JP2006294863A - 半導体製造用熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高耐食性合金を用いることなく、金属腐食の塵による半導体ウェハの品質低下を抑制し得る半導体製造用熱処理装置を提供する。
【解決手段】 拡散装置２０では、炉体２１に接続されたスカベンジャ２８内に、炉心管２２に連通する石英ガラス製の外筒体３０αを設け、外筒体３０αの内部空間Ｋを通して炉心管２２に半導体ウェハＷを搬入搬出する。これにより、炉心管２２内で発生した金属腐食性の反応生成ガスが、外筒体３０αの内部空間Ｋを通過したり滞留したりするときに内壁面３１ｃに接触しても、当該反応生成ガスによって内壁面３１ｃが金属腐食されることがない。したがって、内部空間Ｋ内における金属腐食による生成物の発生を防止するため、炉心管２２に搬入出する際にこのような生成物の付着を原因とする半導体ウェハＷの品質低下を抑制することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、適宜なガス雰囲気中で半導体ウェハに熱処理を施す半導体製造用熱処理装置に関するものである。

半導体装置の製造工程においては、適宜なガス雰囲気中で半導体ウェハに熱処理を施すために種々の半導体製造用熱処理装置が使用されており、熱拡散炉、熱酸化炉、リフロー炉、アニール炉等がある。このような半導体製造用熱処理装置では、例えば、半導体ウェハに対するボロンやリン等の不純物の付着性を向上させるため、媒体ガスとしてハロゲン化合物（適宜なガス）を用いることがあるが、その一方で、半導体ウェハの酸化膜形成時に発生し得るアルカリ金属イオンを除去するためや炉心管を清掃するために、塩素ガスや塩素系の有機溶剤が用いられる場合がある。

この場合、炉心管内では、これらの塩素ガス等とハロゲン化合物の媒体ガスとが反応して塩酸やハロゲン化水素が発生し得る。そのためこのような金属腐食性のあるガス（以下「反応生成ガス」という）を炉外に排気する必要から、炉内の反応生成ガスを外部に排気する排気装置が半導体製造用熱処理装置に付加されていることが多い。

ところが、このような排気装置では、反応生成ガスが流れる部分や滞留する部分にも、通常のステンレス（ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６等）が使用されている。そのため、当該部分を構成する内壁等は、反応生成ガスに長時間晒されることにより金属腐食を免れることはできない。そこで、例えば、下記特許文献１に開示される「半導体装置用拡散炉の排気装置」のように、反応生成ガスに対して比較的耐食性の高い金属（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅを含むＮｉ基合金；以下「高耐食性合金」という）を当該部分の内壁に用いることで、反応生成ガスに対する耐食性を高め得る構成を採っている。
特許３４１３９４４号公報

しかしながら、(1) 上記特許文献１の開示技術によると、排気装置を高耐食性合金を用いて構成することにより反応生成ガスに対する耐食性を高め得るものの、そのような高耐食性合金は一般に高価である。そのため、設備コストの増大を招き、当該排気装置の導入に障害となり得る。

(2) このような高耐食性合金を用いて排気装置を構成した場合にも、使用時間の経過に伴い少なからずとも金属腐食が発生するため、腐食するまでの時間を長期化することはできても、使用により必ず交換時期が到来する。このため、(1) で掲げた設備コストの増大という問題が、交換時には保守コストの増大として現れることから、当該排気装置の導入にさらなる障害を与え得る。

(3) このような排気装置の内壁に通常のステンレスを用いた場合には、反応生成ガスによる金属腐食によって発生した塵が、当該装置内を通る半導体ウェハに付着し、当該半導体ウェハが金属汚染される。そのため、かかる内壁の金属腐食が熱処理された半導体ウェハの品質不良に直結する一方で、このような塵の付着を防止するために当該排気装置を定期的に洗浄する必要も生じるため、洗浄作業に伴う作業工数の増大をも招く。

(4) このような洗浄作業を行っても、排気装置の内壁に金属腐食が生じる限り、それによる塵の発生は根本的には防ぐことはできない。そのため、このような塵による金属汚染を原因とした半導体ウェハの品質低下を高耐食性合金を用いることなく、効果的に抑制することは難しい。

