JP2005127537A - 熱処理方法と熱処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】多数枚のウェーハを効率よく、高品質かつ経済的に熱処理可能な熱処理方法と、同熱処理方法に適した縦型又は横型の熱処理装置を提供する。
【解決手段】ボート3の上に、個々の前記ウェーハ2を垂直方向に起立させて支持する。垂直方向に起立させたウェーハ2を多数整列して支持した前記ボート3を、縦型熱処理装置1の炉心管11の中に水平方向に配設し、垂直方向に起立させたウェーハ2を多数整列して支持したボート3を、縦型熱処理装置1の炉心管11の中に水平方向に配設し、垂直状態の隣り合うウェーハ2、2の間に、垂直方向に通りやすい原料ガスの流路6を形成する。炉心管11内で垂直方向に原料ガスを送り出し、その送り出したガスはガス流路6を通じて垂直状態の各ウェーハ2…に当接させ、ウェーハ表面に膜厚を均一に形成する。
【選択図】 図1
【解決手段】ボート3の上に、個々の前記ウェーハ2を垂直方向に起立させて支持する。垂直方向に起立させたウェーハ2を多数整列して支持した前記ボート3を、縦型熱処理装置1の炉心管11の中に水平方向に配設し、垂直方向に起立させたウェーハ2を多数整列して支持したボート3を、縦型熱処理装置1の炉心管11の中に水平方向に配設し、垂直状態の隣り合うウェーハ2、2の間に、垂直方向に通りやすい原料ガスの流路6を形成する。炉心管11内で垂直方向に原料ガスを送り出し、その送り出したガスはガス流路6を通じて垂直状態の各ウェーハ2…に当接させ、ウェーハ表面に膜厚を均一に形成する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、半導体ウェーハ(以下単にウェーハということがある。)を垂直方向に支持して熱処理を行う手段に係り、さらに云えば、ウェーハに熱処理を施す炉心管内に、ウェーハ間にガス流路を形成しつつウェーハを垂直方向に多数起立させて、同時に多数枚の熱処理を行う熱処理方法とそれに適した縦型又は横型の熱処理装置の技術分野に関する。
半導体ウェーハの縦型熱処理装置は、多数開発されている(例えば、特開平8−45862号等)。図10と図11に従来の縦型熱処理装置に使用されているウェーハの熱処理手段を示した。
図10に示した縦型熱処理装置では、円筒状の炉心管t内において、ボートcの凹部fに水平配置で支持されたホルダbの上に、ウェーハaが水平配置で支持されている。前記炉心管t内における原料ガス導入管gの上部から送り出された原料ガス(酸素、アルゴン、窒素、水素等)は、例えば後述するSIMOX(Separation by IMplanted OXygen)によれば、シリコンウェーハaの表面に、シリコンと反応してSiO2の被膜を形成しつつ、水平配置のウェーハaに熱処理が施される構成である。なお、図10は、ホルダbの上に直接ウェーハaを載置し、図11は、ホルダbの上にコロeを介してウェーハaを載置して支持するものを示している。
また、いわゆる横型熱処理装置も多数開発されている(例えば、特開平9−270389号等)。図12に示した従来一般の横型熱処理装置は、ボートpの上にウェーハaを垂直方向に起立し、そのボートpを支持したボート受けsを、水平方向に配設された横長円筒状の炉心管tの中に装着し、熱処理が施される。
特開平8−45862号公開特許公報
特開平9−270389号公開特許公報
図10と図11に例示した如き従来の縦型熱処理手段では、炉心管t内におけるガス導入管gの上部から原料ガスが送り出され、そのガスは図10に矢印で示したように流れる。つまり、最上位のウェーハaに対してはガスの流れが良好でも、下方に多段的に水平配置された多数のウェーハa…への均一な噴射が得られない。送り出されるガスがウェーハaに対して均一に当たらないと、ウェーハ表面のSiO2の膜厚が不均一となり、高品質のウェーハaを提供できない。また、ウェーハaの直上のホルダb上に付着したSiO2皮膜がはがれ、そのパーティクルが直下のウェーハaの上に落下してウェーハaの品質を劣化させるといった問題もある。
しかも、ウェーハaの裏面が、同ウェーハaを支持するホルダbやコロeといった保持手段と接触する。図10の熱処理手段の場合、ウェーハaは、符号kで示した接触個所でホルダbと面接触する。図11の熱処理手段の場合でも、ウェーハaは、符号mで示した接触個所でコロeと接触する。そのように、熱処理を施す上でウェーハaが上記保持手段に接触すると、材質の違いによる熱膨張係数の差などに起因してウェーハaにスリップ(欠陥)が発生したりする。
また、ホルダbやボートcといった保持手段を使用することによるウェーハ裏面からの汚染の発生や熱量の増大、スペースの狭小が生じる不都合もある。さらに、ホルダbやボートcは非常に高価であり、ウェーハaの生産コストの高騰を余儀なくされている。
