JP2701847B2 - 半導体ウェハの熱処理方法 - Google Patents

半導体ウェハの熱処理方法

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JP2701847B2 JP62225523A JP22552387A JP2701847B2 JP 2701847 B2 JP2701847 B2 JP 2701847B2 JP 62225523 A JP62225523 A JP 62225523A JP 22552387 A JP22552387 A JP 22552387A JP 2701847 B2 JP2701847 B2 JP 2701847B2
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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は半導体ウェハの熱処理方法に関し、特に縦型
熱処理炉による半導体ウェハの熱処理に際して半導体ウ
ェハの自然酸化を防止する方法に係る。 [従来の技術] 半導体ウェハの熱をともなう処理には、縦型熱処理炉
が多用されるようになってきている。これは、縦型熱処
理炉では半導体ウェハを保持したボートとプロセスチュ
ーブとの摩擦によるダストの発生を比較的容易に防止で
きる機構に構成できるためである。 ところで、近年、半導体デバイス例えばメモリでは25
6kビット、1Mビット、4Mビットというように短期間のう
ちに高集積化が進んでいる。こうした高集積化に応じる
ように素子の微細化が進む過程で、例えば半導体ウェハ
上に形成される絶縁膜や導体膜の膜厚も従来の1000Åか
ら近年は200〜100Åへと薄くなってきている。他方、ウ
ェハを大気中(クリーンルーム内)に放置すると、25Å
程度の膜厚の自然酸化膜が成長する。この結果、形成し
ようとする絶縁膜や導体膜の膜厚に対する自然酸化膜の
膜厚の割合は、従来は4%程度であったが、近年は12.5
%以上となり、半導体デバイスの高品質を維持できない
状況となっている。特に、高温のプロセスチューブ内に
搬入され、搬出されるウェハでは常温と比較して自然酸
化膜の成長速度が速く、自然酸化膜の成長を制御するこ
とができない。 そこで、半導体ウェハを極力大気中に露出させないよ
うにするために、縦型熱処理炉の下方にN2ガス雰囲気の
ボックスを設置し、縦型熱処理炉への搬入前及び縦型熱
処理炉からの搬出後に半導体ウェハの周囲を窒素雰囲気
とする方法が知られている。 [発明が解決しようとする問題点] しかし、N2ボックスを用いる方法では、ボートに装着
された多数のウェハ間の雰囲気を完全に窒素雰囲気にす
るには、大量の窒素ガスを用いなければならず、コスト
を上昇させる原因となっていた。また、ボートエレベー
タ等の駆動系をN2ボックス内に設置しなければならない
ため、駆動系からのダストの発生が問題となる。しか
も、N2ボックス内でのウェハの移し替え操作は非常に煩
雑になる。 本発明の目的は、非酸化性ガスの使用量を極力少なく
し、かつ自然酸化膜の成長を有効に抑制することがで
き、また駆動系から発生するダストによる問題が少ない
半導体ウェハの熱処理方法を提供することにある。 [問題点を解決するための手段] 本発明に係るウェハ熱処理方法は、多数の半導体ウェ
ハを保持したボートを、下部開口を有し、下部に伸縮自
在なベローズが取り付けられた反応管内に収納して半導
体ウェハの熱処理を行なうにあたり、非酸化性ガスを反
応管内部及びベローズ内部に供給しながら半導体ウェハ
を保持したボートの外周をベローズを伸長させて包囲
し、反応管内部及びベローズ内部に非酸化性ガスを導入
する工程と、上記ボートを上昇させるとともにベローズ
を収縮させてボートを反応管内に収納し、反応ガスを導
入して半導体ウェハを熱処理する工程と、熱処理終了後
ベローズを伸長させながら反応管の下方にボートを下降
させるときに反応管内及びベローズ内に非酸化性ガスを
導入し、導入した非酸化性ガスにより半導体ウェハを急
冷する工程と、自然酸化膜が実質的に形成されることな
く急冷された半導体ウェハをボートとともに反応管内部
から搬出する工程と、を有することを特徴とする。 [作用] 本発明方法によれば、縦型熱処理炉の反応管内へのボ
ートの搬入前に、非酸化性ガスを反応管内部に供給しな
がら反応管下部に伸縮自在なベローズを取り付け、ボー
トに装着した多数の半導体ウェハの周囲をベローズで包
