JP2704597B2 - Semiconductor wafer heat treatment equipment - Google Patents
Semiconductor wafer heat treatment equipmentInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は例えばシリコンウェーハ
についてドナーキラー熱処理を行うための半導体ウェー
ハの熱処理装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor wafer heat treatment apparatus for performing a donor killer heat treatment on a silicon wafer, for example.
【0002】[0002]
【従来の技術】シリコンの単結晶の製造法として、石英
るつぼ内の溶解したシリコン中から単結晶を成長させる
CZ(チョクラルスキー)法が広く使用されている。と
ころが、シリコン単結晶を引き上げる際に、石英るつぼ
がわずかながら溶け、溶解したシリコン中に酸素が混入
する。溶解したシリコンに溶け込んだ酸素は、単結晶シ
リコンの成長とともに、その結晶内に混入し、その後の
引き上げ過程の熱履歴により、サーマルドナーとして残
留する。2. Description of the Related Art As a method for producing a silicon single crystal, a CZ (Czochralski) method for growing a single crystal from dissolved silicon in a quartz crucible is widely used. However, when the silicon single crystal is pulled, the quartz crucible is slightly melted, and oxygen is mixed into the dissolved silicon. Oxygen dissolved in the dissolved silicon enters the crystal as the single crystal silicon grows, and remains as a thermal donor due to the thermal history of the subsequent pulling process.
【0003】したがって、サーマルドナーが成長した単
結晶中にドープするため、純粋なシリコン単結晶を得る
ことが困難となってしまう。サーマルドナーがドープし
たシリコンウェーハを半導体デバイスの製造に使用した
場合、上記不純物によりシリコンウェーハの抵抗率が均
一でなくなるために、半導体の品質が一定でなくなる。
すなわち、サーマルドナーは小量のアクセプタの不純物
を打ち消し、シリコンウェーハをN型にしてしまう。一
方、ドナーの不純物をドープした場合には、意図しない
にもかかわらず、低い抵抗率を示してしまう。[0003] Therefore, it is difficult to obtain a pure silicon single crystal because the thermal donor is doped into the grown single crystal. When a silicon wafer doped with a thermal donor is used in the manufacture of a semiconductor device, the resistivity of the silicon wafer becomes non-uniform due to the impurities, so that the quality of the semiconductor becomes unstable.
That is, the thermal donor negates a small amount of impurities in the acceptor, and makes the silicon wafer N-type. On the other hand, when a donor impurity is doped, a low resistivity is exhibited despite unintended intention.
【0004】したがって、半導体デバイスの品質を一定
にするため、半導体デバイスの製造プロセスの前に、サ
ーマルドナーを減少させる必要がある。ドナーキラーの
一つの方法として、従来より熱処理が行われてきた。す
なわち、成長したシリコンは複数枚のウェーハにスライ
スされ、熟練した者によりラッピング、エッチングの処
理が行われる。エッチング処理の後、サーマルドナーを
減少させるため、500℃以上で熱処理(ドナーキラ
ー)を行う。熱処理に要する時間および温度の関係を図
8に示す。この図の直線Aからも理解できるように、熱
処理時間が増加するに従い、シリコンウェーハの温度は
上昇する。また、この活性化エネルギーは2.7eVで
ある。Therefore, it is necessary to reduce the number of thermal donors before the semiconductor device manufacturing process in order to keep the quality of the semiconductor device constant. As one method of the donor killer, heat treatment has been conventionally performed. That is, the grown silicon is sliced into a plurality of wafers, and lapping and etching are performed by a skilled person. After the etching treatment, heat treatment (donor killer) is performed at 500 ° C. or more to reduce the thermal donor. FIG. 8 shows the relationship between the time required for the heat treatment and the temperature. As can be understood from the straight line A in this figure, as the heat treatment time increases, the temperature of the silicon wafer increases. The activation energy is 2.7 eV.
【0005】しかしながら、このような従来のドナーキ
ラー熱処理のプロセスは、熱エネルギーの変動の影響を
受けやすいものであった。例えば、熱処理後のシリコン
ウェーハを450℃付近で急速に冷却しなければ、サー
マルドナーが減少するどころか逆に再発生してしまう。
このような問題は、8インチ等の大きなサイズのシリコ
ンウェーハに顕著に生ずる。さらに、シリコンウェーハ
を700℃付近で長時間加熱すると、酸素に起因するニ
ュードナーと呼ばれる別のドナーが発生してしまう。し
たがって、正確な温度制御が半導体ウェーハ熱処理装置
に要求されている。[0005] However, such a conventional donor killer heat treatment process is susceptible to fluctuations in thermal energy. For example, unless the silicon wafer after the heat treatment is rapidly cooled at around 450 ° C., the thermal donors are regenerated rather than reduced.
Such a problem occurs remarkably in a large silicon wafer such as 8 inches. Further, when the silicon wafer is heated at about 700 ° C. for a long time, another donor called a new donor due to oxygen is generated. Therefore, accurate temperature control is required for a semiconductor wafer heat treatment apparatus.
【0006】近年は、半導体集積回路の集積度が向上す
るに従い、回路素子のサイズが小さくなり、またシリコ
ンウェーハはよりサイズの大きなものが使用されてい
る。多数の半導体素子がサイズの大きな単一のシリコン
ウェーハ上に形成され、多数の半導体デバイスが均一の
製造品質を求められてきている。したがって、半導体デ
バイスの製造に際しては、サイズの大きなシリコンウェ
ーハが均一の特性を有することが要求され、このために
はシリコンウェーハの熱処理プロセスが正確に制御され
なければならない。また、このような熱処理は、イント
リンシックゲッタリングにおける酸素の析出核の形成に
も関与するものでもある。In recent years, as the degree of integration of semiconductor integrated circuits has increased, the size of circuit elements has become smaller, and larger silicon wafers have been used. Many semiconductor elements are formed on a single large silicon wafer, and many semiconductor devices are required to have uniform manufacturing quality. Therefore, in manufacturing a semiconductor device, a large silicon wafer is required to have uniform characteristics, and for this purpose, the heat treatment process of the silicon wafer must be accurately controlled. Such a heat treatment is also involved in the formation of a precipitation nucleus of oxygen in intrinsic gettering.
【0007】第1の従来の熱処理システムを図7に示
す。この熱処理システムは、概略、カセットローダ1、
加熱ゾーン2、冷却ゾーン3を有して構成されている。
この熱処理システムにおいて、カセット4内の予め定め
られた数のシリコンウェーハは、ボート1a上に直線状
に配置される。ボート1aは、加熱ゾーン2において管
状の横型加熱炉2a内に搬送され、加熱領域C1へ突入
するものである。シリコンウェーハ5は、制御部2bに
より予め定められた温度プロファイルに従い、横型加熱
炉2aにおいて加熱される。このとき、ボート1aは横
型加熱炉2a内に静止したままである。FIG. 7 shows a first conventional heat treatment system. This heat treatment system generally includes a cassette loader 1,
It has a heating zone 2 and a cooling zone 3.
In this heat treatment system, a predetermined number of silicon wafers in the cassette 4 are linearly arranged on the boat 1a. The boat 1a is transported into the tubular horizontal heating furnace 2a in the heating zone 2 and enters the heating area C1. Silicon wafer 5 is heated in horizontal heating furnace 2a according to a temperature profile predetermined by control unit 2b. At this time, the boat 1a remains stationary in the horizontal heating furnace 2a.
【0008】加熱処理の後、ボート1aは横型加熱炉2
aから取り出され、続いて冷却ゾーン3へと搬送され
る。冷却ゾーン3は、複数の冷却ファン3aを備え、冷
却ファン3aは冷気をボート1a上のシリコンウェーハ
5に吹き付けるものである。冷気はシリコンウェーハ5
を急速に冷却し、450℃付近で加速度的にその温度を
下げる。このとき、ボート1aは冷却ゾーン3内におい
て静止したままである。After the heat treatment, the boat 1a is placed in the horizontal heating furnace 2
a and subsequently conveyed to the cooling zone 3. The cooling zone 3 includes a plurality of cooling fans 3a, and the cooling fan 3a blows cool air onto the silicon wafer 5 on the boat 1a. Cold air is silicon wafer 5
Is cooled rapidly, and its temperature is rapidly reduced at around 450 ° C. At this time, the boat 1a remains stationary in the cooling zone 3.
【0009】第2の従来の熱処理システムを図8に示
す。この熱処理システムは垂直に立設した管状の縦型加
熱炉6aを備えたものであり、この縦型加熱炉6aの加
熱領域は符号C2で示された部分である。シリコンウェ
ーハ7はカセットローダ9においてカセット8から垂直
なボート9aに積載され、ボート9aは立設した縦型加
熱炉6aの底部から挿入される。ボート9aもまた、縦
型加熱炉6a内に静止したままである。制御部6bは予
め定められた温度プロファイルに従い、縦型加熱炉6a
の温度を制御するものである。熱処理後、ボート9aは
縦型加熱炉6a内から取り出され、シリコンウェーハ7
は上述した冷却ファン3aと同様の冷却ファンにより急
速に冷却される。このような縦型加熱炉6aは、8イン
チのシリコンウェーハのようにサイズの大きなものに適
したものである。FIG. 8 shows a second conventional heat treatment system. This heat treatment system is provided with a tubular vertical heating furnace 6a that is erected vertically, and the heating area of the vertical heating furnace 6a is a portion indicated by reference numeral C2. The silicon wafer 7 is loaded from a cassette 8 on a vertical boat 9a by a cassette loader 9, and the boat 9a is inserted from the bottom of an upright vertical heating furnace 6a. The boat 9a also remains stationary in the vertical heating furnace 6a. The control unit 6b follows the predetermined temperature profile and sets the vertical heating furnace 6a
Is to control the temperature. After the heat treatment, the boat 9a is taken out of the vertical heating furnace 6a, and the silicon wafer 7 is removed.
Is rapidly cooled by a cooling fan similar to the cooling fan 3a described above. Such a vertical heating furnace 6a is suitable for a large-sized one such as an 8-inch silicon wafer.
【0010】さらに、急速加熱炉を用いた第3の従来の
熱処理システムを図9に示す。この熱処理システムは、
輻射器10bに囲まれた加熱炉10a、タングステンハ
ロゲンランプアレイ10cを備えて構成されている。加
熱炉10aの入口は炉口フランジ10dにより覆われて
おり、ガスパージノズル10eは加熱炉10a内に挿入
されている。放射温度計10fは加熱炉10a内の温度
を計るものであり、石英サセプタ10gは加熱炉10a
内に配設されている。FIG. 9 shows a third conventional heat treatment system using a rapid heating furnace. This heat treatment system
It comprises a heating furnace 10a surrounded by a radiator 10b and a tungsten halogen lamp array 10c. The inlet of the heating furnace 10a is covered with a furnace port flange 10d, and the gas purge nozzle 10e is inserted into the heating furnace 10a. The radiation thermometer 10f measures the temperature inside the heating furnace 10a, and the quartz susceptor 10g measures the temperature inside the heating furnace 10a.
