JP2003218040A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】縦型の半導体製造装置において、ダミーウエハ
レス、高スループット化、及びウエハ面内の温度均一性
に優れた半導体製造装置を提供すること。 【解決手段】反応管本体４にボート４０に装填された状
態のウェハ４１を導入後、ヒータ２の他、板状のヒータ
９０も発熱させることで昇温時間が短縮でき、かつキャ
ップ方向への放熱を防げるので、定常時のウエハ列を全
て均熱長区間に入れることが出来、ダミーウエハが不要
となる。また、ボード４０を回転させるので、ウエハ４
１の面内温度分布が均一になる

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体ウエハの熱処
理等を行う半導体製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造プロセスの一つとして、シリ
コンウエハの酸化、拡散、CVD等を行う熱処理工程があ
る。この工程は、例えば図４に示すような縦型の半導体
製造装置を使用して行われる。図４を用いて従来の縦型
半導体製造装置について述べる。

【０００３】この縦型半導体製造装置１は、ヒータ２内
に均熱管３が設けられ、均熱管３内に反応管２０が設け
られている。均熱管３は、熱伝導率の大きい材料、例え
ばSiC材で構成され、炉内の温度均一性を保つために使
用する。ヒータ２は断熱材５で周囲を覆われている。

【０００４】反応管２０は、反応管本体４と、１本のガ
ス導入管（ガス導入通路）６とを備えている。反応管本
体４の上側の天井板７上には上部ガス導入管８が設けら
れており、上部ガス導入管８と天井板７によりシャワー
室９が構成されている。シャワー室９内の天井板７は、
複数のガス分散孔１０を有するガスシャワー板１１とな
っており、シャワー室９はガスシャワー板１１を介して
反応管本体４の内部に連通している。

【０００５】ガス導入管６は、反応管本体４の外面に沿
って鉛直方向に設けられており、その上流側である下端
部にはガス導入部１２が設けられ、下流側である上端
は、反応管本体４の上部に設けられたシャワー室９に連
通している。

【０００６】一方、反応管本体４の下端近傍には排気管
３０が連通して設けられている。そして、ガス導入管６
のガス導入部１２は反応ガス供給源（図示せず）に接続
され、排気管３０は排気装置（図示せず）に接続されて
いる。

【０００７】反応管本体４は下端が開口して入口となっ
ており、そこからボート４０に装填された状態のウェハ
４１が導入、導出されるようになっている。ボート４０
は、ボートエレベータ５０（アーム５１及びギア５２よ
り成る）によって昇降されることで反応管本体４内に導
入され、また、反応管本体４から取り出される。ボート
４０はキャップ６０上に設置されており、キャップ６０
は炉口蓋６１上に設けられている。また、反応管本体４
の下端の周囲にはフランジ６２が設けられており、フラ
ンジ６２と炉口蓋６１との間が、炉口蓋６１を閉じたと
きにＯリング６３でシールされるようになっている。ま
たキャップ６０内部には、断熱材７０（例えば石英ウー
ル）が装填されている。

【０００８】前記ボート４０は４本のボート支柱４２を
備えており、ボート支柱４２には複数枚のウエハ４１が
水平姿勢で多段に装填され、その状態でウエハ４１が熱
処理されるようになっている。

【０００９】例えばウエハ４１の酸化処理を行う場合
は、ヒータ２により炉内およびウエハ４１を酸化処理温
度に加熱保持し、その状態で酸素ガスをガス導入管１２
によりシャワー室９に供給し、シャワー室９からガスシ
ャワー板１１のガス分散孔１０を介して、反応管本体４
内に分散供給する。そして、酸素ガスとウエハ４１が反
応して、ウエハ４１の表面に酸化膜が形成される。ボー
ト４０を反応後のガスは排気管３０を介して排気され
る。

【００１０】また、ウエハ４１の面内温度分布を均一に
させるため、ボート４０を回転させる機構が設置されて
いる。すなわち、炉口蓋６１及びアーム５１を貫通した
回転軸８０に回転テーブル８１が取付けられ、ボートエ
レベータ５０が上昇することで、回転テーブル８１がキ
ャップ６０の底を突き上げ、回転軸８０に直結したモー
タ８２の駆動により、ボート４０が回転する。

