JP2004186533A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】断熱キャップの断熱性能および安全性を高める。
【解決手段】ウエハ１を処理する処理室１２を形成したプロセスチューブ１１と、プロセスチューブ１１の外部に設置されて処理室１２を加熱するヒータユニット１５と、複数枚のウエハ１を保持して処理室１２に搬入するボート３４と、複数段の断熱板２９がボート３４の下端部に間隔を置いて並べられてなる断熱キャップ２４とを備えている酸化・拡散装置１０において、複数段の断熱板２９のそれぞれは二枚の石英板３０、３０が重ねて構成され、二枚の石英板３０、３０の合わせ面には微細な凹凸部３１によって微細な隙間３２が形成されている。
【効果】二枚の石英板の微細な隙間が断熱板の断熱性能を高めるので、ボートやウエハ群の熱のシールキャップへの伝達を断熱キャップにより効果的に遮断でき、処理室の温度雰囲気がシールキャップに逃げるのを防止できる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置に関し、特に、炉口部における断熱構造の改良に係り、例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）の製造方法において、ＩＣが作り込まれる半導体ウエハ（以下、ウエハという。）に酸化処理や拡散処理、アニール処理、イオン打ち込み後のキャリア活性化処理、平坦化のためのリフロー処理および成膜処理等の熱処理（ｔｈｅｒｍａｌ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ）を施すのに利用して有効なものに関する。
【０００２】
ＩＣの製造方法において、ウエハに金属膜や半導体膜および絶縁膜をデポジションするのにバッチ式縦形ホットウオール形ＣＶＤ装置が広く使用されている。バッチ式縦形ホットウオール形ＣＶＤ装置としては、複数枚のウエハを一括して処理する縦形の処理室を形成したプロセスチューブと、このプロセスチューブの外部に設置されて処理室を加熱するヒータユニットと、複数枚のウエハを保持して処理室に搬入するボートとを備えており、ボートの基端部には断熱キャップが、その基端部に形成された断熱板支持部に複数枚の断熱板を一枚ずつ間隔を置いて並べて支持させることにより構成されているものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１２４７４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、バッチ式縦形ホットウオール形酸化・拡散装置のように処理温度が高温度（１０００℃〜１４００℃）になると、熱伝達に占める輻射の割合が相対的に大きくなるために、前記した断熱キャップにおいては、断熱性能が不足するという問題点がある。
【０００５】
ところで、高い断熱性能を備えた断熱キャップとしては、石英ウールが収納容器に密封されたものが、一般的に知られている。しかし、密封された収納容器は、温度上昇に伴って内部の気体が膨張するために、破裂する懸念がある。そこで、収納容器を予め減圧して密封することにより、温度上昇に伴う気体の膨張に防備することが考えられるが、密封された収納容器の内圧が外圧と同圧になる温度は決まっており、その温度以外では減圧または加圧の状態になるために、減圧密封された収納容器が破裂する懸念は無くならない。また、石英は１０００℃以上の環境では軟化してクリープ変形を起こす特性があるために、減圧密封した断熱キャップは高温度環境ではクリープと内圧とによって変形する可能性がきわめて高く、破損する懸念がある。
【０００６】
本発明の目的は、高温度下であっても高い断熱性能および安全性を発揮する断熱構造を備えた半導体製造装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体製造装置は、基板を処理する処理室を形成したプロセスチューブと、このプロセスチューブの外側に設置されて前記処理室を加熱するヒータユニットと、前記基板を保持して前記処理室に搬入するボートと、前記ボートの基端部に間隔を置いて並べられる複数段の断熱板とを備えている半導体製造装置において、
前記各段断熱板のそれぞれは複数枚の板体が互いに重ね合わされて構成されていることを特徴とする。
【０００８】
前記した手段によれば、断熱板は複数枚の板体が互いに重ね合わされて構成されていることにより、熱伝達の効率が低下するために、断熱性能が高くなる。複数段に並べた断熱板は収納容器に密封する必要がないために、温度上昇による破裂や破損の危険性の発生を必然的に防止することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
【００１０】