囲した状態で反応管及びベローズの内部に非酸化性ガス
を導入し、ボート上の半導体ウェハを非酸化性ガス雰囲
気で覆うようにしているので、従来の窒素ガスボックス
を用いる方法よりも少ない非酸化性ガスの使用量で、ウ
ェハ表面における自然酸化膜の成長を効果的に抑制する
ことができる。 また、ボートの駆動系はベローズの外側にあるので、
駆動系で生じたダストやパーティクルはベローズ内のウ
ェハに付着しなくなる。 さらに、ウェハの移し替えは、ボートがベローズによ
って包囲されていない状態で行われるので、ウェハの移
し替えが困難になることはない。 また、ベローズ内は反応管に比べて熱容量が非常に小
さく、かつ、ベローズ内部に反応管内部の熱気が侵入し
にくいので、本発明では従来よりも急速な温度降下が得
られ、熱処理直後の多量のウェハを短時間で急冷するこ
とができる。 [実施例] 以下、本発明の実施例を第1図(a)〜(c)を参照
して説明する。 第1図(a)〜(c)において、クリーンルームの周
囲には還気空間1が設けられており、還気空間1からは
HEPAフィルタ2を通して空気が流される。クリーンルー
ム内のメンテナンスルーム3の上部には縦型熱処理炉10
が設けられている。 この縦型熱処理炉10は、概略的には、上端にプロセス
ガスの導入口11aが設けられ、下端が開放された石英ガ
ラス製のプロセスチューブ11の外周囲にヒータ12を設置
し、更に断熱材13で包囲した構造を有している。なお、
断熱材13の周囲には図示しない冷却管等が設けられてい
る。上記縦型熱処理炉10の下端部には、側面に排気口14
aを有するスカベンジャ14が設置され、その上部にはオ
ートシャッター15、下部にはオートドア16がそれぞれ設
けられている。上記オートシャッター15には排気口15a
が設けられている。また、オートシャッター15とオート
ドア16との間には、伸縮自在なベローズ17が設けられて
いる。このベローズ17は、図示しない駆動機構にその下
端が保持されて昇降するようになっている。また、ベロ
ーズ17の上端部にはN2ガスの導入口17a(第1図(b)
図示)が設けられている。 一方、メンテナンスルーム3の下部には回動及び昇降
可能なボートエレベータ20が設けられている。このボー
トエレベータ20上には、回転機構21及び保温筒22が順次
載置され、保温筒22上にはウェハボート23が立設され、
所定の間隔で半導体ウェハ24が装着される。上記回転機
構21内部にはモータ、ベルト等が設けられ、モータの回
転に連動して保温筒22の中心部、並びにウェハボート23
が回転するようになっている。上記回転機構21の側面に
はN2ガスの導入口21a(第1図(b)図示)が設けら
れ、この導入口21aから導入されたN2ガスは保温筒22の
内部を通り、ウェハボート23の周囲に流される。 本発明方法による半導体ウェハの熱処理は以下のよう
にして行なわれる。 まず、スタート前の状態を第1図(a)を参照して説
明する。第1図(a)に示すように、メンテナンスルー
ム3のクリーンルーム側の位置で、保温筒22上にウェハ
ボート23を立設し、図示しないウェハキャリアからウェ
ハボート23へ半導体ウェハ24を移し替える。この間、縦
型熱処理炉10側では、スカベンジャ14内のオートシャッ
ター15及びオートドア16を閉じ、プロセスチューブ11の
導入口11aから非酸化性ガス例えば1/minの流量でN2
ガスを流入する。 次に、ウェハボート23を縦型熱処理炉10へ収納する前
の状態を第1図(b)を参照して説明する。第1図
(a)の状態から、ボートエレベータ20をスイングさ
せ、ウェハボート23を縦型熱処理炉10の下方の定位置ま
で移動させる。つづいて、オートドア16を開き、ベロー
ズ17内への導入口17aから非酸化性ガス例えばN2ガスを
例えば1〜2/minの流量で流しながら、図示しない駆
動機構によりベローズ17を回転機構21の上面まで伸長し
て固定させ、ウェハボート23の周囲をベローズ17で包囲
する。その後、ベローズ17の導入口17aからの上記N2
スの導入を停止し、ウェハ24下方の上記回転機構21の導
入口21aからN2ガスを例えば1〜2/minの流量で流入
する。このN2ガス流入状態で次の工程を行なう。 即ち、プロセス時の定常状態を第1図(c)を参照し
て説明する。第1図(b)の状態から、オートシャッタ
ー15を開き、ボートエレベータ20を上昇させるとともに
ベローズ17を収縮させ、ウェハボート23をプロセスチュ
