JP2006093195A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】降温時の温度制御の精度を向上することのできる半導体製造装置を提供する。
【解決手段】加熱装置２０７と加熱装置２０７内に設けられる外側反応管２０６および内側反応管２０３とを有する反応炉と、内側反応管２０３と外側反応管２０６との間に挿入される熱電対２６３と、外側反応管２０６と加熱装置２０７との間を吸引排気する吸引排気口３０１と、熱電対２６３の計測した値に基づき加熱装置２０７の温度制御を行う制御部１０１、１０２とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体製造装置に関し、特に、半導体ウエハを反応管内で熱処理をする半導体製造装置に関するものである。

従来のこの種の半導体製造装置では、図３に示すように、ヒータ２０７内に反応管２０３を設け、ヒータ２０７と反応管２０３との間に熱電対２６３を設置し、熱電対２６３により、ヒータ２０７の昇温、降温の温度制御を行なっていた。

ヒータの降温時には、炉内の温度を急速に下げるためにヒータ２０７の上部に設けられた吸引排気口３０１から熱排気を行っていた。この熱排気によって、ヒータ２０７内の雰囲気を排気するが、この際には、熱電対２６３が設けられているヒータ２０７と反応管２０３との間の雰囲気が排気されることになる。その結果、熱電対２６３は熱排気による空気の流れの影響を受け、熱電対２６３自体の温度と反応管２０３内の温度との差が大きくなり、降温時における反応管２０３内の温度制御（追従性）の精度が悪かった。

従って、本発明の主な目的は、降温時の温度制御の精度を向上することのできる半導体製造装置を提供することにある。

本発明によれば、
加熱装置と該加熱装置内に設けられる外側反応管および内側反応管とを有する反応炉と、
前記内側反応管と前記外側反応管との間に挿入される熱電対と、
前記外側反応管と前記加熱装置との間を吸引排気する吸引排気口と、
前記熱電対の計測した値に基づき前記加熱装置の温度制御を行う制御部と、を備えることを特徴とする半導体製造装置が提供される。

好ましくは、前記内側反応管と前記外側反応管とはＳｉＣ製である。この場合に、好ましくは、前記反応炉は、炉内温度が１２００℃以上で処理可能である。なお、好ましくは、前記反応炉は、炉内温度が１３５０℃以下で使用する。

また、本発明によれば、
加熱装置と該加熱装置内に設けられる外側反応管および内側反応管とを有する反応炉と、
前記内側反応管と前記外側反応管との間に挿入される熱電対と、
前記外側反応管と前記加熱装置との間を吸引排気する吸引排気口と、
前記熱電対の計測した値に基づき前記加熱装置の温度制御を行う制御部と、を備える半導体製造装置を用いて、
前記加熱装置と前記外側反応管との間を前記吸引排気口から吸引排気することにより大気雰囲気または不活性ガスを流し、さらに前記熱電対により炉内温度を測定し、測定した値に基づき前記加熱装置の温度制御をし、前記反応炉の温度下降速度を調整することを特徴とする半導体製造装置の温度制御方法が提供される。
この場合に、好ましくは、前記大気雰囲気または前記不活性ガスは前記加熱装置と前記外側反応管との間に供給される。

本発明によれば、降温時の温度制御の精度を向上することのできる半導体製造装置が提供される。

次に、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の好ましい実施例の熱処理炉の炉部分を説明するための概略縦断面図であり、図２は、本発明の好ましい実施例の熱処理炉を説明するための概略縦断面図である。

外側反応管２０６はＳiＣ製であり、上端が閉塞され、下端に開口を有する円筒状の形態である。ＳiＣ製の内側反応管２０３は、上端が閉塞され、下端に開口を有する円筒状の形態を有し、外側反応管２０６内に同心円状に配置されている。

