JP2004221150A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の処理用ガスの混合を促進してシリコンウェハ等を処理し、もって高品質な半導体装置（デバイス）を製造する。
【解決手段】ボート２０の下方には、断熱板フォルダ２２が接続された状態で配置されている。ボート２０と断熱板フォルダ２２との境界には、リング状の接続部又はリング型断熱板が形成されている。複数の処理用ガスは、それぞれ異なるガス導入口４４から導入され、それぞれの処理用ガスの流れがリング状の接続部又はリング型断熱板により、インナーチューブ２８の中央に集中させられることによって混合を促進される。すなわち、それぞれの処理用ガスが反応室の下方から導入され、高速で垂直方向に上昇してしまい、混合される以前にボートの下部に支持されている基板の位置を通過することを防止する。
【選択図】 図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスを導入してシリコンウェハ等の処理をする半導体製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば縦型熱処理炉を用いて、シリコンウェハ等の基板を熱処理する場合、雰囲気ガス及び処理ガスなどの複数の処理用ガスを混合した混合ガスが基板に向けて噴出される。雰囲気ガスを給送する給送管と、処理ガスを給送する給送管とが混合管に接続され、混合管おいてガスの混合が行われた後に、この混合ガスが反応室へ送給されると、例えば処理ガス内に含まれる拡散不純物と酸素との反応は、雰囲気温度が低いために不十分になることがある。この場合、拡散用物質の生成が不十分となり、基板の表面に均一な拡散層が形成されないことがある。
【０００３】このような問題を解決する手段として、雰囲気ガス及び処理ガスを送給する送給管をそれぞれ反応室内で混合管に接続する技術が知られている（特許文献１参照）。これは、雰囲気ガス及び処理ガスがそれぞれ加熱された後に混合され、拡散用物質の生成を十分に行った混合ガスが混合管に設けられたガス噴出口から基板に対して噴出されるようにするものである。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１４４６１７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、雰囲気ガス及び処理ガスを送給する送給管をそれぞれ反応室内で混合管に接続させる場合、送給管の構造が複雑になることがある。
【０００６】本発明は、上述した背景からなされたものであり、複数の処理用ガスの混合を促進し、シリコンウェハ等の処理をすることができる半導体製造装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の特徴とするところは、反応室と、この反応室に第１のガスを導入する第１のガス導入手段と、前記反応室に第２のガスを導入する第２のガス導入手段と、前記反応室にあって複数の基板を支持する基板支持手段と、前記第１のガス導入手段及び第２のガス導入手段側にあって前記基板支持手段と外部とを断熱する断熱手段とを具備し、前記基板支持手段と前記断熱手段との間に、前記第１のガス導入手段から前記反応室に導入された第１のガスと、前記第２のガス導入手段から前記反応室に導入された第２のガスとを混合する混合手段を設けた半導体製造装置にある。
【０００８】複数の処理用ガスを用いてシリコンウェハ等の基板を処理する場合、例えば複数の処理用ガスは、それぞれ異なるガス導入口から導入され、反応室において加熱された状態で混合される。例えばそれぞれのガス導入口は反応室の下方に設けられ、基板支持体（ボート）は、ガス導入口よりも上方で処理が行われるように、反応室の上方に配置される。この場合、複数の処理用ガスは、反応室の下方から上昇する間に十分に混合されて、基板と反応させる必要がある。複数のガスを混合する混合手段は、例えばボートからの熱放出を防止する断熱板フォルダの上部に接続されており、ボートと断熱板フォルダとの接続部よりも下方から複数のガスが導入される構成の場合には、ボートと断熱板フォルダとの接続部をリング状に形成することによって、複数の処理用ガスを混合する混合手段が構成される。混合手段は、処理用ガスと基板とを反応させる前に、下方から上昇する複数の処理用ガスの流れを中央に集めることにより、混合を十分に促進させることが好ましい。また、混合手段は、ボート及び断熱板フォルダが一体化されている構造の場合には、例えば断熱板フォルダの最上部に配置されている断熱板をリング状にすることによって構成されて、処理用ガスの混合を促進させることが好ましい。
【０００９】混合手段は、リング状の接続部又は断熱板によって構成されており、複数の処理用ガスを中央に集中させるため、インナーチューブと接続部又は断熱板との間に設けられた流路の開口面積より、接続部又は断熱板の中央に設けられた穴部の開口面積を大きくされることが好ましい。また、インナーチューブとリング状の接続部又は断熱板との間に設けられた流路の開口面積より、リング状の接続部又は断熱板から断熱板フォルダの最上部に配置された円板状の断熱板までの間隔を大きくして断熱板直径と該間隔により決まる円筒状開口面積を大きくすることが好ましい。