It is arranged in.
【0011】シリコンウェーハ11は石英サセプタ10
g上に載置され、タングステンハロゲンランプアレイ1
0cは赤外線を加熱炉10aに照射し、シリコンウェー
ハ11を加熱する。加熱炉の温度は500℃〜700℃
の間にあり、上述した第1、第2の熱処理システムに比
べて温度が高いものである。しかしながら、この熱処理
システムにあっても、シリコンウェーハ11は加熱炉1
0a内に静止したままである。The silicon wafer 11 is a quartz susceptor 10
g, a tungsten halogen lamp array 1
0c irradiates infrared rays to the heating furnace 10a to heat the silicon wafer 11. Heating furnace temperature is 500 ℃ ~ 700 ℃
The temperature is higher than those of the first and second heat treatment systems described above. However, even in this heat treatment system, the silicon wafer 11 is not
It remains stationary within 0a.
【0012】[0012]
【発明が解決しようとする課題】上述した第1、第2の
従来の熱処理システムは、各シリコンウェーハのばらつ
きを考慮して、シリコンウェーハ5、7を600℃〜6
50℃の範囲で30分〜60分の間加熱している。酸素
ドナーはこのように比較的に低い温度で増加しがちであ
るが、熱処理は安定したものとなっている。しかしなが
ら、第1、第2の従来の熱処理システムにあっては、貧
弱な操作性、誤操作、低生産性、不均一な熱処理という
問題が生じていた。細述すると、ボート1a、9a上に
載置された、予め定められた数のシリコンウェーハ5、
7は、加熱炉2a、6aにおいて同時に加熱される。と
ころが、もし、ボート1a、9aがシリコンウェーハ
5、7で満たされていない場合には、熱容量を均一にす
るためダミーのウェーハをシリコンウェーハ5、7とと
もにボート1a、9a上に載置する必要がある。このた
め、第1、第2の従来の熱処理システムにあっては、各
ボート1a、9a毎にダミーのウェーハが載置されてい
るか否かを判断しなければならず、操作性に劣るもので
あった。The above-described first and second conventional heat treatment systems take the silicon wafers 5 and 7 from 600.degree.
The heating is performed at 50 ° C. for 30 to 60 minutes. Oxygen donors tend to increase at such relatively low temperatures, but the heat treatment is stable. However, in the first and second conventional heat treatment systems, problems such as poor operability, erroneous operation, low productivity, and uneven heat treatment have occurred. More specifically, a predetermined number of silicon wafers 5 placed on the boats 1a and 9a,
7 is heated simultaneously in the heating furnaces 2a and 6a. However, if the boats 1a, 9a are not filled with the silicon wafers 5, 7, it is necessary to place dummy wafers together with the silicon wafers 5, 7 on the boats 1a, 9a in order to make the heat capacity uniform. is there. For this reason, in the first and second conventional heat treatment systems, it is necessary to determine whether or not a dummy wafer is placed on each of the boats 1a and 9a, which is inferior in operability. there were.
【0013】さらに、加熱炉2a、6aが多数のボート
1a、9aを格納するのに十分に長ければ、同一サイズ
のシリコンウェーハを同時に加熱することが可能であ
る。ところが、いずれかのボートに異なったサイズのシ
リコンウェーハが載置されている場合には、熱処理シス
テムはこれらのシリコンウェーハには不適当なものとな
る。したがって、第1、第2の従来の熱処理システムに
固有の問題として、誤操作の可能性が生じるという点を
第2の問題として掲げることができる。Further, if the heating furnaces 2a and 6a are long enough to store a large number of boats 1a and 9a, it is possible to simultaneously heat silicon wafers of the same size. However, if different sizes of silicon wafers are placed on any of the boats, the heat treatment system becomes unsuitable for these silicon wafers. Therefore, as a problem inherent to the first and second conventional heat treatment systems, the possibility that an erroneous operation may occur can be raised as a second problem.
【0014】第3の問題はバッチ処理による加熱炉2
a、6aに起因するものである。ボート1a、5aは加
熱炉2a、6a内に静止したままであるため、オペレー
タは加熱炉2a、6a内のボート1a、5aを入れ換え
る必要があり、この結果、加熱炉2a、6aは、バッチ
処理毎に、その温度が変動していた。したがって、第
1、第2の従来の熱処理システムにあっては、低生産性
という問題が生じていた。The third problem is that the heating furnace 2 by batch processing is used.
a, 6a. Since the boats 1a, 5a remain stationary in the heating furnaces 2a, 6a, the operator needs to replace the boats 1a, 5a in the heating furnaces 2a, 6a, and as a result, the heating furnaces 2a, 6a Each time, the temperature fluctuated. Therefore, the first and second conventional heat treatment systems have a problem of low productivity.
【0015】第1、第2の従来技術における第4の問題
は、不均一な熱処理に関するものである。これは、ボー
ト1a、5aがシリコンウェーハ5、7を保持している
ことから、両者が接触する部分の温度が低下しやすいこ
とに起因するものである。この結果、ウェーハの抵抗率
が均一でなくなり、半導体デバイスの不良が生じてい
た。このように、従来の第1、第2の熱処理システムは
種々の問題を抱えていた。A fourth problem in the first and second prior arts relates to non-uniform heat treatment. This is because the boats 1a and 5a hold the silicon wafers 5 and 7, and the temperature of the portion where they are in contact with each other is likely to decrease. As a result, the resistivity of the wafer has become non-uniform, resulting in defective semiconductor devices. Thus, the conventional first and second heat treatment systems have various problems.
【0016】急速加熱炉を備えた第3の従来の熱処理シ
ステムにあっては、シリコンウェーハ11は石英サセプ
タ10g上に載置されているため、上記第1、第2の従
来技術における問題は生じない。しかしながら、バッチ
処理の加熱炉にあっては、生産性が低いという問題が生
じる。また、各シリコンウェーハ表面の状態が異なる場
合、赤外線輻射率の相違により、500℃〜700℃の
中温領域において表面温度のばらつきは大きなものとな
る。シリコンウェーハの表面状態が均一でない場合に
は、不均一な温度分布は一枚のシリコンウェーハにおい
て生じる。この結果、第3の従来の熱処理システムによ
り処理されたシリコンウェーハの抵抗率は不均一なもの
となりやすい。In the third conventional heat treatment system provided with a rapid heating furnace, since the silicon wafer 11 is mounted on the quartz susceptor 10g, the problems in the first and second prior arts arise. Absent. However, in a heating furnace for batch processing, there is a problem that productivity is low. In addition, when the state of the surface of each silicon wafer is different, the variation of the surface temperature becomes large in the middle temperature region of 500 ° C. to 700 ° C. due to the difference of the infrared emissivity. If the surface condition of the silicon wafer is not uniform, a non-uniform temperature distribution occurs in one silicon wafer. As a result, the resistivity of the silicon wafer processed by the third conventional heat treatment system tends to be non-uniform.
【0017】[0017]
【発明の目的】そこで、本発明は、半導体ウェーハの熱
処理装置において、操作性の向上、誤操作の防止、生産
性の向上、均一な熱処理を可能ならしめることを目的と
している。SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to improve operability, prevent erroneous operation, improve productivity, and enable uniform heat treatment in a semiconductor wafer heat treatment apparatus.
【0018】[0018]
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、半導体ウェーハを一枚ずつ供給するウェーハ供給手
段(21)と、熱処理後の半導体ウェーハを排出するウェー
ハ排出手段(23)と、上記ウェーハ供給手段(21)と上記ウ
ェーハ排出手段(23)との間に介在した熱処理手段(22)と
を備え、上記熱処理手段(22)は、上記ウェーハ供給手段
(21)と上記ウェーハ排出手段(23)との間に設けられ、半
導体ウェーハをウェーハ供給手段(21)からウェーハ排出
手段(23)に所定の搬送速度で搬送するとともに、当該搬
送速度を変更可能な搬送手段(27a〜27f、44)と、それぞ
れが独立して半導体ウェーハを目標温度に加熱可能な複
数の加熱部(22ba〜22be)と、上記複数の加熱部(22ba〜
22be)に連なるととともに、それぞれが独立して半導体
ウェーハを目標温度に冷却可能な複数の冷却部(22ca〜2
2ce)と、少なくとも一つの温度プロファイルを記憶し、
上記複数の加熱部(22ba〜22be)のそれぞれの温度、上記
複数の冷却部(22ca〜22ce)のそれぞれの温度、上記搬送
手段(27a〜27f、44)における搬送速度を上記温度プロフ
ァイルに従い制御する制御部(24)とを備えたことを特徴
とする。According to the first aspect of the present invention, there is provided a wafer supply means (21) for supplying semiconductor wafers one by one, a wafer discharge means (23) for discharging the semiconductor wafer after the heat treatment, A heat treatment means (22) interposed between the wafer supply means (21) and the wafer discharge means (23), wherein the heat treatment means (22)
Provided between (21) and the wafer discharge means (23), while transferring the semiconductor wafer from the wafer supply means (21) to the wafer discharge means (23) at a predetermined transfer speed, the transfer speed can be changed Transfer means (27a to 27f, 44), a plurality of heating units (22ba to 22be) each capable of independently heating a semiconductor wafer to a target temperature, and the plurality of heating units (22ba to
22be) and a plurality of cooling units (22ca to 2ca), each of which can independently cool the semiconductor wafer to the target temperature.
2ce) and memorize at least one temperature profile,
The respective temperatures of the plurality of heating units (22ba to 22be), the respective temperatures of the plurality of cooling units (22ca to 22ce), and the transfer speed in the transfer means (27a to 27f, 44) are controlled according to the temperature profile. A control unit (24).
【0019】[0019]
【作用】本発明に係る半導体ウェーハの熱処理装置で
は、ウェーハ供給手段からウェーハ排出手段まで搬送手
段により半導体ウェーハを1枚ずつ搬送する。そして、
その搬送経路の途中にあって半導体ウェーハは熱処理手
段により加熱および冷却される。In the semiconductor wafer heat treatment apparatus according to the present invention, the semiconductor wafers are transferred one by one by the transfer means from the wafer supply means to the wafer discharge means. And
The semiconductor wafer is heated and cooled by the heat treatment means in the middle of the transfer path.
