JP4525871B2

JP4525871B2 - Wafer heat treatment apparatus and wafer heat treatment method using the same

Info

Publication number: JP4525871B2
Application number: JP12665299A
Authority: JP
Inventors: 忠大橋; 勝弘茶木; 達男藤井; 勝行岩田; 慎一三谷; 恭章本多
Original assignee: Nuflare Technology Inc
Current assignee: Nuflare Technology Inc
Priority date: 1999-05-07
Filing date: 1999-05-07
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2019-05-07
Also published as: JP2000323486A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウエハ熱処理装置及びそれを用いたウエハ熱処理方法に関し、より詳細にはエピタキシャルウエハ等の薄膜積層ウエハの熱処理に使用され、温度制御性、経時安定性、使用耐久性に優れ、またウエハを汚染せず、しかも構造が簡単で安価に製作できるウエハ熱処理装置、及びそれを用いたウエハ熱処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体製造等に使用されるウエハは、その表面が自然酸化されて生成した酸化膜等の夾雑物を除去し、清浄な珪素面からなるウエハ上に気相成長膜等の薄膜を形成させる必要があるため、通常ウエハをその薄膜形成工程前に熱処理が行われる。
従来、このウエハ熱処理用装置としては、例えば図４に示したような、加熱源として赤外線ランプを用いた輻射加熱式装置が一般に使用されている。
この熱処理装置２０は、ウエハ２１に対して熱処理を施すウエハ処理室２２と、前記ウエハ処理室２２内に配置され、モ−タＭによって前記ウエハ２１を回転可能に支持するウエハホルダー２３と、前記ウエハ処理室２２の外部に複数配置され、前記ウエハ処理室２２に対して輻射加熱する赤外線ランプ２４と、前記赤外線ランプ２４からの熱をウエハ方向に向け集中的に照射するため、赤外線ランプ２４の背後に形成された反射板２５と、前記赤外線ランプ２４を冷却し、ランプ２４の過熱を防止するランプ冷却機構（例えば、送風機２６）とから構成されている。
【０００３】
なお、図４には図示しないが、ウエハ処理室２２には、ガス供給装置から珪素に不活性なガス（水素、アルゴン等）を導入する導入口と、ガス排出装置に通ずるガス排出口が設けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この従来のウエハ熱処理装置は、高熱による赤外線ランプ端子部分の酸化を防止するため、また赤外線ランプ自体の冷却のため、送風機や冷却器等のランプ冷却機構が必要不可欠であり、そのため所要電力が増大するという技術的課題があった。またランプからの赤外線をウエハに集中的に照射するため、反射板の設置が必要不可欠であり、装置構成が非常に複雑になるという技術的課題があった。
また、前記反射板は、その反射面が経時的に徐々に酸化され、特に長期間使用した場合には、赤外線反射率が減衰し、エネルギー効率の低下による、電力消費量の増大を招いていた。また温度調節が赤外線ランプの出力コントロールによる場合には、調整温度の再現性が低く、熱処理温度を所定の温度範囲内に制御することは困難であった。
更に、この種の装置では、多数の赤外線ランプが配設され、それら個々のランプの劣化の進行は必ずしも一様でないため、出力コントロールによる正確な温度制御を一層困難にするという課題があった。
【０００５】
また、この装置は通常、マルチゾーン温度コントロール制御機構を備え、熱処理温度制御には、例えば、検出温度をフィードバックして加熱源である赤外線ランプの出力を調節する等の方式が採られている。この温度検出に際し、図５に示すように、赤外線検知方式の温度センサ−２７を用いて非接触的に温度測定を行うことが考えられる。
しかし、赤外線ランプを用いた輻射加熱式装置では、ランプ自体の発光赤外線の影響を大きく受けるため、赤外線検知方式による正確な非接触的温度測定は非常に困難である。現実問題として、温度制御は、経験的に求められた出力コントロールプログラムによる制御方式等が使用されており、その制御性は必ずしも充分なものではなかった。
【０００６】
一方、図６に示すように、熱電対２８を温度センサーとして用いる、接触的温度測定を行うことも考えられる。
しかし、熱電対２８をウエハ２１に直接接触させることができないため、実際には、図６に示すように、ウエハホルダ−２３の下面、外周下面、外周側面に前記熱電対２８を配置し、その箇所の温度を測定し、間接的にウエハの温度を制御せざるおえない。しかも、もともと熱電対自体、応答性がやや低い上に、ウエハホルダ−の温度検出による間接的検知方法では、ウエハの実際の温度変化に対する追従性が充分でなく、その温度制御性は必ずしも満足できるものではない。更に、熱電対は、ウエハと同一環境内に設置されるのでウエハを汚染する可能性もある。
【０００７】
本発明者等は、上記した従来のウエハ熱処理装置の問題点を改善すべく種々検討した結果、加熱源として、赤外線ランプに替えてＳｉＣコートカーボンやガラス状カ−ボンからなる抵抗発熱体を用い、これをウエハ処理室に対し特定の配列状態に配設した特定構成とすることにより、上記した従来のウエハ熱処理装置の問題点の全てを解決できることを見出し、この知見に基づき本発明を完成するに至った。
従って、本発明の目的は、温度制御性、経時安定性、使用耐久性に優れ、ウエハを汚染せず、かつ構造がシンプルで安価に製作できるウエハ熱処理装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、上記装置を用いたウエハの熱処理方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、熱処理すべきウエハを収容載置し、珪素に対し不活性な内部雰囲気を有するウエハ処理室と、前記ウエハ処理室内のウエハを加熱するための熱処理用加熱装置と、前記加熱装置の温度を制御する温度制御機構とを少なくとも備えたウエハ熱処理装置において、前記ウエハ処理室の少なくとも上面壁板及び下面壁板は、赤外線透過材質で形成され、前記熱処理用加熱装置は、熱源として抵抗発熱体が用いられると共に、前記抵抗発熱体が、ウエハ処理室の上壁面と底壁面を外側から挟むように、ウエハ処理室と分離、配置された、上部ヒータ室及び下部ヒータ室の２個のヒータ室内に夫々配設され、夫々の前記ヒータ室内に配設された前記抵抗発熱体は、ウエハ面にほぼ平行に、ウエハの面域内に配置された第一の抵抗発熱体と、ウエハ面にほぼ平行に、ウエハ面外域に配置された第二の抵抗発熱体とを備え、前記第一の抵抗発熱体の抵抗値は、ウエハ中心部に対応する位置から外周部に対応する位置にいくにつれて、徐々に高くなるように設定されると共に、前記第二の抵抗発熱体の抵抗値は、第一の抵抗発熱体の抵抗値よりも大きく設定されることにより、載置ウエハの面内域においては放射熱密度が均一となるように発熱体の抵抗値分布が設定されていると共に、面外域においてはウエハの外周部からの熱放散が相殺されるよう面内域より熱密度が高く設定され、かつ、前記ヒータ室を形成する壁板のうち、上部ヒータ室の下面壁板及び下部ヒータ室の上面壁板は赤外線透過材質で形成され、更に前記ヒータ室には、前記温度センサーの赤外線が通過する孔が形成され、前記孔を形成する側壁によってヒータ室は閉じられると共に、前記孔を形成する側壁の外面には、カーボン筒が設けられ、更に、前記ヒータ室内に抵抗発熱体を形成する材質に対して、不活性なガスを導入、あるいは流通させる機構が設けられ、前記温度制御機構は、前記ウエハ処理室の上壁面側に設けられたヒータ室の上面壁板の外側に一の赤外線温度センサーを配置すると共に、前記ウエハ処理室の底壁面側に設けられたヒータ室の底面壁板の外側に、他の赤外線温度センサーを配置し、前記赤外線温度センサーによって、前記カーボン筒を通過する赤外線を測定することによってウエハの表裏面の温度を検出し、前記ウエハの表裏面の温度検出値に応じて、前記抵抗発熱体を制御することを特徴とするウエハ熱処理装置が提供される。
