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熱処理装置 - 株式会社日立製作所
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発明の名称 熱処理装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−61165
公開日 平成6年(1994)3月4日
出願番号 特願平4−213909
出願日 平成4年(1992)8月11日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】筒井 大和
発明者 小松 憲代 / 大鹿 克志
要約 目的
短時間に高温加熱を行っても半導体ウェハの中心部と周辺部の温度差を小さくできるようにする。

構成
外部に対し遮断状態にして加熱雰囲気を形成する炉体7、この炉体7内に挿入される加熱対象の半導体ウェハ2を載置する皿状のウェハホルダ9、このウェハホルダ9を支持する支持具8、ウェハホルダ9の下部に熱源として設置されるランプ4の各々を設けて構成する。
特許請求の範囲
【請求項1】 加熱雰囲気を形成する炉体と、この炉体内に挿入される熱処理対象の被処理物を載置するバッファ材と、このバッファ材を支持する支持具と、前記バッファ材の下部に設置される熱源とを具備することを特徴とする熱処理装置。
【請求項2】 加熱雰囲気を形成する炉体と、この炉体内に挿入される熱処理対象の被処理物を両面から囲撓するように保持する一対のバッファ材と、この一対のバッファ材を支持する支持手段と、前記一対のバッファ材の上部及び下部に設置されるヒータとを具備することを特徴とする熱処理装置。
【請求項3】 上記バッファ材は、単品として形成し或いは上記支持具に一体化することを特徴とする請求項1または請求項2記載の熱処理装置。
【請求項4】 上記バッファ材は、耐熱性の材料を用い、かつ周辺部にリング状の突部を設けることを特徴とする請求項3記載の熱処理装置。
【請求項5】 上記バッファ材は、中心部の厚みを周辺部に対して薄くすることを特徴とする請求項4記載の熱処理装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウェハに対する熱処理技術、特に、炉内の一部に設けた点状または線状の熱源により加熱を行うための装置に用いて効果のある技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の熱処理装置としては図8に示すようなものが用いられており、図8はこのような従来の熱処理装置の一例を示す正面断面図である。
【0003】図8の従来技術において、耐熱性の材料を用いて箱形に作られた炉体1は、必要に応じて本体部1aと蓋部1bに分割できる構成にされ、本体部1aの側壁には熱処理対象の半導体ウェハ2を出入させるための開口3が設けられている。蓋部1bは、内側に半円球状の凹部1cが形成されており、この凹部1c内にランプ4(例えば、赤外線ランプ)が配設されている。さらに、本体部1aの天井部には、凹部1cに合致させて、凹部1cの直径相当の開口が設けられ、ランプ4による熱が本体部1a内に輻射できるように構成されている。また、半導体ウェハ2はウェハホルダ5に載置され、このウェハホルダ5は本体部1aに入出する支持具6に取り付けられている。
【0004】以上の構成において熱処理を行う場合、炉外へ引き出されたウェハホルダ5上に半導体ウェハ2を載置した後、支持具6を本体部1a内へ押し込み、半導体ウェハ2をランプ4の直下にセットする。ここでランプ4を点灯し、本体部1aを短時間(例えば、数秒〜60秒程度)に数百度(例えば、800℃)の高温雰囲気にし、半導体ウェハ2を加熱する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明者の検討によれば、ウェハホルダに載置した半導体ウェハを露出面(表面)側から加熱すると、高温度が急激に半導体ウェハに付与され、ウェハ面内に与えられた熱がウェハ面内から周辺部へ逃げるためにウェハの中心部と周辺部とに熱の急激な温度差(中心部が高温で周辺部が低い温度)が生じ、ウェハにスリップラインを生じさせるという問題がある。
【0006】近年、チャネル層を薄くしたいという要望が出ているが、この要求に対しては長時間の加熱は不可であり、このために短時間に800〜900℃の高温にする必要があるが、このようにすると上記した問題が生じることになる。
【0007】そこで、本発明の目的は、短時間に高温加熱を行っても半導体ウェハの中心部と周辺部の温度差を小さくできるようにする技術を提供することにある。
【0008】本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【0009】
【課題を解決するための手段】本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下の通りである。
【0010】すなわち、加熱雰囲気を形成する炉体と、該炉体内に挿入される熱処理対象の被処理物を載置するバッファ材と、該バッファ材を支持する支持具と、前記バッファ材の下部に設置される熱源とを設けるようにしている。
【0011】
【作用】上記した手段によれば、熱源が炉体の底部に配設され、この熱源の上部にバッファ材を配設し、このバッファ材上に被処理物を載置して加熱すると、被処理物に対する熱の付与は間接的に行われる。したがって、被処理物の周辺部と内部との温度差を小さくでき、スリップラインなどを生じさせることがない。
【0012】