さらに、ホルダbで支持する上下のウェーハa、aの間隔が、フォークを挿し込んで搬送する隙間の確保も相俟って、例えば16mmぐらいのピッチでスペースが必要となる。そのため、縦型熱処理装置で一度に熱処理できるウェーハaの枚数が、例えば多くても60枚ぐらいに制約されてしまう。
一方、図12の横型熱処理装置を使用する場合でも、従来から垂直方向にウェーハaが起立されているものの、そのウェーハaは同ウェーハaの表面(又は裏面)が炉心管tの長手方向の軸方向xに対し90度の向き、即ち直交する配置とされている。そのため、図中右側のガス導入口uから炉心管t内に送り出された原料ガスは、前記の通り軸方向xに対し直交配置の最初のウェーハaに当接した後、同図中矢印で示したように、連続する直交配置のウェーハa…の上下を波形状のように進むため、ガスが各ウェーハaに対して均一に当たらず、やはりウェーハ表面の膜厚が不均一となる。その上、多数の大口径ウェーハaに対し超高温で熱処理する場合、均熱長を長くしようとすると、横型熱処理装置全体が横方向に大きくなり、多数の大口径ウェーハaをボート受けs(ボートp)で片持ち支持することができないといった問題もある。
結局、横型熱処理装置といっても、基本的な構造や原理は上述した縦型熱処理装置と同じである。なぜなら、従来の横型熱処理装置と縦型熱処理装置は、お互いに装置全体の向きを90度変えたようなものであり、よって上述したようなガスの流れが悪いといった現象は、両タイプの熱処理装置双方に共通した課題として存しているのである。
したがって、本発明は、前記従来の熱処理装置(又は熱処理方法)における以下の如き課題を解決する目的で案出されたものである。
(イ)炉心管内で送り出されるガスの流れが良いこと。
(ロ)全てのウェーハの表面に膜厚が均一に形成されること。
(ハ)パーティクルの発生を防止し、パーティクルがウェーハに付着しないこと。
(ニ)コンパクトな熱処理装置で、大口径のウェーハを同時に数多く熱処理できること。
(ホ)ホルダを使用せず、ウェーハ裏面からの汚染やスリップを防ぐこと。
(ヘ)また、ホルダを使用しないことによってコストダウンを図ること。
(ト)ホルダを使用するためのスペースや、フォークを挿し込むスペースを不要ならしめ、多数枚のウェーハを短ピッチで支持すること。
(イ)炉心管内で送り出されるガスの流れが良いこと。
(ロ)全てのウェーハの表面に膜厚が均一に形成されること。
(ハ)パーティクルの発生を防止し、パーティクルがウェーハに付着しないこと。
(ニ)コンパクトな熱処理装置で、大口径のウェーハを同時に数多く熱処理できること。
(ホ)ホルダを使用せず、ウェーハ裏面からの汚染やスリップを防ぐこと。
(ヘ)また、ホルダを使用しないことによってコストダウンを図ること。
(ト)ホルダを使用するためのスペースや、フォークを挿し込むスペースを不要ならしめ、多数枚のウェーハを短ピッチで支持すること。
すなわち、上記課題を達成する結果、多数枚のウェーハを効率よく、高品質かつ経済的に熱処理可能な熱処理方法と、同熱処理方法に適した縦型又は横型の熱処理装置を提供することにある。
前記課題を解決するための手段として、請求項1記載の発明の熱処理方法は、縦型熱処理装置1の電気炉10に炉心管11を装着し、その炉心管11内で半導体ウェーハ2に熱処理を施す熱処理方法において、
前記縦型熱処理装置1の炉心管11内で、前記ウェーハ2を垂直状態に維持し、その垂直状態に維持したウェーハ2を水平方向に多数整列させた状態で熱処理を施すことを特徴とする。
前記縦型熱処理装置1の炉心管11内で、前記ウェーハ2を垂直状態に維持し、その垂直状態に維持したウェーハ2を水平方向に多数整列させた状態で熱処理を施すことを特徴とする。
請求項2記載の発明の熱処理方法は、縦型熱処理装置1の電気炉10に炉心管11を装着し、その炉心管11内で半導体ウェーハ2に熱処理を施す熱処理方法において、
a) 個々の前記ウェーハ2を、同心上に多数整列し且つ垂直方向に起立させてボート3の上に支持する段階と、
b) 前記ボート3を、縦型熱処理装置1の炉心管11の中に水平方向に配設し、垂直方向に起立させたウェーハ2を多数整列して支持した前記ボート3を、縦型熱処理装置1の炉心管11の中に水平方向に配設し、垂直状態の隣り合うウェーハ2、2の間に、垂直方向に通りやすい原料ガスの流路6を形成する段階と、
c) 前記炉心管11内で垂直方向に原料ガスを送り出し、その送り出したガスは前記ガス流路6を通じて垂直状態の各ウェーハ2…に当接させ、ウェーハ表面に膜厚を均一に形成する段階と、より成ることをそれぞれ特徴とする。
a) 個々の前記ウェーハ2を、同心上に多数整列し且つ垂直方向に起立させてボート3の上に支持する段階と、
b) 前記ボート3を、縦型熱処理装置1の炉心管11の中に水平方向に配設し、垂直方向に起立させたウェーハ2を多数整列して支持した前記ボート3を、縦型熱処理装置1の炉心管11の中に水平方向に配設し、垂直状態の隣り合うウェーハ2、2の間に、垂直方向に通りやすい原料ガスの流路6を形成する段階と、