【０００９】
ここで、前記熱処理用加熱装置に用いられる抵抗発熱体が炭化珪素コートカーボンあるいはガラス状カーボンからなる発熱体であることが望ましい。
また、前記ヒータ室には、前記温度センサーの赤外線が通過する孔が形成され、前記孔を形成する側壁によってヒータ室は閉じられていることが望ましく、前記孔を形成する側壁の外面には、カーボン筒が設けられていることが望ましい。
更に、前記ヒータ室内に抵抗発熱体を形成する材質に対して、不活性なガスを導入、あるいは流通させる機構が設けられていることが望ましい。
また、前記温度制御機構は、ウエハ温度をウエハ処理室外に設置した赤外線温度センサーにより直接測定し、前記測温値をフィードバックして、抵抗発熱体の発熱量を制御するシステムを備えることが望ましい。
【００１０】
また本発明によれば、上記熱処理装置を用いた熱処理方法において、前記ウエハ熱処理装置を使用し、珪素に対し不活性な雰囲気下に、温度６００乃至１２００℃、圧力０．２乃至７６０Ｔｏｒｒでウエハを熱処理することを特徴とするウエハの熱処理方法が提供される。
ここで、前記ウエハ熱処理装置のウエハ処理室内に珪素に対し不活性なガスを、流量０．２乃至２００ｌ／ｍｉｎの範囲で流通させることが望ましい。
【００１１】
本発明のウエハ熱処理装置は、ウエハ熱処理用加熱源として、従来の装置に使用されている赤外線ランプに替え、ＳｉＣコートカーボンやガラス状カ−ボンから作製された抵抗発熱体を用い、これを処理室の上下隔壁面の外側からウエハ処理室を挟むように配設し、更に、載置ウエハの面内域では放射熱密度が均一となるように抵抗発熱体の抵抗値分布を設定し、面外域においてはウエハの外周部からの熱放散が相殺されるよう面内域より熱密度を高く設定した点に顕著な特徴を有するものである。
このように本発明の熱処理装置は赤外ランプが用いられていないため、既に前記したように、ウエハの温度測定方式として、ウエハの放射赤外線量検知による非接触的温度測定方式を採用しても、ランプの発光赤外線の影響を受けることがなく、正確かつ再現性良く温度検知測定ができ、しかもこの方式では熱電対方式に比較して応答速度が迅速であるので、結果として熱処理温度制御性に極めて優れている。更に、載置ウエハの面内域では放射熱密度が均一となるように抵抗発熱体の抵抗値分布を設定し、面外域においてはウエハの外周部からの熱放散が相殺されるよう面内域より熱密度を高く設定しているため、ウエハをより均一な温度で熱処理することができる。
【００１２】
また、反射板の設置を必要としないため、従来装置においてしばしば生ずる反射面経時劣化によるトラブルがなく、またランプ切れ等によるトラブルが回避できる等、使用安定性、耐久性にも優れている。
更に、従来装置のように、赤外線ランプ端子の酸化防止のための、ランプ自体の冷却のための空冷装置を必要としない等、従来装置に比較して構造が簡単であるため、安価に製作できるだけでなく、冷却装置等に要する電力が不要となるため、装置全体としてのエネルギー効率に優れ、稼働コストも安価に抑えることができる。
【００１３】
前記載置ウエハの面内域における発熱体の抵抗値は、ウエハの中心部に対応する位置から外周部に対応する位置にいくにつれて、徐々に高くなるように設定されているため、ウエハをより均一な温度で熱処理することができる。
また、ウエハを収容載置したウエハ処理室と、抵抗発熱体とが分離され、更にＳｉＣコートカーボンやガラス状カ−ボンから作製された抵抗発熱体を用いているため、ウエハ汚染の心配がない。また抵抗発熱体が配置されているヒ−タ室内に不活性なガスが導入されているため、発熱体の寿命を長くすることができる。更に、温度センサ−をウエハ処理室外に設置したため、ウエハの汚染を防止することができる。
【００１４】
本発明の熱処理装置を用い、所定の熱処理条件（熱処理温度：６００乃至１２００℃、圧力０．２乃至７６０Ｔｏｒｒ、流通不活性ガス（水素）０．２乃至２００ｌ／ｍｉｎ等）で処理したウエハを用いて気相成長反応に依り気相成長膜を形成させた積層ウエハは、気相成長後ヘイズ濃度が低く、ＬＰＤ（ウエハ表面レーザー散乱体）個数も少なく気相成長膜積層ウエハとして極めて高品質のものが得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に基づき本発明をより具体的に説明する。
図１は、本発明の熱処理装置の一例を示す概念図であって、熱処理装置１は、ウエハ処理室２と、ヒータ室３ａ、３ｂと、前記ヒータ室３ａ、３ｂ内に設けられた抵抗発熱体１０と、温度センサー４等を含む温度制御機構（温度センサー以外図示せず）、ガス供給装置５、ガス排出装置６を含むガス供給、排気機構を備えている。
前記ウエハ処理室２には、従来の装置と同様、ウエハ７を載置し、回転可能に支持するウエハホルダー８と、ウエハホルダー８に対して、ウエハ７を搬入、搬出するための昇降機９が設けられている。
なお、前記ウエハホルダー８は、ウエハ処理室２の略中央に配置され、また、図示しないがウエハ処理室２には、前記ガス供給装置５から珪素に不活性なガス（水素、アルゴン等）を導入する導入口と、ガス排出装置（６）に通ずるガス排出口が設けられている。
【００１６】
また、ヒータ室３ａ、３ｂ内には、抵抗発熱体１０として２種類の抵抗発熱体１０ａ、１０ｂが配置されている。前記抵抗発熱体１０ａは、ウエハ７面にほぼ平行に、ウエハホルダー８に載置されたウエハの外周縁（面域内）まで配置され、また前記抵抗発熱体１０ｂは、ウエハ７面にほぼ平行に、かつウエハ面外域に配置されている。この抵抗発熱体１０ｂは、面内域に配置される抵抗発熱体１０ａよりも高い熱密度放射が可能なように設定されている。また、前記抵抗発熱体１０は夫々加熱電源（１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ）に接続され、その出力は、温度制御装置によりコントロールされる。
【００１７】
前記抵抗発熱体１０ａは、その断面が矩形形状をなし、その平面はうず巻き形状をなしている。そしてまた抵抗発熱体１０ａは、載置ウエハの面内域においては放射熱密度が均一となるように発熱体の抵抗値分布が設定されている。
即ち、面内域における発熱体１０ａの抵抗値は、ウエハの中心部に対応する位置から外周部に対応する位置にいくにつれて、徐々に高くなるように設定されている。
また、前記抵抗発熱体１０ｂは、その断面が矩形形状をなし、その平面はリング状形状をなしている。この抵抗発熱体１０ｂは、前記したように面内域に配置される抵抗発熱体１０ａよりも高い熱密度放射が可能なように設定されている。この抵抗発熱体１０ａよりも高い熱密度放射を得るための構成としては、例えば、抵抗発熱体１０ｂの抵抗値を面内域における発熱体１０ａの抵抗値よりも大きく設定することが考えられる。