(5) また、半導体ウェハの品質低下は、このような金属腐食による塵に限られず、炉内の雰囲気をつくり出す適宜なガスが、排気装置の内壁等に接触して冷却されても生じる。即ち、かかる適宜なガスはその温度低下により液化や固化することから、それが塵となって半導体ウェハに付着した場合には半導体ウェハの品質低下の原因となる。このため、かかる金属腐食以外の塵による半導体ウェハの品質低下に対しては、上記特許文献１の開示技術では効果は期待できない。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、高耐食性合金を用いることなく、金属腐食の塵による半導体ウェハの品質低下を抑制し得る半導体製造用熱処理装置を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、適宜なガスが液化または固化した塵による半導体ウェハの品質低下を抑制し得る半導体製造用熱処理装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、特許請求の範囲に記載の請求項１の半導体製造用熱処理装置では、半導体ウェハ［Ｗ］を内部に搬入可能な開口部［２２ａ］および適宜なガスを前記内部に導入可能なガス導入部［２２ｂ］を有し、前記ガス導入部［２２ｂ］から導入された前記適宜なガスにより前記内部に収容された前記半導体ウェハ［Ｗ］の周囲を当該ガス雰囲気に維持可能な炉心管［２２］と、前記炉心管［２２］の外周を覆い当該炉心管［２２］を加熱して前記ガス雰囲気中の前記半導体ウェハ［Ｗ］を前記炉心管［２２］内で熱処理可能な炉体［２１］と、前記半導体ウェハ［Ｗ］が通過可能な内部空間［Ｋ］を前記炉体［２１］外で形成可能な筒状に非金属により形成され、外部から前記内部空間［Ｋ］に前記半導体ウェハ［Ｗ］を取込可能かつ前記内部空間［Ｋ］から前記外部に前記半導体ウェハ［Ｗ］を取出可能な入出口［Ｋａ］を一端側［３１ａ］に有し、前記内部空間［Ｋ］から前記炉心管［２２］内に前記半導体ウェハ［Ｗ］を搬入可能かつ前記炉心管［２２］内から前記内部空間［Ｋ］に前記半導体ウェハ［Ｗ］を搬出可能に前記開口部［２２ａ］に連通し得る連通口［Ｋｂ］を他端側［３１ｂ］に有し、前記炉心管［２２］内で発生する金属腐食性の反応生成ガスを前記炉心管［２２］内から前記内部空間［Ｋ］を介して前記外部に排気可能な排気口［３３ａ］を前記連通口［Ｋｂ］の近傍に有する外筒体［３０α、３０α’、３０β、３０β’、３０γ、３０γ’］と、前記入出口［Ｋａ］、前記連通口［Ｋｂ］および前記排気口［３３ａ］を除いた前記外筒体［３０α等］の周囲を覆うとともに前記炉体［２１］に連結される排気部本体［２８］と、を備えることを技術的特徴とする。なお、［ ］内の数字等は、［発明を実施するための最良の形態］の欄で説明する符号に対応し得るものである（以下同じ）。

特許請求の範囲に記載の請求項２の半導体製造用熱処理装置では、請求項１記載の半導体製造用熱処理装置において、前記炉心管［２２］の開口部［２２ａ］は、前記炉心管［２２］内で発生した前記反応生成ガスを前記外筒体［３０α等］の内部空間［Ｋ］に排気するために必要な最小限の長さ［Ｌ］だけ前記炉体［２１］から前記外筒体［３０α等］の内部空間［Ｋ］に突出していることを技術的特徴とする。

特許請求の範囲に記載の請求項３の半導体製造用熱処理装置では、請求項１または２記載の半導体製造用熱処理装置において、前記外筒体［３０α等］は、前記炉心管［２２］の加熱期間中においても、前記排気部本体［２８］から取り外し可能に構成されることを技術的特徴とする。

特許請求の範囲に記載の請求項４の半導体製造用熱処理装置では、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体製造用熱処理装置において、前記外筒体［３０α、３０α’、３０β、３０β’］は、前記内部空間［Ｋ］を形成する内壁面［３１ｃ］に前記適宜なガスまたは前記反応生成ガスが接触して発生した生成物［Ｆ］を前記外筒体［３０α、３０α’、３０β、３０β’］の外部に排出可能な隙間部［Ｓ、Ｓ’］を重力方向下側に有することを技術的特徴とする。

特許請求の範囲に記載の請求項５の半導体製造用熱処理装置では、請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体製造用熱処理装置において、前記外筒体［３０β、３０β’］は、前記内部空間［Ｋ］を形成する内壁面［３１ｃ］に前記適宜なガスまたは前記反応生成ガスが接触して発生した生成物［Ｆ］を貯留可能な貯留部［４７ａ、５７ａ］を重力方向下側に有することを技術的特徴とする。

特許請求の範囲に記載の請求項６の半導体製造用熱処理装置では、請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体製造用熱処理装置において、前記外筒体［３０α等］は、前記内部空間［Ｋ］を形成する内壁面［３１ｃ］が当該外筒体［３０α等］の径方向断面形状を略円形状とする曲面状に形成されていることを技術的特徴とする。

特許請求の範囲に記載の請求項７の半導体製造用熱処理装置では、請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体製造用熱処理装置において、前記外筒体［３０α等］は、前記内部空間［Ｋ］を形成する内壁面［３１ｃ］が石英により構成されることを技術的特徴とする。

