度制御を行う。プロセスチューブ６内では３対の温度プロファイル用熱電対９が分割されたヒータ５の位置に合わせて並ぶので、温度プロファイル用熱電対９が測定した温度に基づいてヒータ５を制御することによって、分割されたヒータ５の区分毎に温度制御を行うことができる。温度制御部２４は、複数の温度プロファイル用熱電対９によって測定されたプロセスチューブ６内の温度測定結果を用い、ヒータ熱電対８によって測定されるヒータ５の温度が、最適な温度条件として予め設定した温度プロファイル（時間−温度制御特性）となるようにヒータ５を制御する。温度制御部２４は、これらの温度プロファイル用熱電対９の各測定点が所望の温度になるようなヒータ熱電対８の目標温度を割出し、ヒータ熱電対８によって測定されるヒータ５の温度が目標温度になるように、ヒータ５を制御する。この時のヒータ熱電対８によって測定されるべきヒータ５の目標温度を、記憶手段である記憶装置２５に記憶させる。
【００６２】
記憶装置２５は、たとえば半導体メモリで構成され、温度制御部２４に備えられる。記憶装置２５は、プロファイル用熱電対９による検出温度、およびプロファイル用熱電対９による検出温度が目標温度になった時点におけるヒータ熱電対８による検出温度を加熱条件として記憶する。
【００６３】
カンチレバーパドル３は水平に設置され、カンチレバーパドル３の基端部１９が搬送装置４に固定されている。カンチレバーパドル３は、搬送装置４によって水平方向に移動し、カンチレバーパドル３の延在方向をプロセスチューブ６の軸線方向に平行にしてプロセスチューブ６内に挿入される。搬送装置４は、たとえばマイクロコンピュータで構成された駆動制御部２３によって制御されて、カンチレバーパドル３を移動する。カンチレバーパドル３には、遊端部にボート搭載部１８が設けられ、このボート搭載部１８と基端部１９との間に熱電対位置決め保持部である固定治具１１が設けられている。
【００６４】
図３は、図１の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩから見た断面図であり、カンチレバーパドル３に設けられた固定治具１１の位置決め固定部分１０を示す。図３に示すように、この位置決め固定部分１０は温度プロファイル用熱電対保護管１２の形状に合わせ、図３に示すように固定治具１１の温度プロファイル用熱電対保護管１６を保持する保持部分は、カンチレバーパドル３の延在方向に垂直な断面が略Ｖ字形状の切欠き部３８を含んで形成されている。温度プロファイル用熱電対保護管１６は、位置決め固定部分１０の略Ｖ字形状の切欠き部３８に嵌まって保持されるので、温度プロファイル用熱電対保護管１６がカンチレバーパドル３の延在方向に垂直かつ水平な方向へずれることを防ぐことができる。さらに、温度プロファイル用熱電対保護管１６は、位置決め固定部分１０の略Ｖ字形状の切欠き部３８と石英または炭化珪素によって形成された固定具２７に挟まれる。固定具２７は、同様に石英または炭化珪素によって形成されたネジ部材２６によって位置決め固定部分１０に着脱可能にとりつけられる。
【００６５】
図１を参照して、熱処理すべき半導体ウェハ１を、図示しないウェハ移載装置によってボート２に保持させた後、ボート２を、水平に維持されているカンチレバーパドル３の先端部に形成されるボート搭載部１８に移載する。
【００６６】
図４は、図１の切断面線ＩＶ−ＩＶから見た断面図であり、図１のカンチレバーパドル３に搭載されたボート２の半導体ウェハ保持部を示す。ボート２は、図１および図４に示すように、厚み方向の一表面が対抗して設けられる円形状の２枚の端板３２と、２枚の端板３２を連結する２本の底部連結部３３および２本の側部連結部３４と、４本の脚部３５とからなる。各側部連結部３４には、端板３２が離間する方向に溝３９が一定ピッチで複数設けられており、半導体ウェハ１は、端板３２からの同一長さに位置する前記溝３９に外周縁が嵌合され、保持される。底部連結部３３の突出部４０は、端板３２が離間する方向に一定間隔で形成されている。各側部連結部３４に設けられた溝３９は、底部連結部３３の突出部４０と突出部４０とが互いに臨む端面上を含み、端板３２が離間する方向に垂直な仮想一平面の間で、カンチレバーパドル３の基端部１９側の仮想一平面に隣接する位置に設けられている。これによって、半導体ウェハ１は、底部連結部３３上においては、カンチレバーパドル３のボート搭載部１８の突出部４０の面にのみ隣接する位置で保持される。この時固定治具１１においては、カンチレバーパドル３に半導体ウェハ１を保持したボート２が搭載された状態で、半導体ウェハ１と予め定める距離ΔＬで離間した位置に、温度プロファイル用熱電対保護管１６がボート２の側面に沿って保持される。距離ΔＬは、最も近接する距離であり、２ｍｍ以上３０ｍｍ未満に選ばれる。