【0020】すなわち、ドナーキラー熱処理を半導体ウ
ェーハの1枚毎に、連続的に行うことができるものであ
る。加熱部を例えば熱処理炉で構成し、この熱処理炉が
かなりの熱容量を有して一定温度に保たれているとする
と、これに1枚ずつウェーハが投入されるため、搬送過
程で均一に一定速度で加熱される。また、例えば冷却部
を構成する冷却ゾーンでは同様に一定速度でウェーハが
冷却される。これらの結果、該熱処理の安定性を飛躍的
に高めることができる。また、ウェーハ供給手段および
ウェーハ排出手段に、特開昭62−259906号公報
に示すようなカセットローダを設け、ロボットにより、
カセットローダから熱処理炉に、また、熱処理炉からカ
セットローダに、カセットを装着することにより、ウェ
ーハは熱処理の前後で同一のカセット位置にあるためロ
ット識別が容易となる。That is, the donor killer heat treatment can be continuously performed for each semiconductor wafer. Assuming that the heating unit is composed of, for example, a heat treatment furnace, and that this heat treatment furnace has a considerable heat capacity and is maintained at a constant temperature, wafers are loaded one by one into the heat treatment furnace. Heated. Further, for example, in a cooling zone constituting a cooling unit, the wafer is similarly cooled at a constant speed. As a result, the stability of the heat treatment can be dramatically improved. Further, a cassette loader as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-259906 is provided for the wafer supply means and the wafer discharge means.
By mounting the cassette from the cassette loader to the heat treatment furnace, and from the heat treatment furnace to the cassette loader, the lot can be easily identified because the wafer is at the same cassette position before and after the heat treatment.
【0021】また、本発明にあっては、複数の加熱部お
よび複数の冷却部が配設され、それぞれが独立して半導
体ウェーハの温度を制御可能であるため、サーマルドナ
ーの消去と酸素析出特性との両者を好適に満たす最適な
条件(温度プロファイル)を設定することができる。こ
の結果、当該熱処理装置によれば、好適な抵抗率分布を
有し、均一な酸素析出特性を有するシリコンウェーハの
生産性を向上させることができる。In the present invention, a plurality of heating sections and a plurality of cooling sections are provided, each of which can independently control the temperature of the semiconductor wafer. The optimum condition (temperature profile) that preferably satisfies both conditions can be set. As a result, according to the heat treatment apparatus, it is possible to improve the productivity of a silicon wafer having a suitable resistivity distribution and uniform oxygen precipitation characteristics.
【0022】例えば図6に示すように、ドナーキラー熱
処理に要する時間は、565℃では24分、590℃で
は100秒、685℃では31秒、700℃では21秒
となる。更に、685℃に保持する必要時間は、この温
度に到達するまでにドナー消失が行われているため、更
に短くて良いこととなる。このように急速加熱を行う
と、シリコンウェーハについて汚染の虞がない。For example, as shown in FIG. 6, the time required for the donor killer heat treatment is 24 minutes at 565 ° C., 100 seconds at 590 ° C., 31 seconds at 685 ° C., and 21 seconds at 700 ° C. Further, the time required to maintain the temperature at 685 ° C. can be further shortened since the donor disappearance is performed before the temperature is reached. When rapid heating is performed in this manner, there is no risk of contamination of the silicon wafer.
【0023】さらに、本発明によれば、シリコンウェー
ハが一枚毎に順次、搬送手段によって加熱部から冷却部
へと自動的に搬送される。したがって、複数枚のウェー
ハを有する各ボート毎に加熱処理を行う従来の熱処理装
置と比べて、以下の効果を得ることができる。すなわ
ち、各ボート毎の熱容量を等しくするためにダミーのウ
ェーハを使用する必要がなくなる。また、ウェーハを一
枚毎に熱処理するため、サイズの異なるウェーハであっ
ても容易に加熱処理を行うことができる。Further, according to the present invention, the silicon wafers are automatically transferred from the heating section to the cooling section by the transfer means sequentially one by one. Therefore, the following effects can be obtained as compared with a conventional heat treatment apparatus that performs heat treatment for each boat having a plurality of wafers. That is, it is not necessary to use a dummy wafer to equalize the heat capacity of each boat. Further, since the wafers are heat-treated one by one, heat treatment can be easily performed even for wafers having different sizes.
【0024】[0024]
【実施例】図1〜図5は本発明の一実施例に係る半導体
ウェーハの熱処理装置を示す図である。図1に示すよう
に、この熱処理装置は、概略、カセットローダ21、加
熱ゾーン22、カセットアンローダ23、制御部24を
備え、ファン25a、空気清浄器25bを備えたクリー
ンルーム25内に配設されている。1 to 5 show a semiconductor wafer heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the heat treatment apparatus generally includes a cassette loader 21, a heating zone 22, a cassette unloader 23, and a control unit 24, and is disposed in a clean room 25 including a fan 25a and an air purifier 25b. I have.
【0025】クリーンルーム25、ファン25a、空気
清浄器25bは、空気の循環経路を形成し、空気中のチ
リ、ゴミ等が除去される構成となっている。カセットロ
ーダ21は、ターンテーブル21a、ロボットハンド2
1b、ブリッジテーブル21cを備え、ウェーハWを保
持するカセット26はターンテーブル21a上を巡回す
る構成となっている。それぞれのカセット26は複数の
シリコンウェーハWを保持し、ブリッジテーブル21c
の正面の供給位置に向けて断続的に移動するものであ
る。The clean room 25, the fan 25a, and the air purifier 25b form a circulation path of air, and are configured to remove dust and dirt from the air. The cassette loader 21 includes a turntable 21a, a robot hand 2
1b, a bridge table 21c is provided, and a cassette 26 holding a wafer W is configured to circulate on the turntable 21a. Each cassette 26 holds a plurality of silicon wafers W, and a bridge table 21c
It moves intermittently toward the supply position in front of the.
【0026】ロボットハンド21bは、カセット26か
らシリコンウェーハWを一枚毎に順に取り出し、ブリッ
ジテーブル21c上に載置する。カセット26からすべ
てシリコンウェーハWが取り出された場合には、空のカ
セット26はブリッジテーブル21cの正面から遠ざか
り、次のカセット26がこの位置まで移動する。空のカ
セット26はターンテーブル21aから取り除かれ、シ
リコンウェーハWを保持した他のカセットに26置き換
えられる。The robot hand 21b sequentially takes out the silicon wafers W one by one from the cassette 26 and places them on the bridge table 21c. When all the silicon wafers W have been removed from the cassette 26, the empty cassette 26 moves away from the front of the bridge table 21c, and the next cassette 26 moves to this position. The empty cassette 26 is removed from the turntable 21a and replaced with another cassette 26 holding the silicon wafer W.
【0027】加熱ゾーン22は、概略、搬送機構22
a、加熱ユニット22b、冷却ユニット22cを備えて
いる。搬送機構22aは加熱ゾーン22において延設さ
れ、カセットローダ21近傍の入口、カセットアンロー
ダ23へ通じる出口を備えている。搬送機構22aは、
加熱ユニット22b、冷却ユニット22cから上記出口
へと通じている。加熱ユニット22b、冷却ユニット2
2cを通過する際、それぞれのシリコンウェーハWは加
熱された後に冷却され、サーマルドナーは加熱処理によ
って効果的に減少するものである。The heating zone 22 includes a transport mechanism 22
a, a heating unit 22b and a cooling unit 22c. The transport mechanism 22 a extends in the heating zone 22 and has an entrance near the cassette loader 21 and an exit leading to the cassette unloader 23. The transport mechanism 22a
The heating unit 22b and the cooling unit 22c communicate with the outlet. Heating unit 22b, cooling unit 2
When passing through 2c, each silicon wafer W is cooled after being heated, and the thermal donor is effectively reduced by the heat treatment.
【0028】図2、図3に、加熱ユニット22bにおけ
る搬送機構22aの一部を示す。搬送機構22aはウォ
ーキングビーム搬送機構により構成され、5段階のウォ
ーキングビームセクションが加熱ユニット22bに割り
当てられている。加熱ユニット22bに割り当てられた
それぞれのウォーキングビームセクションは、6本のウ
ォーキングビーム27a,27b,27c,27d,2
7e,27fを備えて構成され、これらのウォーキング
ビーム27a〜27fは石英チューブ28内に配設され
ている。FIGS. 2 and 3 show a part of the transport mechanism 22a in the heating unit 22b. The transport mechanism 22a is constituted by a walking beam transport mechanism, and five-stage walking beam sections are assigned to the heating unit 22b. Each walking beam section assigned to the heating unit 22b has six walking beams 27a, 27b, 27c, 27d, 2
7e, 27f, and these walking beams 27a to 27f are disposed in a quartz tube 28.
【0029】中空の石英チューブ28はその断面が略矩
形をなしている。石英チューブ28内に配設されたウォ
ーキングビーム27a〜27f上にはシリコンウェーハ
Wが載置され、そして、このシリコンウェーハWは次の
ウォーキングビームセクションへと搬送される構成とな
っている。図示されていないが、ガスノズルが石英チュ
ーブ28の一端に配設され、不活性ガス(例えば窒素ガ
ス)が中空の石英チューブ28内に流れ込む構成となっ
ている。図3に示すように、窒素ガスは、石英チューブ
28の他端に配設された吸入用のノズル30により吸い
込まれる構成となっている。よって、加熱ユニット22
bを通過する際、シリコンウェーハWは窒素ガス中に閉
じ込められ、大気に触れることがなくなる。The hollow quartz tube 28 has a substantially rectangular cross section. A silicon wafer W is mounted on the walking beams 27a to 27f provided in the quartz tube 28, and the silicon wafer W is transported to the next walking beam section. Although not shown, a gas nozzle is provided at one end of the quartz tube 28 so that an inert gas (for example, nitrogen gas) flows into the hollow quartz tube 28. As shown in FIG. 3, the nitrogen gas is sucked by a suction nozzle 30 disposed at the other end of the quartz tube 28. Therefore, the heating unit 22
When passing through b, the silicon wafer W is confined in nitrogen gas and does not come into contact with the atmosphere.
【0030】加熱ユニット22bには、石英チューブ2
8に沿って、所定長さの上側、下側の各ヒータ29a、
29bが配設されている。これらのヒータ29a、29
bに代えて、赤外線ランプを使用することも可能であ
る。ヒータ29a、29bの長さは1500ミリメート
ルであり、シリコンウェーハWを600℃以上で加熱可
能なものである。5つのウォーキングビームセクション
は、図1の加熱ユニット22bのヒータブロック22b
a,22bb,22bc,22bd,22beに対応し
ており、5つのヒータブロック22ba〜22beはそ
れぞれ独立に制御可能なものである。この場合、5つの
ヒータブロック22ba〜22beは、後述するように
各々予め定められた温度に設定される。すなわち、たと
え複数枚のシリコンウェーハWが同一のシリコン結晶か
らスライスされたものであったとしても、各シリコンウ
ェーハWは厳密には同一の特性を有さない。この場合、
各シリコンウェーハW毎に設定された最適な温度プロフ
ァイルに従い、シリコンウェーハWのサーマルドナーを
効果的に低減することができるものである。The heating unit 22b includes a quartz tube 2
8, each of the upper and lower heaters 29a having a predetermined length,
29b are provided. These heaters 29a, 29
It is also possible to use an infrared lamp instead of b. The length of the heaters 29a and 29b is 1500 millimeters, and can heat the silicon wafer W at 600 ° C. or higher. The five walking beam sections correspond to the heater blocks 22b of the heating unit 22b of FIG.
a, 22bb, 22bc, 22bd, and 22be, and the five heater blocks 22ba to 22be can be independently controlled. In this case, the five heater blocks 22ba to 22be are each set to a predetermined temperature as described later. That is, even if a plurality of silicon wafers W are sliced from the same silicon crystal, the silicon wafers W do not have exactly the same characteristics. in this case,
According to the optimum temperature profile set for each silicon wafer W, the thermal donor of the silicon wafer W can be effectively reduced.
