JP2001257167A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】反応管の輻射熱を遮断することにより、前記反
応管内部の温度を安定化し、製品品質を高めると共に製
品ウェーハ領域を拡大して生産効率を向上し、且つダミ
ーウェーハ数を減少して製造コストを削減し、製品ウェ
ーハの汚染源を低減する。 【解決手段】反応管１４の少なくとも上部所要範囲を不
透明１６にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はシリコンウェーハ等
の基板から半導体素子を製造する半導体製造装置に関
し、特に反応室を画成する反応管の構造に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置はシリコンウェーハ表面
に薄膜を生成し、不純物の拡散、エッチング等の処理を
行う為の反応炉を具備している。又、半導体製造装置は
所要枚数のウェーハを一括して処理する縦型反応炉を具
備したバッチ式の半導体製造装置と、ウェーハを一枚若
しくは複数枚を個別に処理する反応炉を具備した枚葉式
の半導体製造装置がある。

【０００３】図２で示すものはバッチ式の従来の半導体
製造装置の反応炉を示している。

【０００４】反応室を画成する反応管１は有天筒状の容
器であり、石英等の透明な耐熱性材料により形成されて
いる。該反応管１は図示しないヒータベースに立設され
たヒータユニット２により囲繞されており、該ヒータユ
ニット２の内周面には図示しないヒータが設けられてい
る。該ヒータとしては抵抗加熱ヒータ、セラミックヒー
タ等が用いられる。

【０００５】前記反応管１は炉口フランジ３を介し図示
しないヒータベースに支持されており、前記炉口フラン
ジ３が炉口部を形成する。該炉口部は炉口蓋４により気
密に閉塞される様になっており、前記炉口蓋４は図示し
ないボートエレベータにより昇降可能に支持されてい
る。

【０００６】前記炉口蓋４にボート支持台５が設けら
れ、該ボート支持台５にボート６が乗置される。該ボー
ト６は中間部に製品ウェーハ領域７を有し、該製品ウェ
ーハ領域７に製品用のウェーハ８が１００〜１５０枚水
平姿勢で多段に装填される。前記製品ウェーハ領域７の
上に上部ダミーウェーハ領域９が設けられ、該上部ダミ
ーウェーハ領域９にダミーウェーハ１１が数十枚装填さ
れ、前記製品ウェーハ領域７の下に下部ダミーウェーハ
領域１２が設けられ、該下部ダミーウェーハ領域１２に
ダミーウェーハ１３が数十枚装填される。

【０００７】前記反応管１に反応ガス、置換用窒素ガス
を供給する為のガス供給管、ガス排気管及び真空排気ラ
イン（いずれも図示せず）が接続されている。

【０００８】前記ボート６が下降状態で、図示しないウ
ェーハ移載機により前記上部ダミーウェーハ領域９に前
記数十枚のダミーウェーハ１１が装填され、前記下部ダ
ミーウェーハ領域１２に前記数十枚のダミーウェーハ１
３が装填され、更に必要枚数例えば１５０枚のウェーハ
８が前記製品ウェーハ領域７に装填される。

【０００９】前記ボート６が前記ボート支持台５を介し
ボートエレベータ（図示せず）により前記反応管１に装
入され、前記炉口蓋４により前記炉口フランジ３が気密
に閉塞される。

【００１０】前記反応管１内部が真空排気ライン（図示
せず）により真空引され、前記ヒータユニット２に給電
され、該ヒータユニット２により前記反応管１を透して
前記ウェーハ８が所定の温度迄加熱される。

【００１１】前記反応管１内の上部及び下部は上方及び
下方への熱の放射がある為、温度が不安定な領域となっ
ており、炉内の均熱部分に前記製品ウェーハ領域７が対
応するように設定され、又前記製品ウェーハ領域７の上
方の上部ダミーウェーハ領域９により前記反応管１内上
部の温度が安定化され、又前記製品ウェーハ領域７下方
の下部ダミーウェーハ領域１２により前記反応管１内下
部の温度が安定化されている。

【００１２】図示しないガス供給管から反応ガスが前記
反応管１に供給され、前記反応ガスの加熱により反応生
成物が前記ウェーハ８の表面に堆積され、成膜される。
並行して前記反応管１は排気されており、反応後の前記
反応ガスはガス排気管（図示せず）により排気される。

【００１３】前記成膜の完了後、前記処理済ウェーハ８
が冷却され、前記反応管１から引出される。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】前記反応管１は全体が
透明な石英製である為、熱透過率が高く、前記ヒータに
より外側から効率よく加熱される反面、前記反応管１内
の蓄熱が輻射熱として外部に放射される。

【００１５】又、前記ヒータユニット２の天井部にはヒ
ータが設けられておらず、前記反応管１の頂部から前記
輻射熱が放射され易い状態にある。この為、前記反応管
１内の上部の温度は低下し易く、温度が不安定であり、
膜厚及び膜質が不均一になり、製品品質の低下、歩留り
の低下の原因となる虞れがある。