【００１０】インナーチューブとリング状の接続部又は断熱板との間に設けられた流路の開口面積は、インナーチューブからリング状の接続部又は断熱板に向けて突出する突起などをインナーチューブに設けることによって相対的に小さくすることもできる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る半導体製造装置１０が示されている。この半導体製造装置１０は、例えば縦型装置であり、複数枚の基板を収納したカセットの搬入及び搬出などの移載を行うカセット移載機１２を有する。カセット移載機１２の背面側上方には、未処理の基板を収納した複数個のカセットを保管するカセットストッカ１４が設けられている。カセットストッカ１４の下方には、移載棚１６が配置されており、カセットストッカ１４に保管されているカセットがカセット移載機１２によって移載棚１６に移載される。移載棚１６の背面側には、基板移載機１８が配置されている。基板移載機１８は、移載棚１６に載置されているカセットから基板を取り出し、基板移載機１８の背面側に配置されたボート２０に移載する。ボート２０の下部には、断熱板を配置する断熱板フォルダ２２が接続されている。ボート２０の上方には、反応炉２４が設けられている。ボート２０には、断熱板フォルダ２２を介して昇降機２６が接続されており、基板が移載されたボート２０は、反応炉２４内に導かれるように構成されている。
【００１２】図２において、反応炉２４が示されている。この反応炉２４は、円筒状のインナーチューブ２８を有し、このインナーチューブ２８の内部に反応室３０が形成されてボート２０が挿入される。また、このインナーチューブ２８の周囲は、外気を遮断するアウターチューブ３２で覆われている。アウターチューブ３２の周囲は、基板を熱処理する際に加熱するするためのヒータとして円筒状に形成された発熱線３４が設けられ、さらに発熱線３４の周囲は、断熱材３６によって覆われている。断熱材３６は、反応炉２４の炉壁となっており、断熱材３６の周囲は、例えばステンレス（ＳＵＳ）から成る反応炉ケース３８で覆われている。
【００１３】アウターチューブ３２の下方には、ボート２０を挿入及び排出するための炉口部４０が設けられている。この炉口部４０は、断熱板フォルダ２２の下部に接続れたシールキャップ４２によって塞ぐことができ、反応炉２４を密閉することができるようにしてある。また、アウターチューブ３２の炉口部４０近傍には、例えば２つのガス導入口４４が設けられている。そして、アウターチューブ３２の下方近傍には、ガス導入口４４から導入された処理用ガスがボート２０の最上部に支持された基板の周囲を通過し、インナーチューブ２８とアウターチューブ３２の間を下降して排出されるようにガス排気口４６が設けられている。
【００１４】次に上述したように構成された半導体製造装置１０の作用について説明する。
まず、カセット移載機１２は、複数枚の基板を収納したカセットをカセットストッカ１４に移載して保管し、さらにカセットから基板を取り出すための移載棚１６に移載する。次に、基板移載機１８は、移載棚１６に載置されたカセットから基板を取り出し、基板をボート２０に載置する。ボート２０は、所定の枚数の基板を載置されると、昇降機２６によって反応室３０に挿入される。そして、反応炉２４は、シールキャップ４２によって密閉される。
【００１５】反応室３０において、基板は発熱線３４によって処理温度まで加熱されると、例えば窒化膜などを成膜する場合には、モノシラン及びアンモニアなどの混合される複数の処理用ガスがそれぞれ異なるガス導入口４４から導入される。そして、複数の処理用ガスは、反応室３０内で混合され、反応室３０の内部上方に位置するボート２０に載置された基板に向けて上昇し、基板の熱処理が行われる。熱処理後の処理用ガスは、ガス排気口４６から排出される。
【００１６】基板の熱処理が終了すると、例えば炉内温度を降温させた後、ボート２０を反応炉２４からアンロードし、ボート２０に支持された全ての基板が冷えるまで、ボート２０を所定位置で待機させる。次に、待機させたボート２０の基板が所定温度まで冷却されると、基板移載機１８により、ボート２０から基板を取り出し、移載棚１６のカセットに収納する。熱処理後の基板を収納されたカセットは、カセット移載機１２によって搬出されて完了する。
【００１７】次に上記基板支持体について詳述する。
図３において、ボート２０と断熱板フォルダ２２とを接続した例が示されている。断熱板フォルダ２２は、ボート２０の下方に接続された状態で配置されている。ボート２０は、上部板４８及びリング状のボート接続部５０を有し、この上部板４８とボート接続部５０との間を複数のボート支柱５２により接続されて構成されており、このボート支柱５２によって複数の基板５４をそれぞれ所定の間隔で支持することができるようになっている。断熱板フォルダ２２は、リング状の断熱板接続部５６及び下部板５８を有し、このリング状の断熱板接続部５６と下部板５８との間を複数のフォルダ支柱６０により接続されて構成されており、このフォルダ支柱６０に複数の断熱板６２を配置することができるようになっている。ボート接続部５０及び断熱板接続部５６は、例えばそれぞれの内径及び外径が同一であるリング状の円板に形成され、断熱板フォルダ２２の上にボート２０が載置されている。断熱板６２は、基板５４を熱処理する際に、炉口部４０及びシールキャップ４２から、熱が奪われることを低減する。