【００１８】
また、ヒータ室３ａ、３ｂの照射壁板（上部ヒータ室３ａにおいては下面壁板３１ａ、下部ヒータ室３ｂにおいては上面壁板３１ｂ）及びウエハ処理室２の上、下面壁板２ａ、２ｂは、赤外透過性材質、通常、石英ガラスで形成される。
更に、温度センサー４は、ヒータ室３ａ、３ｂの外部側に配置され、例えば、図３に示すような構造態様に配設される。図３に示すように、ヒータ室３ａには赤外線が通過する孔３２ａが形成され、ヒータ室３ａは側壁３３ａによって閉じられている。この側壁３３ａの外面には、カ−ボン筒（黒体筒）１３が設けられ、抵抗発熱体１０からの放射熱の影響を極力抑制している。このような構成によって、ウエハ処理室２の外部からウエハ７自体の温度を非接触的に測定することができる。
【００１９】
本発明の熱処理装置において、温度制御機構は、必ずしもこれに限定されるものではないが、例えば、図２にブロック図として示したようなシステムが好適に採用される。
この図に示された温度制御機構においては、ウエハ７の温度を温度センサ−４によって測定された温度検出値と、温度指令値がＰＩＤ調節器１４に入力される。このＰＩＤ調節器１４は、Ｐ動作（比例動作）、Ｉ動作（積分動作）、Ｄ動作（微分動作）の加算等を行った制御信号を出力するものであって、温度検出値に応じてサイリスタ（ＳＣＲ）１５に対して、制御出力を送出し、サイリスタ（ＳＣＲ）１５は前記出力に応じた電力出力をトランス１６に送出し、ヒ−タ１０の発熱体出力制御を行うように構成されている。
このように、この温度制御機構はフィ−ドバック回路から構成されているため、ウエハ処理室の温度を一定に保つことができる。
【００２０】
各ヒ−ター室の発熱体出力制御は、処理室内のウエハ表裏の温度差を極小化するため通常上下室独立に制御する方式が採用される。また、制御のための指標となる検出温度をウエハ自身の検出温度に替えてヒータ温度を用いて制御する方式を採用しても良いが、温度制御の正確を期するにはウエハ自身の温度を検出するのが良い。
【００２１】
本発明の装置のウエハ加熱源として用いる抵抗発熱体としては、ＳｉＣコートカーボン、ガラス状カーボン、パイロリティックカーボン、焼結ＳｉＣ、炭素繊維等より作製された発熱体乃至発熱素子が例示でき、これらの内でも、ＳｉＣコートカーボン、ガラス状カーボンから作製された発熱体が好適である。
発熱体の形状、サイズは特に限定されるものではなく、ウエハーを均一に、かつ所定温度に加熱できる形状、サイズであればよいが、通常その断面が板状形状のものが用いられ、例えば、長方形、円形、楕円形板等の他円環状、楕円環状等の板状発熱体を用いることもできる。
【００２２】
本発明の装置おいては、ウエハの面内域を加熱する抵抗発熱体１０ａと、その外面域を加熱する発熱体とは、別仕様、即ち、面外域加熱用の抵抗発熱体１０ｂは、面内域のそれに比べて高出力で、熱密度の高い熱線放射が可能な仕様の発熱体を使用することがより好ましい。
【００２３】
このウエハ面外域の熱密度は、ウエハの外周端部からの熱放散が相殺されるよう面内域より高く調節設定され、その程度は、装置サイズ、形状、操作温度、圧力、流通ガスの流量、その他諸条件により異なり、それらを勘案して調節されるが、通常、面内域の平均熱密度より１０乃至５０％程度高く設定される。
上記のように構成された本発明のウエハ熱処理装置は、赤外線ランプを用いた従来の装置に比較して高速に昇温できる利点をも有する。
【００２４】
本発明の熱処理装置１を用いて、ウエハ７の熱処理を実施するには、熱処理すべきウエハ７を昇降機９を用いてウエハホルダー８上の所定位置に載置し、好ましくは、水素、アルゴン、ネオン等珪素に対し不活性なガスを流通させながら温度６００乃至１２００℃、圧力０．２乃至７６０Ｔｏｒｒ、不活性ガス流通下に処理する場合には、ガス流量０．２乃至２００ｌ／ｍｉｎ、の条件下に、ウエハ表面に自然酸化により生成した酸化膜等の夾雑物がほぼ完全に除去できるまで、通常約０．２５乃至６０分熱処理する。
【００２５】
この熱処理温度が６００℃未満であると、酸化膜除去に時間がかかり過ぎ、一方、１２００℃を越えると使用部材である石英ガラス等の軟化点に近づくため部材の変形等を招来し好ましくない。
また圧力が０．２Ｔｏｒｒ以下では、処理室等に耐圧性を持たせるために石英ガラス等の肉厚を厚くしなければ成らず、熱線透過率の観点から好ましくなく、排気真空ポンプの容量、排気速度等が大きくなる。
一方、７６０Ｔｏｒｒを越えた場合も耐圧性の関係から石英ガラス肉厚を厚くすることが必要となり、また、ウエハ表面の自然酸化膜を除去するのに時間がかかる。
不活性ガス流量が０．２ｌ／ｍｉｎ未満の場合には、酸化膜除去により時間がかかり、２００ｌ／ｍｉｎを越えると真空ポンプ排気量が増加する。
【００２６】
本発明のウエハ熱処理装置は、例えば、枚葉式気相成長装置と組合せて連続処理することもできる。
このような連続処理においては、ウエハを大気中に曝すことをほぼ完全に回避することができるため、ウエハ表面の自然酸化膜が完全に除去された状態のウエハ表面に気相成長膜を形成でき良質の積層薄膜を形成する上で好都合である。
この時、熱処理装置のウエハ処理室が水素雰囲気ある場合は、ウエハ表面に水素がターミネートした状態のまま気相成長を開始することができ、これにより気相成長後のウエハ表面のヘイズ濃度を低下させることができると共に、ＬＰＤ（ウエハ表面レーザー散乱体）としてカウントされる結晶欠陥の個数を低減させることができる。
【００２７】
【実施例】
「実施例１」
ウエハ加熱用の抵抗発熱体として、ＳｉＣコ−トカ−ボンヒ−タを、温度検出器として図３に示す赤外線温度計を、それぞれ配備した図１に示す本発明のウエハ熱処理装置を用い、ウエハを載置した状態で、温度１０００℃、圧力４０Ｔｏｒｒ，アルゴンガス雰囲気下での装置の温度制御性（温度応答性、温度再現性）、所要電力量及びウエハ面温度分布を調べた。
その結果を表１に示す。
「実施例２」
発熱体として、ガラス状カ−ボン（ＧＣ）ヒ−タ−用いた以外は、実施例１と同様の装置を用い、実施例１と同様の条件で、装置の温度制御性、所要電力量、ウエハ面温度分布を評価した。
その結果を表１に示す。
【００２８】
「比較例１」
ウエハ加熱に、赤外線ランプを、温度検出器として図５に示す赤外線温度計を、それぞれ備えた図４に示す従来のウエハ熱処理装置を用い、ウエハを載置した状態で、温度１０００℃、圧力７６０Ｔｏｒｒ，アルゴンガス雰囲気下での装置の温度制御性（温度応答性、温度再現性）及びウエハ面温度分布を調べた。
その結果を表１に示す。
「比較例２」
温度検出器として図６に示す熱電対温度計を用いた以外は、比較例１と同様の公知装置を用い、実施例１と同様の条件で、装置の温度制御性、所要電力量、ウエハ面温度分布を評価した。
その結果を表１に示す。
【００２９】
「実施例３乃至実施例６」
実施例１のウエハ熱処理装置に枚葉式気相成長装置を組み合わせ連結した複合装置を作製し、この装置を用いて、温度６００乃至１２００℃、圧力０．２乃至７６０Ｔｏｒｒ，水素ガス流通量０．２乃至２００ｌ／ｍｉｎの範囲内で各々下記表２に示した条件で各ウエハ（実施例１乃至６）を熱処理し、処理後のウエハを大気中に曝すことなく、枚葉式気相成長装置内に移送しそれぞれの熱処理ウエハの表面上に気相成長膜を形成させた。
次いで、各々の気相成長膜形成後の積層ウエハについて、ヘイズ濃度、ウエハ表面レ−ザ−散乱体個数（ＬＰＤ：０．１３５μｍ以上）を測定評価した。
その結果を表２に示す。
なお、参考例として、熱処理を行わない場合のヘイズ濃度、ウエハ表面レ−ザ−散乱体個数（ＬＰＤ：０．１３５μｍ以上）の測定結果を合わせて表２に示す。
【００３０】
【表１】