【0031】続いて、本実施例に係る熱処理装置の作用
を説明する。試験用のシリコンウェーハを柱状をなす単
結晶シリコンのトップおよびボトムの部分から切り出
し、それぞれのシリコンウェーハについて実験的に最適
な温度プロファイルを探し出す。すなわち、温度の変動
を監視するため熱電対(未図示)を試験用の各シリコン
ウェーハに取り付け、また、熱処理後のシリコンウェー
ハの抵抗率および析出した酸素量を測定する。試験用の
ウェーハに供給された熱エネルギーは、例えば、700
℃で21秒間、685℃で31秒間、590℃で100
秒間、565℃で1440秒間(24分間)加熱したも
のに相当する(図8)。上述した方法によって、熱処理
のシミュレーションが試験用のウェーハに対して行われ
る。同一のシリコン単結晶から切りだした各ウェーハに
関する温度プロファイルは、試験用のウェーハを用いる
ことによってより一層の最適化を図ることができ、搬送
速度については温度プロファイルに対応して決定され
る。Next, the operation of the heat treatment apparatus according to this embodiment will be described. A test silicon wafer is cut out from the top and bottom portions of columnar single-crystal silicon, and an optimum temperature profile is experimentally found for each silicon wafer. That is, a thermocouple (not shown) is attached to each test silicon wafer to monitor temperature fluctuations, and the resistivity of the silicon wafer after the heat treatment and the amount of precipitated oxygen are measured. The thermal energy supplied to the test wafer is, for example, 700
C. for 21 seconds, 685 ° C. for 31 seconds, 590 ° C. for 100 seconds.
For 1 second at 565 ° C. for 24 seconds (24 minutes) (FIG. 8). By the above-described method, a simulation of the heat treatment is performed on the test wafer. The temperature profile for each wafer cut from the same silicon single crystal can be further optimized by using a test wafer, and the transfer speed is determined according to the temperature profile.
【0032】図4に、サーマルドナーおよび酸素の析出
が生じない制御範囲を示す。この図の曲線P1は、単結
晶シリコンのボトムから切り出されたシリコンウェーハ
Wのサーマルドナーについての境界条件を示している。
石英チューブ28におけるウェーハWの搬送速度および
温度の関係を示す曲線P1に対して左側の領域で示され
た条件によると、シリコン単結晶のボトムから切り出さ
れたシリコンウェーハWにはかなりの量のサーマルドナ
ーが残存し、半導体デバイスの規格を満足させることは
ほとんど不可能となる。一方、曲線P1の右側の条件に
よる場合には、シリコン単結晶のボトムから切り出され
たシリコンウェーハWにおけるサーマルドナーを十分に
低減させることができ、サーマルドナー等は設計規格の
基準値以下になる。FIG. 4 shows a control range in which precipitation of thermal donor and oxygen does not occur. A curve P1 in this figure shows a boundary condition for a thermal donor of a silicon wafer W cut out from the bottom of single crystal silicon.
According to the conditions shown in the region on the left side of the curve P1 showing the relationship between the transfer speed and the temperature of the wafer W in the quartz tube 28, a considerable amount of thermal energy is applied to the silicon wafer W cut from the bottom of the silicon single crystal. The donor remains, and it is almost impossible to satisfy the specifications of the semiconductor device. On the other hand, under the condition on the right side of the curve P1, the thermal donor in the silicon wafer W cut out from the bottom of the silicon single crystal can be sufficiently reduced, and the thermal donor and the like become equal to or less than the reference value of the design standard.
【0033】図中のP2は、シリコン単結晶のトップか
ら切り出されたシリコンウェーハWについての温度およ
び搬送速度の関係を示したものである。すなわち、曲線
P2の左側の領域の条件によると、シリコン単結晶の上
部から切り出されたシリコンウェーハWにはかなりの量
のサーマルドナーが含まれ、半導体デバイスの規格を満
足させることはほとんど不可能となる。ところが、曲線
P2の右側の領域の条件によれば、シリコン単結晶のボ
トムから切り出されたシリコンウェーハWにおけるサー
マルドナーを十分に低減させることができ、シリコンウ
ェーハWは高集積度のデバイス作成に許容し得るものと
なる。P2 in the figure shows the relationship between the temperature and the transfer speed of the silicon wafer W cut out from the top of the silicon single crystal. That is, according to the condition of the region on the left side of the curve P2, the silicon wafer W cut out from the upper part of the silicon single crystal contains a considerable amount of thermal donor, and it is almost impossible to satisfy the standard of the semiconductor device. Become. However, according to the conditions in the region on the right side of the curve P2, the thermal donor in the silicon wafer W cut out from the bottom of the silicon single crystal can be sufficiently reduced, and the silicon wafer W is acceptable for high-density device fabrication. Can be done.
【0034】P3は酸素析出特性についての境界条件を
表し、シリコン単結晶のトップおよびボトムの両部分か
ら切り出されたシリコンウェーハWについて適用される
ものである。曲線P3の右側の領域の条件によれば、シ
リコンウェーハWの酸素が析出し、シリコンウェーハW
は集積回路の製造には不適当なものとなる。一方、曲線
P3の左側の領域の条件によれば、酸素析出量は減少
し、シリコンウェーハWは半導体集積回路の製造に適し
たものとなる。P3 indicates a boundary condition for oxygen precipitation characteristics, and is applied to a silicon wafer W cut out from both the top and bottom portions of a silicon single crystal. According to the conditions in the region on the right side of the curve P3, oxygen of the silicon wafer W is precipitated, and the silicon wafer W
Are unsuitable for the manufacture of integrated circuits. On the other hand, according to the conditions in the region on the left side of the curve P3, the amount of precipitated oxygen decreases, and the silicon wafer W becomes suitable for manufacturing a semiconductor integrated circuit.
【0035】この結果、曲線P2およびP3に囲まれた
領域R3で表された条件に従う限り、シリコン単結晶の
位置に関係なく、シリコンウェーハWは、抵抗率の制御
容易性を考慮した設計規格を満足させるものとなる。領
域R3は、およそ第1、第2、第3の近似直線により表
され、第1の近似直線は第1の座標PT1(5ミリメー
トル/秒、650℃)、第2の座標PT2(21ミリメ
ートル/秒、695℃)により決定される。第2の近似
直線は第3の座標PT3(2.5ミリメートル/秒、6
55℃)、第4の座標PT4(8ミリメートル/秒、6
80℃)により決定される。第3の近似直線は第5の座
標PT5(13ミリメートル/秒、695℃)、第6の
座標PT5(21ミリメートル/秒、710℃)により
決定される。As a result, as long as the condition represented by the region R3 surrounded by the curves P2 and P3 is followed, regardless of the position of the silicon single crystal, the silicon wafer W must be designed in consideration of the controllability of the resistivity. It will satisfy you. The region R3 is approximately represented by first, second, and third approximate straight lines, and the first approximate straight line includes a first coordinate PT1 (5 millimeters / second, 650 ° C.) and a second coordinate PT2 (21 millimeters / second). Second, 695 ° C.). The second approximate straight line is a third coordinate PT3 (2.5 mm / sec, 6 mm).
55 ° C.), fourth coordinate PT4 (8 mm / sec, 6
80 ° C.). The third approximate straight line is determined by the fifth coordinate PT5 (13 mm / sec, 695 ° C.) and the sixth coordinate PT5 (21 mm / sec, 710 ° C.).
【0036】曲線P1およびP2により囲まれた領域R
2は、シリコン単結晶のトップから切り出されたシリコ
ンウェーハWについてのみ適用される。領域R1はすべ
てのシリコンウェーハに対して適用し得ないものであ
る。シリコン単結晶のトップから切り出されたシリコン
ウェーハWは高温、長時間の加熱を必要とし、搬送速度
を遅くすることにより、比較的に広い温度範囲下におい
てシリコンウェーハWの酸素が析出する。これらの傾向
は、シリコンウェーハWがP型、N型のいかんにかかわ
らず、見受けられるものである。曲線P3は、シリコン
単結晶の位置にかかわらず、適用し得る条件を示したも
のであるが、析出酸素の減少は、シリコン単結晶のボト
ムから切り出されたシリコンウェーハを高温で加熱した
場合に顕著にあらわれるものである。さらには、酸素
は、シリコンウェーハの中心部において析出しやすいも
のである。Region R surrounded by curves P1 and P2
2 applies only to a silicon wafer W cut from the top of a silicon single crystal. The region R1 cannot be applied to all silicon wafers. The silicon wafer W cut out from the top of the silicon single crystal requires high-temperature and long-time heating, and by lowering the transport speed, oxygen of the silicon wafer W is precipitated in a relatively wide temperature range. These tendencies are observed irrespective of whether the silicon wafer W is P-type or N-type. The curve P3 shows the applicable conditions regardless of the position of the silicon single crystal. However, the decrease in the precipitated oxygen is remarkable when the silicon wafer cut from the bottom of the silicon single crystal is heated at a high temperature. It appears in. Furthermore, oxygen is likely to precipitate at the center of the silicon wafer.
【0037】熱処理は、サーマルドナーおよび酸素析出
量だけでなく、BMD(bulkmicro−defe
ct)にも影響を与える。図5は、酸素濃度が低い
(1.1〜1.3×1017atoms/cm3)結晶に
ついてのBMDの量、石英チューブ28の温度、シリコ
ンウェーハの搬送速度との関係を示すものである。細い
実線、破線、太い実線は、それぞれ搬送速度が14ミリ
メートル/秒、20ミリメートル/秒、24ミリメート
ル/秒であることを示している。酸素濃度の低いシリコ
ンウェーハは、高温の熱処理を行うことにより、そのB
MDが減少する。このことは、石英チューブ28の搬送
速度および温度を制御する際に考慮される。In the heat treatment, not only the thermal donor and oxygen deposition amount but also BMD (bulk micro-defe
ct). FIG. 5 shows the relationship between the amount of BMD, the temperature of the quartz tube 28, and the transfer speed of the silicon wafer for a crystal having a low oxygen concentration (1.1 to 1.3 × 10 17 atoms / cm 3 ). . A thin solid line, a broken line, and a thick solid line indicate that the transport speed is 14 mm / sec, 20 mm / sec, and 24 mm / sec, respectively. A silicon wafer having a low oxygen concentration is subjected to a high-temperature heat treatment so that its B
MD decreases. This is taken into account when controlling the transport speed and temperature of the quartz tube 28.