【００６７】
図１を参照して、半導体ウェハ１とボート２を搭載したカンチレバーパドル３は搬送装置４によって水平方向に移動し、プロセスチューブ６と半導体ウェハ１、ボート２およびカンチレバーパドル３とが接触する事なく、プロセスチューブ６内に挿入される。
【００６８】
次に、半導体ウェハ１の熱処理が開始されると、温度制御部２４に接続された温度プロファイル用熱電対９によって、温度プロファイルを取る。温度プロファイル取りが終了したら、搬送装置４にてカンチレバーパドル３および半導体ウェハ１が搭載されたボート２をプロセスチューブ６から引出し、温度プロファイル用熱電対９を取外す。熱電対位置決め保持部１０は、温度プロファイル用熱電対９および温度プロファイル用熱電対保護管１６が、半導体ウェハ１およびボート２にそれぞれ離間し、かつボート２に近接するように温度プロファイル用熱電対保護管１６を保持するため、半導体ウェハ１およびボート２に接していないため正確に温度を測ることができる。また、温度プロファイル用熱電対保護管１６を保持したままでカンチレバーパドル３をプロセスチューブ６から抜き取ることが容易である。
【００６９】
以降、実際に半導体ウェハ１を熱処理する場合は、温度プロファイル時に記憶させたヒータ熱電対８の目標温度になるようにヒータ５を制御し、温度プロファイル時と同じ温度が安定して再現するように制御する。このように、実際に熱処理される状態と同様に半導体ウェハ１とボート２がプロセスチューブ６内に挿入された状態で温度プロファイルを取るため、均一な熱処理が行うことができるようになる。
【００７０】
なお、熱処理対象物は半導体ウェハ１に限られず、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）
基板等も含まれる。
【００７１】
図５は、本発明の第２の実施の形態である熱拡散装置３０の全体の構成を模式的に示す断面図である。本実施の形態の熱拡散装置３０は、カンチレバーパドル３に抑制部材１２を備えた固定治具１１を設けたカンチレバーパドル方式である。本発明の第１の実施の形態と同様の構成には、同様の参照符号を付してその説明を省略する場合がある。
【００７２】
本実施の形態として、固定治具１１は、熱処理炉の搬入出口から熱処理炉内への外気の流入を抑制する抑制部材１２を備えている。１０５０℃を超えるような高温の熱処理工程では炭化珪素で形成されたカンチレバーパドル３を使用する。カンチレバーパドル３は水平に設置され、カンチレバーパドル３の基端部１９が搬送装置４に固定されている。ボート搭載部１８と基端部１９の間に固定治具１１を搭載する。
【００７３】
図６は、抑制部材１２を備えた固定治具１１の側面図である。また、図７は、図５の切断面線ＶＩＩ−ＶＩＩから見た断面図である。抑制部材１２を備えた固定治具１１が、カンチレバーパドル３に設けられている。図６に示すように固定治具１１は、複数の石英で形成された抑制部材１２と連結部材２９とを含み、連結部材２９は各抑制部材１２を連結している。図７に示すように固定治具１１の抑制部材１２は、プロセスチューブ６の軸線に垂直な断面の外周部に沿って略円盤状に形成されている。抑制部材１２の下端部には、図５に示すカンチレバーパドル３の固定治具搭載部３１に嵌合可能な切欠き部４２が形成される。
【００７４】
また、抑制部材１２には、温度プロファイル用熱電対保護管１６を保持する保持部分である位置決め固定部分１０として、外周上の一側部に切欠き部４１が形成される。切欠き部４１には、さらに下方に凸の略Ｖ字形状の切欠き部３８を含んで形成される。さらに、外周上の一側部には、切欠き部４１よりも外方に突出する突出部が設けられている。切欠き部４１のうち、略Ｖ字形状の切欠き部３８を除く部分は、温度プロファイル用熱電対保護管１６の取付けおよび取外しが可能となるように、切欠き部３８の上方に所定の空間を形成する。固定治具１１をプロセスチューブ６に搭載したときに、プロセスチューブ６の軸線に垂直な仮想一平面において、切欠き部４１の中で軸線から最も近接している部分までの距離は、半導体ウェハ１の半径を越える距離に選ばれる。このため、横型拡散炉２０の搬入出口から抑制部材１２の切欠き部４１を通して外気が半導体ウェハ１へ直接流入するのが防止され、均一な熱処理ができる。