【００３１】
【表２】

【００３２】
【発明の効果】
本発明のウエハ熱処理装置は、温度制御性、経時安定性、使用耐久性に優れ、ウエハの汚染がほとんどない等多くの利点を有する。
しかも、従来装置のような赤外ランプ冷却装置や複雑な構造の反射板等の設置を要せず構造が簡単で安価に製作でき、かつ所要電力も少なくてすむ等数多くの利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明のウエハ熱処理装置の実施形態を示す概略図である。
【図２】図２は、本発明のウエハ熱処理装置に用いられる温度制御機構の一例を示すブロック図である。
【図３】図３は、本発明のウエハ熱処理装置における温度センサ−の取付け状態の一例を示す概略断面図である。
【図４】図４は、従来の赤外線ランプ使用したウエハ熱処理装置を示す概略図である。
【図５】図５は、従来の赤外線ランプ使用したウエハ熱処理装置における温度センサ−（赤外線温度センサ−）の取付け状態の一例を示す図である。
【図６】図６は、従来の赤外線ランプ使用したウエハ熱処理装置における温度センサ−（熱電対）の取付け状態を示す図である。
【符号の説明】
１熱処理装置
２ウエハ処理室
３ａ，３ｂヒ−タ−室（上、下）
４温度センサ−
５ガス供給装置
６ガス排出装置
７ウエハ
８ウエハホルダ−
９昇降機
１０抵抗発熱体
１１ａ、１１ｂ加熱電源
１２ｃ、１２ｄ加熱電源
１３カ−ボン筒（黒体筒）
１４ＰＩＤ調節器
１５サイリスタ
１６トランス
２０熱処理装置
２１ウエハ
２２ウエハ処理室
２３ウエハホルダ−
２４赤外線ランプ
２５反射板
２６ランプ冷却機構[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a wafer heat treatment apparatus and a wafer heat treatment method using the same, and more specifically, is used for heat treatment of thin film laminated wafers such as epitaxial wafers, and has excellent temperature controllability, stability over time, and durability for use. And a wafer heat treatment method using the same.
[0002]
[Prior art]
In general, a wafer used for semiconductor manufacturing or the like removes impurities such as an oxide film generated by natural oxidation of the surface, and forms a thin film such as a vapor deposition film on a wafer made of a clean silicon surface. Since it is necessary, the wafer is usually heat-treated before the thin film forming process.
Conventionally, as this wafer heat treatment apparatus, a radiant heating type apparatus using an infrared lamp as a heating source as shown in FIG. 4 is generally used.
The heat treatment apparatus 20 includes a wafer processing chamber 22 that heat-treats the wafer 21, a wafer holder 23 that is disposed in the wafer processing chamber 22 and rotatably supports the wafer 21 by a motor M, A plurality of infrared lamps 24 that are arranged outside the wafer processing chamber 22 and radiantly heat the wafer processing chamber 22 and heat from the infrared lamp 24 are intensively irradiated toward the wafer. The reflector 25 is formed behind and a lamp cooling mechanism (for example, a blower 26) that cools the infrared lamp 24 and prevents the lamp 24 from overheating.
[0003]
Although not shown in FIG. 4, the wafer processing chamber 22 is provided with an introduction port for introducing an inert gas (hydrogen, argon, etc.) into the silicon from the gas supply device, and a gas discharge port leading to the gas discharge device. It has been.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in this conventional wafer heat treatment apparatus, a lamp cooling mechanism such as a blower or a cooler is indispensable to prevent oxidation of the infrared lamp terminal part due to high heat and to cool the infrared lamp itself. There was a technical problem of increasing the In addition, since the infrared rays from the lamp are intensively applied to the wafer, it is indispensable to install a reflector, and there is a technical problem that the apparatus configuration becomes very complicated.
In addition, the reflection surface of the reflection plate is gradually oxidized with time, and particularly when used for a long period of time, the infrared reflectance is attenuated, resulting in an increase in power consumption due to a decrease in energy efficiency. . Further, when the temperature adjustment is based on the output control of the infrared lamp, the reproducibility of the adjustment temperature is low, and it is difficult to control the heat treatment temperature within a predetermined temperature range.
Furthermore, in this type of apparatus, a large number of infrared lamps are arranged, and the progress of deterioration of the individual lamps is not necessarily uniform, so that there is a problem that accurate temperature control by output control becomes more difficult.
[0005]
Further, this apparatus is usually provided with a multi-zone temperature control control mechanism, and for the heat treatment temperature control, for example, a method of feeding back the detected temperature and adjusting the output of an infrared lamp as a heating source is adopted. In this temperature detection, as shown in FIG. 5, it is conceivable to perform temperature measurement in a non-contact manner using an infrared detection type temperature sensor -27.
However, since the radiation heating type apparatus using an infrared lamp is greatly affected by the emitted infrared rays of the lamp itself, accurate non-contact temperature measurement by the infrared detection method is very difficult. As a practical problem, a temperature control method using an output control program determined empirically is used, and its controllability is not always sufficient.
[0006]
On the other hand, as shown in FIG. 6, it is conceivable to perform contact temperature measurement using the thermocouple 28 as a temperature sensor.
However, since the thermocouple 28 cannot be brought into direct contact with the wafer 21, actually, as shown in FIG. 6, the thermocouple 28 is arranged on the lower surface, outer peripheral lower surface, and outer peripheral side surface of the wafer holder 23, and the location Therefore, it is necessary to indirectly control the wafer temperature. In addition, the thermocouple itself is somewhat low in response, and the indirect detection method based on the temperature detection of the wafer holder is not sufficient to follow the actual temperature change of the wafer and the temperature controllability is not necessarily satisfactory. is not. Furthermore, since the thermocouple is installed in the same environment as the wafer, it may contaminate the wafer.
[0007]
As a result of various studies to improve the problems of the conventional wafer heat treatment apparatus described above, the present inventors have used a resistance heating element made of SiC-coated carbon or glassy carbon as a heating source instead of an infrared lamp. Then, it is found that by setting this in a specific configuration arranged in a specific arrangement state with respect to the wafer processing chamber, all the problems of the conventional wafer heat treatment apparatus described above can be solved, and the present invention is completed based on this knowledge. It came to.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a wafer heat treatment apparatus that is excellent in temperature controllability, stability over time, and durability for use, does not contaminate the wafer, has a simple structure, and can be manufactured at low cost.