請求項１の発明では、炉体［２１］に連結された排気部本体［２８］内に、炉心管［２２］に連通する非金属の外筒体［３０α等］を設け、外筒体［３０α等］の内部空間［Ｋ］を通して炉心管［２２］に半導体ウェハ［Ｗ］を搬入搬出する。これにより、炉心管［２２］内で発生した金属腐食性の反応生成ガスが、外筒体［３０α等］の内部空間［Ｋ］を通過したり滞留したりするときに内壁面［３１ｃ］に接触しても、当該反応生成ガスによって内壁面［３１ｃ］が金属腐食されることがない。したがって、内部空間［Ｋ］における金属腐食による塵［Ｆ］の発生を防止するため、高耐食性合金を用いることなく、炉心管［２２］に半導体ウェハ［Ｗ］を搬入出する際にこのような塵［Ｆ］の付着を原因とする半導体ウェハ［Ｗ］の品質低下を抑制することができる。

請求項２の発明では、炉心管［２２］の開口部［２２ａ］は、炉心管［２２］内で発生した反応生成ガスを外筒体［３０α等］の内部空間［Ｋ］に排気するために必要な最小限の長さ［Ｌ］だけ炉体［２１］から外筒体［３０α等］の内部空間［Ｋ］に突出している。これにより、内部空間［Ｋ］で冷却される炉心管［２２］の開口部［２２ａ］部分を最小限にするため、炉心管［２２］から出た適宜なガスが当該冷却された開口部［２２ａ］部分に接触して液化や固化するのを最小限に抑えることができる。したがって、適宜なガスの液化や固化による塵［Ｆ］の発生を低下させることから、このような金属腐食以外の塵による半導体ウェハ［Ｗ］の品質低下を抑制することができる。

請求項３の発明では、外筒体［３０α等］は、炉心管［２２］の加熱期間中においても、排気部本体［２８］から取り外し可能に構成される。これにより、たとえ外筒体［３０α等］の内壁面等に塵［Ｆ］が付着しても、炉心管［２２］内の温度を低下させることなく、外筒体［３０α等］の交換や洗浄を行うことができる。したがって、炉心管［２２］の加熱を一旦中断してから外筒体［３０α］を交換等する場合に比べて、半導体製造プロセスの停止時間を大幅に削減することができる。

請求項４の発明では、外筒体［３０α、３０α’、３０β、３０β’］は、内部空間［Ｋ］を形成する内壁面［３１ｃ］に適宜なガスまたは反応生成ガスが接触して発生した生成物［Ｆ］を外筒体［３０α、３０α’、３０β、３０β’］の外部に排出可能な隙間部［Ｓ、Ｓ’］を重力方向下側に有する。これにより、適宜なガスまたは反応生成ガスが外筒体［３０α、３０α’、３０β、３０β’］に接触してこれらの生成物［Ｆ］が外筒体［３０α、３０α’、３０β、３０β’］内で発生しても、このような生成物［Ｆ］を隙間部［Ｓ、Ｓ’］から外部に排出することができる。したがって、排気部本体［２８］から外筒体［３０α、３０α’、３０β、３０β’］を取り外すことなく、このような生成物［Ｆ］を容易に除去することができる。

請求項５の発明では、外筒体［３０β、３０β’］は、内部空間［Ｋ］を形成する内壁面［３１ｃ］に適宜なガスまたは反応生成ガスが接触して発生した生成物［Ｆ］を貯留可能な貯留部［４７ａ、５７ａ］を重力方向下側に有する。これにより、適宜なガスまたは反応生成ガスが外筒体［３０β、３０β’］に接触してこれらの生成物［Ｆ］が外筒体［３０β、３０β’］内で発生しても、このような生成物［Ｆ］が重力方向下側に移動した場合には貯留部［４７ａ、５７ａ］に貯留することができる。例えば、生成物［Ｆ］が液状の場合には、重力方向下側に移動する可能性が高いので、下方に移動した液状の生成物［Ｆ］を当該貯留部［４７］に溜めることができ、また外筒体［３０β、３０β’］の洗浄を容易にすることができる。

請求項６の発明では、外筒体［３０α等］は、内部空間［Ｋ］を形成する内壁面［３１ｃ］が当該外筒体［３０α等］の径方向断面形状を略円形状とする曲面状に形成されている。これにより、内壁面［３１ｃ］に適宜なガスまたは反応生成ガスが接触して生成物［Ｆ］が発生しても、内壁面［３１ｃ］が曲面状である分、内壁面［３１ｃ］が平面状である場合に比べて当該内壁面［３１ｃ］から滴下し難く、当該内壁面［３１ｃ］を伝わって重力方向下方に移動し易い。したがって、生成物［Ｆ］が内壁面［３１ｃ］から滴下する確率を減少させるため、生成物［Ｆ］の滴下による半導体ウェハ［Ｗ］の品質低下を抑制することができる。