c) 前記炉心管11内で垂直方向に原料ガスを送り出し、その送り出したガスは前記ガス流路6を通じて垂直状態の各ウェーハ2…に当接させ、ウェーハ表面に膜厚を均一に形成する段階と、より成ることをそれぞれ特徴とする。
請求項3記載の発明の熱処理方法は、縦型熱処理装置1の電気炉10に炉心管11を装着し、その炉心管11内で半導体ウェーハ2に熱処理を施す熱処理方法において、
a) スリット54が複数設けられたガス整流板5を、前記炉心管11内の最上部に予め支持する段階と、
b) 個々の前記ウェーハ2を、同心上に多数整列し且つ垂直方向に起立させてボート3の上に支持する段階と、
c) 前記ボート3を、縦型熱処理装置1の炉心管11の中に水平方向に配設し、垂直状態の隣り合うウェーハ2、2の間に、垂直方向に通りやすい原料ガスの流路6を形成する段階と、
d) 前記炉心管11内のガス整流板5のスリット54を通じて垂直下向きに送り出した原料ガスを、前記ウェーハ2、2間のガス流路6に誘導して垂直状態の各ウェーハ2…に当接させ、ウェーハ表面に膜厚を均一に形成する段階と、より成ることをそれぞれ特徴とする。
a) スリット54が複数設けられたガス整流板5を、前記炉心管11内の最上部に予め支持する段階と、
b) 個々の前記ウェーハ2を、同心上に多数整列し且つ垂直方向に起立させてボート3の上に支持する段階と、
c) 前記ボート3を、縦型熱処理装置1の炉心管11の中に水平方向に配設し、垂直状態の隣り合うウェーハ2、2の間に、垂直方向に通りやすい原料ガスの流路6を形成する段階と、
d) 前記炉心管11内のガス整流板5のスリット54を通じて垂直下向きに送り出した原料ガスを、前記ウェーハ2、2間のガス流路6に誘導して垂直状態の各ウェーハ2…に当接させ、ウェーハ表面に膜厚を均一に形成する段階と、より成ることをそれぞれ特徴とする。
請求項4記載の発明の熱処理装置は、垂直配置の電気炉10に装着された炉心管11内で、半導体ウェーハ2に熱処理を施す熱処理方法に適した縦型の熱処理装置1において、
多数のウェーハ2…を支持するボート3には、垂直方向に起立された個々のウェーハ2を同心上に多数整列して支持可能な溝部30等の支持部が短ピッチで多数形成され、前記炉心管11が前記ボート3を水平方向に配設可能な大きさ・形状に形成されており、その炉心管11内で前記ボート3によって垂直状態を維持された多数のウェーハ2…を熱処理可能に構成されていることを特徴とする。
多数のウェーハ2…を支持するボート3には、垂直方向に起立された個々のウェーハ2を同心上に多数整列して支持可能な溝部30等の支持部が短ピッチで多数形成され、前記炉心管11が前記ボート3を水平方向に配設可能な大きさ・形状に形成されており、その炉心管11内で前記ボート3によって垂直状態を維持された多数のウェーハ2…を熱処理可能に構成されていることを特徴とする。
請求項5記載の発明の熱処理装置は、前記多数のウェーハ2…を垂直方向に起立させて支持する複数のボート3、3同士が、炉心管11内で上下にスタック可能に構成されていることを特徴とする。
請求項6記載の発明の熱処理装置は、ガス整流板5が炉心管11内の最上部で支持され、そのガス整流板5の下面にスリット54が複数設けられ、前記スリット54…を通じて原料ガスが垂直下向きに送出自在であり、そのスリット54から送り出された原料ガスが、垂直状態の隣り合うウェーハ2、2間に形成されたガスの流路6に誘導可能に構成されていることを特徴とする。
請求項7記載の発明の熱処理方法は、横型熱処理装置1’の電気炉10に炉心管11’を装着し、その炉心管11’内で半導体ウェーハ2に熱処理を施す熱処理方法において、
前記横型熱処理装置1’の炉心管11’内で、前記ウェーハ2を同ウェーハ2の表裏面が炉心管11’の軸方向xに対し平行となるように配置し、その軸方向xに平行配置したウェーハ2を多数整列させた状態で熱処理を施すことを特徴とする。
前記横型熱処理装置1’の炉心管11’内で、前記ウェーハ2を同ウェーハ2の表裏面が炉心管11’の軸方向xに対し平行となるように配置し、その軸方向xに平行配置したウェーハ2を多数整列させた状態で熱処理を施すことを特徴とする。
請求項8記載の発明の熱処理方法は、横型熱処理装置1’の電気炉10に炉心管11’を装着し、その炉心管11’内で半導体ウェーハ2に熱処理を施す熱処理方法において、
a) 個々の前記ウェーハ2を、同心上に多数整列し且つ垂直方向に起立させてボート3上に支持する段階と、
b) 前記ボート3を、同ボート3上のウェーハ2の表裏面が炉心管11’の軸方向xに対し平行配置となるように、横型熱処理装置1’の炉心管11’の中に水平方向に配設し、前記隣り合うウェーハ2、2の間に、炉心管11’の軸方向x(水平方向)に通りやすい原料ガスの流路6を形成する段階と、
c) 前記炉心管11’内で水平方向(軸方向x)に原料ガスを送り出し、その送り出したガスは前記ガス流路6を通じて軸方向xに平行配置された各ウェーハ2…に当接させ、ウェーハ表面に膜厚を均一に形成する段階と、より成ることをそれぞれ特徴とする熱処理方法。