【００７５】
温度プロファイル用熱電対保護管１６は、上述の第１の実施の形態における固定治具１１の位置決め固定部分１０と同様に、位置決め固定部分１０の略Ｖ字形状の切欠き部３８と固定具２７に挟まれ、固定具２７は、ネジ部材２６によって位置決め固定部分１０の突出部に着脱可能にとりつけられる。
【００７６】
また、位置決め固定部分１０の外周上の一側部に前記突出部を設けず、温度プロファイル用熱電対保護管１６を押圧する固定具を、抑制部材１２の切欠き部４１にむかってネジ部材を用いて取付けてもよい。
【００７７】
図８は、本発明の第３の実施の形態である断熱材１３を含んで形成される抑制部材１２を備えた固定治具１１の側面図である。また、図９は、図８の切断面線ＩＸ−ＩＸから見た断面図であり、固定治具１１は、断熱材１３を含んで形成される抑制部材１２を備えている。図９に示すように、本実施形態の抑制部材１２は、外側に円筒形の保温筒２８を備え、保温筒２８の内部には断熱材１３を備えている。保温筒２８は、石英で軸線方向に垂直な断面形状が軸線方向に一様な直円筒状に形成される。断熱材１３は、石英ウールで形成されている。固定治具１１の下端部には図５に示すカンチレバーパドル３の固定治具搭載部３１に嵌合可能な切欠き部４２が形成される。
【００７８】
また、図９に示すように、抑制部材１２には、図７の抑制部材１２と同様に、温度プロファイル用熱電対保護管１６を保持する保持部分である位置決め固定部分１０として、外周上の一側部に切欠き部４１が形成され、下方に凸の略Ｖ字形状の切欠き部３８を含んで形成される。さらに、外周上の一側部には、切欠き部４１よりも外方に突出する突出部が設けられている。
【００７９】
温度プロファイル用熱電対保護管１６は、上述の第１の実施の形態における固定治具１１の位置決め固定部分１０と同様に、位置決め固定部分１０の略Ｖ字形状の切欠き部３８と固定具２７に挟まれ、固定具２７は、ネジ部材２６によって位置決め固定部分１０の突出部に着脱可能にとりつけられる。
【００８０】
また、位置決め固定部分１０の外周上の一側部に前記突出部を設けず、温度プロファイル用熱電対保護管１６を押圧する固定具を、抑制部材１２の切欠き部４１にむかってネジ部材を用いて取付けてもよい。
【００８１】
保持された温度プロファイル用熱電対９を用いて、上述の第１の実施の形態と同様に温度プロファイルを取り、半導体ウェハ１を熱処理することによって、均一な熱処理を行うことができる。本実施形態では、固定治具１１は、カンチレバーパドル３から取外し可能な構造となるため、従来から使用してきたカンチレバーパドル３をそのまま利用することができる。さらに、たとえば炭化珪素によって形成されているカンチレバーパドル３に、異なった材質である石英によって形成された固定治具１１を組合せて使用することができる。固定治具１１を石英で形成することによって、安価で加工がしやすくなる。また、固定治具１１は、図７に示した抑制部材１２や図９に示した断熱材１３を備えることで、横型拡散炉２０の搬入出口から横型拡散炉２０内への外気の流入や放熱を防止することができるため、より均一な熱処理を行うことができる。
【００８２】
図１０は、本発明の第４の実施の形態である熱拡散装置３０の全体の構成を模式的に示す断面図であり、カンチレバーパドル３がプロセスチューブ６内に挿入する前の状態を示している。本実施の形態の熱拡散装置３０は、カンチレバーパドル３を用いて、半導体ウェハ１を保持したボート２をプロセスチューブ６へ搬送し、プロセスチューブ６内にボート２を設置した後にカンチレバーパドル３を引抜くソフトランディング方式である。本発明の第１の実施の形態と同様の構成には、同様の参照符号を付してその説明を省略する場合がある。
【００８３】
カンチレバーパドル３の基端部１９で水平に固定されているカンチレバーパドル３のボート搭載部１８と基端部１９の間に固定治具１１を搭載する。
【００８４】
図１１は、図１０のカンチレバーパドル３に搭載された固定治具１１の側面図である。また、図１２は、図１０の切断面線ＸＩＩ−ＸＩＩから見た断面図であり、固定治具１１が図１０のカンチレバーパドル３に搭載された状態を示す。図１１に示すように、固定治具１１は、横型拡散炉２０の搬入出口から横型拡散炉２０内への外気の流入を抑制する抑制部材１２と連結部材２９とを含み、連結部材２９は各抑制部材１２を連結している。抑制部材１２および連結部材２９は、石英で形成されている。図１２に示すように固定治具１１の抑制部材１２は、プロセスチューブ６の軸線に垂直な断面の外周部に沿って略円盤状に形成されている。抑制部材１２は、下端部において、周方向に間隔をあけて１対の脚部４３を有し、１対の脚部４３の間には、図１０に示すカンチレバーパドル３の固定治具搭載部３１に嵌合可能な切欠き部４２が形成される。
