JP3037794U - 半導体装置の製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大口径半導体ウェーハ急速熱処理において処
理時間全体を短かくする。 【解決手段】 ウェーハ２を送入する入口を有する石英
反応管４を少なくともその側壁面で囲む加熱炉１と、ウ
ェーハ２を石英反応管４内部を移動させる治具６，８，
９と、石英反応管４の領域をウェーハの移動方向で二区
分した各領域１５，２５に配置された加熱手段を以下の
ように構成する。ウェーハ送入口入口に近い第１か熱手
段及びウェーハ送入入口から遠い第２加熱手段のうち何
れか一方または両方がランプ加熱ヒーター２１，２７で
あり、ランプ加熱ヒーターでない加熱手段は電気加熱ヒ
ーター４０である。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、半導体装置の製造装置に関するものである。ここで「半導体装置」 とは、Ｓｉ，ＧａＡｓなの半導体に内又はその表面各種活性素子、受動素子、配 線などを形成して電気的機能をもたせた集積回路、薄膜トランジスターの集積回 路、デスクリートデバイス及びＬＳＩデバイスなどを指す。また「製造装置」と は酸化、拡散、アニーリング、ＣＶＤ膜の形成、半導体基板との直接反応による 酸化膜（層）、窒化膜（層）、Ｂ−ＰＳＧの形成、シリサイド膜の形成、ポリシ リコン又はＳｉ基板と金属との直接反応によるシリサイド膜の形成などの熱処理 に使用する装置である。

【０００２】

【従来の技術】

本出願人は、米国特許第５，３８７，５５７号（１９９５年２月７日発行）に て提案した縦型炉を使用した半導体装置の製造装置において、炉をそれぞれ別の 電気加熱手段を備えた２個の上下領域に分け、下側の低温領域において一旦ウェ ーハを例えば７００℃に加熱してから、上側の高温領域に移動させて例えば８５ ０℃で熱処理を行いその後再び上記の下側領域に下降させると、６〜８インチウ ェーハにスリップラインを形成することなくＲＴＰ（Rapid Thermal Processing ）が可能になることを開示した。特に６４ＭＤＲＡＭなどに要求される短い拡散 長さを保持するために必要な短時間アニーリングが、スリップラインを招くこと なく、実現される。すなわち従来のランプアニール法ではウェーハの均熱性が優 れないためにスリップライン発生の問題があったが、この問題がなくなったので ある。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

前掲米国特許で開示された半導体装置の製造装置では、上下領域の加熱手段と しては電気的加熱手段を使用していたので均熱性には優れているが、上述の例に ついて言うと７００℃から室温まであるいは８５０℃から７００℃までの冷却速 度が遅く、このために、素子などの形成には直接関係しない、ウェーハを炉から 取出すなどの広義の処理時間が長く、この結果全体の処理時間が長くなることを その後の実験により見出した。 したがって、本考案は、８インチよりさらに大径、特に１２インチの大口径ウ ェーハをスリップラインを発生することなく急速熱処理を可能にするとともに、 全体の処理時間を短くすることができる半導体装置の製造装置を提供することを 目的とする。

【０００４】

【解決を解決するための手段】

上記した目的を達成する本考案に係る半導体装置の製造装置は、１枚以上のウ ェーハを送入する入口を有する石英反応管を少なくともその側壁面で囲む加熱炉 と、前記１枚以上のウェーハを前記石英反応管内部を移動させる治具と、前記石 英反応管の領域をウェーハの移動方向で二区分した各領域に配置された第１加熱 手段と第２加熱手段とを含んでなる半導体装置の製造装置において、ウェーハ送 入入口に近い第１加熱手段及びウェーハ送入入口から遠い第２加熱手段のうち何 れか一方または両方がランプ加熱ヒーターであり、両方がランプ加熱ヒーターで ない場合の第１加熱手段または第２加熱手段は電気加熱ヒーターであることを特 徴とする。ここでウェーハとは半導体基板、ＴＦＴを作るＰＤＰ等のＦＤＰ （Flat Panel Display）のガラス基板などである。