a) 個々の前記ウェーハ2を、同心上に多数整列し且つ垂直方向に起立させてボート3上に支持する段階と、
b) 前記ボート3を、同ボート3上のウェーハ2の表裏面が炉心管11’の軸方向xに対し平行配置となるように、横型熱処理装置1’の炉心管11’の中に水平方向に配設し、前記隣り合うウェーハ2、2の間に、炉心管11’の軸方向x(水平方向)に通りやすい原料ガスの流路6を形成する段階と、
c) 前記炉心管11’内で水平方向(軸方向x)に原料ガスを送り出し、その送り出したガスは前記ガス流路6を通じて軸方向xに平行配置された各ウェーハ2…に当接させ、ウェーハ表面に膜厚を均一に形成する段階と、より成ることをそれぞれ特徴とする熱処理方法。
請求項9記載の発明の熱処理装置は、水平配置の電気炉10に装着された炉心管11’内で、半導体ウェーハ2に熱処理を施す熱処理方法に適した横型の熱処理装置1’において、
多数のウェーハ2…を支持するボート3には、垂直方向に起立された個々のウェーハ2…を同心上に多数整列して支持可能な溝部30等の支持部が短ピッチで多数形成され、前記炉心管11’が前記ボート3を水平方向に配設可能であって且つボート3上のウェーハ2を炉心管11’の軸方向xに平行配置可能な大きさ・形状に形成されており、その炉心管11’内で前記ボート3によって軸方向xに対し平行配置された多数のウェーハ2…を熱処理可能に構成されていることを特徴とする。
多数のウェーハ2…を支持するボート3には、垂直方向に起立された個々のウェーハ2…を同心上に多数整列して支持可能な溝部30等の支持部が短ピッチで多数形成され、前記炉心管11’が前記ボート3を水平方向に配設可能であって且つボート3上のウェーハ2を炉心管11’の軸方向xに平行配置可能な大きさ・形状に形成されており、その炉心管11’内で前記ボート3によって軸方向xに対し平行配置された多数のウェーハ2…を熱処理可能に構成されていることを特徴とする。
請求項10記載の発明の縦型又は横型の熱処理装置は、前記炉心管11(又は11’)が、四角形筒体状の角型に形成されていることを特徴とする。
請求項1記載の発明の熱処理方法によれば、縦型熱処理装置の炉心管内で、ホルダを使用せずに、個々のウェーハを垂直状態に維持し、その垂直状態に維持したウェーハを水平方向に多数整列させた状態で熱処理を施すので、炉心管内の上方から垂直下向きに送り出されるガスが、前記炉心管で垂直状態に維持したウェーハ間を上から下に隈なく流れ、ガスの流れが良い。そのため、ガスがウェーハに対して均一に当たるから、ウェーハ表面の膜厚が均一に形成され、パーティクルやスリップの発生を抑制し、汚染も生ぜず、高品質のウェーハが提供される。
さらに、水平配置のウェーハを上下方向に十分な間隔をあけて配置したホルダ使用の従来タイプに比べ、短ピッチで格段に多くのウェーハを配設して熱処理でき、合理的で経済的な多数枚のウェーハを同時に熱処理できる利便性に優れている。また、ホルダを使用しないことから、ウェーハ裏面からの汚染やスリップを防止すると共に、部品点数の軽減に伴うコストダウンも図れる。
請求項2記載の発明の熱処理方法によれば、ホルダを使用せずに、ボートの上に個々の前記ウェーハを垂直方向に起立させて支持して熱処理するので、ホルダを使用した場合のウェーハ裏面からの汚染やスリップを防止でき、ホルダ不要によるコストダウンが達成される。
また、垂直方向に起立させたウェーハを短ピッチで多数整列して支持したボートを、縦型熱処理装置の炉心管の中に水平方向に配設し、垂直状態の隣り合うウェーハの間に、垂直方向に通りやすい原料ガスの流路が形成されるから、炉心管内の上方から垂直下向きに送り出されるガスが、全てのウェーハの間のガス流路を流れてガスの流れが良い。そのため、前記請求項1の場合のように、ガスがウェーハに対して均一に当たり、ウェーハ表面の膜厚が均一に形成され、高品質のウェーハが提供され、パーティクルの発生も抑えられ、合理的で経済的に可及的多数枚のウェーハを同時熱処理可能である。
請求項3記載の発明の熱処理方法によれば、スリットが複数設けられたガス整流板を、炉心管内の最上部に予め支持し、そのガス整流板から噴き出した原料ガスを、スリットを通じて垂直下向きに送り出させると共に、垂直状態の隣り合うウェーハの間で垂直方向に通りやすい原料ガスの流路を形成して誘導でき、ウェーハの膜厚の均一化が図られ、高品質の大口径ウェーハの大量生産が達成される。
請求項4記載の発明の縦型の熱処理装置によれば、多数のウェーハを支持するボートには、垂直方向に起立された個々のウェーハを同心上に多数整列して支持可能な溝部等の支持部が多数形成されているので、短ピッチで多数のウェーハを前記溝部に支持できる。一方、炉心管が前記ボートを水平方向に配設可能な大きさ・形状に形成されているので、コンパクト設計ながら当該炉心管内で前記ボートによって垂直方向に支持された多数の大口径ウェーハを、同時に熱処理できる利便性に優れている。もちろん、ホルダを使用しないことによるウェーハの汚染やスリップの防止、コストダウン、スペースの最大限の利用が達成される。