ーブ11内に収納する。ウェハボート23がプロセスチュー
ブ11内の定位置に設置された後、プロセスチューブ11の
導入口11a及び回転機構21の導入口21aからのN2ガスの導
入を停止する。その後、プロセス開始前にプロセスチュ
ーブ11内を所定圧力、所定温度に設定し、導入口11aか
ら所定の反応ガスを導入してプロセスを開始する。 プロセス終了後の動作は上述した説明と逆の動作であ
るので、以下簡単に説明する。まず、プロセスチューブ
11の導入口11a及び回転機構21の導入口21aの上下両方か
らN2ガスの導入を再開し、ボートエレベータ20を下降さ
せるとともにベローズ17を伸長させ、ウェハボート23を
縦型熱処理炉10の下方の定位置で停止させて、スカベン
ジャ14内のオートシャッター15を閉じる。この状態で所
定温度に低下するまで待機する。ベローズ17内はプロセ
スチューブ11内に比して熱容量が非常に少ないので、従
来に比べて急速な温度降下がN2雰囲気内で得られる。ま
た反応管下方のベローズ内にボートを搬出するので、熱
気がこれに伴われにくく、ベローズ内にて短時間で迅速
にウェハは冷却される。次に、ベローズ17を収縮させた
後、オートドア16を閉じる。次いで、ボートエレベータ
20をメンテナンスルーム3のクリーンルーム側にスイン
グさせ、ウェハボート23から図示しないウェハキャリア
へウェハ24を移し替え、新たにウェハキャリアからウェ
ハボート23へウェハ24を移し替えて装着する。以後、上
述した工程を繰返す。 上記のような方法によれば、第1図(b)に示すよう
に、熱処理プロセスの前後に、半導体ウェハ24を装着し
たウェハボート23の周囲をベローズ17で包囲した状態で
ベローズ17内にN2ガスを導入し、容積の小さい領域をN2
ガス雰囲気とすればよいので、N2ボックスを用いる場合
よりもN2ガスの使用量が少なくても、ウェハ24表面での
自然酸化膜の成長を効果的に抑制することができる。ま
た、ボートエレベータ20はベローズ17の外側にあるの
で、駆動系でダストが発生したとしても、ベローズ17内
のウェハ24への影響はない。更に、第1図(a)に示す
ように、ウェハ24の移し替えは、ウェハボート23がベロ
ーズ17で包囲されていない状態で行なわれるので、ウェ
ハ24の移し替えが困難になることはない。 [発明の効果] 本発明方法によれば、半導体ウェハ表面での自然酸化
膜の成長を効果的に抑制することができ、素子の微細化
が進んでも半導体デバイスの性能を維持できる等顕著な
効果が得られる。
【図面の簡単な説明】 第1図(a)〜(c)は本発明の実施例における半導体
ウェハの熱処理方法を示す説明図である。 1……還気空間、2……HEPAフィルタ、3……メンテナ
ンスルーム、10……縦型熱処理炉、11……プロセスチュ
ーブ、12……ヒータ、13……断熱材、14……スカベンジ
ャ、15……オートシャッター、16……オートドア、17…
…ベローズ、20……ボートエレベータ、21……回転機
構、22……保温筒、23……ウェハボート、24……半導体
ウェハ。

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.多数の半導体ウェハを保持したボートを、下部開口
    を有し、下部に伸縮自在なベローズが取り付けられた反
    応管の内部に収納して半導体ウェハの熱処理を行なうに
    あたり、 非酸化性ガスを反応管内部及びベローズ内部に供給しな
    がら半導体ウェハを保持したボートの外周をベローズを
    伸長させて包囲し、反応管内部及びベローズ内部に非酸
    化性ガスを導入する工程と、 上記ボートを上昇させるとともにベローズを収縮させて
    ボートを反応管内に収納し、反応ガスを導入して半導体
    ウェハを熱処理する工程と、 熱処理終了後ベローズを伸長させながら反応管の下方に
    ボートを下降させるときに反応管内及びベローズ内に非
    酸化性ガスを導入し、導入した非酸化性ガスにより半導
    体ウェハを急冷する工程と、 自然酸化膜が実質的に形成されることなく急冷された半
    導体ウェハをボートとともに反応管内部から搬出する工
    程と、を有することを特徴とする半導体ウェハの熱処理
    方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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