【００８５】
また、抑制部材１２には、温度プロファイル用熱電対保護管１６を保持する保持部分である位置決め固定部分１０として、外周上の一側部に切欠き部４１が形成される。切欠き部４１は、さらに下方に凸の略Ｖ字形状の切欠き部３８を含んで形成される。さらに、外周上の一側部には、切欠き部４１よりも外方に突出する突出部が設けられている。切欠き部４１のうち、略Ｖ字形状の切欠き部３８を除く部分は、温度プロファイル用熱電対保護管１６の取付けおよび取外しが可能となるように、切欠き部３８の上方に所定の空間を形成する。固定治具１１をプロセスチューブ６に搭載したときに、プロセスチューブ６の軸線に垂直な仮想一平面において、切欠き部４１の中で軸線から最も近接している部分までの距離は、半導体ウェハ１の半径を越える距離に選ばれる。このため、横型拡散炉２０の搬入出口から抑制部材１２の切欠き部４１を通して外気が半導体ウェハ１へ直接流入するのが防止され、均一な熱処理ができる。また、固定治具は、第３の実施の形態と同様に、保温筒と断熱材とを含んで形成される抑制部材を備えてもよい。
【００８６】
温度プロファイル用熱電対保護管１６は、上述の第１の実施の形態における固定治具１１の位置決め固定部分１０と同様に、位置決め固定部分１０の略Ｖ字形状の切欠き部３８と固定具２７に挟まれ、固定具２７は、位置決め固定部分１０の突出部にネジ部材２６によって着脱可能にとりつけられる。
【００８７】
また、位置決め固定部分１０の外周上の一側部に前記突出部を設けず、温度プロファイル用熱電対保護管１６を押圧する固定具を、抑制部材１２の切欠き部４１にむかってネジ部材を用いて取付けてもよい。
【００８８】
図１０を参照して、次に半導体ウェハ１を図示しないウェハ移載装置によってボート２にセットする。この半導体ウェハ１を搭載したボート２を、カンチレバーパドル３の先端部に形成されるボート搭載部１８に移載する。カンチレバーパドル３は基端部１９で搬送装置４に固定されており、前記半導体ウェハ１、ボート２および固定治具１１を搭載したカンチレバーパドル３は搬送装置４によって水平方向に移動し、プロセスチューブ６と半導体ウェハ１、ボート２およびカンチレバーパドル３とが接触する事なく、プロセスチューブ６内に挿入される。
【００８９】
図１３は、本発明の第４の実施の形態である熱拡散装置３０の全体の構成を模式的に示す断面図であり、カンチレバーパドル３がプロセスチューブ６内に挿入された状態を示している。カンチレバーパドル３がプロセスチューブ６内に挿入されると、搬送装置４は、カンチレバーパドル３を下方向に移動させ、ボート２および固定治具１１をプロセスチューブ６に搭載する。次に搬送装置４は、カンチレバーパドル３をプロセスチューブ６とボート２とに接触しない位置まで下降させる。
【００９０】
図１４は、本発明の第４の実施の形態である熱拡散装置３０の全体の構成を模式的に示す断面図であり、カンチレバーパドル３のみがプロセスチューブ６から引出された状態を示している。搬送装置４が、カンチレバーパドル３をプロセスチューブ６とボート２とに接触しない位置まで下降させた後は、水平方向にカンチレバーパドル３を移動させ、プロセスチューブ６内からカンチレバーパドル３のみを引抜く。その後半導体ウェハ１の熱処理が開始される。
【００９１】
次に、温度制御部２４に接続された温度プロファイル用熱電対９によって温度プロファイルを取る。温度プロファイル取りが終了したら、搬送装置４は、逆の操作でカンチレバーパドル３をプロセスチューブ６内に挿入する。ボート２および固定治具１１がカンチレバーパドル３に搭載されると、搬送装置４は、カンチレバーパドル３をプロセスチューブ６およびボート２がプロセスチューブ６に接触しない位置まで持ち上げる。その後、搬送装置４がボート２および固定治具１１を搭載したカンチレバーパドル３をプロセスチューブ６内から引出して、すべての工程が完了する。
【００９２】
以降、実際に半導体ウェハ1を熱処理する場合は温度プロファイル時に記憶させたヒータ熱電対８の目標温度になるようにヒータ５を制御し、温度プロファイル時と同じ温度が安定して再現するように制御する。このように、ソフトランディング方式の熱処理装置でも実際に熱処理される状態と同様に半導体ウェハ１とボート２がプロセスチューブ６内に挿入された状態で温度プロファイルを取るため、均一な熱処理が行うことができるようになる。