請求項5記載の発明の縦型の熱処理装置によれば、多数のウェーハを垂直方向に起立させて支持する複数のボート同士が、炉心管内で上下にスタック可能に構成されているので、当該熱処理装置(炉心管)を大がかりに製作することなく、一度に多数枚の大口径ウェーハの熱処理が効率よく達成される。
請求項6記載の発明の縦型の熱処理装置によれば、ガス整流板が炉心管内の最上部で支持され、そのガス整流板の下面にスリットが複数設けられ、前記スリットを通じて原料ガスが垂直下向きに送出自在であるから、スリットから送り出された原料ガスが、垂直状態の隣り合うウェーハ間に形成された原料ガスの流路に誘導され、請求項3記載の発明と同様に、ウェーハの膜厚の均一化が図られ、高品質の大口径ウェーハの大量生産が達成される。
請求項7記載の発明の熱処理装置によれば、横型熱処理装置の炉心管内で、ウェーハを同ウェーハの表裏面が炉心管の軸方向に対し平行となるように配置し、その軸方向に平行配置したウェーハを多数整列させた状態で熱処理を施すので、炉心管内の側方から水平方向に送り出したガスが、前記炉心管でウェーハの表裏面が炉心管の軸方向に対し平行となるように配置したウェーハ間のガス流路に誘導されつつ、炉心管内を水平方向に流れてガスの流れが良い。よって、ガスがウェーハに対して均一に当たるから、ウェーハ表面の膜厚が均一に形成され、パーティクル、スリップの発生や汚染を抑制し、高品質のウェーハが提供される。また、部品点数の軽減に伴うコストダウンも図られる。
請求項8記載の発明の熱処理方法によれば、上記請求項7や請求項2と同様の効果を奏する。すなわち、ガスがウェーハ間のガス流路に誘導され、ウェーハに対して均一に当たり、ウェーハ表面の膜厚が均一に形成されるので、高品質のウェーハが提供され、パーティクルの発生も抑えられ、合理的で経済的に多くのウェーハを量産できる。
請求項9記載の発明の横型の熱処理装置によれば、前記請求項4記載の縦型の熱処理装置と同様に、多数のウェーハを支持するボートには、垂直方向に起立された個々のウェーハを同心上に多数整列して支持可能な溝部等の支持部が短ピッチで多数形成されているので、短ピッチで多数のウェーハを前記溝部に支持できる。一方、炉心管が前記ボートを水平方向に配設可能であって且つボート上のウェーハを炉心管の軸方向に平行配置可能な大きさ・形状に形成されているので、コンパクト設計ながら当該炉心管内で前記ボートによって軸方向に対し平行配置で且つ垂直方向に支持された多数の大口径ウェーハを、同時に熱処理できる利便性に優れている。
請求項10記載の発明の熱処理装置によれば、その縦型又は横型の炉心管が四角形筒体状の角型に形成されているので、炉心管内にデッドスペースをつくらず、当該炉心管の端から端に至るまで、垂直状態のウェーハを可及的に多く配設でき、より多くの大口径ウェーハの同時熱処理が効率よく実現される。
本発明の熱処理方法と縦型又は横型の熱処理装置は、半導体ウェーハの超高温熱処理、特にはSIMOXによるウェーハ製作時に適したアニール方法で好適に実施される。また、アルゴンアニールや水素アニールにも実施可能である。以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面にしたがって説明する。
まず、図1〜図6に示した縦型熱処理装置と同装置を利用した熱処理方法について述べる(請求項1〜6、10)。
本発明の縦型熱処理装置による熱処理方法は、縦型熱処理装置1の炉心管11内で半導体ウェーハ2に熱処理を施すが、前記縦型熱処理装置1の炉心管11内では、従来法のように個々のウェーハ2を水平状態に維持して熱処理するのではなく、個々のウェーハ2を垂直状態に維持し、その垂直状態に維持したウェーハ2を水平方向に多数整列させた状態で熱処理を施すものである(請求項1参照)。
この縦型熱処理装置1は、図1、図4に例示したように、縦長の熱処理装置1の電気炉10に下方から装着される縦長の炉心管11を備える。また、炉心管11内で多数の半導体ウェーハ2…を垂直方向に起立させて支持しつつ熱処理を施すボート3を備える(請求項4参照)。当該縦型熱処理装置1は1500℃対応であるが、この温度に限定されるものではない。なお、図中、符号12はヒータ、符号13はバッファ、符号17は基台をそれぞれ示している。
炉心管11は、後述するボート3を水平方向に配設でき、場合によってはボート3を上下にスタック(積重)できる大きさ、形状に形成されている。望ましくは、この炉心管11を、請求項10記載のように、縦長で横断面形状が四角形で中空な四角形筒状体の角型に形成する実施形態が好適である。炉心管11内でのデッドスペースがなく、可及的に多くの大口径ウェーハ2…を一度に配設できるからである(図2参照)。
