JP2727090B2

JP2727090B2 - 縦型熱処理装置

Info

Publication number: JP2727090B2
Application number: JP63245542A
Authority: JP
Inventors: 英一郎高鍋; 真高堂
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1988-09-29
Filing date: 1988-09-29
Publication date: 1998-03-11
Anticipated expiration: 2013-03-11
Also published as: JPH0291931A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、縦形熱処理装置に関する。

（従来の技術）半導体ウエハ（以下ウエハと略記する）を成膜する装
置として縦形熱処理装置が半導体製造工程に実用されて
いる。

上記縦形熱処理装置は特開昭59−56721号、特開昭61
−20318号、実開昭61−121734号、及び実開昭61−18352
5号などに記載されている。

上記公報によれば、複数のウエハを処理用ボート（以
下ボートと略記する）に搭載し、このボートの長手方向
を垂直にして、ウエハを処理する処理炉の上方または下
方から中央位置まで搬送する。そして、この搬送された
複数のウエハを上記処理炉の外側を囲繞する如く設けた
ヒータ及び処理ガスの送流によって成膜処理を行ってい
る。

しかし、上記ヒータで上記処理炉内の気密室を加熱し
ているが、この加熱された温度は、ウエハを搭載した保
温筒のこの保温筒を支持する蓋体から熱伝導によって外
部に放熱してしまう。

そこで上記蓋体から処理炉内の放熱を防止するため
に、上記蓋体と上記ボートとの間に負圧で気密に形成さ
れた保持体、例えば保温筒を介在させている。

上記保温筒（１）は第６図に示すように、主保温筒
（２）と、補助保温筒（３）とから構成され、処理炉
（４）の外部に囲繞する如く設けたヒータ（５）の中央
（６）に上記ボート（７）の中央（８）が配置されたも
のである。

ここで上記ヒータの長さＬは、上記ボート長ｌより長
く形成され、処理炉内の加熱領域の安定した領域に、上
記ボート（７）を配置するように設けられている。この
配置のために保温筒（１）の高さＨが決定されている。

さらに、上記保温筒（１）は、負圧な気密室（2a）を
有した主保温筒（２）の側周面（2b）に、負圧な気密室
（3a）を有した補助保温筒（３）が複数個、例えば２
個、又は４個添設されている。

この添設して組み込まれた保温筒の外周直径寸法は、
第７図に示すように、ボート（７）に複数枚搭載されて
いるウエハ（９）の直径寸法より小形形状になっている
ので、この載置する保持部において、上記ボート（７）
の側円周と、上記保温筒（１）の側円周とが面一となら
ず段形状になっている。

上記縦形熱処理装置は、第７図に示すように、処理炉
（４）例えば反応管（10）内に垂直に設けられた導管
（11）のノズル（12）からこの導管（11）と直交する方
向、即ち、ウエハ（９）と平行方向に送流した処理ガス
は内管（10a）に穿設された孔（10b）から排気系により
排気管（10c）より排気されるようになっている。

（発明が解決しようする課題）上記のような処理装置で処理すると、下段側のウエハ
のみ歩留りが悪かった、その原因について本発明者は、
探求した結果次の理由によるものであることが判った。
すなわち、保温筒（１）の頂面に近いウエハ（9a）面に
送流された処理ガスのガス流（13）は上下に配置された
ウエハ（9a,9b）がガイドの役目になり、直進方向に送
れる。

この直進した流路（13）はウエハ（9a,9b）間を通過
すると、上方のウエハ（9b）側及び下方のウエハ（9a）
側に沿って拡散する如く流れ出る。

処理ガスのガス流（13）は、内管（13a）の孔例えば
最下点の孔（10b）から流れ出る際に、保温筒（１）の
側周の空間部（14）に滞留している気体との摩擦によっ
て乱され、渦巻流（13a）が発生することになる。

この渦巻流（13a）によって、処理済みガスが、戻っ
てウエハ（9a）表面に触れて下段側に位置する被処理体
が再度熱処理され、不均一な成膜処理が実行されてしま
い、歩留りの低下を余儀なくされる。

本発明の目的とするところは、上記問題点に鑑みなさ
れたもので、反応管内での処理ガス流の乱流を防止し、
歩留りを向上させた縦形熱処理装置を提供することにあ
る。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明は、多数枚の被処理体を搭載したボートを保持
体上に載置し、周囲にヒータを有する反応管内に下方か
ら上記ボート及び保持体を搬入して所定の処理ガス雰囲
気下で被処理体に所定の熱処理を施す縦型熱処理装置に
おいて、上記保持体が保温筒からなり、この保温筒の外
側面が上記ボートに搭載された被処理体の外側面と面一
状に形成され、上記反応管の下方には反応管の下部開口
端を開閉する蓋体を有し、この蓋体上に上記保温筒を介
してボートを載置し、蓋体の昇降によりボート及び保温
筒を反応管内に搬入搬出するローディング機構が設けら
れ、反応管内には処理ガスを被処理体に沿って送流する
導管が設けられていることを特徴とする。上記保温筒
は、蓋体上に回転板を介して回転可能に設けられている
ことが好ましい。