Another object of the present invention is to provide a wafer heat treatment method using the above apparatus.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, a wafer processing chamber containing and mounting a wafer to be heat-treated and having an inner atmosphere inert to silicon, a heat treatment heating apparatus for heating the wafer in the wafer processing chamber, and the heating In a wafer heat treatment apparatus having at least a temperature control mechanism for controlling the temperature of the apparatus, at least the upper surface wall plate and the lower surface wall plate of the wafer processing chamber are formed of an infrared transmitting material, and the heat treatment heating device serves as a heat source. the resistance heating element is used, the resistive heating element, so as to sandwich the upper wall surface and the bottom wall of the wafer processing chamber from the outside, separate from the wafer processing chamber, are arranged, the two upper heater chamber and a lower heater chamber The resistance heating elements disposed in the respective heater chambers are arranged in parallel to the wafer surface and in the wafer surface area. A second resistance heating element disposed outside the wafer surface substantially parallel to the wafer surface, and the resistance value of the first resistance heating element corresponds to the outer peripheral portion from a position corresponding to the wafer central portion. The resistance value of the second resistance heating element is set to be gradually higher as it goes to the position, and the resistance value of the second resistance heating element is set larger than the resistance value of the first resistance heating element. In the in-plane area, the resistance value distribution of the heating element is set so that the radiant heat density is uniform, and in the out-of-plane area, the heat density from the in-plane area is offset so that the heat dissipation from the outer periphery of the wafer is offset. Among the wall plates forming the heater chamber, the lower wall plate of the upper heater chamber and the upper wall plate of the lower heater chamber are formed of an infrared transmitting material, and the heater chamber has the temperature A hole through which the sensor's infrared light passes Made, the heater chamber is closed by a side wall forming the hole, the outer surfaces of the side walls forming the pores, the carbon tube is provided, further, with respect to the material forming the resistance heating element in the heater chamber A mechanism for introducing or circulating an inert gas is provided, and the temperature control mechanism is arranged with one infrared temperature sensor outside the upper wall plate of the heater chamber provided on the upper wall surface side of the wafer processing chamber. In addition, another infrared temperature sensor is disposed outside the bottom wall plate of the heater chamber provided on the bottom wall surface side of the wafer processing chamber, and infrared rays passing through the carbon cylinder are measured by the infrared temperature sensor. Thus , a wafer heat treatment apparatus is provided, wherein the temperature of the front and back surfaces of the wafer is detected, and the resistance heating element is controlled in accordance with a temperature detection value of the front and back surfaces of the wafer. Is done.
[0009]
Here, the resistance heating element used in the heating apparatus for heat treatment is preferably a heating element made of silicon carbide coated carbon or glassy carbon.
Also, the heater chamber is preferably formed with a hole through which infrared rays of the temperature sensor pass, and the heater chamber is preferably closed by a side wall forming the hole, and on the outer surface of the side wall forming the hole, It is desirable that a carbon cylinder be provided.
Furthermore, it is desirable to provide a mechanism for introducing or distributing an inert gas to the material forming the resistance heating element in the heater chamber.
The temperature control mechanism preferably includes a system that directly measures the wafer temperature by an infrared temperature sensor installed outside the wafer processing chamber, feeds back the temperature measurement value, and controls the heat generation amount of the resistance heating element.
[0010]
According to the invention, in the heat treatment method using the heat treatment apparatus, the wafer heat treatment apparatus is used, and a wafer is formed at a temperature of 600 to 1200 ° C. and a pressure of 0.2 to 760 Torr in an inert atmosphere with respect to silicon. A method for heat-treating a wafer is provided.
Here, it is desirable that a gas inert to silicon is circulated in the wafer processing chamber of the wafer heat treatment apparatus at a flow rate of 0.2 to 200 l / min.
[0011]
The wafer heat treatment apparatus of the present invention uses a resistance heating element made of SiC-coated carbon or glassy carbon instead of an infrared lamp used in a conventional apparatus as a heat source for wafer heat treatment, and processes this. The resistance heating element distribution is set so that the radiant heat density is uniform in the in-plane area of the mounted wafer. The outer area has a remarkable feature in that the heat density is set higher than the in-plane area so that the heat dissipation from the outer peripheral portion of the wafer is offset.
As described above, since the heat treatment apparatus of the present invention does not use an infrared lamp, as described above, a non-contact temperature measurement method based on detection of the amount of infrared radiation from a wafer may be adopted as a wafer temperature measurement method. The temperature detection measurement can be performed accurately and with good reproducibility without being affected by the emitted infrared rays of the lamp, and the response speed is faster in this method compared to the thermocouple method. Very good. Furthermore, the resistance value distribution of the resistance heating element is set so that the radiant heat density is uniform in the in-plane area of the mounted wafer, and in the in-plane area, the heat dissipation from the outer periphery of the wafer is offset in the out-of-plane area. Since the heat density is set higher, the wafer can be heat-treated at a more uniform temperature.
[0012]
In addition, since there is no need to install a reflecting plate, there is no trouble due to deterioration of the reflecting surface with time, which often occurs in conventional devices, and troubles due to lamp breakage can be avoided.
Furthermore, unlike the conventional device, it does not require an air cooling device for cooling the lamp itself to prevent oxidation of the infrared lamp terminal. In addition, since the electric power required for the cooling device or the like is not necessary, the energy efficiency of the entire device is excellent, and the operation cost can be kept low.
[0013]
Since the resistance value of the heating element in the in-plane area of the mounting wafer is set to gradually increase from the position corresponding to the central portion of the wafer to the position corresponding to the outer peripheral portion, Heat treatment can be performed at a uniform temperature.
Further, the wafer processing chamber in which the wafer is placed and placed is separated from the resistance heating element, and the resistance heating element made of SiC-coated carbon or glassy carbon is used, so there is no concern about wafer contamination. . In addition, since an inert gas is introduced into the heater chamber in which the resistance heating element is disposed, the life of the heating element can be extended. Further, since the temperature sensor is installed outside the wafer processing chamber, contamination of the wafer can be prevented.
[0014]
Using a wafer processed using the heat treatment apparatus of the present invention under predetermined heat treatment conditions (heat treatment temperature: 600 to 1200 ° C., pressure 0.2 to 760 Torr, flow inert gas (hydrogen) 0.2 to 200 l / min, etc.). Thus, a laminated wafer having a vapor-deposited film formed by a vapor-deposition reaction has a low haze concentration after vapor-deposition and a small number of LPD (wafer surface laser scatterers), which is extremely high quality as a vapor-deposited film laminated wafer. Things are obtained.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating an example of a heat treatment apparatus according to the present invention. The heat treatment apparatus 1 includes a wafer processing chamber 2,