前記縦型の炉心管11の内壁面に沿ってガス導入管15が設置されている。このガス導入管15は、炉心管11の下方から垂直方向に上方に延び、上端から原料ガスを送り出す。符号14はそのガス導入口、符号16はガス排気口を示している。
次に、ボート3の構成を説明する。このボート3は、左右に起立する側壁部31、31に亘って接続された棒状の支持棒32により構成されている。この支持棒32の本数は、図3及び図5Cでは4本の実施形態を示したが、それに限定されず、複数本でウェーハ2を安定して支持できればよい。例えば、図5Aのように2本や、図5Bのように3本等で実施することが可能である。
側壁部31は、薄肉で側面方向視形状がU字状又は凹状に形成されている。支持棒32の長さは、例えば約300mmほどであり、この支持棒32の横断面方向に、ウェーハwの外周部を挿し込み支持可能なように、垂直方向に起立された個々のウェーハ2…を同心上に多数整列して支持可能な支持部が短い一定のピッチ間隔をあけて100個所形成されている。支持部としては溝部30が好適に実施される。かくして、このボート3は、100枚のウェーハ2…を各々垂直方向に起立させて支持でき、その垂直方向に起立された隣り合うウェーハ2、2の間に、垂直方向に隙間が形成される。この隙間が後述するガス流路6となる(図1参照)。
上記ボート3は、請求項5記載のように、上下にスタック(積重)可能に構成して実施することがきる(図3、図4、図5B、C)。スタックの手段としては、例えば図5Bに示したボート3のように、側壁部31の下端縁部を下向きの下端凹部33として形成すると共に、図5Cに示したボート3のように、側壁部31の両側部を上向きに延設させ、その延設上端部34と前記下端凹部33とを嵌合させることにより上下2つのボート3、3を積重できる。あるいは、図3に示したように、下側のボート3の前記延設上端部34を凹部に形成し、上側のボート3の下端部33、33を嵌合支持してもよい。
よって、上下2段の各ボート3、3の上にそれぞれ100枚ずつのウェーハ2…が支持される訳だから、合計200枚のウェーハ2…が一度にセットされる。そして、上下2段にスタックされたボート3、3を当該縦型熱処理装置1の炉心管11に下方から装着すると、上段のボート3により垂直状態で隣り合うウェーハ2、2間に形成されたガス流路6が、下段のボート3によりやはり垂直状態で隣り合うウェーハ2、2間に形成されたガス流路6と連接され、図1に矢印で示したように垂直方向に抜けるガスの流路6が形成されるので、ガスの流れが非常によい。
したがって、前記縦型熱処理装置1を利用した熱処理方法としては、以下の如くなる(請求項2参照)。
まず、上述したように、個々の前記ウェーハ2を、同心上に多数整列し且つ垂直方向に起立させて前記ボート3の上に支持する。ボート3を上下にスタックさせた場合、200枚ものウェーハ2…が支持される。
次に、前記の如く垂直方向に起立させたウェーハ2を多数整列して支持した前記ボート3を、縦型熱処理装置1の垂直配置の電気炉10の下方から装着し、炉心管11の中で水平方向に配設し、垂直状態の隣り合うウェーハ2、2の間に、垂直方向に通りやすい原料ガスの流路6を形成する。
かくして、前記炉心管11内でガス導入管15の上方から送り出された原料ガス(例えば酸素)は、前記ガス流路6に誘導され、垂直状態の各シリコンウェーハ2の表面に均一に当接し、シリコンと反応して膜厚が均一なSiO2の被膜を形成しつつ、200枚もの多数のウェーハ2…を同時に熱処理することができる。
次に、ガスを前記ガス流路6に一層正確に誘導するガス整流板5を使用した実施形態を説明する(請求項3、請求項6参照)。
このガス整流板5は、図6に図示例の如く、符号4で示した支柱により縦型熱処理装置1の炉心管11内の最上部で支持される。当該ガス整流板5は、正方形の箱状の本体50の内部の略中央に水平な分流板51が設けられている。その分流板51には垂直方向に貫通した円形等の通孔52が複数形成されている。そして、当該ガス整流板5(本体50)の下面を構成する整流板53に、垂直方向に貫通した縦長状のスリット54が複数設けられている。
したがって、当該ガス整流板5の中にガス導入管15の上端口を臨ませ、そのガス導入管15の上端口から送り出されたガスは、まず分流板51の通孔52を通過して下向きに分流され、次に整流板53のスリット54を通過した上で、垂直状態の隣り合うウェーハ2、2間で垂直方向に通りやすいガス流路6に誘導でき、ガスを各ウェーハ2…の表面に均一に当接でき、膜厚の均一化が図られる。
なお、前記整流板5を使用しないで、図1において符号19で示した付設のモータにより、ボート3を炉心管11内で回転させてガス流路6へのガスの流れを良好にする実施形態も行うことができる。
次に、図7〜図9に示した横型熱処理装置と同装置を利用した熱処理方法について述べる(請求項7〜10)。