【００１１】ところでウエハの熱処理に際しては、定常
時のウエハ列の温度分布を設定温度±0.5℃の領域がで
きるだけ長くなるようにヒータの位置や発熱量を決める
が（この領域の長さを均熱長と称す）、ウエハ列の端、
特にキャップ方向への放熱のため、急峻な温度分布が付
く。従って、ウエハ列の端にはダミーウエハと呼ばれ
る、製品とはならないウエハを挿入しなければならな
い。しかしながら、ウエハの大口径化が進み、ウエハ自
体が高価な為、従来のヒータ構造でダミーウエハとして
用いればバッチ式の利点であるランニングコストを相殺
してしまう。よって、キャップ部にヒータを設けること
でウエハ列の下部からの放熱を補い、下向きの温度分布
を小さくする。そうすることでウエハ列端のウエハを製
品ウエハとして処理できるようになり、ランニングコス
トの低減が図れる。さらにキャップ内には断熱材が入っ
ているが、これ自体が熱容量を大きくするため、温度の
昇降に時間がかかる。これは高スループットの妨げにな
る。

【００１２】そこで特公平７−２７８７４号公報記載の
ように、蓋体内部にヒータを配置した例、また特開平９
−１４８３１５号公報記載のように、ウエハボートを載
せる断熱基体の上部に石英ヒータを配列させることで熱
処理領域から炉口への断熱効果を図っている。また特開
平１１−９７４４６公報記載のように、昇降機構のアー
ム部に加熱ランプを配置し、ボート下部の薄い板を加熱
させることで、昇温を迅速にし、ウエハ面内の均一性を
向上させている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
技術では、石英ヒータ直上のウエハが石英ヒータのヒー
タパターンの影響を受け易いので均一とならないこと、
また温度分布を均一にさせるためにはウエハを回転させ
ることが有効であるが、この構成のまま回転させると、
石英ヒータへの給電線がよじれてしまう。また、昇降機
構のアーム部に加熱ランプを設置させると、アーム自体
の構造が複雑かつ重くなり、かつ加熱ランプは切れ易い
ので、信頼性及びランプ交換の作業性の面で難がある。

【００１４】本発明の目的は、キャップ内の石英ヒータ
も発熱させることで昇温時間を短縮して高スループット
化を図り、かつキャップ下方への放熱を防いで、定常時
のウエハ列を全て均熱長区間に入れることでダミーウエ
ハを不要とし、さらにウエハを回転させるので、ウエハ
面内での温度均一性に優れた半導体製造装置を提供する
ことにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的は、ボートに装
填した半導体ウエハを加熱炉内に設けた反応管内の下端
開口部より管軸方向に挿入搬出される半導体製造装置に
おいて、前記ボートの下部にあるキャップ内にヒータを
有し、ボートの回転機構を備えることで達成される。

【００１６】また、前記ヒータに電源を供給するため、
スリップリングを具備することで達成される。

【００１７】また、前記キャップの側面にヒータ、放射
シールドを具備することで達成される。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１に、本発明の第一実施例を示
す縦型の半導体製造装置の断面図を示す。ここでは図４
に示した従来の半導体製造装置と同じ要素に同符号を付
して説明を簡略化する。

【００１９】この構造は、石英板等に形成された板状の
ヒータ９０を固定させ、ウエハ４１を積載したボート４
０を回転させるようにしたものである。キャップ６０内
にある板状のヒータ９０は、アーム５１に支柱９１で固
着される。キャップ６０と掴んでいる回転テーブル８１
は、支柱９１との軸受９４、及び炉口蓋６１との軸受９
５、及びアーム５１との軸受９６と各々組み合わされる
ことで回転可能となっており、キャップ６０は、モータ
８２、回転軸８０、ベルト８３、及び回転テーブル８１
を介して回転させる。なお、本実施例ではベルト８３を
介した回転機構としているが、回転機構の方式はこれに
限るものではない。