heater chambers

3a and 3b, and resistance heating provided in the

heater chambers

3a and 3b. A body 10 and a temperature control mechanism (not shown other than the temperature sensor) including a temperature sensor 4 and the like, a gas supply device 5 and a gas supply and exhaust mechanism including a gas discharge device 6 are provided.
In the wafer processing chamber 2, as in the conventional apparatus, a wafer holder 8 on which the wafer 7 is placed and rotatably supported, and an elevator 9 for loading and unloading the wafer 7 with respect to the wafer holder 8 are provided. Is provided.
The wafer holder 8 is disposed at the approximate center of the wafer processing chamber 2, and although not shown, a gas (hydrogen, argon, etc.) inert to silicon is supplied to the wafer processing chamber 2 from the gas supply device 5. An introduction port for introduction and a gas discharge port communicating with the gas discharge device (6) are provided.
[0016]
In addition, two types of

resistance heating elements

10 a and 10 b are arranged as resistance heating elements 10 in the

heater chambers

3 a and 3 b. The resistance heating element 10a is disposed substantially parallel to the surface of the wafer 7 up to the outer peripheral edge (inside the surface area) of the wafer placed on the wafer holder 8, and the resistance heating element 10b is approximately parallel to the surface of the wafer 7. And located outside the wafer surface. The resistance heating element 10b is set so as to be able to emit a higher heat density than the resistance heating element 10a disposed in the in-plane region. The resistance heating elements 10 are connected to heating power sources (11a, 11b, 12a, 12b), respectively, and their outputs are controlled by a temperature control device.
[0017]
The resistance heating element 10a has a rectangular cross section, and a spiral surface. In the resistance heating element 10a, the resistance value distribution of the heating element is set so that the radiant heat density is uniform in the in-plane region of the mounting wafer.
That is, the resistance value of the heating element 10a in the in-plane region is set to gradually increase from the position corresponding to the central portion of the wafer to the position corresponding to the outer peripheral portion.
The resistance heating element 10b has a rectangular cross section and a ring shape on the plane. As described above, the resistance heating element 10b is set so as to be able to emit a higher heat density than the resistance heating element 10a disposed in the in-plane region. As a configuration for obtaining heat density radiation higher than that of the resistance heating element 10a, for example, the resistance value of the resistance heating element 10b may be set larger than the resistance value of the heating element 10a in the in-plane region.
[0018]
Further, the irradiation wall plates of the

heater chambers

3a and 3b (the lower wall plate 31a in the upper heater chamber 3a and the upper wall plate 31b in the lower heater chamber 3b) and the upper and