請求項７の発明では、外筒体［３０α等］は、内部空間［Ｋ］を形成する内壁面［３１ｃ］が石英により構成されることから、高耐食性合金を用いて外筒体［３０α等］を構成する場合に比べて安価に構成することができる。したがって、設備コストおよび保守コストのいずれについても大幅な増加を伴うことなく、半導体ウェハ［Ｗ］の品質低下を抑制することができる。

以下、本発明の半導体製造用熱処理装置を、半導体製造プロセスの熱拡散工程に用いられる拡散装置（以下「拡散装置」という）に適用した実施形態を図に基づいて説明する。

［第１実施形態］
第１実施形態に係る拡散装置２０では図１〜図６を参照する。まず、拡散装置２０の基本的な構成を図１および図２に基づいて説明する。なお、図１には、拡散装置２０の構成例が示されており、また図２には、拡散装置２０を構成する外管３１αの構成例が示されている。

図１に示すように、拡散装置２０は、主に、炉体２１、炉心管２２、スカベンジャ２８、外筒体３０α等から構成されており、適宜なガス雰囲気中で半導体ウェハＷに熱処理を施し得るものである。本実施形態では、「熱処理」とは、例えば、ボロンやリン等の不純物を半導体ウェハＷに良好に付着させるための媒体ガス（例えばハロゲン化合物）雰囲気中で、半導体ウェハＷを高温処理することをいう。なお、図１(A) は、拡散装置２０の縦断面図（図１(B) に示す1A−1A線断面図）、図１(B) は、拡散装置２０の横断面図（図１(A) に示す1B−1B線断面図）である。また、図１(A) に示す符号Ｂは、複数枚の半導体ウェハＷを立てた状態で保持可能な横型ボートを示し、また符号Ｈは、その横型ボートＢをスカベンジャ２８、炉心管２２内に搬入・搬出可能なハンドラを示す。なお、媒体ガスは、特許請求の範囲に記載の「適宜なガス」に相当し得るものである。

炉体２１は、その筐体２１ａ内に、炉心管２２、ヒータ２３、ソフトブロック２４、ハードブロック２５等を備えており、炉心管２２の外周を覆うヒータ２３により炉心管２２を加熱して適宜なガス雰囲気中の半導体ウェハＷを炉心管２２内で熱処理可能にするものである。なお、ヒータ２３は、炉心管２２の外周に巻回される電熱コイルで所定のヒータ電流を図略の電源装置から供給可能に構成されている。またソフトブロック２４は、ヒータ２３の周囲を覆うように設けられるグラスウール等からなる断熱材である。ハードブロック２５は、炉体２１から僅かに突出する炉心管２２の開口部２２ａの周囲を環状に覆い得る円環形状に形成されたセラミック等からなるの断熱材である。

炉心管２２は、例えば、石英ガラスからなる円筒形状を有するもので、一端側に半導体ウェハＷを炉心管２２の内部に搬入可能な開口部２２ａ、他端側に媒体ガスを当該内部に導入可能なガス導入部２２ｂをそれぞれ有し、ガス導入部２２ｂから導入された媒体ガスにより当該内部に収容された半導体ウェハＷの周囲を媒体ガス雰囲気に維持可能に構成されている。なお、この炉心管２２は、炉体２１のヒータ２３により加熱されて内部の媒体ガス雰囲気が所定温度以上に達することで、当該媒体ガス雰囲気中に置かれた半導体ウェハＷの熱処理を可能にしている。

ところで、このような炉心管２２では、［背景技術］の欄で述べたように、半導体ウェハＷの熱処理が行われることに伴って金属腐食性のある反応生成ガスが炉心管２２内で発生し得る。このため、発生した反応生成ガスを炉心管２２の内から炉心管２２の外に排気する必要から、炉心管２２の開口部２２ａは、通常、炉体２１から外側に突出している。しかし、このように炉体２１の外に突出した部分は、外気によって冷却されることから、開口部２２ａの突出量が必要以上に設定されていると、当該突出部分に媒体ガスが接触することにより当該突出部分において媒体ガスの温度が低下し媒体ガスの液化や固化を招く。そして、このような媒体ガスの固化等により発生した生成物Ｆが半導体ウェハＷに付着することで、半導体ウェハＷの品質低下の原因となり得る。

そこで、本実施形態に係る拡散装置２０では、図１(A) に示すように、炉心管２２の開口部２２ａの突出量Ｌを、炉心管２２の内で発生した反応生成ガスを炉心管２２の外、つまり後述する外筒体３０αの内部空間Ｋに排気するために必要な最小限の長さに設定している。なお、図１(A) に示す炉心管２２の突出量Ｌは、図面上その存在を明確にするため誇張して表現されているが、実際には、例えばミリメートルオーダに設定されている。