【００１６】その為、前記上部ダミーウェーハ領域９に
数十枚の前記ダミーウェーハ１１が装填され、前記上部
ダミーウェーハ領域９より下方の前記製品ウェーハ領域
７の温度の安定化が図られる。

【００１７】然し、前記ダミーウェーハ１１表面にも前
記ウェーハ８と同様に反応生成物が堆積され、成膜され
る。前記ダミーウェーハ１１は繰返し使用されるので、
使用回数が多くなると、処理の度に膜厚が厚くなり、剥
離し易く、又パーティクルとして発塵し易くなり、前記
ウェーハ８を汚染する原因となる虞れがある。

【００１８】その為、前記ダミーウェーハ１１は数十回
の使用後、廃棄され、新しいダミーウェーハ１１と交換
される。該ダミーウェーハ１１の品質は製品用の前記ウ
ェーハ８と同等であり、前記ダミーウェーハ１１は使用
枚数が多い為、製造コスト増加の一因となっている。

【００１９】更に、前記下部ダミーウェーハ領域１２に
も前記ダミーウェーハ１３が装填される為、前記ボート
６に於ける製品ウェーハ領域７が狭くなり、生産効率が
低下する原因となっていた。

【００２０】本発明は斯かる実情に鑑み、前記反応管の
輻射熱を遮断することにより、反応室上部の温度を安定
化し、反応室の製品ウェーハ領域を拡大して生産効率を
向上し、又ダミーウェーハ数を減少して製造コストを削
減し、製品ウェーハの汚染源を低減しようとするもので
ある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は、反応管の少な
くとも上部所要範囲を不透明にした半導体製造装置に係
るものである。

【００２２】反応管の少なくとも上部所要範囲が不透明
である為、不透明部分により輻射熱が遮断され、前記反
応管の蓄熱が前記反応管の上部から放射され難くなり、
前記反応管内上部の温度が安定化される。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態を説明する。

【００２４】尚、図１中、図２中と同等のものには同符
号を付してある。

【００２５】反応管１４は石英製等の耐熱性材料の有天
筒状の容器であり、前記反応管１４の胴体部は透明とな
っており、前記反応管１４の上部所要範囲に上部不透明
部１６が形成されている。不透明とする方法について
は、例えば、石英材の中に微細な空気を混入するか、石
英材の表面を粗面とする。前記上部不透明部１６は後述
するボート６が装入された際の該ボート６の上部と重な
る範囲以上に形成される。

【００２６】前記反応管１４の下部所要範囲にも同様に
下部不透明部１７が形成される。該下部不透明部１７は
後述するヒータユニット２から露出する部分に形成され
るが、前記下部不透明部１７の上部はヒータユニット２
に入り込んでもよい。

【００２７】前記反応管１４は図示しないヒータベース
に立設されたヒータユニット２により囲繞されており、
該ヒータユニット２の内周面には図示しないヒータが設
けられている。該ヒータとしては抵抗加熱ヒータ、セラ
ミックヒータ等が用いられる。

【００２８】前記反応管１４は炉口フランジ３を介し図
示しないヒータベースに支持されており、前記炉口フラ
ンジ３が炉口部を形成する。該炉口部は炉口蓋４により
気密に閉塞される様になっており、前記炉口蓋４は図示
しないボートエレベータにより昇降可能に支持されてい
る。前記炉口蓋４にボート支持台５が設けられ、該ボー
ト支持台５にボート６が乗置される。

【００２９】本実施の形態では上部ダミーウェーハ領域
９にダミーウェーハ１１が所要数（本実施の形態では十
数枚）装填され、下部ダミーウェーハ領域１２にダミー
ウェーハ１３が所要数（本実施の形態では十数枚）装填
される。

【００３０】前記反応管１４にガス供給管、ガス排気管
及び真空排気ライン（いずれも図示せず）が接続されて
いる。

【００３１】以下、作用について説明する。

【００３２】図示しないロードロック室に於いて所定
数、例えば２００枚のウェーハ８が製品ウェーハ領域７
に装填され、上部ダミーウェーハ領域９にダミーウェー
ハ１１が十数枚装填され、下部ダミーウェーハ領域１２
にダミーウェーハ１３が十数枚装填される。

【００３３】前記ボート６がボート支持台５を介しボー
トエレベータ（図示せず）により反応管１４に装入さ
れ、炉口蓋４により炉口フランジ３が気密に閉塞され
る。

【００３４】前記反応管１４内部が図示しない真空排気
ラインにより真空引される。図示しないヒータに給電さ
れ、該ヒータにより前記反応管１４を透して前記ウェー
ハ８及び前記ダミーウェーハ１１，１３が所定の温度迄
加熱される。

【００３５】前記上部不透明部１６は熱線の透過を抑制
するので、前記反応管１４内部からの輻射熱が遮断さ
れ、該反応管１４内部の蓄熱が上部から外部に放射する
のが抑制される。而して、該反応管１４内上部の温度が
前記所定の温度に安定化すると共に熱輻射が減少するの
で、温度制御が容易になり電力消費量も低減する。

