JP2992576B2 - 縦型熱処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は縦型熱処理装置に関する。

（従来の技術および発明が解決しようとする課題） 近年、半導体素子の高密度化が進み、4M〜16M等の高
密度素子の製造への対応が迫られている。

高密度化のためには、素子を形成する膜例えば酸化膜
等の薄膜化の必要があり、例えは200Å以下の膜厚とな
る。このように膜厚が薄くなると、半導体ウエハ上での
膜厚の面内均一性（例えば１％等）の要求に応えるのが
極めて困難となる。

このような面内均一性の要求に応えるためには、半導
体ウエハ上の面内の処理条件を均一にする必要があり、
特に温度条件を均一にする必要がある。

一般に、縦型熱処理装置では横型熱処理装置に比較し
て処理炉の軸方向の温度勾配を少なくでき、高密度化素
子の製造に有利である。

しかし、従来の縦型熱処理炉の径方向の均熱性（以
下、断面均熱とも称する）では、4M以上の高密度化素子
の製造には対応できない。

本発明者等の研究によれば、従来の縦型熱処理炉は、
プロセスチューブの上端より常温の処理ガスを導入して
おり、このため導入されたガスがチューブの径方向に拡
散せずに下降流を生じ、被処理体である半導体ウエハの
面内の径方向の位置により、ウエハに接する処理ガスの
温度が異なることが確認された。

また、処理ガス20は所定開口の入口から導入されるの
で、ガスの流れが生じることになり、このガスの流通現
象が断面均熱を悪化していることが判明した。

そこで、本発明の目的とするところは、処理ガスの供
給方式を改善することで、断面均熱性を向上し、高密度
素子の所定の面内均一性を実現できる縦型熱処理装置を
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） 請求項１に記載の発明に係る縦型処理装置は、縦型プ
ロセスチューブと、このプロセスチューブの外側壁に対
し間隙を設けて同軸的に配設された外側チューブと、こ
の外側チューブの外側に設けられたヒータと、前記間隙
の下方から処理ガスを導入させ、前記間隙を流路とする
手段と、前記プロセスチューブの頂部側に設けられ、前
記処理ガスを通過させることで前記縦型プロセスチュー
ブの径方向にて前記処理ガスを拡散供給させる拡散板
と、を有し、前記拡散板は、前記縦型プロセスチューブ
の軸方向にて前記処理ガスのガス流が流れる方向に向か
って窪む凹部を有することを特徴とする。

請求項２に記載の発明に係る縦型処理装置は、縦型プ
ロセスチューブと、このプロセスチューブの外側壁に対
し間隙を設けて同軸的に配設された外側チューブと、こ
の外側チューブの外側に設けられたヒータと、前記間隙
の下方から処理ガスを導入させ、前記間隙を流路とする
手段と、前記プロセスチューブの頂部側に設けられたガ
ス導入用の開口部と、前記開口部を介して前記縦型プロ
セスチューブ内に導入されたガスを拡散させる、前記縦
型プロセスチューブの内壁に固定され、前記縦型プロセ
スチューブの径方にて前記処理ガスを拡散供給させる拡
散板と、を有し、前記拡散板は、前記開口部と対面する
領域を除く領域に複数の孔部を有することを特徴とす
る。

（作 用） 請求項１に記載の発明によれば、間隙を利用したガス
の予熱、及び予熱時間確保の効果を奏しながらも、プロ
セスチューブのガス導入部に拡散板が配設されるので、
強制的に径方向に拡散させて処理ガスを導入でき、断面
均熱性が向上する。この拡散板は、軸方向にて処理ガス
のガス流が流れる方向に向かって窪む凹部を有してい
る。

特に、特開昭60−081093号公報（引用例４）等のよう
にガス流を互いに衝突させることなく拡散できるため、
衝突等によるガス圧力の損失を低減でき、拡散効率を高
めることができる。さらに、拡散板通過後にあっては、
周辺領域での強いガス流は、凹部側面の傾斜により、さ
らに周辺領域へと分散させることができる。

従って、上記理由により、被処理体の径方向でのガス
供給量を均一化でき、面内均一性が高まる。特に、膜付
け処理の場合には、たとえ薄膜であっても面内均一性の
高い処理が可能となり、高密度素子の製造に対応するこ
とが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、間隙を利用したガス
の予熱、及び予熱時間確保の効果を奏するのに加え、縦
型プロセスチューブの頂部にガス導入用の開口部を形成
し、このプロセスチューブの内壁に固定されるように拡
散板を配設し、この拡散板は、開口部と対面する領域以
外に複数の孔部を形成している。