lower wall plates

2a and 2b of the wafer processing chamber 2 are: It is formed of an infrared transmitting material, usually quartz glass.
Further, the temperature sensor 4 is disposed outside the

heater chambers

3a and 3b, and is disposed, for example, in a structure as shown in FIG. As shown in FIG. 3, a hole 32a through which infrared rays pass is formed in the heater chamber 3a, and the heater chamber 3a is closed by a side wall 33a. A carbon cylinder (black body cylinder) 13 is provided on the outer surface of the side wall 33a to suppress the influence of radiant heat from the resistance heating element 10 as much as possible. With such a configuration, the temperature of the wafer 7 itself can be measured from the outside of the wafer processing chamber 2 in a non-contact manner.
[0019]
In the heat treatment apparatus of the present invention, the temperature control mechanism is not necessarily limited to this, but, for example, a system as shown as a block diagram in FIG. 2 is preferably employed.
In the temperature control mechanism shown in this figure, the temperature detection value obtained by measuring the temperature of the wafer 7 by the temperature sensor 4 and the temperature command value are input to the PID controller 14. The PID adjuster 14 outputs a control signal obtained by adding a P operation (proportional operation), an I operation (integration operation), a D operation (differentiation operation), and the like. (SCR) 15 is configured to send a control output, and thyristor (SCR) 15 is configured to send a power output corresponding to the output to transformer 16 to control heating element output of heater 10. Yes.
As described above, since the temperature control mechanism is constituted by the feedback circuit, the temperature of the wafer processing chamber can be kept constant.
[0020]
In order to minimize the temperature difference between the front and back of the wafer in the processing chamber, the heating element output control in each heater chamber is usually controlled independently from the upper and lower chambers. In addition, a method may be adopted in which the detection temperature, which serves as an index for control, is controlled using the heater temperature instead of the detection temperature of the wafer itself. It is good to detect.
[0021]
Examples of the resistance heating element used as the wafer heating source of the apparatus of the present invention include heating elements or heating elements made of SiC coated carbon, glassy carbon, pyrolytic carbon, sintered SiC, carbon fiber, etc. Of these, heating elements made of SiC-coated carbon and glassy carbon are suitable.
The shape and size of the heating element are not particularly limited, and any shape and size that can heat the wafer uniformly and to a predetermined temperature may be used. Other plate-like heating elements such as a rectangular shape, a circular shape, an elliptical shape plate, etc. can be used.
[0022]
In the apparatus of the present invention, the resistance heating element 10a for heating the in-plane area of the wafer and the heating element for heating the outer surface area have different specifications, that is, the resistance heating element 10b for heating the out-of-plane area has a surface. It is more preferable to use a heating element with a specification that is capable of emitting heat rays with high output and high heat density compared to that in the inner region.
[0023]
The heat density in the outer area of the wafer is adjusted and set higher than that in the in-plane area so that the heat dissipation from the outer peripheral edge of the wafer is offset, and the extent is the size, shape, operating temperature, pressure, and flow rate of the flow gas. Although it varies depending on other conditions and is adjusted in consideration of these, it is usually set to be about 10 to 50% higher than the average heat density in the in-plane region.
The wafer heat treatment apparatus of the present invention configured as described above also has an advantage that the temperature can be increased at a higher speed than the conventional apparatus using an infrared lamp.
[0024]
In order to perform the heat treatment of the wafer 7 using the heat treatment apparatus 1 of the present invention, the wafer 7 to be heat-treated is placed at a predetermined position on the wafer holder 8 by using an elevator 9, preferably hydrogen, argon, In the case where treatment is performed under a temperature of 600 to 1200 ° C., a pressure of 0.2 to 760 Torr, and an inert gas flow while flowing an inert gas such as neon, a gas flow rate of 0.2 to 200 l / min. Below, heat treatment is usually performed for about 0.25 to 60 minutes until contaminants such as an oxide film generated by natural oxidation on the wafer surface can be almost completely removed.
[0025]
If the heat treatment temperature is less than 600 ° C., it takes too much time to remove the oxide film. On the other hand, if it exceeds 1200 ° C., it tends to approach the softening point of quartz glass or the like, which is a member to be used.
If the pressure is 0.2 Torr or less, the thickness of the quartz glass or the like must be increased in order to give pressure resistance to the processing chamber or the like, which is not preferable from the viewpoint of heat ray transmittance. Speed etc. increase.
On the other hand, even if it exceeds 760 Torr, it is necessary to increase the thickness of the quartz glass because of pressure resistance, and it takes time to remove the natural oxide film on the wafer surface.
When the inert gas flow rate is less than 0.2 l / min, it takes time to remove the oxide film, and when it exceeds 200 l / min, the vacuum pump displacement increases.
[0026]
The wafer heat treatment apparatus of the present invention can be continuously processed in combination with, for example, a single wafer vapor phase growth apparatus.
In such continuous processing, exposure of the wafer to the atmosphere can be almost completely avoided, so that a vapor growth film can be formed on the wafer surface in a state where the natural oxide film on the wafer surface is completely removed. This is convenient for forming a high-quality laminated thin film.
At this time, if the wafer processing chamber of the heat treatment apparatus has a hydrogen atmosphere, vapor phase growth can be started while hydrogen is terminated on the wafer surface, thereby reducing the haze concentration on the wafer surface after vapor phase growth. In addition, the number of crystal defects counted as LPD (wafer surface laser scatterer) can be reduced.
[0027]
【Example】
Example 1
A wafer heat treatment apparatus of the present invention shown in FIG. 1 in which a SiC coater heater is used as a resistance heating element for heating the wafer, an infrared thermometer shown in FIG. In the mounted state, the temperature controllability (temperature responsiveness and temperature reproducibility) of the apparatus under a temperature of 1000 ° C., a pressure of 40 Torr, and an argon gas atmosphere, the required power amount and the wafer surface temperature distribution were examined.
The results are shown in Table 1.
"Example 2"
Except for using a glassy carbon (GC) heater as a heating element, the same apparatus as in Example 1 was used, and under the same conditions as in Example 1, the temperature controllability of the apparatus, the required electric energy, The wafer surface temperature distribution was evaluated.
The results are shown in Table 1.
[0028]
"Comparative Example 1"
A conventional wafer heat treatment apparatus shown in FIG. 4 equipped with an infrared lamp and a temperature detector shown in FIG. 5 as a temperature detector is used for heating the wafer, and the temperature is 1000 ° C. and the pressure is 760 Torr while the wafer is mounted. The temperature controllability (temperature responsiveness and temperature reproducibility) of the apparatus under the argon gas atmosphere and the wafer surface temperature distribution were investigated.
The results are shown in Table 1.
“Comparative Example 2”
Except for using the thermocouple thermometer shown in FIG. 6 as the temperature detector, a known apparatus similar to Comparative Example 1 is used, and the temperature controllability of the apparatus, required electric energy, and wafer surface are the same as in Example 1. The temperature distribution was evaluated.
The results are shown in Table 1.
[0029]
“Example 3 to Example 6”
A composite apparatus in which the wafer heat treatment apparatus of Example 1 is combined with a single-wafer vapor phase growth apparatus and connected is manufactured. Using this apparatus, a temperature of 600 to 1200 ° C., a pressure of 0.2 to 760 Torr, a hydrogen gas flow rate of 0. Each wafer (Examples 1 to 6) is heat-treated within the range of 2 to 200 l / min under the conditions shown in Table 2 below, and the single wafer type vapor phase growth apparatus without exposing the processed wafers to the atmosphere. The vapor phase growth film was formed on the surface of each heat-treated wafer.
Next, the haze concentration and the number of wafer surface laser scatterers (LPD: 0.135 μm or more) were measured and evaluated for each laminated wafer after formation of the vapor phase growth film.
The results are shown in Table 2.
As a reference example, Table 2 shows the measurement results of the haze concentration and the number of wafer surface laser scatterers (LPD: 0.135 μm or more) when heat treatment is not performed.
[0030]
[Table 1]