【００１８】次に、ボート２０及びインナーチューブ２８によって形成される処理用ガスの流路について説明する。
図４は、ボート２０と断熱板フォルダ２２とを接続した部分を模式的に示す図である。上述したように、ボート接続部５０及び断熱板接続部５６は、例えばそれぞれの内径及び外径が同一であるリング状の円板に形成されており、ボート接続部５０及び断熱板接続部５６に設けられた穴部の直径をａとし、外周の直径をｂとする。インナーチューブ２８は、前述したように円筒状に形成されており、ボート２０が挿入される内側の直径をｃとする。また、断熱板６２の直径をｄとし、断熱板フォルダ２２の最も上側に配置されている断熱板６２と、断熱板接続部５６との距離をｅとする。
【００１９】処理用ガスは、インナーチューブ２８の下方から導入されると、断熱板接続部５６に設けられた直径ａの円形開口部６４、又は断熱板接続部５６の外周とインナーチューブ２８の内側との間に設けられたリング状開口部６６のいずれかを通過し、ボート２０に向けて上昇する。処理用ガスの流れの主流は、リング状開口部６６の開口面積よりも、円形開口部６４の開口面積が大きくされることにより、円形開口部６４を通過する処理用ガスの流れとなる。すなわち、次の式▲１▼に示す条件を満たすことにより、処理用ガスの流れの主流は、円形開口部６４を通過する処理用ガスの流れとなる。
【００２０】

【００２１】また、断熱板６２の外周と断熱板接続部５６との間隔により、円筒状開口部６８が設けられている。この円筒状開口部６８の開口面積がリング状開口部６６の開口面積よりも大きくされることにより、円筒状開口部６８を通過する処理用ガスの流れを処理用ガスの流れの主流にすることができる。よって、次の式▲２▼に示す条件を満たすことにより、処理用ガスの流れの主流を円筒状開口部６８を通過する処理用ガスの流れとすることができ、式▲１▼に示した条件と合わせて満たすことにより、複数の処理用ガスの流れをインナーチューブ２８の中央に集中させる流路を設けることができる。
【００２２】

【００２３】複数の処理用ガスは、ボート２０の最も下側に支持されている基板５４の位置まで上昇する以前に混合されることを促進するため、複数の処理用ガスが上昇する速度、水平方向に移動する速度及び十分に混合されるために要する時間などを考慮して、円形開口部６４、リング状開口部６６及び円筒状開口部６８の開口面積を設定することが好ましい。
【００２４】次に、上記実施形態におけるボート接続部５０及び断熱板接続部５６の作用原理について説明する。
図５において、複数の処理用ガスを混合させて熱処理を行う際の、処理用ガスの流れが示されている。ガス導入口４４から導入された複数の処理用ガスの流れは、それぞれ破線矢印および一点鎖線矢印で示されている。複数の処理用ガスは、異なるガス導入口４４からインナーチューブ２８の下方に導入されると、アウターチューブ３２の内部全体が低圧にされているため、垂直方向に高速で上昇し、水平方向にはほとんど流れない。断熱板６２の近傍では、処理用ガスの垂直方向の流路が水平方向の流路に比べて大きいためである。複数の処理用ガスは、さらに上昇し、断熱板接続部５６に近づくと、インナーチューブ２８及び断熱板接続部５６の構成が式▲１▼、式▲２▼に示された条件を満たしているため、それぞれの処理用ガスの流れは、インナーチューブ２８の中央に集中させられる。複数の処理用ガスは、インナーチューブ２８の中央で互いに距離を近づけられて、混合することを促進される。すなわち、それぞれの処理用ガスが互いに近づけられる以前に、ボート２０の最も下側に支持されている基板５４の位置を通過することを防止する。
【００２５】断熱板接続部５６の近傍で混合された処理ガスの流れは、実線矢印で示されている。円形開口部６４を通過した処理用ガスは、混合された状態で基板５４と反応し、ボート２０の最上部に支持された基板５４の上方まで上昇する。所定時間の処理を終えた処理用ガスは、インナーチューブ２８とアウターチューブ３２との間を下降し、ガス排気口４６から排出される。
【００２６】図６において、ボート２０と断熱板フォルダ２２とを一体化した例が示されている。断熱板フォルダ２２は、ボート２０の下方に配置されるようにして一体化されている。なお、ボート２０と断熱板フォルダ２２とを接続した例と実質的に同じ部分には、図面に同一番号を付してある。このボート２０と断熱板フォルダ２２とを一体化した例において、断熱板フォルダ２２の最上部には、リング状に形成されたリング型断熱板７０が配置されている。
【００２７】図７は、ボート２０と断熱板フォルダ２２とを一体化した例のリング型断熱板７０近傍を模式的に示す図である。ここで、リング型断熱板７０に設けられた穴部の直径をａとし、外周の直径をｂとする。なお、ボート２０と断熱板フォルダ２２とを接続した例と実質的に同じ部分には、図面に同一番号を付してある。