【００２０】軸受９６は反応管本体４内のボート４０、
積載されたウエハ４１、ボート支柱４２、キャップ６０
及び回転テーブル８１の鉛直方向の荷重を受けている。
板状のヒータ９０への給電は、電源９２より支柱９１内
に通した給電線９３を介して成される。また、板状のヒ
ータ９０の下部には、下部への放射熱損失を低減させる
ために、熱遮蔽板（シリコンウエハ、もしくはSiC等）
７１を数枚配置する。

【００２１】反応管本体４にボート４０に装填された状
態のウェハ４１を導入後、ヒータ２の他、板状のヒータ
９０も発熱させることで昇温時間が短縮でき、かつキャ
ップ方向への放熱を防げるので、定常時のウエハ列を全
て均熱長区間に入れることが出来、ダミーウエハが不要
となる。また、ボート４０を回転させるので、ウエハ４
１の面内温度分布が均一になる本発明の他の実施例を、
図２に示す。図１の実施例では板状のヒータ９０を固定
させ、ウエハ４１を積載したボート４０を回転させてい
る。これに対して図２に示した実施例では、回転軸８０
の内部に給電線９３を設け、回転軸８０にスリップリン
グ９７を設け、さらに電源９２とスリップリング９７と
を給電線９８で接続している。こうすることで、回転軸
８０に直結したモータ８２の駆動により、ボート４０及
び板状のヒータ９０とが回転し、かつ板状のヒータ９０
が電源９２、給電線９８、スリップリング９７、給電線
９３を通じて加熱される。

【００２２】本発明のさらに他の実施例を、図３に示
す。この図３に示した実施例では、キャップ６０の放射
熱損失をさらに防ぐために、キャップ６０の側面部まで
板状のヒータ９０を設置し、さらにキャップ６０に放射
シールド７２も設置している。これにより、キャップ側
面への漏熱を低減でき、断熱効率がさらに向上する。

【００２３】

【発明の効果】以上の如く、本発明によれば、キャップ
内の板状のヒータも発熱させることで昇温時間が短縮で
き、かつキャップ下方への放熱を防げるので、定常時の
ウエハ列を全て均熱長区間に入れることが出来、ダミー
ウエハが不要となる。さらにウエハを回転させるので、
ウエハ面内での温度均一性に優れた半導体製造装置を提
供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例を説明する半導体製造装置
の断面図である。

【図２】本発明の他の実施例を説明する半導体製造装置
の断面図である。

【図３】本発明の他の実施例を説明する半導体製造装置
の断面図である。

【図４】従来の半導体製造装置を示す断面図である。

【符号の説明】

１…縦型半導体製造装置、２…ヒータ、３…均熱管、４
…反応管本体、５…断熱材、６…ガス導入管、７…天井
板、８…上部ガス導入管、９…シャワー室、１０…ガス
分散孔、１１…ガスシャワー室、１２…ガス導入部、３
０…排気管、４０…ボート、４１…ウエハ、４２…ボー
ト支柱、５０…ボートエレベータ、５１…アーム、５２
…ギア、６０…キャップ、６１…炉口蓋、６２…フラン
ジ、６３…Ｏリング、７０…断熱材、７１…熱遮蔽板、
７２…放射シールド、８０…回転軸、８１…回転テーブ
ル、８２…モータ、９０…板状のヒータ、９１…支柱、
９２…電源、９３…給電線、９４…軸受、９５…軸受、
９６…軸受、９７…スリップリング、９８…給電線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 智司 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 宮田 敏光 東京都中野区東中野三丁目14番20号 株式 会社日立国際電気内 Ｆターム(参考） 4K030 CA04 CA12 GA06 GA12 KA04 KA23 5F045 DP19 EK08 EM10

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボートに装填した半導体ウエハを加熱炉
   内に設けた反応管内の下端開口部より管軸方向に挿入搬
   出される半導体製造装置において、前記ボートの下部に
   あるキャップ内にヒータを有し、ボートの回転機構を備
   えたことを特徴とする半導体製造装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の前記ヒータに電源を供給
   するため、スリップリングを具備したことを特徴とする
   半導体製造装置。
3. 【請求項３】 請求項１乃至２記載の前記キャップの側
   面にヒータ、放射シールドを具備したことを特徴とする
   半導体製造装置。