本実施の形態において、図１に示されているように、本発明に係る半導体製造装置はバッチ式縦形ホットウオール形酸化・拡散装置（以下、酸化・拡散装置という。）として構成されている。図１に示された酸化・拡散装置１０は、中心線が垂直になるように縦に配されて固定的に支持された縦形のプロセスチューブ１１を備えており、プロセスチューブ１１は石英（ＳｉＯ_２ ）が用いられて上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。複数枚のウエハ１を一括して処理する処理室１２が円筒中空部によって形成されており、ウエハ１を出し入れするための炉口１３がプロセスチューブ１１の下端開口によって形成されている。プロセスチューブ１１の外側には均熱管１４が同心円に被せられており、均熱管１４は炭化シリコンが使用されて上端が閉塞し下端が開口したプロセスチューブ１１よりも大径の円筒形状に形成されている。均熱管１４の外側には処理室１２を全体にわたって均一または所定の温度分布に加熱するためのヒータユニット１５が、均熱管１４の周囲を包囲するように同心円に設備されており、ヒータユニット１５は酸化・拡散装置の筐体２に支持されることにより、垂直に据え付けられた状態になっている。
【００１１】
プロセスチューブ１１は酸化・拡散装置の筐体２に垂直に支持されている。プロセスチューブ１１の側壁の一部には排気管１７の一端が接続されており、排気管１７の他端は排気装置（図示せず）に接続されて処理室１２を所定の真空度に排気し得るように構成されている。プロセスチューブ１１の側壁の排気管１７と別の位置には、原料ガスを処理室１２へ導入するためのガス導入ノズル１８が挿入されており、ガス導入ノズル１８の挿入部はそのガス導入ノズル１８の噴出口１９が処理室１２の上端に位置するように垂直に立ち上げられている。
【００１２】
プロセスチューブ１１の下方には円盤形状のシールキャップ２１が、プロセスチューブ１１の中心線の延長線上をエレベータ（図示せず）によって昇降されるように設置されている。シールキャップ２１の内部には冷却水の流通する冷却水路２２が敷設されており、冷却水路２２は耐熱温度が２００℃〜３００℃の高分子材料を使用されて形成されたシールリング２０を、強制的に冷却するように設定されている。シールキャップ２１の上には石英によって形成されたベースプレート２３が設置されており、ベースプレート２３の上面の周辺部はシールリング２０をプロセスチューブ１１の下側フランジ部の下面に押接させることにより、処理室１２を気密封止するように構成されている。
【００１３】
ベースプレート２３の上にはシールリング２０の近傍を低温化するための断熱キャップ２４が垂直に立設されている。断熱キャップ２４は上下で一対の端板２５、２６と、両端板２５、２６間に架設されて垂直に配設された複数本の保持部材２７とを備えており、上下の端板２５、２６および保持部材２７は石英によって形成されている。各保持部材２７には複数条の保持溝２８が長手方向に等間隔に配されて互いに対向して開口するように刻設されている。複数本の保持部材２７の同一段の保持溝２８のそれぞれには断熱板２９が、その外周部を保持溝２８間にそれぞれ挿入されることにより、水平にかつ互いに中心を揃えた状態に整列して保持されている。
【００１４】
図２に示されているように、断熱板２９は熱伝導率の小さい板体としての石英板３０が二枚、互いに重ね合わされてそれぞれ構成されている。二枚の石英板３０、３０の合わせ面には、サンドブラスト法や溶射法によって加工された微細な凹凸部３１が全面にわたってそれぞれ形成されている。熱伝達の対流を無視し得る程度の微細な隙間３２が、この二枚の石英板３０、３０の凹凸部３１によって全面にわたって形成されている。二枚の石英板３０、３０が重ね合わされて構成された断熱板２９の熱伝達の熱伝導率は、熱伝導率の極小さい気体の層を形成する微細な隙間３２が途中に介在することにより低下する。また、二枚の石英板３０、３０の接触面積は微細に隙間３２が介在することにより小さくなり、接触熱抵抗が大きくなるので、断熱板２９の熱伝達の効率は低下する。さらに、石英板３０の微細な凹凸部３１は熱線を乱反射させて遮蔽することにより、断熱板２９の熱伝達の輻射を低下させるので、断熱板２９の熱伝達の効率をより一層低下させる。したがって、熱伝導率の小さい二枚の石英板３０、３０が微細な隙間３２を介して重ね合わされて構成された断熱板２９の熱伝達の効率はきわめて小さくなり、相対的に断熱板２９の断熱性能はきわめて高くなる。つまり、複数段の断熱板２９から構成された断熱キャップ２４の断熱性能はきわめて高くなる。
【００１５】