（作用）本発明によれば、保温筒の外側面がボートに搭載され
た被処理体の外側面と面一状に形成されているため、反
応管内における保温筒の側辺の空間部がウエハの側辺の
空間部と略等しくなり、これにより導管から被処理体に
沿って送流される処理ガスのガス流が乱されにくくな
り、多数枚の被処理体に対して均一な処理を実行するこ
とが可能となり、歩留りの向上が図れる。また、保温筒
を回転可能にすることにより、更に均一な処理が可能と
なる。

（実施例）以下、本発明装置を縦形エピタキシャル気相成長装置
に適用した一実施例について図面を参照して説明する。

上記縦形エピタキシャル気相成長装置は、第５図に示
すように、被処理体、例えば半導体ウエハ（以下、ウエ
ハと略記する）（15）に成膜処理する熱処理炉として、
周囲にヒータ（28）を有する例えば石英製の反応管（1
6）を備えている。この反応管（16）の下方には、この
反応管（16）と同軸的に配置された複数、例えばダミウ
エハも含めて31枚のウエハ（15）を搭載した立設状態の
ボート（17）を上記反応管（16）内壁と非接触で昇降さ
せて反応管（16）内に搬入搬出するローディング機構
（18）が設けられている。

このローディング機構（18）は、上記反応管（16）の
長手方向と平行に設けたボールスクリュ（19）と、この
ボールスクリュー（19）に螺合的に移動可能に結合され
たナット（20）とを有し、このナット（20）の一端と一
体に、このナット（20）の上下動方向と直交方向に突出
するように、アーム（21）が設けられている。このアー
ム（21）の他端には、反応管（16）の下部開口端を開閉
する蓋体、例えばサセプタ（22）が設けられている。

このサセプタ（22）は、上記ローディング機構（18）
の駆動によって上昇され、上記反応管（16）の下部開口
端、例えばインナーマニホールド（23）と当接し、上記
反応管（16）内を気密状態に形成するようになってい
る。

上記反応管（16）内に搬送される複数枚のウエハ（1
5）は一括処理するために処理用のボート（17）に搭載
されている。

このボート（17）はサセプタ（22）に保温筒（24）を
介在させて垂直方向に保持されている。

上記保温筒（24）は反応管（16）の長手方向の中心軸
がボート（17）の長手方向の中心軸と同心になるように
設けられている。

そして、上記反応管（16）内を加熱し、この反応管
（16）内に流入される処理ガス、例えば、SiHCl,H₂で処
理するように構成されている。このような縦形熱処理装
置において、反応管（16）内の処理ガスの流路を乱すこ
となく、一括処理するウエハ（15）をすべて均等に熱処
理する構成を次に説明する。本発明の特徴的構成は、上
記保温筒（24）の外側面が、ボート（17）に搭載された
ウエハ（15）の外側面と面一状に形成され、導管（29）
のノズル（30）から反応管（16）内のウエハ面に沿って
送流された処理ガスの流れを乱さないように構成したこ
とにある。

上記サセプタ（22）の頂面に設けられた水平回転自在
な回転板（25）が設けられ、この回転板（25）の頂面に
は、保温筒（24）が設けられている。

上記保温筒（24）は第２図を用いて説明する。

この保温筒（24）の底端は、上記サセプタ（22）の頂
面に固定金具等で固定されている。この固定された保温
筒（24）の頂端にはボート（17）の長手方向を垂直とし
た底面を保持する保持部が設けられている。

上記底端と、上記頂端との間には外形がボート（17）
に搭載されたウエハ（15）の直径と略同直径で形成され
た気密室（26）を保温管、例えば外形の直径φ150mm、
高さ450mm、板厚7mm略透明の石英製の保温筒（24a）が
負圧で形成されている。

上記ボート（17）は、下部に保温筒（24）の直径と略
同じ外径の円板（17a）を有し、この円板（17a）と保温
筒（24）の頂面との間は、最小限度例えば15mm程度とさ
れている。このように保温筒（24）の外側面がボート
（17）の外側面およびボート（17）に搭載されたウエハ
（15）の外側面と面一状に形成されていることにより、
第４図に示すように、反応管（16）の中心軸と同心に搬
入されたボート（17）及び保温筒（24）の周囲の空間部
が同じになっている。

さらに、上記保温筒（24）の気密室（26）には、補強
部材（第１図中27）がボート（17）の荷重を支える方向
に設けられている。

次に複数のウエハに成膜処理させる作用について説明
する。

反応管（16）の外側に囲繞する如く設けられたヒータ
（28）を予め定められた温度に上昇させ、反応管（16）
内を設定処理温度に暖められた気体雰囲気にする。

その後、パージガスを反応管（16）内にパージしなが
ら、ウエハ（15）のローデングを実行する。

即ち、ローデング機構（18）の駆動により、ウエハ
（15）を搭載したボート（17）及び保温筒（24）が反応
管（16）内に非接触で搬入されると共に、反応管（16）
の底面に設けられたインナーマニホールド（23）に蓋
体、例えばサセプタ（22）の頂面が当接して、反応管
（16）内を気密状態にする。