【０００５】 したがって本考案の半導体装置の製造装置では加熱手段の組み合わせとしては 以下の３通りが可能である。 （１）第１加熱手段（低温）−ランプ加熱ヒーター 第２加熱手段（高温）−ランプ加熱ヒーター この実施態様は、ウェーハを一旦低温加熱して好ましくは±１０℃以内 の精度で均熱を図り、スリップラインの発生を抑える。さらに、低温保持→好ま しくは±１℃以内の精度で高温保持→低温保持とウェーハの温度履歴が変化しま た位置も移動した際に、最後の低温保持後ランプ加熱ヒーターの電源を遮断し てウェーハを炉内で急速に降温する、あるいは１回目の低温保持後第１加熱手 段を高温近傍もしくは１０℃上の温度まで、均熱性を若干犠牲にして急速に、昇 温することを可能にする。これらの処理により全体の処理時間を短縮することが できる。この方法は従来低温から高温まで１基もしくは１群のランプ加熱ヒータ ーで一挙に昇温する方法と比較すると、均熱性の面で有利である。ランプ加熱と しては後述のＷヒーターの他に、アーク放電ランプ、水銀ランプなどを使用する ことができる。

【０００６】 （２）第１加熱手段（低温）−ランプ加熱ヒーター 第２加熱手段（高温）−電気的加熱ヒーター この実施態様は、前記（１）項と同様の利点をもつが、高温における均 熱性の面では（１）より有利である。

【０００７】 （３）第１加熱手段（低温）−電気的加熱ヒーター 第２加熱手段（高温）−ランプ加熱ヒーター この実施態様は前記（１）項の、の処理はできないが、高温加熱 後ランプ加熱ヒーターの電源を遮断してウェーハの温度をある程度下げてから、 均熱性が優れた電気的加熱ヒーターによる加熱領域にウェーハを移し、スリップ ラインの抑えることが可能である。これによって全体の処理時間を短縮すること ができる。この実施態様は均熱性の面ではと同等である。 以下、本考案を縦型炉として具体化した実施例を図面を参照して説明する。

【０００８】

【実施例】

図１は上記（１）項の組合せを具体化した装置である。、 図示された装置では横置きされた７枚のウェーハ２（但し最上部及び最下部の ウェーハはダミーウェーハである）が保持治具６により保持されて、第２加熱手 段１７（具体的にはバルブ型ランプ加熱ヒーター）による第２加熱領域１５に移 動されかつ維持されてアニールなどの任意の処理を施されている。この処理に先 立って、第１加熱領域２５においてウェーハ２は第１加熱手段２７（具体的には チューブ型ランプ加熱ヒーター）により予熱されている。

【０００９】 ４は石英反応管であって、逆Ｕ字形状の断面を有し、その開放部がウェーハ２ の送入入口となっている。１は加熱炉であって、石英管４の側面と頭部を囲んで これを上方及び側方から加熱可能にしている。加熱炉１はウェーハ送入入口に近 い第１加熱領域２５と、遠い第２加熱領域１５に区分され、それぞれに専用の加 熱手段１７、１８が設けられている。なお、加熱炉１の天井部に均熱性を高める ためのヒーターを設けることができ、あるいは第２加熱領域２５の下方に予備加 熱領域を設けることができる。 石英反応管４の頂部中央４ａには反応ガス、キャリヤガスなどの各種ガスを導 入するための導入管３０が開口しており、一方下部４ｂにはこれらのガス及び反 応により生成したガスを排出するための排出管３１が開口している。なお３０を 排出管、３１を導入管とすることもできる。

【００１０】 加熱炉１は側面の全長が、主として断熱材からなる補強部１３に固着され、こ の補強部１３をＬ字形スタンド１２に固定して加熱炉１は床面から浮き上がった 位置に保持されて、以下説明するように、ウェーハ２及び保持治具６の昇降を可 能にしている。 すなわち、石英反応管４は末端がＬ字形に張出しており、この張出し部の上面 と下面をそれぞれ止め金３６及びＯリング３７で気密に挟み込むとともに、これ ら３６、３７を支持板３５に固定している。この支持板３５は末端をＬ字型スタ ンド１２に固着するとともに、下面をスクリューロッド１４の上端に固定して支 持する。このように構成することにより石英反応管４は加熱炉１内で一定の位置 を保つことができる。