ここで、開口部は、プロセスチューブ断面の径方向の
周辺領域から中心領域に向けてガスを集約させる機能を
有し、拡散板の前記開口部と対面する中心領域は、開口
部からのガス流を周辺領域へと拡散案内する案内板とし
て機能し、拡散板の周辺領域の孔部が形成される領域
は、周辺領域にガスが広がるに従い径方向で弱まるガス
圧力を、そのまま孔部を介して通過させる機能を有して
いる。

このため、中心領域にあっては強いガス圧力を弱く多
いガス量を少なくでき、周辺領域にあっては孔部を介し
てガスを通過させることで、案内したガス流を全体とし
て均一な圧力分布、均一なガス量にて被処理体に供給で
きる。しかも、例えば特開昭60−081093号公報（引用例
４）、特開昭63−041028号公報（引用例５）等のように
個々の孔部の配置位置、数、拡散板の形状等を考慮しな
くても、径方向で均一に拡散させることができます。

これにより、周辺領域と中心領域とでガス供給量が均
一となるように、集約されたガスを拡散板にて拡散で
き、面内均一性が高まる。

さらに、プロセスチューブの内径をすべて拡散板の領
域として形成でき、拡散板領域を広く形成することで、
より断面均熱性が向上する。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら具
体的に説明する。

第１図には、実施例に係る縦型熱処理装置の構造が示
されている。例えば石英製のプロセスチューブ10は下端
が開口し、多数のウエハ12を水平状態にて縦方向で離間
して搭載したボート14を搬入出できるように垂直に支持
されている。このボート14は、保温筒16に垂直に支持さ
れ、さらに保温筒16をボートエレベータ18に支持し、こ
のボートエレベータ18を上下駆動することでボート14の
搬入出が可能である。同図の搬入状態では、ボートエレ
ベータ18のフランジ18aにより処理炉の下端開口部が密
閉される。これら構成については、当業者において周知
であるので具体的な説明は省略する。

このプロセスチューブ10と同心にて二重管を構成する
ように、プロセスチューブ10の外側には例えば石英製の
ガス供給チューブ20が垂直に支持されている。そして、
この両チューブ10,20の間であって、両チューブ下端側
より処理ガスを導入可能な例えば内径12mmのガス導入管
22が接続されている。この結果、両チューブ10,20の間
がガス供給通路24となる。また、プロセスチューブ10の
下端側より処理ガスを排気するためのガス排気管26が接
続されている。

前記プロセスチューブ10の頂部は例えば凹状に形成さ
れ、その底面および傾斜した側面を拡散板30として構成
している。この拡散板30は厚さ3mmの石英ガラスから成
り、第２図のような配置で径2mmの孔部31を環状に例え
ば164個設けて構成されている。そして、前記ガス供給
通路24を通ってプロセスチューブ10に処理ガスを導入す
る際に、処理ガスをチューブ10の径方向に均一に拡散さ
せるものである。上記孔部31の孔径と数は、上記ガス導
入管の有効断面の約５倍になるようにしてあり、孔部31
を通過する時効率良く加熱され、また、ガスの流速が遅
く発塵の原因とならないようにしている。

さらに、ガス供給チューブ20を覆うように加熱手段で
あるヒータ32が設けられている。このヒータ32は本来プ
ロセスチューブ10内を所定温度に設定するものである
が、本実施例では上記作用と共に、ガス供給通路20内を
通過する処理ガスを予熱するためにも用いられる。

次に、作用について説明する。

例えば、半導体ウエハ12に酸化膜を形成する場合につ
いて説明する。ボート14の所定位置に半導体ウエハ12が
搭載され、プロセスチューブ10内にセットされると、ま
ずプロセスチューブ10はヒータ32により設定温度に加熱
される。そして、上記ガス排気管26に接続された排気ポ
ンプ系でプロセスチューブ10内の圧力を大気圧よりわず
かに低く設定すると共に、所定の供給圧により処理ガス
（O₂）をガス導入管22を介して圧送する。

処理ガスは同心二重管としてのチューブ10,20の間の
ガス供給通路24を通って下から上に流れ、プロセスチュ
ーブ10の頂部であるガス導入口まで供給される。このと
き、処理ガス20はガス供給通路24を流れる間にヒータ32
の熱により加熱され、プロセスチューブ10で設定されて
いる温度に近い温度に予熱できる。しかも、前記チュー
ブ10,20間を供給通路としているので、従来より供給断
面積を広くでき、ガスの供給圧力，プロセスチューブ10
内の負圧条件を従来と同一とした場合でも、前記ガス供
給通路24を流れる速度が遅くなるので、十分な予熱時間
を確保できる。