断熱キャップ２４の上には熱膨張差緩和部材３３を挟んでボート３４が垂直に立設されており、熱膨張差緩和部材３３は炭化シリコン（ＳｉＣ）またはシリコンが使用されて形成され、断熱キャップ２４とボート３４との熱膨張差を緩和するように構成されている。ボート３４は上下で一対の端板３５、３６と、上下の端板３５、３６間に架設されて垂直に配設された複数本の保持部材３７とを備えており、上下の端板３５、３６および保持部材３７はシリコン（Ｓｉ）によって形成されている。各保持部材３７には保持溝３８が長手方向に等間隔に配されて互いに対向して開口するように刻設されている。ウエハ１は各保持部材３７の同一段の保持溝３８間に周辺部を挿入されることにより、ボート３４に水平にかつ互いに中心を揃えた状態に整列して保持される。
【００１６】
次に、作用を説明する。
【００１７】
図１に示されているように、複数枚のウエハ１を整列保持したボート３４はシールキャップ２１のエレベータによる上昇に伴って処理室１２に搬入（ボートローディング）される。この状態で、シールキャップ２１はベースプレート２３およびシールリング２０を介して炉口１３をシールした状態になる。
【００１８】
処理室１２が所定の圧力に排気管１７によって調整され、また、処理室１２が所定の温度（約１０００℃〜１４００℃）に全体にわたって均一または所定の温度分布にヒータユニット１５によって加熱される。次いで、所定の処理ガスがガス導入ノズル１８に供給されて、噴出口１９から処理室１２に導入される。処理室１２に導入された処理ガスは処理室１２を流下して排気管１７によって排気される。処理ガスは流下しながらウエハ１の表面に接触するため、ウエハ１の表面には所望の処理が施される。
【００１９】
予め設定された処理時間が経過すると、炉口１３がシールキャップ２１が下降されることによって開口されるとともに、ウエハ１群を保持したボート３４が炉口１３から処理室１２の外部に搬出（ボートアンローディング）される。
【００２０】
ところで、以上の熱処理において、耐熱温度が２００℃〜３００℃のシールリング２０の劣化を防止する必要上、シールキャップ２１が冷却水路２２を流通する冷却水によって強制的に冷却されているために、１０００℃〜１４００℃の高温度に加熱された処理室１２の温度雰囲気はシールキャップ２１に逃げる。すなわち、１０００℃〜１４００℃に加熱されたボート３４やウエハ１群の熱は２００℃〜３００℃に冷却されているシールキャップ２１に、熱膨張差緩和部材３３、断熱キャップ２４およびベースプレート２３を経由して伝達される。
【００２１】
しかし、本実施の形態においては、断熱キャップ２４が二枚の石英板３０、３０が微細な隙間３２を介して重ね合わされて構成された熱伝導率の極小さい断熱板２９を複数段並べられて構成されていることにより、ボート３４やウエハ１群の熱のシールキャップ２１への伝達は断熱キャップ２４によって効果的に遮断されるために、１０００℃〜１４００℃の高温度に加熱された処理室１２の温度雰囲気がシールキャップ２１に逃げるのを確実に防止することができる。したがって、処理室１２の温度雰囲気を所期の設定値に維持することができるとともに、シールリング２０の劣化を確実に防止することができる。
【００２２】
前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。
【００２３】
１） 二枚の石英板が微細な隙間を介して重ね合わされて構成された断熱性能の高い断熱板を複数段並べて断熱キャップを構成することにより、ボートやウエハ群の熱のシールキャップへの伝達を断熱キャップによって効果的に遮断することができるので、１０００℃〜１４００℃の高温度に加熱された処理室の温度雰囲気がシールキャップに逃げるのを確実に防止することができる。
【００２４】
２） 処理室の温度雰囲気がシールキャップに逃げるのを効果的に防止することにより、処理室の温度雰囲気を所期の設定値に維持することができるので、ウエハ面内の熱処理精度やウエハ相互間の熱処理精度を高めることができる。
【００２５】
３） 処理室の温度雰囲気がシールキャップに逃げるのを効果的に防止することにより、シールリングの劣化を確実に防止することができるので、シールリングひいては酸化・拡散装置の寿命を延長することができ、ランニングコスト等を低減することができる。
【００２６】
４） 二枚の石英板を重ね合わせてなる断熱板を複数段に並べて断熱キャップを形成することにより、断熱性能の高い断熱キャップを密封容器を使用せずに構成することができるので、高温度下での破裂や破損を未然に防止することができ、安全性を高めることができる。
【００２７】
５） 二枚の石英板の合わせ面に微細な凹凸部を形成して微細な隙間を構成することにより、微細な凹凸部はサンドブラスト法や溶射法等の不規則の凹凸部を形成する方法によって形成することができるので、断熱性能の高い断熱板を安価に製造することができる。
【００２８】
６） 二枚の石英板の合わせ面に微細な凹凸部を形成して微細な隙間を構成することにより、石英板を透過する熱線を乱反射させて熱線の透過を遮蔽することができるので、二枚の石英板を重ね合わせて構成された断熱板の断熱性能をより一層高めることができる。