内側反応管２０３の下部には例えば石英からなるガス供給管２３２と排気管２３１が連結されている。ガス供給管２３２と連結する導入口２３４は内側反応管２０３下部から、内側反応管２０３側部に添って例えば細管状に立ち上がり、天井部で内側反応管２０３内部に至っている。排気管２３１は反応管２０３の排気口２３５に接続されている。処理ガスは供給管２３２から導入口２３４に導入され、その後内側反応管２０３側部に添う細管内部を立ち上がり、内側反応管２０３の天井部から内部に流入し、内側反応管２０３下部に接続された排気管２３１から排気されるようになっている。

内側反応管２０３の導入口２３４にはガス供給管２３２により、処理用のガスが内側反応管２０３内に供給されるようになっている。このガス供給管２３２はガスの流量制御手段（以下マスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４１）に連結されており、ＭＦＣ２４１はガス流量制御部１０３に接続されており、ガス流量制御部１０３によって供給する処理ガスの流量を所定の量に制御する。

内側反応管２０３の排気口２３５には、圧力調節器（例えばＡＰＣ２４２）に連結されたガスの排気管２３１が接続されており、内側反応管２０３内を流れるガスを排出し、内側反応管２０３内をＡＰＣ２４２により圧力を制御することにより、所定の圧力にするよう圧力検出手段（以下圧力センサ２４５）により検出し、圧力制御部１０４により制御する。

内側反応管２０３の下端開口部には、例えば石英からなる円盤状の保持体（以下ベース２５７）が、Ｏリング２２０を介して気密シール可能に着脱自在にあり、ベース２５７は円盤状の蓋体（以下シールキャップ２１９）の上に取付けられている。又、シールキャップ２１９には、回転手段（以下回転軸２５４）が連結されており、回転軸２５４により、保持体（以下石英キャップ２１８）及び基板保持手段（以下ボート２１７）、ボート２１７に保持されている基板（以下ウエハ２００）を回転させる。また、シールキャップ２１９は昇降手段（以下ボートエレベータ１１５）に連結されていて、ボート２１７を昇降させる。回転軸２５４、及びボートエレベータ１１５を所定のスピードにするように、駆動制御部１０５により制御する。

外側反応管２０６の外周には加熱手段（以下ヒータ２０７）が同心円状に配置されている。ヒータ２０７の天井部には吸引排気口３０１が形成されている。外側反応管２０６と内側反応管２０３との間には温度検出手段（以下熱電対２６３）が設けられている。温度検出手段（以下熱電対２６３）により温度を検出し、その検出値を温度制御部１０２に入力し、その検出値に基づいて、温度制御部１０２によりヒータ２０７の温度制御を行って、内側反応管２０３内の温度を所定の処理温度にするように制御する。

図１、図２に示した処理炉による熱処理方法の一例を説明すると、まず、ボートエレベータ１１５によりボート２１７を下降させる。ボート２１７に複数枚のウエハ２００を保持する。次いで、ヒータ２０７により加熱しながら、内側反応管２０３内の温度を所定の処理温度にする。ガス供給管２３２に接続されたＭＦＣ２４１により予め内側反応管２０３内を不活性ガスで充填しておき、ボートエレベータ１１５により、ボート２１７を上昇させて内側反応管２０３内に移し、内側反応管２０３の内部温度を所定の温度に維持する。内側反応管２０３内を所定の圧力に保った後、回転軸２５４により、ボート２１７及びボート２１７上に保持されているウエハ２００を回転させる。同時にガスの供給管２３２から処理用のガスを供給する。供給された処理用ガスは、内側反応管２０３内を下降し、ウエハ２００に対して均等に供給される。熱散処理中の内側反応管２０３内は、排気管２３１を介して排気され、所定の圧力になるようＡＰＣ２４２により圧力が制御される。温度制御部１０２によりヒータ２０７の温度制御を行って、内側反応管２０３内の温度を上記所定の温度から所定の処理温度にまで上昇させ、その処理温度で所定時間保持し、所定時間、熱処理を行う。その後、上記所定の温度まで降温する。この降温中には、ヒータ２０７と外側反応管２０６との間を吸引排気口３０１から吸引排気することによってヒータ２０７と外側反応管２０６との間に大気雰囲気または不活性ガスを流す。