【実施例1】図1は本発明による熱処理装置の第1実施例を示す正面断面図である。なお、図1においては、図8と同一であるものには同一引用数字を用いたので、ここでは重複する説明を省略する。
【0013】炉体7は箱形で側壁に半導体ウェハ2(被加工物)を出入させるための開口7bを有した本体部7aと、この下部に結合させて蓋部7cが配設されている。蓋部7cは、蓋部1bと同様に凹部7dを備え、この凹部7d内に熱源としてのランプ4が配設されている。この凹部7dに合致させて同一径の開口が本体部7aの底部に設けられている。さらに、本体部7aの天井部には小径の貫通穴7eが設けられ、この貫通穴7eを通して支持具8が本体部7a内に昇降自在に挿通されている。支持具8の下端部は正面から見ると“L”字形を成し、その水平部は円板形を成し、上面の数カ所にピン8a(これに限らず突状物であればよい)が立設されている。このピン8aには、半導体ウェハ2を載せるウェハホルダ9(バッファ材)が載置される。
【0014】図2はウェハホルダ9の詳細を示す平面図であり、図3は図2のウェハホルダ9の正面断面図である。
【0015】ウェハホルダ9は皿形を成し、半導体ウェハ2が載置されるウェハ載置部9aと、保温効果及びウェハの飛び出しを防止するためにウェハ載置部9aの周辺部に形成されるガードリング9bとから構成されている。ウェハホルダ9は、例えばグラファイトや石英を用いて作られ、表面には厚さ数十μm(例えば60μm)のSiCコーティングを施し、グラファイトから異物が発生するのを防止している。ウェハホルダ9の寸法の一例を示せば、次の如くである。
【0016】〔例1〕 使用材料:グラファイト、直径:100mm、 厚さ:4.0mm、ガードリング9bの幅:15.0mm、ガードリング9bの高さ:0.5mm。
【0017】〔例2〕 使用材料:グラファイト、直径:130mm、 厚さ:4.0mm、ガードリング9bの幅:15.0mm、ガードリング9bの高さ:0.5mm。
【0018】本実施例において熱処理を行う場合、半導体ウェハ2を載せたウェハホルダ9を炉体7内の支持具8のピン8a上に載置し、ランプ4を点灯する。これにより本体部7a内は急激に800〜900℃の高温雰囲気になるが、このときに半導体ウェハ2に対する加熱は、下方の熱源からウェハホルダ9を介して間接的に裏面より与えられる。したがって、半導体ウェハ2内の加熱状況は、場所による温度差が少なくなり、スリップラインなどの発生はなくなる。
【0019】図4はウェハホルダの第2例を示す正面断面図である。
【0020】本実施例は、ウェハ載置部9aの下面に凹部9cを設け、図2及び図3の構成に比べて半導体ウェハ2における均熱効果を高めるようにしたものである。すなわち、半導体ウェハ2の内側が高温になるので、内側の熱が逃げやすくなるようにウェハ載置部9aの一部に凹部9cを設けている。その他については図2及び図3のウェハホルダ9と同一であるので、ここでは説明を省略する。
【0021】
【実施例2】図5は本発明による熱処理装置の他の実施例を示す正面断面図である。
【0022】本実施例は熱源にヒータを用いた例である。箱形の炉体10の天井面及び床面の両方にヒータ11a,11bを設置して加熱力を高めている。さらに、ヒータ11a,11bの各々と対向する壁面との間には、発熱部の温度偏りを低減するための均熱板12a,12bが配設されている。ヒータ11aとヒータ11bとの間に半導体ウェハ2が配設されるが、ヒータ11a,11bの熱が直接に半導体ウェハ2に付与されるのを防止するため、半導体ウェハ2を各々が前記ウェハホルダ9と同様構成の2つのウェハホルダ13a,13bによってサンドイッチ形に挟み込んで保持する。ウェハホルダ13a,13bを炉体10の中心部に保持するため、炉体10の底壁を貫いてピン14を立設させ、この上端にウェハホルダ13a,13bを載せるようにしている。
【0023】本実施例によれば、ヒータ11a,11bのいずれに対しても、ウェハホルダ13a,13bを介して間接的に半導体ウェハ2に熱が付与されるため、前記実施例と同様に半導体ウェハ2内の周辺と内部の温度差を小さくでき、スリップラインなどの発生をなくすることができる。また、ヒータ11a,11bを熱源に用いることで、温度制御が容易になる。
【0024】以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【0025】例えば、上記実施例においては、ガードリング9bが角形断面の例を示したが、図6に示すような傾斜面を有する構成、または図7に示すように上下両面に突起を有する構成にすることもできる。
【0026】また、上記実施例では、熱源にランプまたはヒータを用いたが、これに限定されるものではなく、例えば、レーザなどを用いることもできる。
【0027】さらに、図4の構成では、ウェハホルダ9の下面に凹部9cを設けるものとしたが、ウェハ載置部9aの部分の厚みを階段状または連続的に変える構成にしてもよい。
【0028】また、上記実施例においては、ウェハホルダを単体にしたが、支持具に一体化してもよい。
【0029】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
【0030】すなわち、加熱雰囲気を形成する炉体と、該炉体内に挿入される熱処理対象の被処理物を載置するバッファ材と、該バッファ材を支持する支持具と、前記バッファ材の下部に設置される熱源とを設けるようにしたので、被処理物の周辺部と内部との温度差を小さくでき、スリップラインなどを生じさせることがない。




 

 


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