[0031]
[Table 2]

[0032]
【The invention's effect】
The wafer heat treatment apparatus of the present invention has many advantages such as excellent temperature controllability, stability over time, durability in use and almost no contamination of the wafer.
In addition, there are many advantages such as the need for an infrared lamp cooling device such as a conventional device, a reflector having a complicated structure, and the like that the structure is simple and can be manufactured at low cost and that less power is required.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of a wafer heat treatment apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing an example of a temperature control mechanism used in the wafer heat treatment apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of an attachment state of a temperature sensor in the wafer heat treatment apparatus of the present invention.
FIG. 4 is a schematic view showing a wafer heat treatment apparatus using a conventional infrared lamp.
FIG. 5 is a view showing an example of a mounting state of a temperature sensor (infrared temperature sensor) in a wafer heat treatment apparatus using a conventional infrared lamp.
FIG. 6 is a view showing a mounting state of a temperature sensor (thermocouple) in a wafer heat treatment apparatus using a conventional infrared lamp.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heat processing apparatus 2

Wafer processing chamber

3a, 3b Heater chamber (upper, lower)
4 Temperature sensor
5 Gas supply device 6 Gas discharge device 7 Wafer 8 Wafer holder
9 Elevator 10 Resistance heating element 11a, 11b

Heating power source

12c, 12d Heating power source 13 Carbon cylinder (black body cylinder)
14 PID adjuster 15 Thyristor 16 Transformer 20 Heat treatment apparatus 21 Wafer 22 Wafer processing chamber 23 Wafer holder
24 Infrared lamp 25 Reflector 26 Lamp cooling mechanism

Claims

A wafer processing chamber containing a wafer to be heat-treated and having an internal atmosphere inert to silicon, a heat treatment heating device for heating the wafer in the wafer processing chamber, and the temperature of the heating device are controlled. In a wafer heat treatment apparatus having at least a temperature control mechanism,
At least the upper surface wall plate and the lower surface wall plate of the wafer processing chamber are formed of an infrared transmitting material,
In the heating apparatus for heat treatment, a resistance heating element is used as a heat source,
The resistance heating elements are respectively disposed in two heater chambers , an upper heater chamber and a lower heater chamber , which are separated from the wafer processing chamber so as to sandwich the upper wall surface and the bottom wall surface of the wafer processing chamber from the outside. ,
The resistance heating elements disposed in the respective heater chambers are substantially parallel to the wafer surface, the first resistance heating elements disposed within the wafer surface area, and substantially parallel to the wafer surface, outside the wafer surface area. A second resistance heating element arranged,
The resistance value of the first resistance heating element is set to gradually increase from the position corresponding to the wafer central portion to the position corresponding to the outer peripheral portion, and the resistance of the second resistance heating element. By setting the value larger than the resistance value of the first resistance heating element, the resistance value distribution of the heating element is set so that the radiant heat density is uniform in the in-plane region of the mounting wafer. At the same time, in the out-of-plane area, the heat density is set higher than the in-plane area so that the heat dissipation from the outer periphery of the wafer is offset.
Of the wall plates forming the heater chamber, the lower wall plate of the upper heater chamber and the upper wall plate of the lower heater chamber are formed of an infrared transmitting material, and the infrared rays of the temperature sensor pass through the heater chamber. The heater chamber is closed by the side wall forming the hole, and a carbon cylinder is provided on the outer surface of the side wall forming the hole,
Furthermore, a mechanism for introducing or distributing an inert gas to the material forming the resistance heating element in the heater chamber is provided,
The temperature control mechanism includes a single infrared temperature sensor disposed outside an upper surface wall plate of a heater chamber provided on the upper wall surface side of the wafer processing chamber, and a heater provided on the bottom wall surface side of the wafer processing chamber. Place another infrared temperature sensor outside the bottom wall plate of the room,
The infrared temperature sensor detects the temperature of the front and back surfaces of the wafer by measuring the infrared light passing through the carbon cylinder, and controls the resistance heating element according to the temperature detection value of the front and back surfaces of the wafer. A wafer heat treatment apparatus.

The wafer heat treatment apparatus according to claim 1, wherein the resistance heating element used in the heating apparatus for heat treatment is a heating element made of silicon carbide coated carbon or glassy carbon.

Wherein the temperature control mechanism, wherein the directly measured by the infrared temperature sensor was installed wafer temperature wafer processing outside, by feeding back the detected temperature value, characterized in that it comprises a system for controlling the heating value of the resistance heating element The wafer heat treatment apparatus according to claim 1 or 2 .

In the heat treatment method using the wafer heat treatment apparatus according to any one of claims 1 to 3 ,
A method for heat-treating a wafer, characterized in that the wafer is heat-treated at a temperature of 600 to 1200 ° C. and a pressure of 0.2 to 760 Torr in an atmosphere inert to silicon using the wafer heat treatment apparatus.

5. The wafer heat treatment method according to claim 4, wherein a gas inert to silicon is circulated in a wafer treatment chamber of the wafer heat treatment apparatus in a flow rate range of 0.2 to 200 l / min.