このようにして熱処理が終了すると、次のウエハ２００の熱処理に移るべく、反応管２０３内のガスを不活性ガスで置換するとともに、圧力を常圧にし、その後、ボートエレベータ１１５によりボート２１７を下降させて、ボート２１７及び処理済のウエハ２００を反応管２０３から取出す。反応管２０３から取出されたボート２１７上の処理済のウエハ２００は、未処理のウエハ２００と交換され、再度前述同様にして反応管２０３内に上昇され、熱処理が成される。

なお、上記一連の処理は、温度制御部１０２、ガス流量制御部１０３、圧力制御部１０４、駆動制御部１０５を備える主制御部１０１によって制御されて行われる。

近年、１２００℃以上の高温処理の需要が高まっており、反応管に石英を使用すると、石英ではひずみ点温度が約１１００℃以上となることから変形してしまい、また反応室内の汚染除去の為、プロセス温度よりも高い温度、例えば１２１０℃以上で長時間ヒータを空焼きする必要があるため、本実施例では、反応管には石英でなくＳｉＣ製のものを使用している。

反応管がＳｉＣ製であると、熱容量が大きいので、炉内の温度を下げるのに大幅に時間を費やしてしまう。そこで本実施例では、吸引排気口３０１を設け、ヒータ２０７と外側反応管２０６との間に例えば大気雰囲気、または不活性ガスを流すようにして、炉内の温度を短時間で下げられるようにした。

その一方では、反応管をＳｉＣ製の外側反応管２０６とＳｉＣ製の内側反応管２０３との２重構造とし、外側反応管２０６と内側反応管２０３との間に熱電対２６３を設けている。これによりヒータ２０７の降温時に、ヒータ上部の吸引排気口３０１から熱排気をすると、熱排気は、ヒータ２０７と外側反応管２０６との間で行われ、熱電対２６３周辺の雰囲気は外側反応管２０６によって熱排気による空気の流れの影響を受けない。その結果、熱電対２６３自体の温度と内側反応管２０３内の温度差は小さくなり、内側反応管２０３内の降温の温度制御（追従性）の精度が向上し、ウエハ２００の歩留まりが向上する。

なお、本実施例のように、外側反応管２０６、内側反応管２０３としてＳｉＣ製のものを使用すると、炉内温度が１２００℃以上でも熱処理を行えるが、ＳｉＣの耐熱温度は１４００℃程度であるが、ヒータは１３５０℃程度が上限なので、炉内温度の上限値は約１３５０℃である。

本発明の好ましい実施例の熱処理炉の炉部分を説明するための概略縦断面図である。 本発明の好ましい実施例の熱散処理炉を説明するための概略縦断面図である。 従来の熱処理炉を説明するための概略縦断面図である。

符号の説明

１０１…主制御部
１０２…温度制御部
１０３…ガス流量制御部
１０４…圧力制御部
１０５…駆動制御部
１１５…ボートエレベータ
２００…ウエハ
２０３…内側反応管
２０６…外側反応管
２０７…ヒータ
２１７…ボート
２１８…石英キャップ
２１９…シールキャップ
２２０…Ｏリング
２３１…排気管
２３２…ガス供給管
２３５…排気口
２４１…ＭＦＣ
２４２…圧力調整器（ＡＰＣ）
２４５…圧力センサ
２５４…回転軸
２５７…ベース
２６３…熱電対
３０１…吸引排気口

Claims (1)

1. 加熱装置と該加熱装置内に設けられる外側反応管および内側反応管とを有する反応炉と、
   前記内側反応管と前記外側反応管との間に挿入される熱電対と、
   前記外側反応管と前記加熱装置との間を吸引排気する吸引排気口と、
   前記熱電対の計測した値に基づき前記加熱装置の温度制御を行う制御部と、を備えることを特徴とする半導体製造装置。
   

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