【0038】図1において、最適な搬送速度および温度
の情報は、コンピュータシステムにより構成される制御
部24のデータ記憶部に記憶され、この情報に従い制御
部24はウォーキングビームセクションを制御するもの
である。複数の温度計31のそれぞれはヒータブロック
22ba〜22beに埋設され、各ヒータブロックの温
度は温度計31により計測されるものである。各ヒータ
ブロックの温度の情報は制御部24に送られ、データ記
憶部に記憶された温度プロファイルに従いヒータ29
a、29bは制御されるものである。加熱ユニット22
bの熱容量はシリコンウェーハWに比べてはるかに大き
いため、3インチから8インチまでの大口径のウェーハ
までほぼ同一条件での熱処理が可能となる。In FIG. 1, information on the optimum transport speed and temperature is stored in a data storage section of a control section 24 constituted by a computer system, and the control section 24 controls the walking beam section according to this information. . Each of the plurality of thermometers 31 is embedded in the heater blocks 22ba to 22be, and the temperature of each heater block is measured by the thermometer 31. Information on the temperature of each heater block is sent to the control unit 24, and the heater 29 according to the temperature profile stored in the data storage unit.
a and 29b are to be controlled. Heating unit 22
Since the heat capacity of b is much larger than that of the silicon wafer W, heat treatment under substantially the same conditions is possible for a large diameter wafer of 3 inches to 8 inches.
【0039】5つのウォーキングビームセクションは冷
却ユニット22cに対応して設けられており、各ウォー
キングビームセクションは6本の石英のウォーキングビ
ームにより構成されている。加熱処理されたシリコンウ
ェーハWが搬送機構22aの出口に達すると、シリコン
ウェーハは順次加熱ユニット22bから冷却ユニット2
2cへと供給される。シリコンウェーハWは冷却ユニッ
ト22cのトンネル内を進み、冷却ガスにさらされる。
冷却ガスは循環システムあるいは非循環システムにより
供給される。図示されていないが、温度計が冷却ユニッ
ト22cに配設され、トンネル内の温度を制御部24に
知らる構成となっている。制御部24はシリコンウェー
ハWおよびウォーキングビームセクションに吹き付ける
冷却ガスの量を制御するとともに、シリコンウェーハW
にサーマルドナーが生ずるのを防止するためにシリコン
ウェーハWを450℃付近で急速に冷却するものであ
る。The five walking beam sections are provided corresponding to the cooling unit 22c, and each walking beam section is constituted by six quartz walking beams. When the heat-treated silicon wafer W reaches the outlet of the transfer mechanism 22a, the silicon wafer is sequentially moved from the heating unit 22b to the cooling unit 2b.
2c. The silicon wafer W proceeds in the tunnel of the cooling unit 22c and is exposed to a cooling gas.
The cooling gas is supplied by a circulation system or a non-circulation system. Although not shown, a thermometer is provided in the cooling unit 22c to inform the control unit 24 of the temperature in the tunnel. The control unit 24 controls the amount of the cooling gas blown to the silicon wafer W and the walking beam section, and controls the silicon wafer W
The silicon wafer W is rapidly cooled at around 450 ° C. in order to prevent a thermal donor from being generated.
【0040】カセットアンローダ23にはターンテーブ
ル23a、ロボットハンド23b、ブリッジテーブル2
3cが配設されている。空のウェーハカセット32はタ
ーンテーブル23a上を巡回し、そしてブリッジテーブ
ル23cの正面位置に達するものである。シリコンウェ
ーハWは順に冷却ユニット22cに運ばれ、ロボットハ
ンド23bはアンローディングポジションにおいて空の
ウェーハカセット32にシリコンウェーハWxを挿入す
る。ウェーハカセット32に予め定められた枚数のシリ
コンウェーハWxが装着されると、ウェーハカセット3
2は断続的に移動する。The cassette unloader 23 has a turntable 23a, a robot hand 23b, a bridge table 2
3c is provided. The empty wafer cassette 32 goes around on the turntable 23a and reaches the front position of the bridge table 23c. The silicon wafer W is sequentially carried to the cooling unit 22c, and the robot hand 23b inserts the silicon wafer Wx into the empty wafer cassette 32 at the unloading position. When a predetermined number of silicon wafers Wx are mounted on the wafer cassette 32, the wafer cassette 3
2 moves intermittently.
【0041】この結果、シリコンウェーハWxで満たさ
れたウェーハカセット32はアンローディングポジショ
ンから離れ、新たにに空のウェーハカセット32がアン
ローディングポジションに到達する。後述するように、
シリコンウェーハWxを保持したウェーハカセット26
はローディングポジションに移動し、ロボットハンド2
1bはウェーハカセット26からシリコンウェーハWx
をブリッジテーブル21cを介して搬送機構22aに供
給する。As a result, the wafer cassette 32 filled with the silicon wafer Wx leaves the unloading position, and a newly empty wafer cassette 32 reaches the unloading position. As described below,
Wafer cassette 26 holding silicon wafer Wx
Moves to the loading position and robot hand 2
1b is the silicon wafer Wx from the wafer cassette 26
Is supplied to the transport mechanism 22a via the bridge table 21c.
【0042】シリコンウェーハWxはウォーキングビー
ムセクションに送られ、ヒータ29a、29bが配設さ
れた石英チューブ28を20ミリメートル/秒の速度で
通過する。例えば、最終のヒータブロック22beは6
85℃の温度に調節され、シリコンウェーハWxは最終
のヒータブロック22beを15秒で通過する。また、
仮にシリコンウェーハWの厚さtxを625μmとする
と、搬送速度Vは以下のようになる。すなわち、V=
(0.3T−a)・(lx/900)・(650/t
x)=9.5から44.3ミリメートル/秒となる。The silicon wafer Wx is sent to the walking beam section and passes at a speed of 20 mm / sec through the quartz tube 28 provided with the heaters 29a and 29b. For example, the final heater block 22be is 6
The temperature is adjusted to 85 ° C., and the silicon wafer Wx passes through the final heater block 22be in 15 seconds. Also,
Assuming that the thickness tx of the silicon wafer W is 625 μm, the transfer speed V is as follows. That is, V =
(0.3T-a) · (lx / 900) · (650 / t)
x) = 9.5 to 44.3 mm / sec.
【0043】ここで、Tは685℃、lxは1500ミ
リメートル、aは180〜200である。定数aはシリ
コン単結晶のトップから切り出されたシリコンウェーハ
Wxに基づいて予め決定されるものである。仮に、シリ
コンウェーハWxがシリコン単結晶のトップから切り出
されたものであった場合、定数aの範囲は187から1
93となり、シリコンウェーハWxは比較的に長時間加
熱される。これは、シリコン単結晶のトップにおけるサ
ーマルドナーの除去が困難であることを考慮したもので
ある。よって、搬送機構22aは21.7〜32.1ミ
リメートル/秒の速度に制御され、シリコンウェーハW
xにおけるサーマルドナーは除去されるものである。Here, T is 685 ° C., lx is 1500 mm, and a is 180 to 200. The constant a is determined in advance based on the silicon wafer Wx cut out from the top of the silicon single crystal. If the silicon wafer Wx is cut from the top of the silicon single crystal, the range of the constant a is 187 to 1
93, and the silicon wafer Wx is heated for a relatively long time. This is because it is difficult to remove the thermal donor at the top of the silicon single crystal. Accordingly, the transfer mechanism 22a is controlled at a speed of 21.7 to 32.1 mm / sec, and the silicon wafer W
The thermal donor at x is to be removed.
【0044】シリコンウェーハWxは、加熱ユニット2
2bから冷却ユニット22cに進み、ウォーキングビー
ムセクションによって連続的に搬送される。シリコンウ
ェーハWxが冷却ユニット22cを通過する間、サーマ
ルドナーが再発生することのないようシリコンウェーハ
Wxは急速に冷却され、シリコンウェーハWxは搬送機
構22aの出口において60℃となる。サーマルドナー
は約450℃において増大する傾向にあるため、シリコ
ンウェーハWxは450℃付近において急速に冷却され
る必要があるが、搬送機構22aの出口において450
℃よりもわずかに低くてもよい。例えば、シリコンウェ
ーハWxが440℃であったとしても、熱処理プロセス
においては問題がない。The silicon wafer Wx is supplied to the heating unit 2
From 2b, it goes to the cooling unit 22c and is continuously transported by the walking beam section. While the silicon wafer Wx passes through the cooling unit 22c, the silicon wafer Wx is rapidly cooled so that thermal donors do not regenerate, and the temperature of the silicon wafer Wx reaches 60 ° C. at the outlet of the transfer mechanism 22a. Since the thermal donor tends to increase at about 450 ° C., the silicon wafer Wx needs to be cooled rapidly around 450 ° C.
It may be slightly lower than ° C. For example, even if the temperature of the silicon wafer Wx is 440 ° C., there is no problem in the heat treatment process.
【0045】シリコンウェーハWxが搬送機構22aの
出口に達すると、シリコンウェーハWxはブリッジテー
ブル23cに進み、ロボットハンド23bがこれを空の
ウェーハカセット32内に挿入する。ウェーハカセット
32がシリコンウェーハによって満たされると、ウェー
ハカセット32はターンテーブル23aから離れ、ウェ
ーハカセットは所定の位置に停止する。When the silicon wafer Wx reaches the exit of the transfer mechanism 22a, the silicon wafer Wx advances to the bridge table 23c, and the robot hand 23b inserts the same into the empty wafer cassette 32. When the wafer cassette 32 is filled with the silicon wafer, the wafer cassette 32 separates from the turntable 23a and stops at a predetermined position.
【0046】したがって、本実施例に係る半導体ウェー
ハの熱処理装置によれば、いかなるダミーのウェーハを
も必要としないため、煩雑な作業を回避することが可能
となるものである。予め定められた枚数のシリコンウェ
ーハWはウェーハカセットから取り出され、空のウェー
ハカセットに移される。これは、全てのシリコンウェー
ハは同一のサイズであることを意味している。さらに
は、石英チューブ28は多数のシリコンウェーハを高温
で一斉に加熱するため、熱処理を効率よく行うことが可
能となるものである。また、本実施例に係る熱処理装置
はクリーンルーム内に配設されているため、シリコンウ
ェーハにゴミ等が付着するのを防止することができる。
これに加えて、シリコンウェーハWがウォーキングビー
ムシステムにより搬送されながら、その表面全体に高温
の空気が吹きつけられる。この結果、シリコンウェーハ
全体に均一な熱処理を行うことが可能となるものであ
る。Therefore, according to the semiconductor wafer heat treatment apparatus of the present embodiment, no dummy wafer is required, so that complicated operations can be avoided. A predetermined number of silicon wafers W are taken out of the wafer cassette and transferred to an empty wafer cassette. This means that all silicon wafers have the same size. Furthermore, since the quartz tube 28 heats a large number of silicon wafers at a high temperature, heat treatment can be performed efficiently. Further, since the heat treatment apparatus according to the present embodiment is provided in a clean room, it is possible to prevent dust and the like from adhering to the silicon wafer.