【００１１】 次に、ウェーハ２の第１加熱領域２５と第２加熱領域１５の間での移動は以下 のような構成により可能になっている。ウェーハの保持治具６は下端にリング状 磁石９ａを固定した長い棒状体の上端に台３を固定しており、図示の位置で対向 したリング状磁石９ｂとの間で発生する磁力により保持具６は静止している。１ １は、ボルト３９によりアーム１０に垂直に固定され、アーム１０の昇降を案内 するスクリューロッドであって、外面に形成されたねじとアーム１０内部に設け られたピニオンギヤ（図示せず）が噛み合っており、（従動）ピニオンギヤを駆 動するピニオンギヤが同様にアーム内部に設けられている。したがって駆動ピニ オンギヤが回転されると、従動ピニオンギヤを介してアーム１０はスクリューロ ッド１１に沿って昇降し、これに伴って磁石９ｂも位置を変える。すると、磁石 ９ａ，９ｂ間の吸引力によって対向する磁石９ａも位置を変えるので、ウェーハ ２は上記二領域１５、２５間を、治具・炉間無接触方式で移動することができる 。３４はアーム１０の下降を停止するストッパーである。

【００１２】 アーム１０と同様に内部に駆動・従動ピニオンギヤを備えたアーム３８がスク リューロッド１４に昇降自在に嵌め込まれている。８は、磁石９ａ，９ｂの間の リング状間隙を上下方向に伸びる管体形状部分と、上部のフランジ部分８ａとか らなるフランジ付き管体である。前者の管体形状部分は両磁石９ａ，９ｂの接触 を妨げて、前述の無接触移動を可能にし、一方後者のフランジ部８ａは石英反応 管４を閉鎖する底板と断熱函５の支えの役割を担っている。なお、石英反応管４ の底部に配置された前述の支持板３５とフランジ部８ａの間にＯリング３７が設 けられ、石英反応管４は底部で気密を保っている。上記の構成において、磁石９ ａをフランジ付き管体８の底８ｂに載せた状態でアーム３８を下降させると、フ ランジ付き管体８、断熱函５、保持治具６、ウェーハ２が一体として下降するの で、ウェーハ２が加熱炉１から取り出し可能になる。

【００１３】 図１の実施例で使用される第２加熱手段１７（具体的にはバルブ型ランプ加熱 ヒーター）の細部構造を図２に示す。その主要部は、タングステンヒーター１８ 、石英板１９、電気抵抗加熱の場合の断熱材の役割をする金反射面２０、ハロゲ ンガス封入空間２１である。これらを所定位置に位置決めしまた保持するソケッ トは内部が、通常水冷構造となっており、また配線などを内蔵している。

【００１４】 図２に示されたバルブ型ランプ加熱ヒーター１７（以下「ランプヒーター」と 略す）は図３に示すように、円周方向に１２個、縦方向に５段配列されて、周り からウェーハを加熱する第２加熱領域を構成する。ランプヒーター１７を支持す る炉体はウォータージャケットとなっているために、ヒーターへの電源が遮断さ れると第２加熱領域１５の温度は急速に下がる。また、ランプヒーター１７の背 面に反射手段、例えば金めっき、金箔などを設けることにより、ランプヒーター の急速昇温特性をさらに改善することができる。

【００１５】 図１の実施例で使用される第１加熱手段２５（具体的にはチューブ型ランプ加 熱ヒーター）の配列構造を図４に示す。チューブ型ランプ加熱ヒーター２７は、 円周方向に１６本配列され、１本毎は反射面を形成する半円状空間のほぼ中心に 配置されて第１加熱手段を構成する。チューブ型ランプ加熱ヒーター２７を支持 する炉体２６はウォータージャケット３２であるコールドウォール構造となって いるために、ヒーターへの電源が遮断されると第１加熱領域２５の温度は急速に 下がる。また、チューブ型ランプ加熱ヒーター２７の背面に反射手段、例えば金 めっき、金箔を設けることにより、チューブ型ランプ加熱ヒーターの急速昇温特 性をさらに改善することができる。

【００１６】 図５は上記（２）項の組合せを具体化した装置である。 図５は図１の第１加熱手段２６のチューブ型ランプヒーター２７を電気的加熱 手段４０、具体的には抵抗加熱ヒーターに替えたものである。また、電気抵抗加 熱手段を保持する炉体２６′は断熱体からなるホットウォール構造となっている 。その他の点は図１〜４を参照して行った説明と同じである。

【００１７】 図６は上記（３）項の組合せを具体化した装置である。 図６は図１の第２加熱手段１７のバルブ型ランプヒーターを電気的加熱手段４ ５、具体的には抵抗加熱ヒーターに替えたものである。また、電気抵抗加熱手段 を保持する炉体１６′は主として断熱体からなるホットウォール構造となってい る。その他の点は図１〜４を参照して行った説明と同じである。