スカベンジャ２８は、炉体２１の前面側、つまり半導体ウェハＷの搬入出側に連結されることにより、炉心管２２で発生した反応生成ガスや媒体ガスを吸気して外部に排出し得る機能を有する排気装置で、「フロントスカベンジャ」とも称される。即ち、スカベンジャ２８は、炉心管２２の開口部２２ａよりも大径に設定された角柱形状の筒体で、一端側に炉体２１に連結可能な連結部２８ａを有し、他端側に半導体ウェハＷを立てた横型ボートＢを受け入れ可能な搬入出口２８ｂを有するとともに、後述する外筒体３０αを収容可能な大きさに設定されている。

このスカベンジャ２８には、炉心管２２で発生した反応生成ガスや媒体ガスを外部に排出するための排気管２９が径方向側方（図１(B) に示すＹ方向）に突出するように形成され、当該排気管２９は図略の吸引ポンプに接続されている。これにより、反応生成ガス等を当該排気管２９を介して外部に導出可能にしている。なお、このスカベンジャ２８はその内壁面に、例えば、通常のステンレス（ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６等）を使用しいるため、内部に外筒体３０αを収容することにより、炉心管２２から排出された金属腐食性のある反応生成ガス等が当該内壁面に極力接触しないようにしている。なお、スカベンジャ２８は、特許請求の範囲に記載の「排気部本体」に相当し得るものである。

図１および図２に示すように、外筒体３０αは、筒状部３１、排気ポート３３、支持部３５およびドレンポート３７により構成されている。
筒状部３１は、金属腐食性のある反応生成ガス等に高い耐性をもつ石英ガラス等の非金属からなる略円筒形状の筒体で、前述したスカベンジャ２８内に収容可能な大きさで、かつ、半導体ウェハＷを立てた横型ボートＢが通過可能な内部空間Ｋを形成し得る内径Ｄに設定されている。

この筒状部３１の搬入端部３１ａ（一端側）には、横型ボートＢに立てられた半導体ウェハＷを外部から内部空間Ｋに取込可能かつ内部空間Ｋから外部に当該半導体ウェハＷを取出可能な入出口Ｋａが形成されている。また筒状部３１の炉側端部３１ｂ（他端側）には、横型ボートＢに立てられた半導体ウェハＷを当該内部空間Ｋから炉心管２２内に搬入可能かつ当該半導体ウェハＷを炉心管２２内から内部空間Ｋに搬出可能な連通口Ｋｂが、炉心管２２の開口部２２ａに連通可能に形成されている。

また、この筒状部３１の連通口Ｋｂの近傍には、前述したスカベンジャ２８の排気管２９に連結可能に構成される排気ポート３３が形成されており、この排気ポート３３によって、炉心管２２内で発生する金属腐食性の反応生成ガスを炉心管２２内から内部空間Ｋを介して外部に排気可能にしている。例えば本実施形態では、スカベンジャ２８の排気管２９の内径よりも小径に排気ポート３３の外径を設定するとともに、炉心管２２の開口部２２ａに連通可能にスカベンジャ２８内に収容した状態で排気ポート３３を排気管２９内に挿入可能な位置に径方向側方（図１(B) 、図２に示すＹ方向）に突出状に形成している。

なお、このような突出形状の排気ポート３３を形成することなく、例えば、図２(A) に示すように、排気ポート３３を形成すべき位置およびその周囲（図２(A) に示す斜線部の範囲）に、筒状部３１の一部を切り取ったような空間形状を有する切欠部３１ｄによる排気ポート３３’を形成しても良い。これにより排気ポートを簡易に構成できる。

支持部３５は、筒状部３１の安定した載置を可能にするために筒状部３１に取り付けられている４本の柱状部材で、スカベンジャ２８内に収容された筒状部３１の炉側端部３１ｂを炉心管２２の開口部２２ａに連通可能な位置関係に維持し得るように、これらの長さ等が設定されている。

ドレンポート３７は、筒状部３１の軸方向（図１(A) 、図２(A) に示すＸ軸方向）に沿った長溝状のスリットＳを筒状部３１に形成するもので、スリットＳを仕切る筒状部３１の周壁端部を延長するように重力方向（図１(B) 、図２に示すＺ軸下方向）に延びる板状のガイド部３７ａを備えている。このように構成することによって、筒状部３１の内部空間Ｋを形成する内壁面３１ｃに媒体ガスまたは反応生成ガスが接触して発生した生成物Ｆを、ガイド部３７ａに沿って筒状部３１の外部に排出可能にしている。なお、ドレンポート３７は、特許請求の範囲に記載の「隙間部」に相当し得るものである。

このように外筒体３０αは、略円筒形状の筒状部３１を中心にその径方向外側（図１、図２に示すＹ軸方向およびＺ軸方向）に向かって排気ポート３３、支持部３５やドレンポート３７が凸状に形成されているため、図２(B) に示すように、径方向断面形状の最大外形寸法３０ｍがスカベンジャ２８の内形寸法２８ｍよりも小さくなるように設定されている。これにより、外筒体３０αの周囲を覆うスカベンジャ２８を、炉体２１から取り外すことなく、スカベンジャ２８内から外筒体３０αを外部に取り出すことができ、また外部からスカベンジャ２８内に外筒体３０αを取り付けることができる。