請求項9の発明の横型熱処理装置1’は、基本的構成を前記縦型熱処理装置1(請求項4)と同じくする。バッファ13や基台17、ガス排気口16等は同じである。電気炉10とヒータ2は図示を省略した。また、この横型の炉心管11’も、図9に示したように、横断面形状が四角形で中空な四角形筒状体の角型に形成して実施する形態が好ましい。この角型炉心管11’内でより多くの大口径ウェーハ2…を配設して熱処理を施すことができるからである(請求項10)。
また、ウェーハ2を多数支持するボート3も、上述した縦型熱処理装置や熱処理方法で使用するものをそのまま使用できる。したがって、上記のボート3(溝部30)に、100枚のウェーハ2…を各々同心上に多数整列し垂直方向に起立させて支持できる構成である。
このように当該横型熱処理装置1’は、基本的には上述した縦型熱処理装置(熱処理方法)に近似している。しかし、縦型熱処理装置(方法)の場合は、炉心管11の中でウェーハ2が垂直状態を維持できればよいが、この横型熱処理装置(方法)の場合は、従来、炉心管の中で垂直方向に起立され且つ炉心管の軸方向xに対し90度に直交して配置されたウェーハ(図12参照)を、更に同ウェーハ2の表裏面が炉心管11’の軸方向xに対し平行となるようにウェーハ2の配置(向き)を変更する点に、従来にない際立った特徴がある。そのように配置することによって初めて隣り合うウェーハ2、2間に、炉心管11’の軸方向x(水平方向)に流れるガスが通りやすいガス流路6を形成することができるからである。
したがって、当該ボート3を、同ボート3上のウェーハ2の表裏面が炉心管11’の軸方向xに対し平行配置となるように、横型熱処理装置1’の炉心管11’に側方から中空内部へ水平方向に配設して装着し、前記隣り合うウェーハ2、2の間に、炉心管11’の軸方向xに通りやすい原料ガスの流路6を形成する(請求項7、8)。なお、ボート3は、基台17に支持されたボート受け7の上に載置して炉心管11’の中に装着される。
かくして、図7と図8に示したように、炉心管11’の右側のガス導入口18から炉心管11’の軸方向x(水平方向)に原料ガスを送り出すと、その送り出されたガスは前記隣り合うウェーハ2、2の間のガス流路6に誘導されて真っすぐ進み、各ウェーハ2…に隈なく当接し、全てのウェーハ表面に膜厚を均一に形成することができるのである。
1 縦型熱処理装置
1’ 横型熱処理装置
1 ボート
10 電気炉
11 炉心管
11’ 炉心管
12 ヒータ
13 バッファ
14 ガス導入口
15 ガス導入管
16 ガス排気口
17 基台
2 半導体ウェーハ
3 ボート
30 溝部
4 支柱
5 ガス整流板
50 本体
51 分流板
52 通孔
53 整流板
54 スリット
6 ガス流路
x 軸方向
1’ 横型熱処理装置
1 ボート
10 電気炉
11 炉心管
11’ 炉心管
12 ヒータ
13 バッファ
14 ガス導入口
15 ガス導入管
16 ガス排気口
17 基台
2 半導体ウェーハ
3 ボート
30 溝部
4 支柱
5 ガス整流板
50 本体
51 分流板
52 通孔
53 整流板
54 スリット
6 ガス流路
x 軸方向
Claims (10)
- 縦型熱処理装置の電気炉に炉心管を装着し、その炉心管内で半導体ウェーハに熱処理を施す熱処理方法において、
前記縦型熱処理装置の炉心管内で、前記ウェーハを垂直状態に維持し、その垂直状態に維持したウェーハを水平方向に多数整列させた状態で熱処理を施すことを特徴とする熱処理方法。 - 縦型熱処理装置の電気炉に炉心管を装着し、その炉心管内で半導体ウェーハに熱処理を施す熱処理方法において、
a) 個々の前記ウェーハを、同心上に多数整列し且つ垂直方向に起立させてボート上に支持する段階と、
b) 前記ボートを、縦型熱処理装置の炉心管の中に水平方向に配設し、垂直状態の隣り合うウェーハの間に、垂直方向に通りやすい原料ガスの流路を形成する段階と、
c) 前記炉心管内で垂直方向に原料ガスを送り出し、その送り出したガスは前記ガス流路を通じて垂直状態の各ウェーハに当接させ、ウェーハ表面に膜厚を均一に形成する段階と、
より成ることをそれぞれ特徴とする熱処理方法。 - 縦型熱処理装置の電気炉に炉心管を装着し、その炉心管内で半導体ウェーハに熱処理を施す熱処理方法において、
a) スリットが複数設けられたガス整流板を、前記炉心管内の最上部に予め支持する段階と、
b) 個々の前記ウェーハを、同心上に多数整列し且つ垂直方向に起立させてボート上に支持する段階と、
c) 前記ボートを、縦型熱処理装置の炉心管の中に水平方向に配設し、垂直状態の隣り合うウェーハの間に、垂直方向に通りやすい原料ガスの流路を形成する段階と、
d) 前記炉心管内のガス整流板のスリットを通じて垂直下向きに送り出した原料ガスを、前記ウェーハ間のガス流路に誘導して垂直状態の各ウェーハに当接させ、ウェーハ表面に膜厚を均一に形成する段階と、
より成ることをそれぞれ特徴とする熱処理方法。 - 垂直配置の電気炉に装着された炉心管内で、半導体ウェーハに熱処理を施す熱処理方法に適した縦型の熱処理装置において、