ボート２０と断熱板フォルダ２２とを一体化した例においても、上述した式▲１▼、式▲２▼に示された条件を満たすように構成されることにより、ボート２０と断熱板フォルダ２２とを接続した例と同様に複数の処理用ガスの流れをインナーチューブ２８の中央に集中させる流路を設けることができる。
【００２８】図８は、ボート２０と断熱板フォルダ２２とを一体化した変形例についてリング型断熱板近傍を模式的に示す図である。この変形例には、ボート２０と断熱板フォルダ２２とを一体化した例と同様にリング型断熱板７０が設けられており、インナーチューブ２８のリング型断熱板７０に対向する位置には、例えばリング型断熱板７０と同じ厚さのリング状突起７２がインナーチューブ２８の内面に対して垂直方向に設けられている。なお、ボート２０と断熱板フォルダ２２とを接続した例と実質的に同じ部分には、図面に同一番号を付してある。リング型断熱板７０に設けられた穴部の直径をａとし、外周の直径をｂとする。また、リング状突起７２の内側の直径をｃとする。この変形例においても、上述した式▲１▼、式▲２▼に示された条件を満たすように構成されることにより、ボート２０と断熱板フォルダ２２とを接続した例と同様に複数の処理用ガスの流れをインナーチューブ２８の中央に集中させる流路を設けることができる。
【００２９】以上のように、異なるガス導入口４４から導入される複数の処理用ガスは、ボート２０と断熱板フォルダ２２との境界に、リング状の接続部又はリング型断熱板７０などを設けることにより、それぞれの処理用ガスの流れがインナーチューブ２８の中央に集中させられて混合することを促進される。すなわち、それぞれの処理用ガスが混合される以前に、ボート２０の最も下側に支持されている基板５４の位置を通過してしまうことを防止することができる。
【００３０】ガス導入口の数は、混合する処理用ガスの数に応じて増やしてもよい。なお、上記実施形態の説明にあっては、熱処理装置として、複数の基板を基板支持体に支持した状態で熱処理する縦型のものを用いたが、これに限定するものではなく、例えば複数のガスを混合して熱処理を行うシリンダ型またはバレル型レイアウトの熱処理装置などにも適用することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、複数の処理用ガスを混合する混合手段を設けたので、処理用ガスが混合することを促進し、高品質な半導体装置（デバイス）を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体製造装置の概略を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る半導体製造装置に用いた反応炉を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る半導体製造装置に用いたボートと断熱板フォルダを接続した例を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る半導体製造装置に用いたボートと断熱板フォルダを接続した例を模式的に示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る半導体製造装置に用いたボートと断熱板フォルダを接続した例における処理用ガスの流れを示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る半導体製造装置に用いたボートと断熱板フォルダとを一体化した例を示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る半導体製造装置に用いたボートと断熱板フォルダとを一体化した例のリング型断熱板近傍を模式的に示す図である。
【図８】本発明の実施形態に係る半導体製造装置に用いたボートと断熱板フォルダとを一体化した例の変形例を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１０ 半導体製造装置
２０ 基板支持体（ボート）
２２ 断熱板フォルダ
２８ インナーチューブ
３０ 反応室
３２ アウターチューブ
４０ 炉口部
４４ ガス導入口
４６ ガス排気口
５０ ボート接続部
５２ ボート支柱
５６ 断熱板接続部
６２ 断熱板
６４ 円形開口部
６６ リング状開口部
６８ 円筒状開口部
７０ リング型断熱板
７２ リング状突起

Claims (1)

1. 反応室と、この反応室に第１のガスを導入する第１のガス導入手段と、前記反応室に第２のガスを導入する第２のガス導入手段と、前記反応室にあって複数の基板を支持する基板支持手段と、前記第１のガス導入手段及び第２のガス導入手段側にあって前記基板支持手段と外部とを断熱する断熱手段とを具備し、前記基板支持手段と前記断熱手段との間に、前記第１のガス導入手段から前記反応室に導入された第１のガスと、前記第２のガス導入手段から前記反応室に導入された第２のガスとを混合する混合手段を設けたことを特徴とする半導体製造装置。

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