このため、炉心管２２の加熱期間中においても、このような外筒体３０αの取付作業や取外作業ができるので、筒状部３１の内壁面３１ｃに生成物Ｆが付着しても、炉心管２２内の温度を低下させることなく、外筒体３０αの交換・洗浄といった保守作業や保全作業を行うことができる。したがって、炉心管２２の加熱を一旦中断してから外筒体３０αを交換等する場合に比べ、半導体製造プロセスの停止時間を大幅に削減することができる。

ここで、外筒体３０αの改変例を図３および図４を参照して説明する。
前述した外筒体３０αでは、ドレンポート３７として、重力方向に延びる板状のガイド部３７ａを備えたものを例示したが、例えば、図３に示す外筒体３０β（改変例1-1 ）のような貯留部４７ａを備えたドレンポート４７でも良い。

即ち、筒状部３１の軸方向（図３(A) に示すＸ軸方向）に沿った長溝状のスリットＳを筒状部３１に形成するのであるが、筒状部３１の周壁を延長するように重力方向（図３に示すＺ軸下方向）に延びる板状のガイド部３７ａを設けるのではなく、ドレンポート４７では、「？」記号の点を除いた部分を横に寝かせたような断面形状に、スリットＳを仕切る周壁端部、つまり貯留部４７ａを形成する。これにより、内部空間Ｋを形成する内壁面３１ｃに媒体ガスまたは反応生成ガスが接触して生成物Ｆが発生しても、このような生成物Ｆが重力方向下側に移動した場合には当該貯留部４７ａに貯留することができる。例えば、生成物Ｆが液状の場合には、重力方向下側に移動する可能性が高いので、下方に移動した液状の生成物Ｆを当該貯留部４７ａに溜めることができ、また外筒体３０βの洗浄を容易にすることができる。

また、図４に示す外筒体３０γ（改変例1-2 ）のような受器部５７ａを備えたドレンポート５７でも良い。筒状部３１の軸方向（図４(A) に示すＸ軸方向）に沿った長溝状のスリットＳ’を筒状部３１に形成するのであるが、外部空間に連通するようなスリットＳを設けるのではなく、筒状部３１の周壁を延長するように重力方向（図４に示すＺ軸下方向）に延びる板状のガイドに蓋を設けて形成した長箱状の受器部５７ａを有するドレンポート５７を形成する。これにより、内部空間Ｋを形成する内壁面３１ｃに媒体ガスまたは反応生成ガスが接触して生成物Ｆが発生しても、このような生成物Ｆが重力方向下側に移動した場合には当該受器部５７ａに保持することができ外部への流出を防止できるので、外部への流出阻止を要求される生成物Ｆに対して特に有効である。なお、受器部５７ａは、特許請求の範囲に記載の「貯留部」に相当し得るものである。

なお、本実施形態では、外筒体３０α、３０β、３０γに円筒状の筒状部３１を採用していることから、その内部空間Ｋを形成する内壁面３１ｃは、これら外筒体３０α等の径方向断面形状を略円形状とする曲面状に形成されている。これにより、図５(A) に示すように、内壁面３１ｃに媒体ガスや反応生成ガスが接触して生成物Ｆが発生しても、内壁面３１ｃが曲面状である分、内壁面３１ｃが平面状である場合に比べて内壁面３１ｃから滴下し難く、内壁面３１ｃを伝わって重力方向下方に移動し易い。

即ち、図５(B) に示すように、筒状部１３１の内部空間ＫＫを形成する内壁面１３１ｃが平面状である場合には、重力方向上側に付着した生成物Ｆ’は滴となって真下に滴下する可能性が高く、滴下した生成物Ｆ’が半導体ウェハＷに付着することで品質低下を招く要因となる。しかし、本実施形態に係る外筒体３０α等では、内壁面３１ｃを曲面状に形成することで、このような生成物Ｆ’が滴下する確率を減少させるので、生成物Ｆの滴下による半導体ウェハＷの品質低下を抑制することができる。

また、前述した外筒体３０βの筒状部３１には、ドレンポート４７に貯留部４７ａを備えているので、図５(A) に示すように、内壁面３１ｃを伝って下りてきた液状の生成物Ｆを当該貯留部４７ａに溜めることができる。これにより、図５(B) に示すように、内壁面１３１ｃが平面状である場合に比べて、停留した生成物Ｆ”の存在箇所を減少させることができるので、交換後の外筒体３０βの洗浄作業において、冷えて固着した生成物Ｆ”を除去する際の作業効率を向上させることができる。