In addition, while the silicon wafer W is being conveyed by the walking beam system, high-temperature air is blown over the entire surface thereof. As a result, uniform heat treatment can be performed on the entire silicon wafer.
【0047】すなわち、バッチ熱処理炉の安定性と、急
速加熱炉の操作性の両方の利点を兼ね備え、ロット枚数
に関係なく、また、異なる径のウェーハでもカセットの
取り替えのみでよく、シリコンウェーハのフレキシブル
なドナーキラー熱処理と、この信頼性を高めることがで
きる。また、シリコンウェーハについてその全面に均一
な熱処理を施すことができ、そのウェーハ全面の抵抗率
を正確に評価することができ、デバイスの製造条件に合
った酸素析出特性を有するウェーハを製造することがで
きる。That is, it has both advantages of the stability of the batch heat treatment furnace and the operability of the rapid heating furnace, regardless of the number of lots, and it is only necessary to replace the cassette for wafers of different diameters. Donor killer heat treatment and this reliability can be improved. In addition, a uniform heat treatment can be performed on the entire surface of a silicon wafer, the resistivity of the entire surface of the wafer can be accurately evaluated, and a wafer having oxygen precipitation characteristics suitable for device manufacturing conditions can be manufactured. it can.
【0048】続いて、本発明の第2実施例に係る半導体
ウェーハの熱処理装置を説明する。Next, a semiconductor wafer heat treatment apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described.
【0049】図10は、本実施例に係る加熱ゾーン2
2、制御部24等をブロック図であらわしたものであ
る。上述したように、加熱ゾーン22は、加熱ユニット
22b、冷却ユニット22cを備えて構成され、制御部
24によって制御されるものである。加熱ユニット22
bは、5つのヒータブロック22ba〜22beに分割
され、ヒータブロック22ba〜22beのそれぞに対
応してヒータ43a〜43e、温度計31が配設されて
いる。ヒータブロック22ba〜22beは、ヒータ4
3a〜43eによって加熱され、各ヒータブロック22
ba〜22beの温度は温度計31によって検出される
構成となっている。温度計31によって検出された温度
の信号は、図示されていないA/D変換器によってディ
ジタルデータに変換された後、バスシステム47を介し
てインターフェース24fに入力される。制御部24は
この信号に基づき、各ヒータ43a〜43eに印加する
電力を決定し、ヒータブロック22ba〜22beの温
度を独立に制御するものである。FIG. 10 shows a heating zone 2 according to this embodiment.
2, a block diagram of the control unit 24 and the like. As described above, the heating zone 22 includes the heating unit 22b and the cooling unit 22c, and is controlled by the control unit 24. Heating unit 22
b is divided into five heater blocks 22ba to 22be, and heaters 43a to 43e and a thermometer 31 are provided corresponding to each of the heater blocks 22ba to 22be. The heater blocks 22ba to 22be are
3a to 43e, each heater block 22
The temperatures of ba to 22be are detected by a thermometer 31. The signal of the temperature detected by the thermometer 31 is converted into digital data by an A / D converter (not shown), and then input to the interface 24f via the bus system 47. The control unit 24 determines the power to be applied to each of the heaters 43a to 43e based on this signal, and independently controls the temperatures of the heater blocks 22ba to 22be.
【0050】冷却ユニット22cもまた、5つの冷却ブ
ロック22ca〜22ceに分割され、それぞれの冷却
ブロック22ca〜22ceに対応して制御弁46a〜
46e、温度計31が配設されている。制御弁46a〜
46eは、冷却ブロック22ca〜22ceに供給する
冷却ガスの量を制御するものであり、バスシステム47
を介して制御部24によって制御される構成である。し
たがって、各冷却ブロック22ca〜22ceの温度は
独立に制御されるものである。ガス循環装置45は、冷
却ユニット22cに冷却ガスを供給するためのものであ
る。The cooling unit 22c is also divided into five cooling blocks 22ca to 22ce, and the control valves 46a to 46ce correspond to the respective cooling blocks 22ca to 22ce.
46e, a thermometer 31 is provided. Control valves 46a-
A bus system 47e controls the amount of cooling gas supplied to the cooling blocks 22ca to 22ce.
The configuration is controlled by the control unit 24 via the. Therefore, the temperatures of the cooling blocks 22ca to 22ce are independently controlled. The gas circulation device 45 is for supplying a cooling gas to the cooling unit 22c.
【0051】ウォーキングビーム27a〜27fはビー
ム駆動装置44により駆動され、ビーム駆動装置44に
おける搬送速度は制御部24によって制御可能である。
したがって、ウェーハWが加熱ユニット22bから冷却
ユニット22cを通過する時間を変化させることができ
るものである。The walking beams 27 a to 27 f are driven by a beam driving device 44, and the transport speed in the beam driving device 44 can be controlled by the control unit 24.
Accordingly, the time during which the wafer W passes from the heating unit 22b to the cooling unit 22c can be changed.
【0052】制御部24は、CPU24a、メモリシス
テム24g、バスシステム24e、インターフェース2
4fを有して構成されている。メモリシステム24gは
プログラムメモリ24b、データテーブル24c、ワー
キングメモリ24d等により構成され、バスシステム2
4eを介してCPU24aによりデータの読み書きが行
われるものである。プログラムメモリ24bはィンスト
ラクションコードが書き込まれており、CPU24aが
これらを順次読み出すことにより予め定められたプログ
ラムを実行するものである。The control unit 24 includes a CPU 24a, a memory system 24g, a bus system 24e, an interface 2
4f. The memory system 24g includes a program memory 24b, a data table 24c, a working memory 24d, and the like.
Reading and writing of data is performed by the CPU 24a via 4e. The instruction code is written in the program memory 24b, and the CPU 24a executes a predetermined program by sequentially reading the instruction codes.
【0053】データテーブル24cには加熱処理におけ
る標準的な温度プロファイルのデータが書き込まれてい
る。温度プロファイルのデータは、ヒータブロック22
ba〜22be、冷却ブロック22ca〜22ceのそ
れぞれについての各時刻の制御目標温度を表すデータ、
および、各時刻におけるウォーキングビームの搬送速度
を表すデータよりなっている。なお、新たな温度プロフ
ァイルのデータをデータテーブル24cに追加すること
も可能である。The data of the standard temperature profile in the heating process is written in the data table 24c. The temperature profile data is stored in the heater block 22.
ba to 22be, data representing the control target temperature at each time for each of the cooling blocks 22ca to 22ce,
And data representing the transport speed of the walking beam at each time. It is also possible to add data of a new temperature profile to the data table 24c.
【0054】これらの温度プロファイルのデータを作成
するにあたっては、試験用のウェーハに熱電対を設け、
加熱ユニット22bから冷却ユニット22cへと搬送さ
せる。そして、試験者が加熱ユニット22b、冷却ユニ
ット22cの各ブロックの温度、および、ウォーキング
ビームにおける搬送速度を手動で調整し、試行錯誤を繰
り返すことによって、最適な温度プロファイルを決定す
る。このようにして得られた温度プロファイルのデータ
はデータテーブル24cに書き込まれる。In preparing these temperature profile data, a thermocouple is provided on a test wafer,
It is transported from the heating unit 22b to the cooling unit 22c. Then, the tester manually adjusts the temperature of each block of the heating unit 22b and the cooling unit 22c, and the transport speed of the walking beam, and determines an optimal temperature profile by repeating trial and error. The data of the temperature profile obtained in this way is written to the data table 24c.
【0055】ワーキングメモリ24dはCPU24aの
動作領域として使用されるものであり、スタックポイン
タ等が書き込まれるものである。また、CPU24aは
データテーブル24cから温度プロファイルのデータを
読み出すと、このデータをワーキングメモリ24dに蓄
えておく。そして、CPU24aはこのデータに基づ
き、ヒータ43a〜43e、制御弁46a〜46e、ビ
ーム駆動装置44の制御信号を生成するものである。The working memory 24d is used as an operation area of the CPU 24a, and stores a stack pointer and the like. When reading the data of the temperature profile from the data table 24c, the CPU 24a stores the data in the working memory 24d. The CPU 24a generates control signals for the heaters 43a to 43e, the control valves 46a to 46e, and the beam driving device 44 based on the data.
【0056】インターフェース24fは入出力バッファ
を備え、バスシステム47を介してヒータ43a〜43
e、制御弁46a〜46e、ビーム駆動装置44に制御
信号を送信するとともに、温度計31からの信号を受信
するものである。他の構成については、上述した第1実
施例に係る半導体ウェーハの熱処理装置と同様に構成さ
れているので説明を省略する。The interface 24 f has an input / output buffer, and the heaters 43 a to 43
e, a control signal is transmitted to the control valves 46a to 46e and the beam driving device 44, and a signal from the thermometer 31 is received. Other configurations are the same as those of the above-described semiconductor wafer heat treatment apparatus according to the first embodiment, and thus description thereof is omitted.
【0057】続いて、本実施例に係る半導体ウェーハの
熱処理装置の作用を図12、図13のフローチャートを
参照しながら説明する。先ず、熱処理装置に電源が投入
されると、CPU24aは装置を初期状態に設定する
(ステップS1)。そして、CPU24aは図示されて
いない操作パネルのスイッチ等の状態を読み取り、オペ
レータによって選択された温度プロファイルを決定す
る。温度プロファイルが決定されると(ステップS
2)、CPU24aは温度プロファイルのデータをデー
タテーブル24cから読み取り、ワーキングメモリ24
dに蓄えておく。この温度プロファイルデータの一例を
図11に示す。この図の横軸はシリコンウェーハのヒー
タブロック22ba〜22be、冷却ブロック22ca
〜22ceにおける搬送位置を表し、縦軸はシリコンウ
ェーハの表面温度を表している。この図から確認できる
ように、シリコンウェーハはヒータブロック22ba〜
22beを順に通過することにより表面温度が上昇し、
冷却ブロック22ca〜22ceを通過することにより
表面温度が急速に下降している。なお、本実施例におい
て使用される温度プロファイルは、図11に示された温
度プロファイルに限定されるものではない。Next, the operation of the semiconductor wafer heat treatment apparatus according to the present embodiment will be described with reference to the flowcharts of FIGS. First, when the power is turned on to the heat treatment apparatus, the CPU 24a sets the apparatus to an initial state (step S1). Then, the CPU 24a reads the state of switches and the like on an operation panel (not shown) and determines the temperature profile selected by the operator. When the temperature profile is determined (step S
2) The CPU 24a reads the temperature profile data from the data table 24c and
Store in d. FIG. 11 shows an example of the temperature profile data. The horizontal axis in this figure is the heater blocks 22ba to 22be and the cooling block 22ca of the silicon wafer.