【００３６】下部不透明部１７も前記上部不透明部１６
と同様の作用を有し、前記下部不透明部１７により前記
反応管１４内部からの輻射熱が遮断され、前記反応管１
４下部の蓄熱が外部に放射するのが抑制される。而し
て、該反応管１４下部の温度が前記所定の温度に安定化
する。前記反応管１４内下部からの輻射熱が遮断される
ので、炉口部周辺の構成部品が熱劣化から保護され、前
記構成部品の寿命が長くなり、更に高温プロセスの採用
が可能になる。

【００３７】図示しないガス供給管から反応ガスが前記
反応管１４に供給され、反応生成物が前記ウェーハ８表
面上に堆積され、成膜される。斯かる成膜の間、前記反
応管１４は前記ヒータユニット２により加熱され、所定
の温度に維持されるが、前記上部不透明部１６及び下部
不透明部１７により輻射熱が遮断されるので、前記ヒー
タの消費電力量が大幅に節減される。従来例により１５
０枚のウェーハ８を成膜する場合に比べ、本実施の形態
では２００枚のウェーハ８を半分程度の消費電力量で成
膜することが可能である。

【００３８】前記上部不透明部１６に於いて輻射熱が遮
断されることにより前記反応管１４内上部の温度が安定
化され、且つ前記下部不透明部１７に於いて輻射熱が遮
断されることにより前記反応管１４内下部の温度が安定
化されるので、処理済ウェーハ８の膜厚及び膜質が均一
化し、製品品質及び歩留りが向上する。

【００３９】前記上部不透明部１６に於いて輻射熱が遮
断されることにより前記反応管１４内上部の温度が安定
化され、前記下部不透明部１７に於いて輻射熱が遮断さ
れることにより前記反応管１４内下部の温度が安定化さ
れるので、上部ダミーウェーハ領域９及び下部ダミーウ
ェーハ領域１２のダミーウェーハ１１，１３の枚数が大
幅に削減され、該ダミーウェーハ１１，１３の削減分を
製品用の前記ウェーハ８に代えることができ、前記製品
ウェーハ領域７が大幅に増加され、一括処理枚数が増加
する。

【００４０】而して、従来１５０枚のウェーハを処理す
るボート６を用いる場合、温度安定化領域即ち前記製品
ウェーハ領域７が長くなる為、一括処理可能な製品用ウ
ェーハの枚数が増え、生産効率が大幅に向上する。

【００４１】前記記反応管１４に導入された前記反応ガ
スは反応後図示しないガス排気管により排気される。

【００４２】前記成膜の完了後、前記処理済ウェーハ８
が冷却され、前記反応管１４から引出される。

【００４３】前記ダミーウェーハ１１，１３が大幅に削
減される為、前記ダミーウェーハ１１，１３の寿命によ
る交換費用が大幅に節減され、製造コストが軽減され
る。又、前記ダミーウェーハ１１，１３の数及び比率が
低下する為、前記ダミーウェーハ１１，１３が少なくな
ることで発塵源が減少し、発塵の総量が減少し、該発塵
によりウェーハ８の汚染も低減され、製品品質の向上に
寄与できる。

【００４４】尚、本発明の半導体製造装置は、上述の実
施の形態に限定されるものではなく、下部不透明部はな
くてもよいこと、又石英材への気泡の混入、石英材の表
面の粗面は厳密には半透明状態であるが、熱線の透過を
抑制するものであり、不透明に包含されること、更によ
り不透明にする為、石英材の中に不透明物質を混入する
か、或は反応管の外面に金属を蒸着する等してもよいこ
とは勿論である。

【００４５】

【発明の効果】以上述べた如く本発明によれば、反応管
の少なくとも上部所要範囲を不透明としたので、不透明
部分により輻射熱が遮断され、前記反応管内部の蓄熱が
前記反応管の上部から放射され難くなり、前記反応管内
上部の温度が安定化し、前記反応管上部に於ける製品ウ
ェーハの膜厚及び膜質が均一化され、製品品質及び歩留
りが向上する。又、前記反応管の昇温速度が速くなり且
つ前記反応管の昇温、定温維持に要する電力量も大幅に
節減され、ランニングコストが軽減される。

【００４６】前記反応管内上部の温度が安定化するの
で、従来のダミーウェーハ領域の大半を製品ウェーハ領
域に代えることができ、一括処理枚数が増加し、生産効
率が大幅に向上する。

【００４７】前記ダミーウェーハが少なくなるので、前
記ダミーウェーハの交換コストが軽減され、前記ダミー
ウェーハ由来の発塵による製品ウェーハの汚染も生じ難
くなる等種々の優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す断面図である。

【図２】従来例の断面図である。

【符号の説明】

２ ヒータユニット ６ ボート ７ 製品ウェーハ領域 ８ ウェーハ ９ 上部ダミーウェーハ領域 １１ ダミーウェーハ １２ 下部ダミーウェーハ領域 １３ ダミーウェーハ １４ 反応管 １５ 透明部 １６ 上部不透明部 １７ 下部不透明部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反応管の少なくとも上部所要範囲を不透
   明にしたことを特徴とする半導体製造装置。