多数のウェーハを支持するボートには、垂直方向に起立された個々のウェーハを同心上に多数整列して支持可能な溝部等の支持部が短ピッチで多数形成され、前記炉心管が前記ボートを水平方向に配設可能な大きさ・形状に形成されており、その炉心管内で前記ボートによって垂直状態を維持された多数のウェーハを熱処理可能に構成されていることを特徴とする熱処理装置。 - 多数のウェーハを垂直方向に起立させて支持する複数のボート同士が、炉心管内で上下にスタック可能に構成されていることを特徴とする、請求項4に記載した熱処理装置。
- ガス整流板が炉心管内の最上部で支持され、そのガス整流板の下面にスリットが複数設けられ、前記スリットを通じて原料ガスが垂直下向きに送出自在であり、そのスリットから送り出された原料ガスが、垂直状態の隣り合うウェーハ間に形成された原料ガスの流路に誘導可能に構成されていることを特徴とする、請求項4又は5に記載した熱処理装置。
- 横型熱処理装置の電気炉に炉心管を装着し、その炉心管内で半導体ウェーハに熱処理を施す熱処理方法において、
前記横型熱処理装置の炉心管内で、前記ウェーハを同ウェーハの表裏面が炉心管の軸方向に対し平行となるように配置し、その軸方向に平行配置したウェーハを多数整列させた状態で熱処理を施すことを特徴とする熱処理方法。 - 横型熱処理装置の電気炉に炉心管を装着し、その炉心管内で半導体ウェーハに熱処理を施す熱処理方法において、
a) 個々の前記ウェーハを、同心上に多数整列し且つ垂直方向に起立させてボート上に支持する段階と、
b) 前記ボートを、同ボート上のウェーハの表裏面が炉心管の軸方向に対し平行配置となるように、横型熱処理装置の炉心管の中に水平方向に配設し、前記隣り合うウェーハの間に、炉心管の軸方向である水平方向に通りやすい原料ガスの流路を形成する段階と、
c) 前記炉心管内で水平方向に原料ガスを送り出し、その送り出したガスは前記ガス流路を通じて軸方向に平行配置された各ウェーハに当接させ、ウェーハ表面に膜厚を均一に形成する段階と、
より成ることをそれぞれ特徴とする熱処理方法。 - 水平配置の電気炉に装着された炉心管内で、半導体ウェーハに熱処理を施す熱処理方法に適した横型の熱処理装置において、
多数のウェーハを支持するボートには、垂直方向に起立された個々のウェーハを同心上に多数整列して支持可能な溝部等の支持部が短ピッチで多数形成され、前記炉心管が前記ボートを水平方向に配設可能であって且つボート上のウェーハを炉心管の軸方向に平行配置可能な大きさ・形状に形成されており、その炉心管内で前記ボートによって軸方向に対し平行配置された多数のウェーハを熱処理可能に構成されていることを特徴とする熱処理装置。 - 炉心管が、四角形筒体状の角型に形成されていることを特徴とする、請求項4又は5又は6又は9に記載した熱処理装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003360667A JP2005127537A (ja) | 2003-10-21 | 2003-10-21 | 熱処理方法と熱処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003360667A JP2005127537A (ja) | 2003-10-21 | 2003-10-21 | 熱処理方法と熱処理装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2005127537A true JP2005127537A (ja) | 2005-05-19 |
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ID=34640909
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JP2003360667A Pending JP2005127537A (ja) | 2003-10-21 | 2003-10-21 | 熱処理方法と熱処理装置 |
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JP (1) | JP2005127537A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TWI394505B (zh) * | 2007-03-22 | 2013-04-21 | Ngk Spark Plug Co | 多層配線基板的製造方法 |
CN105304536A (zh) * | 2014-07-28 | 2016-02-03 | 英飞凌科技股份有限公司 | 在立式炉中移动衬底的衬底载具系统和处理衬底的方法 |
-
2003
- 2003-10-21 JP JP2003360667A patent/JP2005127537A/ja active Pending
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