The vertical axis represents the surface temperature of the silicon wafer. As can be seen from this figure, the silicon wafer was heated from the heater blocks 22ba to 22ba.
The surface temperature rises by sequentially passing through 22be,
The surface temperature drops rapidly by passing through the cooling blocks 22ca to 22ce. Note that the temperature profile used in the present embodiment is not limited to the temperature profile shown in FIG.
【0058】ステップS3において、CPU24aは加
熱ユニット22bおよび冷却ユニット22cの温度を検
出する。すなわち、CPU24aはヒータブロック22
ba〜22be、冷却ブロック22ca〜22ceのそ
れぞれに配設された温度計31に検出温度のデータを要
求し、このデータをワーキングメモリ24dに一時的に
蓄えておく。CPU24aは検出温度のデータを温度プ
ロファイルに割り当て、各ブロック22ba〜22b
e、22ca〜22ceの現在の温度が温度プロファイ
ルを満足しているか否かを判断する。各々の温度が目標
値から外れている場合(ステップS4でNO)には、C
PU24aはステップS5で生成されたデータテーブル
に従い、加熱ユニット22b、冷却ユニット22cの制
御信号を生成する。In step S3, the CPU 24a detects the temperatures of the heating unit 22b and the cooling unit 22c. That is, the CPU 24 a
The data of the detected temperature is requested from the thermometer 31 provided in each of the ba to 22be and the cooling blocks 22ca to 22ce, and this data is temporarily stored in the working memory 24d. The CPU 24a assigns the data of the detected temperature to the temperature profile, and the blocks 22ba to 22b
e, it is determined whether or not the current temperatures of 22ca to 22ce satisfy the temperature profile. If each temperature deviates from the target value (NO in step S4), C
The PU 24a generates control signals for the heating unit 22b and the cooling unit 22c according to the data table generated in Step S5.
【0059】CPU24aはステップS6に進み、ヒー
タ43a〜43e、制御弁46a〜46e、ビーム駆動
装置44のそれぞれに制御信号を出力する。しかしなが
ら、ビーム駆動装置44はこの段階ではウォーキングビ
ームを駆動しない。ステップS6の後、CPU24aは
ステップS3に戻り、各ヒータブロック22ba〜22
be、冷却ブロック22ca〜22ceの温度が目標値
に達するまでステップS3〜S6の処理を繰り返し実行
する。The CPU 24a proceeds to step S6 to output a control signal to each of the heaters 43a to 43e, the control valves 46a to 46e, and the beam driving device 44. However, the beam driving device 44 does not drive the walking beam at this stage. After step S6, the CPU 24a returns to step S3, and sets the heater blocks 22ba to 22ba.
be, the processes of steps S3 to S6 are repeatedly executed until the temperatures of the cooling blocks 22ca to 22ce reach the target values.
【0060】ヒータ43a〜43eおよび制御弁46a
〜46eが各ヒータブロック22ba〜22be、冷却
ブロック22ca〜22ceの温度を目標値に調節する
と、ステップS4の判断結果はYESとなり、熱処理の
準備が完了する。CPU24aはステップS7に進み、
カセットローダ21、カセットアンローダ23、ウォー
キングビーム27が既に作動しているか否かを確認す
る。CPU24aがステップS7を最初に通過する際に
は、ステップS7の判断結果はNOであるため、CPU
24aはカセットローダ21、カセットアンローダ23
を始動する(ステップS8)。さらに、ステップS9に
おいて、CPU24aはウォーキングビーム27を始動
し、カセットローダ21はシリコンウェーハをウォーキ
ングビーム27に供給する。シリコンウェーハは一枚毎
に加熱ユニット22bによって加熱され、この後、冷却
ガスによって冷却される。The heaters 43a to 43e and the control valve 46a
When the temperature of each of the heater blocks 22ba to 22be and the cooling blocks 22ca to 22ce is adjusted to the target value, the determination result of step S4 becomes YES, and the preparation for the heat treatment is completed. The CPU 24a proceeds to step S7,
It is checked whether the cassette loader 21, the cassette unloader 23, and the walking beam 27 have already been operated. When the CPU 24a passes step S7 for the first time, the determination result in step S7 is NO,
24a is a cassette loader 21, a cassette unloader 23
Is started (step S8). Further, in step S9, the CPU 24a starts the walking beam 27, and the cassette loader 21 supplies a silicon wafer to the walking beam 27. The silicon wafers are heated one by one by the heating unit 22b and thereafter cooled by the cooling gas.
【0061】各ヒータブロック22ba〜22be、冷
却ブロック22ca〜22ceは目標温度に設定されて
いるため、各シリコンウェーハの温度は図11に示す温
度プロファイルに従い変化する。この結果、サーマルド
ナーを有効に減少させることができるものである。Since the heater blocks 22ba to 22be and the cooling blocks 22ca to 22ce are set to target temperatures, the temperature of each silicon wafer changes according to the temperature profile shown in FIG. As a result, the number of thermal donors can be effectively reduced.
【0062】CPU24aはステップS10に進み、カ
セットローダに少なくとも1枚のシリコンウェーハが残
っているか否かを調べる。カセットローダにシリコンウ
ェーハを発見した場合(ステップS10でNO)には、
CPU24aはステップS11に進む。CPU24aは
操作パネルを調べ、温度プロファイルが変更されたか否
かを確認する(ステップS11)。温度プロファイルの
変更がなされていない場合(ステップS11でNO)に
は、CPU24aステップS3に戻る。CPU24aは
ステップS3〜S7、S10、S11の処理を繰り返し
実行し、この結果、シリコンウェーハは与えられた温度
プロファイルに一致する。The CPU 24a proceeds to step S10 and checks whether at least one silicon wafer remains in the cassette loader. If a silicon wafer is found in the cassette loader (NO in step S10),
The CPU 24a proceeds to step S11. The CPU 24a checks the operation panel to confirm whether the temperature profile has been changed (step S11). If the temperature profile has not been changed (NO in step S11), the process returns to step S3 of the CPU 24a. The CPU 24a repeatedly executes the processing of steps S3 to S7, S10, and S11, and as a result, the silicon wafer matches the given temperature profile.
【0063】CPU24aがステップS3〜S7、S1
0、S11からなるループを繰り返している間、各ヒー
タブロック22ba〜22be、冷却ブロック22ca
〜22ceの温度は目標温度から外れてくる。この場
合、ステップS4の判断結果がNOとなり、CPU24
aは制御信号を再び生成し(ステップS5)、ヒータ4
3a〜43e、制御弁46a〜46e、ビーム駆動装置
44に供給する(ステップS6)。ヒータ43a〜43
e、制御弁46a〜46eはそれぞれのブロックの温度
を調節し、ビーム駆動装置44はウォーキングビーム2
7の動作タイミングを制御する。現在の温度が目標値に
復帰すると、ステップS4の判断結果はYESとなり、
CPU24aはステップS3〜S7、S10、S11か
らなるループへ戻る。The CPU 24a determines in steps S3 to S7, S1
0, S11, the heater blocks 22ba to 22be and the cooling block 22ca
The temperature of ~ 22ce deviates from the target temperature. In this case, the determination result of step S4 is NO, and the CPU 24
a generates a control signal again (step S5),
3a to 43e, the control valves 46a to 46e, and the beam driving device 44 (Step S6). Heaters 43a to 43
e, the control valves 46a to 46e adjust the temperature of each block, and the beam driving device 44 controls the walking beam 2
7 is controlled. When the current temperature returns to the target value, the determination result of step S4 becomes YES,
The CPU 24a returns to the loop including steps S3 to S7, S10, and S11.
【0064】全てのシリコンウェーハがカセットローダ
に供給され、カセットアンローダから運び出されると、
ステップS10の判断結果はYESとなることからCP
U24aカセットローダの動作を停止する(ステップS
12)。そして、CPU24aは操作パネルを調べ、熱
処理が終了させられたか否かを判断する。一枚のシリコ
ンウェーハの供給が遅れているのみであれば、ステップ
S13の判断結果はNOとなり、CPU24aはステッ
プS3〜S7、S10、S11からなるループに戻る。When all the silicon wafers are supplied to the cassette loader and carried out of the cassette unloader,
Since the decision result in the step S10 is YES, the CP
Stop the operation of the U24a cassette loader (step S
12). Then, the CPU 24a examines the operation panel and determines whether or not the heat treatment has been completed. If the supply of one silicon wafer is only delayed, the determination result in step S13 is NO, and the CPU 24a returns to the loop including steps S3 to S7, S10, and S11.
【0065】新たなシリコンウェーハを別の温度プロフ
ァイルに従い処理する必要がある場合には、オペレータ
は操作パネルを操作することにより別の温度プロファイ
ルを選択する。すると、ステップS11の判断結果はN
Oとなり、CPU24aはステップS14に進む。CP
U24aは供給された全てのシリコンウェーハと熱処理
装置から取り除き、カセットローダ、カセットアンロー
ダ、ウォーキングビームの動作を停止する。この結果、
CPU24aはステップS2に戻り、新たな温度プロフ
ァイルを操作パネルから読み込む。CPU24aはステ
ップS3〜S6からなるループに入り、各ヒータブロッ
ク22ba〜22be、冷却ブロック22ca〜22c
eの温度が新たな目標値に一致するよう、ヒータ43a
〜43e、制御弁46a〜46eに制御信号を供給す
る。各ヒータブロック22ba〜22be、冷却ブロッ
ク22ca〜22ceが新たな目標温度に調節される
と、ステップS4の判断結果はYESとなり、CPU2
4aはステップS3〜S7、S10、S11からなるル
ープに戻る。If it is necessary to process a new silicon wafer according to another temperature profile, the operator selects another temperature profile by operating the operation panel. Then, the determination result of step S11 is N
O, the CPU 24a proceeds to step S14. CP
U24a removes all the supplied silicon wafers and the heat treatment apparatus, and stops the operations of the cassette loader, the cassette unloader, and the walking beam. As a result,
The CPU 24a returns to step S2 and reads a new temperature profile from the operation panel. The CPU 24a enters a loop consisting of steps S3 to S6, where the heater blocks 22ba to 22be and the cooling blocks 22ca to 22c
e so that the temperature of the heater 43a matches the new target value.
To 43e, and supply control signals to the control valves 46a to 46e. When the heater blocks 22ba to 22be and the cooling blocks 22ca to 22ce are adjusted to the new target temperatures, the result of the determination in step S4 becomes YES, and the CPU 2
4a returns to the loop consisting of steps S3 to S7, S10 and S11.