このようにして、プロセスチューブの頂部側のガス導
入口まで供給された処理ガスは、多孔質の拡散板30によ
り、チューブ10の径方向に拡散されてプロセスチューブ
10内に導入される。また、ガスが上記拡散板30の孔部31
を通過するとき、ガスはさらに加熱され所定のプロセス
温度になる。このような拡散板30の作用により、処理ガ
スは拡散するように流路が強制され、このことによって
断面均熱が確保される。

さらに、処理ガスは予熱されることで、プロセスチュ
ーブ10内の温度との温度差が少なくなっている。従っ
て、従来のような上記温度差に起因した下降流の形成が
少なくなり、処理ガスが十分に径方向に拡散して下降す
ることになるので、半導体ウエハ12に接する際には、そ
の面内のいずれの位置でも処理ガス温度がほぼ同一とな
り、半導体ウエハ12の面内均一性が向上することにな
る。

第３図には、上記拡散板の取付けに関する他の例が示
されており、この場合はプロセスチューブ10の頂部に開
口部40を設け、この開口部40の下流側であって、プロセ
スチューブ10の内壁に固定されるように水平な拡散板42
を設けている。この拡散板42は、上記の場合と同様に形
成しており、第１図の拡散板30と比べて拡散板領域を広
くとることができる。

この場合にも、上記実施例と同様な作用を実現でき
る。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能であ
る。例えば、拡散板30,42としては、必ずしもで多数の
小孔を機械加工により形成したものに限らず、多孔質セ
ラミック等であっても良い。また、処理の内容について
も、ドライ酸化にかぎらずウェット酸化による酸化膜形
成処理、ハロゲン化による酸化膜形成処理等の外、他の
膜付処理あるいは膜形成以外の熱処理等であってもよ
い。

［発明の効果］ 請求項１の発明によれば、ガス流を互いに衝突させる
ことなく拡散できるため、無駄に消費されるガス流量、
ガス圧力を低減でき、拡散効率を高めることができる。
しかも、予熱された処理ガスを拡散板に拡散させた後に
被処理体と接触させているので、プロセスチューブ内の
断面均熱性が向上する。特に、膜付け処理の場合、薄膜
であっても面内均一性の高い処理が可能となり、高密度
素子の製造に対応できる。

請求項２の発明によれば、個々の孔部の配置位置、
数、拡散板の形状等を考慮しなくても、プロセスチュー
ブ横断面の周辺領域と中心領域とでガス供給量が均一と
なるように、集約されたガスを拡散板にて拡散でき、面
内均一性が高まる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る縦型熱処理装置の構成を
示す断面図、 第２図は、拡散板の平面図、 第３図は、縦型熱処理装置における拡散板取付けの他の
例を示す一部断面図である。 10……プロセスチューブ、12……被処理体、 20……外側チューブ、 22……ガス導入管、26……ガス供給通路、 30,42……拡散板、32……加熱手段。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】縦型プロセスチューブと、 このプロセスチューブの外側壁に対し間隙を設けて同軸
   的に配設された外側チューブと、 この外側チューブの外側に設けられたヒータと、 前記間隙の下方から処理ガスを導入させ、前記間隙を流
   路とする手段と、 前記プロセスチューブの頂部側に設けられ、前記処理ガ
   スを通過させることで前記縦型プロセスチューブの径方
   向にて前記処理ガスを拡散供給させる拡散板と、 を有し、 前記拡散板は、前記縦型プロセスチューブの軸方向にて
   前記処理ガスのガス流が流れる方向に向かって窪む凹部
   を有することを特徴とする縦型熱処理装置。
2. 【請求項２】縦型プロセスチューブと、 このプロセスチューブの外側壁に対し間隙を設けて同軸
   的に配設された外側チューブと、 この外側チューブの外側に設けられたヒータと、 前記間隙の下方から処理ガスを導入させ、前記間隙を流
   路とする手段と、 前記プロセスチューブの頂部側に設けられたガス導入用
   の開口部と、 前記開口部を介して前記縦型プロセスチューブ内に導入
   されたガスを拡散させる、前記縦型プロセスチューブの
   内壁に固定され、前記縦型プロセスチューブの径方向に
   て前記処理ガスを拡散供給させる拡散板と、 を有し、 前記拡散板は、前記開口部と対面する領域を除く領域に
   複数の孔部を有することを特徴とする縦型熱処理装置。