【００２９】
７） ボートと断熱キャップとの間に熱膨張差緩和部材を介設することにより、ボートと断熱キャップとの熱膨張差を吸収することができるので、ボートの断熱キャップに対する位置ずれや脱落等を防止することができる。
【００３０】
８） ボートをシリコンによって形成することにより、シリコンウエハとボートとの熱膨張差の発生を回避することができるので、その熱膨張差によるシリコンウエハの損傷やパーティクルの発生を防止することができる。他方、断熱キャップを石英によって形成することにより、コストの増加を抑制しつつ断熱キャップの断熱性能を高めることができる。
【００３１】
図３は断熱板の他の実施の形態を示している。本実施の形態に係る断熱板が前記実施の形態と異なる点は、微細な隙間３２Ａを構成する微細な凹凸部３１Ａが、断熱板２９Ａを構成する一方の石英板３０Ａの合わせ面に切削加工によって規則的に形成されている点である。本実施の形態においても、二枚の石英板３０Ａと３０Ａとの合わせ面に微細な隙間３２Ａが全面にわたって介在するので、断熱板２９Ａの熱伝達の効率はきわめて小さくなり、その結果、断熱キャップの断熱性能はきわめて大きくなる。
【００３２】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
【００３３】
例えば、透明の石英板を使用するに限らず、不透明の石英板を使用してもよい。不透明の石英板を使用した場合には、石英板の熱線をきわめて効果的に遮断することができるので、熱伝達の効率をより一層低下させることができ、断熱キャップの断熱性能をより一層向上させることができる。
【００３４】
また、熱伝導率の小さい板体としては、石英板を使用するに限らず、炭化シリコンやシリコン等からなる板体を使用してもよい。さらに、板体の枚数は二枚に限らず、三枚以上に設定してもよい。
【００３５】
複数段の断熱板２９は断熱キャップ２４に設置するに限らず、図４に示されているように、二枚の石英板３０、３０の外周部をボート３４の基端部における複数段の保持溝３８のそれぞれに挿入して、ボート３４の基端部に直接的に間隔を置いて並べてもよい。
【００３６】
前記実施の形態ではバッチ式縦形ホットウオール形酸化・拡散装置に適用した場合について説明したが、それに限定されるものではなく、横形ホットウオール形酸化・拡散装置やＣＶＤ装置、アニール装置およびその他の熱処理装置等の半導体製造装置全般に適用することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、半導体製造装置の断熱性能および安全性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるバッチ式縦形ホットウオール形酸化・拡散装置を示す縦断面図である。
【図２】その断熱板を示しており、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のｂ部の拡大断面図である。
【図３】他の実施の形態に係る断熱板を示しており、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のｂ部の拡大断面図である。
【図４】本発明の他の実施の形態であるバッチ式縦形ホットウオール形酸化・拡散装置を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１…ウエハ（基板）、２…筐体、１０…酸化・拡散装置（半導体製造装置）、１１…プロセスチューブ、１２…処理室、１３…炉口、１４…均熱管、１５…ヒータユニット、１７…排気管、１８…ガス導入ノズル、１９…噴出口、２０…シールリング、２１…シールキャップ、２２…冷却水路、２３…ベースプレート、２４…断熱キャップ、２５、２６…端板、２７…保持部材、２８…保持溝、２９…断熱板、３０…石英板（熱伝導率の小さい板体）、３１…微細な凹凸部、３２…微細な隙間、３３…熱膨張差緩和部材、３４…ボート、３５、３６…端板、３７…保持部材、３８…保持溝、２９Ａ…断熱板、３０Ａ…石英板（熱伝導率の小さい板体）、３１Ａ…微細な凹凸部、３２Ａ…微細な隙間。

Claims (1)

1. 基板を処理する処理室を形成したプロセスチューブと、このプロセスチューブの外側に設置されて前記処理室を加熱するヒータユニットと、前記基板を保持して前記処理室に搬入するボートと、前記ボートの基端部に間隔を置いて並べられる複数段の断熱板とを備えている半導体製造装置において、
   前記各段の断熱板のそれぞれは複数枚の板体が互いに重ね合わされて構成されていることを特徴とする半導体製造装置。

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