以上説明したように、本実施形態に係る拡散装置２０によると、炉体２１に接続されたスカベンジャ２８内に、炉心管２２に連通する石英ガラス製の外筒体３０α、３０β、３０γを設け、これら外筒体３０α等の内部空間Ｋを通して炉心管２２に半導体ウェハＷを搬入搬出する。これにより、炉心管２２内で発生した金属腐食性の反応生成ガスが、外筒体３０α等の内部空間Ｋを通過したり滞留したりするときに内壁面３１ｃに接触しても、当該反応生成ガスによって内壁面３１ｃが金属腐食されることがない。したがって、内部空間Ｋ内における金属腐食による生成物Ｆの発生を防止するため、高耐食性合金を用いることなく、炉心管２２に搬入出する際にこのような生成物Ｆの付着を原因とする半導体ウェハＷの品質低下を抑制することができる。

なお、図６(A) には、本実施形態に係る拡散装置２０により半導体ウェハＷを熱拡散処理した場合における半導体ウェハＷに付着した異物（生成物Ｆ）の数を外筒体３０α等の交換（洗浄）後からの経過日数に従ってカウントした結果が示されている。これに対し、図６(B) には、スカベンジャ２８から外筒体３０α等を除いた構成による拡散装置により半導体ウェハＷを熱拡散処理した場合の同様のカウント結果が示されている。

これらの結果から、本実施形態に係る拡散装置２０を用いて熱処理を行った場合の異物数は、最大数個／日であるのに対し、外筒体３０α等のない拡散装置を用いて熱処理を行った場合の異物数は、最大３０個／日を超える。以上から、スカベンジャ２８内に外筒体３０α等を備えることによって、生成物Ｆの付着を１／３以下（６７％削減）に抑制できることが確認された。

［第２実施形態］
第２実施形態に係る拡散装置２０’では図７〜図１０を参照する。
第２実施形態に係る拡散装置２０’は、外筒体３０α’、３０β’、３０γ’に設けられる排気ポート４３の形成位置等が、第１実施形態で説明した外筒体３０α、３０β、３０γに設けられる排気ポート３３と異なる点が第１実施形態に係る拡散装置２０と相違し、それ以外の点については第１実施形態に係る拡散装置２０と同様である。そのため、第１実施形態に係る拡散装置２０と実質的に同一の構成部分については図７〜図１０において同一の符号を付し、またそれらの説明を省略する。

図７および図８に示すように、拡散装置２０’を構成する外筒体３０α’には、Ｌ字形状に形成された排気ポート４３が設けられている。この排気ポート４３は、その形成位置からこのようなＬ字形状を有する以外には、前述した外筒体３０α等の排気ポート３３と変わる点はない。

即ち、スカベンジャ２８’の排気管２９の内径よりも小径に排気ポート４３の外径が設定されるとともに、炉心管２２の開口部２２ａに連通可能にスカベンジャ２８’内に収容した状態で排気ポート４３を排気管２９内に挿入可能な位置で、径方向上方（図７、図８に示すＺ方向）に一旦突出させた後、径方向側方（図７(B) 、図８に示すＹ方向）に突出する形状に形成されている。これにより、炉心管２２から排出された媒体ガスや反応生成ガスをこのように上方に設けられた排気ポート４３によって、内部空間Ｋを介して外部に排気可能にしている。したがって、媒体ガスや反応生成ガスが空気よりも軽い気体である場合には、第１実施形態で説明した拡散装置２０よりも効率良く排気することができる。

なお、図９に示す外筒体３０β’は図４に示す外筒体３０βに、また図１０に示す外筒体３０γ’は図４に示す外筒体３０γに、それぞれ対応するもので、前述したようにそれぞれ特徴のあるドレンポート４７、５７を備えることによる作用および効果に加えて、空気よりも軽い媒体ガスや反応生成ガスを効率良く排気するという作用および効果がある。なお、図８(B) における符号２８ｍ’は、スカベンジャ２８’の内形寸法を示し、また符号３０ｍ’は、外筒体３０α’の径方向断面形状の最大外形寸法を示す。