次に上記反応管（16）内を所望の低圧状態例えば１〜
200Torrに保つように図示しない真空ポンプで排気制御
する。

次に、第４図に示すように、図示しないマスフローコ
ントローラ等で流量が調整された処理ガスは導管（29）
を介して、この導管（29）に等間隔で多数穿設された
孔、例えばノズル（30）から送流される。ここで、この
ノズル（30）はガス流の均一性等からノズル（30）の孔
径を変化させたり、このノズル（30）間隔を変化させた
りする場合もある。

そして、既にヒータ（28）によって、安定温度領域
（31）内での反応室（16c）に送流された処理ガス流
は、配置されたウエハ（15）面に沿って排気管（32）側
に向って移動する。

上記配置されたウエハ（15）間を移動する処理ガスの
ガス流（30a）はウエハ（15）がガイドの役割をして、
ウエハ（15）面に沿って通過する。

このウエハ（15）面を通過した後、さらに処理ガス流
は排気管（32）側に設けられた排気系によって、内管
（16b）に穿設された多数の孔（33）より吸引されて、
排気する。

上記ウエハ（15）面を通過した直後の処理ガス流は、
反応管（16）内の中心軸に搬入されたボート（17）に搭
載されたウエハ（15）の外側面と、このボート（17）を
保持している保温筒（24）の外側面とが面一状であるた
め、反応管（16）内における保温筒（24）の側辺の空間
部Ｂがウエハ（15）の側辺の空間部Ａと略等しくなる。

上部側のウエハ（15a）と下部側のウエハ（15b）に沿
って拡散される渦巻方向、例えば上方に拡散される渦巻
方向（36a）と、下方に拡散される渦巻方向（36b）、が
略同じになる。

これは、ボート（17）の頂端側に搭載されたウエハ
（15）間における送流するガス流（37）と略同じ状態で
ある。

従って、ボート（17）に搭載した多数のウエハ（15）
を均等に熱処理を行うことができる。

又、処理済ガスは所定のルートにより外管（16a）に
接続された排気管（32）から排気される。

このシリコン膜形成処理後、処理ガスの供給を停止
し、反応管（13）内部を不活性ガスにより置換して常圧
復帰する。

そして、上記処理後のウエハ（15）を搭載したボート
（17）をローデング機構（18）により搬出して処理が終
了する。

即ち、上記排気制御しながらガス供給源から図示しな
いマスフローコントローラ等で流量を調節しつつ処理ガ
ス例えばSiHClとH₂を反応管（16）の内管（16a）内に、
導管（29）から所定時間供給する。すると、反応管（1
6）内管（16a）内に設置されたウエハ（15）表面には下
式に示すSiCl₂膜が堆積する。

SiH₂Cl₂→SiCl₂＋H₂↑ …… 本実施例では、縦形エピタキシャル気相成長装置を用
いて、本発明装置を説明したが熱処理炉であれば何れで
あっても良く、例えばCVD装置酸化炉、拡散炉等に用い
ることも可能である。

本発明によれば、保温筒の外側面がボートに搭載され
た被処理体の外側面と面一状に形成されているため、反
応管内における保温筒の側辺の空間部がウエハの側辺の
空間部と略等しくなり、これにより導管から被処理体に
沿って送流される処理ガスのガス流が乱されにくくな
り、多数枚の被処理体に対して均一な処理を実行するこ
とが可能となり、歩留りの向上が図れる。また、保温筒
を回転可能にすることにより、更に均一な処理が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明装置の一実施例を説明するための、保
温筒説明図、第２図は、第１図の保温筒の構造を説明するための断面
説明図、第３図は、第２図のＩ−Ｉ線断面説明図、第４図は、第１図の装置をエピタキシャル気相成長装置
に適用した一実施例を説明するための反応管説明図、第５図は、第１図の装置のローデング機構を説明するた
めの処理部説明図、第６図は、従来の縦形エピタキシャル気相成長装置に適
用した一実施例を説明するための反応管説明図、第７図は、第６図の反応管内の送流状態を説明するため
の反応管内部説明図である。 11,29……導管、12,30……ノズル 17……ボート、18……ローデング機構 24……保温筒、26……補強部材 31……安定温度領域、33……孔 34……空間部、35……空間部 36a,36b……渦巻方向

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】多数枚の被処理体を搭載したボートを保持
体上に載置し、周囲にヒータを有する反応管内に下方か
ら上記ボート及び保持体を搬入して所定の処理ガス雰囲
気下で被処理体に所定の熱処理を施す縦型熱処理装置に
おいて、上記保持体が保温筒からなり、この保温筒の外
側面が上記ボートに搭載された被処理体の外側面と面一
状に形成され、上記反応管の下方には反応管の下部開口
端を開閉する蓋体を有し、この蓋体上に上記保温筒を介
してボートを載置し、蓋体の昇降によりボート及び保温
筒を反応管内に搬入搬出するローディング機構が設けら
れ、反応管内には処理ガスを被処理体に沿って送流する
導管が設けられていることを特徴とする縦型熱処理装
置。
【請求項２】上記保温筒が上記蓋体上に回転板を介して
回転可能に設けられていることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の縦型熱処理装置。