【００１８】 以上、図面を参照として実施例について説明したが、本考案は請求の範囲の記 載内において、例えば以下のように、これら実施例を修正・変更することが可能 である。 （イ）縦型装置に代えて横型装置にする。 （ロ）ウェーハを縦置きにする。 （ハ）１枚のウェーハを処理する。 （ニ）第１領域と第２領域の間の炉体を水冷構造として、これら領域間の温度 差を大きくしかつ／または距離を短くする。 （ホ）石英管を上下端が開放されたスリーブ状二重管とする。 （ヘ）バルブ型ランプヒーターとチューブ型ランプヒーターの位置を図示のも のと逆にし、あるいは前者と後者を交換する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 縦型炉の上部（第２加熱領域）及び下部（第
１加熱領域）の加熱手段をランプ加熱とした本考案の半
導体装置の製造装置の一実施例の縦断面図である。

【図２】 図１の縦型炉の上部（第２加熱領域）に使用
されたバルブ型ランプヒーターの断面図である。

【図３】 バルブ型ランプヒーターを配列した第２加熱
領域の図面である。

【図４】 図１の縦型炉の下部（第１加熱領域）に使用
されたチューブ型ランプヒーターの断面図である。

【図５】 縦型炉の上部（第２加熱領域）をランプ加
熱、下部（第１加熱領域）の加熱手段を電気抵抗加熱と
した本考案の半導体装置の製造装置の一実施例の縦断面
図である。

【図６】 縦型炉の上部（第２加熱領域）を電気抵抗加
熱、下部（第１加熱領域）の加熱手段をランプ加熱とし
た本考案の半導体装置の製造装置の一実施例の縦断面図
である。

【符号の説明】

１ 加熱炉 ２ ウェーハ ４ 石英反応管 ５ 断熱函 ６ 保持治具 ９ 磁石 １０ アーム １１ スクリューロッド １２ Ｌ字形スタンド １３ 補強部 １４ スクリューロッド １５ 第２加熱領域 １７ 第２加熱手段（バルブ型ランプ加熱ヒーター） １８ タングステンヒーター １９ 石英板 ２０ 金反射面 ２１ ハロゲンガス封入空間 ２５ 第１加熱領域 ２６ 第１加熱手段 ２７ 第１加熱手段（チューブ型ランプ加熱ヒーター） ３０ ガス導入管 ３１ 排出管 ３４ ストッパー ３５ 支持板 ３６ 止め金 ３７ Ｏリング ３８ アーム ４０ 電気的加熱手段

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/31 Ｈ０１Ｌ 21/26 Ｌ

Claims (6)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 １枚以上のウェーハを送入する入口を有
   する石英反応管を少なくともその側壁面で囲む加熱炉
   と、前記１枚以上のウェーハを前記石英反応管内部を移
   動させる治具と、前記石英反応管の領域をウェーハの移
   動方向で二区分した各領域に配置された第１加熱手段と
   第２加熱手段とを含んでなる半導体装置の製造装置にお
   いて、 ウェーハ送入入口に近い第１加熱手段及びウェーハ送入
   入口から遠い第２加熱手段のうち何れか一方または両方
   がランプ加熱ヒーターであり、両方がランプ加熱ヒータ
   ーでない場合の第１加熱手段または第２加熱手段は電気
   加熱ヒーターであることを特徴とする半導体装置の製造
   装置。
2. 【請求項２】 前記第１加熱手段及び第２加熱手段がラ
   ンプ加熱ヒーターである請求項１記載の半導体装置の製
   造装置。
3. 【請求項３】 前記第１加熱手段がランプ加熱ヒーター
   であり、また第２加熱手段が電気加熱ヒーターである請
   求項１記載の半導体装置の製造装置。
4. 【請求項４】 前記第１加熱手段が電気加熱ヒーターで
   あり、また第２加熱手段がランプ加熱ヒーターである請
   求項１記載の半導体装置の製造装置。
5. 【請求項５】 前記ランプ加熱ヒーターを装着する炉体
   がウォータージャケット、冷却パイプ等の冷却構造をも
   つことを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項
   記載の半導体装置の製造装置。
6. 【請求項６】 前記電気加熱ヒーターを装着する炉体が
   主として断熱材からなることを特徴とする請求項１から
   ４までのいずれか１項記載の半導体装置の製造装置。