【００９３】
本発明は、ボートの形状については、実施形態において、半導体ウェハを所定間隔離して立てて保持していたが、半導体ウェハを横に並べて保持する形状であってもよい。
【００９４】
なお、本発明は、上述の半導体ウェハの熱拡散装置だけでなく、熱酸化装置にも使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の第１の実施の形態であるカンチレバーパドル方式の半導体ウェハの熱拡散装置３０において、カンチレバーパドル３がプロセスチューブ６内に挿入された状態の全体の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】温度プロファイル用熱電対保護管１６を示す断面図である。
【図３】図１の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩから見た断面図である。
【図４】図１の切断面線ＩＶ−ＩＶから見た断面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態である熱拡散装置３０の全体の構成を模式的に示す断面図である。
【図６】抑制部材１２を備えた固定治具１１の側面図である。
【図７】図５の切断面線ＶＩＩ−ＶＩＩから見た断面図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態である断熱材１３を含んで形成される抑制部材１２を備えた固定治具１１の側面図である。
【図９】図８の切断面線ＩＸ−ＩＸから見た断面図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態である熱拡散装置３０の全体の構成を模式的に示す断面図である。
【図１１】図１０のカンチレバーパドル３に搭載された固定治具１１の側面図である。
【図１２】図１０の切断面線ＸＩＩ−ＸＩＩから見た断面図である。
【図１３】本発明の第４の実施の形態である熱拡散装置３０の全体の構成を模式的に示す断面図である。
【図１４】本発明の第４の実施の形態である熱拡散装置３０の全体の構成を模式的に示す断面図である。
【図１５】従来技術の横型拡散炉１２０の構造を模式的に示す断面図である。
【図１６】温度プロファイル時の横型拡散炉１２０の状態を模式的に示す断面図である。
【図１７】従来のカンチレバーパドル方式の横型拡散炉１２０において、カンチレバーパドル３をプロセスチューブ１０６内に挿入する直前の状態を示した図である。
【図１８】従来のカンチレバーパドル方式の横型拡散炉１２０において、カンチレバーパドル１０３がプロセスチューブ１０６内に挿入された状態を示した図である。
【図１９】従来のソフトランディング方式の横型拡散炉１２０において、カンチレバーパドル１０３をプロセスチューブ１０６内に挿入する直前の状態を示した図である。
【図２０】従来のソフトランディング方式の横型拡散炉１２０において、カンチレバーパドル１０３がプロセスチューブ１０６内に挿入された状態を示した図である。
【００９６】
【図２１】従来のソフトランディング方式の横型拡散炉１２０において、カンチレバーパドル１０３をプロセスチューブ１０６内で下降させた状態を示した図である。
【図２２】従来のソフトランディング方式の横型拡散炉１２０において、カンチレバーパドル１０３がプロセスチューブ１０６から引抜かれた状態を示した図である。
【図２３】従来の温度プロファイル用熱電対内蔵型の横型拡散炉１２０の構造を示す図である。
【図２４】図２３の切断面線ＸＸＩＶ−ＸＸＩＶから見た断面図である。
【符号の説明】
【００９７】
１  半導体ウェハ
２  ボート
３  カンチレバーパドル
４  搬送装置
５  ヒータ
６  プロセスチューブ
９  温度プロファイル用熱電対
１０  位置決め固定部分
１１  固定治具
１２  抑制部材
１３  断熱材
１４  石英保護管
１５  セラミック保護管
１６  温度プロファイル用熱電対保護管
１７  絶縁管
２０  横型拡散炉
２３  駆動制御
２４  温度制御
２５  記憶装置
３０  熱拡散装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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