本発明の第１実施形態に係る拡散装置２０の構成を示す図で、図１(A) は縦断面図（図１(B) に示す1A−1A線断面図）、図１(B) は横断面図（図１(A) に示す1B−1B線断面図）である。 第１実施形態に係る拡散装置の外筒体３０αの構成を示す図で、図２(A) は斜視図、図２(B) は横断面図（図２(A) に示す2B−2B線断面図）である。 第１実施形態に係る拡散装置の外筒体３０β（改変例1-1）の構成を示す図で、図３(A) は斜視図、図３(B) は横断面図（図３(A) に示す3B−3B線断面図）である。 第１実施形態に係る拡散装置の外筒体３０γ（改変例1-2）の構成を示す図で、図４(A) は斜視図、図４(B) は横断面図（図４(A) に示す4B−4B線断面図）である。 図５(A) は内管が径断面形状として略円形状を有する場合の効果を示す説明図で、図５(B) は、内管が径断面形状として略矩形を有する場合（比較例）を示す説明図である。 図６(A) は、第１実施形態に係る拡散装置２０により半導体ウェハＷを熱拡散処理した場合における半導体ウェハＷに付着した異物（生成物Ｆ）の数を外筒体３０α等の交換（洗浄）後からの経過日数に従ってカウントした結果を示す説明図で、図６(B) は、スカベンジャ２８から外筒体３０α等を除いた構成による拡散装置により半導体ウェハＷを熱拡散処理した場合の同様のカウント結果を示す説明図である。 本発明の第２実施形態に係る拡散装置２０’の構成を示す図で、図７(A) は縦断面図（図７(B) に示す7A−7A線断面図）、図７(B) は横断面図（図７(A) に示す7B−7B線断面図）である。 第２実施形態に係る拡散装置の外筒体３０α’の構成を示す図で、図８(A) は斜視図、図８(B) は横断面図（図８(A) に示す8B−8B線断面図）である。 第２実施形態に係る拡散装置の外筒体３０β’（改変例2-1）の構成を示す図で、図９(A) は斜視図、図９(B) は横断面図（図９(A) に示す9B−9B線断面図）である。 第２実施形態に係る拡散装置の外筒体３０γ’（改変例2-2）の構成を示す図で、図１０(A) は斜視図、図１０(B) は横断面図（図１０(A) に示す10B−10B線断面図）である。

符号の説明

２０、２０’…拡散装置（半導体製造用熱処理装置）
２１…炉体
２２…炉心管
２２ａ…開口部
２２ｂ…ガス導入部
２８、２８’…スカベンジャ（排気部本体）
２９…排気管
３０α、３０α’、３０β、３０β’、３０γ、３０γ’…外筒体
３１…筒状部
３１ａ…搬入端部（一端側）
３１ｂ…炉側端部（他端側）
３１ｃ…内壁面
３１ｄ…切欠部（排気口）
３３、３３’…排気ポート（排気口）
３７、４７、５７…ドレンポート
３７ａ…ガイド部
４７ａ…貯留部
５７ａ…受器部（貯留部）
Ｆ、Ｆ’、Ｆ”…生成物
Ｋ…内部空間
Ｋａ…入出口
Ｋｂ…連通口
Ｌ…突出量（最小限の長さ）
Ｓ、Ｓ’…スリット（隙間部）
Ｗ…半導体ウェハ

Claims (7)

1. 半導体ウェハを内部に搬入可能な開口部および適宜なガスを前記内部に導入可能なガス導入部を有し、前記ガス導入部から導入された前記適宜なガスにより前記内部に収容された前記半導体ウェハの周囲を当該ガス雰囲気に維持可能な炉心管と、
   前記炉心管の外周を覆い当該炉心管を加熱して前記ガス雰囲気中の前記半導体ウェハを前記炉心管内で熱処理可能な炉体と、
   前記半導体ウェハが通過可能な内部空間を前記炉体外で形成可能な筒状に非金属により形成され、外部から前記内部空間に前記半導体ウェハを取込可能かつ前記内部空間から前記外部に前記半導体ウェハを取出可能な入出口を一端側に有し、前記内部空間から前記炉心管内に前記半導体ウェハを搬入可能かつ前記炉心管内から前記内部空間に前記半導体ウェハを搬出可能に前記開口部に連通し得る連通口を他端側に有し、前記炉心管内で発生する金属腐食性の反応生成ガスを前記炉心管内から前記内部空間を介して前記外部に排気可能な排気口を前記連通口の近傍に有する外筒体と、
   前記入出口、前記連通口および前記排気口を除いた前記外筒体の周囲を覆うとともに前記炉体に連結される排気部本体と、
   を備えることを特徴とする半導体製造用熱処理装置。
2. 前記炉心管の開口部は、前記炉心管内で発生した前記反応生成ガスを前記外筒体の内部空間に排気するために必要な最小限の長さだけ前記炉体から前記外筒体の内部空間に突出していることを特徴とする請求項１記載の半導体製造用熱処理装置。
3. 前記外筒体は、前記炉心管の加熱期間中においても、前記排気部本体から取り外し可能に構成されることを特徴とする請求項１または２記載の半導体製造用熱処理装置。
4. 前記外筒体は、前記内部空間を形成する内壁面に前記適宜なガスまたは前記反応生成ガスが接触して発生した生成物を前記外筒体の外部に排出可能な隙間部を重力方向下側に有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体製造用熱処理装置。
5. 前記外筒体は、前記内部空間を形成する内壁面に前記適宜なガスまたは前記反応生成ガスが接触して発生した生成物を貯留可能な貯留部を重力方向下側に有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体製造用熱処理装置。
6. 前記外筒体は、前記内部空間を形成する内壁面が当該外筒体の径方向断面形状を略円形状とする曲面状に形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体製造用熱処理装置。
7. 前記外筒体は、前記内部空間を形成する内壁面が石英により構成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体製造用熱処理装置。

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