【0066】オペレータが操作を終了させようとした場
合には、オペレータは操作パネルを操作すると、新たな
シリコンウェーハがカセットローダに供給されなくな
る。そして、CPU24aはステップS10の判断結果
がYESとなったことを確認すると、カセットローダを
停止する(ステップS12)。オペレータは既に操作を
終了する旨を指示しているので、ステップS13の判断
結果はYESとなり、CPU24aは本システムから全
てのシリコンウェーハを排出する(ステップS15)。
CPU24aはステップS16に進み、ヒータブロック
22ba〜22be、制御弁46a〜46e、ウォーキ
ングビームの動作を停止する。以上により、本実施例に
係る熱処理装置の動作が完了する。When the operator attempts to terminate the operation, when the operator operates the operation panel, no new silicon wafer is supplied to the cassette loader. When the CPU 24a confirms that the result of the determination in step S10 is YES, the CPU 24a stops the cassette loader (step S12). Since the operator has already instructed to end the operation, the determination result in step S13 is YES, and the CPU 24a discharges all the silicon wafers from the present system (step S15).
The CPU 24a proceeds to step S16, and stops the operations of the heater blocks 22ba to 22be, the control valves 46a to 46e, and the walking beam. Thus, the operation of the heat treatment apparatus according to the present embodiment is completed.
【0067】なお、本発明の要旨から逸脱しない範囲に
おいて、上述した実施例に変更を加えても差し支えな
い。例えば、本実施例に係る半導体ウェーハの熱処理装
置をゲルマニウム半導体、化合物半導体等に対して適用
することも可能である。また、吸引力を利用した手段を
用いてロボットハンド23bを構成してもよい。さら
に、本実施例に係る半導体ウェーハの熱処理装置は、ナ
チュラル・イントリンシック・ゲッタリング、イオン注
入後のアニールの処理にも適用しても差し支えない。こ
れに加えて、ウォーキングビームのかわりに石英製のロ
ーラを20〜30ミリメートル毎に複数本配設すること
により、シリコンウェーハを所定の速度で搬送するよう
に構成してもよい。It should be noted that modifications may be made to the above-described embodiment without departing from the spirit of the present invention. For example, the semiconductor wafer heat treatment apparatus according to the present embodiment can be applied to germanium semiconductors, compound semiconductors, and the like. Further, the robot hand 23b may be configured by using a means utilizing a suction force. Furthermore, the semiconductor wafer heat treatment apparatus according to the present embodiment may be applied to natural intrinsic gettering and annealing after ion implantation. In addition, a plurality of quartz rollers may be provided every 20 to 30 millimeters instead of the walking beam to convey the silicon wafer at a predetermined speed.
【0068】[0068]
【発明の効果】したがって、本発明に係る半導体ウェー
ハの熱処理装置にあっては、以下の効果を得ることが可
能となる。Therefore, in the semiconductor wafer heat treatment apparatus according to the present invention, the following effects can be obtained.
【0069】(1)本発明によれば、シリコンウェーハ
が一枚毎に順次、搬送手段によって加熱部から冷却部へ
と自動的に搬送される。したがって、複数枚のウェーハ
を有する各ボート毎に加熱処理を行う従来の熱処理装置
と比べて、以下の効果を得ることができる。 各ボート毎の熱容量を等しくするためにダミーのウェ
ーハを使用する必要がなくなる。 ウェーハを一枚毎に熱処理するため、サイズの異なる
ウェーハであっても容易に加熱処理を行うことができ
る。 ウェーハを一枚毎に熱処理するため、複数枚のウェー
ハが載置されたボート毎に熱処理をするのに比べて、加
熱炉の温度変動を低減することができる。 バッチ処理による場合に比べて、ウェーハを一枚毎に
連続的、かつ、自動的に加熱処理を行うことができるた
め、生産性を向上させることができる。 ウェーハはボート内に格納されることなく、露出して
いるため、ウェーハの全体にわたって均一な熱処理を行
うことができる。 (2)本発明に係る半導体ウェーハの熱処理装置によれ
ば、制御部により最適な温度制御を自動的に行うことが
できるため、温度のばらつきを抑えて均一な熱処理を行
うことができる。 (3)熱処理装置は急速加熱を行うため、短時間で加熱
処理を終了することができる。(1) According to the present invention, the silicon wafers are automatically transferred from the heating section to the cooling section by the transfer means sequentially one by one. Therefore, the following effects can be obtained as compared with a conventional heat treatment apparatus that performs heat treatment for each boat having a plurality of wafers. There is no need to use dummy wafers to equalize the heat capacity of each boat. Since the wafers are heat-treated one by one, heat treatment can be easily performed even for wafers having different sizes. Since the wafers are heat-treated one by one, the temperature fluctuation of the heating furnace can be reduced as compared with the case where the heat treatment is performed for each boat on which a plurality of wafers are mounted. Compared with the case of the batch processing, the heating processing can be performed continuously and automatically for each wafer, so that the productivity can be improved. Since the wafer is exposed without being stored in the boat, a uniform heat treatment can be performed over the entire wafer. (2) According to the heat treatment apparatus for a semiconductor wafer according to the present invention, the temperature control can be automatically performed by the control unit automatically, so that a uniform heat treatment can be performed while suppressing temperature variations. (3) Since the heat treatment apparatus performs rapid heating, the heat treatment can be completed in a short time.
【0070】すなわち、本発明によれば、操作性の向
上、誤操作の防止、生産性の向上、均一な熱処理の可能
な熱処理装置を提供することができるものである。That is, according to the present invention, it is possible to provide a heat treatment apparatus capable of improving operability, preventing erroneous operations, improving productivity, and performing uniform heat treatment.
【図1】本発明の第1実施例に係る半導体ウェーハの熱
処理装置を示す正面図である。FIG. 1 is a front view showing a semiconductor wafer heat treatment apparatus according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第1実施例に係る半導体ウェーハの熱
処理装置の加熱炉を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a heating furnace of the semiconductor wafer heat treatment apparatus according to the first embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第1実施例に係る半導体ウェーハの熱
処理装置の加熱炉を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing a heating furnace of the semiconductor wafer heat treatment apparatus according to the first embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第1実施例に係る熱処理装置による酸
素析出特性とドナー消去を満たす炉温度/搬送速度の範
囲を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing a range of a furnace temperature / transport speed satisfying oxygen precipitation characteristics and donor elimination by the heat treatment apparatus according to the first embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第1実施例に係る熱処理装置による酸
素析出処理におけるBMDの生成状況を示すグラフであ
る。FIG. 5 is a graph showing a generation state of BMD in an oxygen precipitation treatment by the heat treatment apparatus according to the first embodiment of the present invention.
【図6】従来の横型炉を用いた半導体ウェーハの熱処理
工程の概略を示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view schematically showing a heat treatment step of a semiconductor wafer using a conventional horizontal furnace.
【図7】従来の縦型炉を用いた半導体ウェーハの熱処理
工程の概略を示す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view schematically showing a heat treatment step of a semiconductor wafer using a conventional vertical furnace.
【図8】本発明に係るドナーキラー熱処理でのドナー消
失時間と保持温度との関係を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing a relationship between a donor disappearance time and a holding temperature in a donor killer heat treatment according to the present invention.
【図9】従来の熱処理装置の概略を示す断面図である。FIG. 9 is a sectional view schematically showing a conventional heat treatment apparatus.
【図10】本発明の第2実施例に係る熱処理装置のブロ
ック図である。FIG. 10 is a block diagram of a heat treatment apparatus according to a second embodiment of the present invention.
【図11】本発明の第2実施例に係る各ヒータブロッ
ク、各冷却ブロックにおけるシリコンウェーハの温度を
表すグラフである。FIG. 11 is a graph showing a temperature of a silicon wafer in each heater block and each cooling block according to the second embodiment of the present invention.
【図12】本発明の第2実施例に係る熱処理装置の作用
を表すフローチャートである。FIG. 12 is a flowchart illustrating an operation of the heat treatment apparatus according to the second embodiment of the present invention.
【図13】本発明の第2実施例に係る熱処理装置の作用
を表すフローチャートである。FIG. 13 is a flowchart illustrating an operation of the heat treatment apparatus according to the second embodiment of the present invention.
21 カセットローダ 22 加熱ゾーン 22c 冷却ユニット 23 カセットアンローダ 24 制御部 W シリコンウェーハ 21 cassette loader 22 heating zone 22c cooling unit 23 cassette unloader 24 control unit W silicon wafer
Claims (1)
ーハ供給手段(21)と、 熱処理後の半導体ウェーハを排出するウェーハ排出手段
(23)と、 上記ウェーハ供給手段(21)と上記ウェーハ排出手段(23)
との間に介在した熱処理手段(22)と、を備え、 上記熱処理手段(22)は、 上記ウェーハ供給手段(21)と上記ウェーハ排出手段(23)
との間に設けられ、半導体ウェーハをウェーハ供給手段
(21)からウェーハ排出手段(23)に所定の搬送速度で搬送
するとともに、当該搬送速度を変更可能な搬送手段(27a
〜27f、44)と、 それぞれが独立して半導体ウェーハを目標温度に加熱可
能な複数の加熱部(22ba〜22be)と、 上記複数の加熱部(22ba〜22be)に連なるととともに、そ
れぞれが独立して半導体ウェーハを目標温度に冷却可能
な複数の冷却部(22ca〜22ce)と、 少なくとも一つの温度プロファイルを記憶し、上記複数
の加熱部(22ba〜22be)のそれぞれの温度、上記複数の冷
却部(22ca〜22ce)のそれぞれの温度、上記搬送手段(27a
〜27f、44)における搬送速度を上記温度プロファイルに
従い制御する制御部(24)とを備えたことを特徴とする半
導体ウェーハの熱処理装置。1. A wafer supply means (21) for supplying semiconductor wafers one by one, and a wafer discharge means for discharging semiconductor wafers after heat treatment.
(23), the wafer supply means (21) and the wafer discharge means (23)
And a heat treatment means (22) interposed between the wafer supply means (22) and the wafer supply means (21) and the wafer discharge means (23).
Means for supplying a semiconductor wafer
(21) to the wafer discharge means (23) at a predetermined transfer speed and a transfer means (27a
To 27f, 44), a plurality of heating sections (22ba to 22be) each capable of independently heating a semiconductor wafer to a target temperature, and a plurality of heating sections (22ba to 22be) connected to each other, and A plurality of cooling units capable of cooling the semiconductor wafer to a target temperature (22ca to 22ce), at least one temperature profile is stored, and the respective temperatures of the plurality of heating units (22ba to 22be), the plurality of cooling units Section (22ca ~ 22ce), the transport means (27a
27f, a control unit (24) for controlling the transfer speed in accordance with the temperature profile.
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|---|---|---|---|
| US08/041,316 US5449883A (en) | 1992-08-07 | 1993-03-31 | Continuous heat treatment system of semiconductor wafers for eliminating thermal donor |
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| US08/041,316 | 1993-03-31 |
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- 1993-10-28 JP JP29282493A patent/JP2704597B2/en not_active Expired - Fee Related
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