JP3108466B2

JP3108466B2 - 縦型熱処理装置

Info

Publication number: JP3108466B2
Application number: JP03174474A
Authority: JP
Inventors: 新平陣内
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1991-06-19
Filing date: 1991-06-19
Publication date: 2000-11-13
Anticipated expiration: 2015-11-13
Also published as: JPH0590186A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、縦型熱処理装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体ウエハのごとき被処理体
に均熱状態において所定の熱処理を施して、この表面に
薄膜を形成したり、熱拡散を行なったりする装置とし
て、熱処理装置が知られている。この種の一般的な熱処
理装置は、例えば石英などの耐熱性部材よりなる反応管
内に、ウエハボートに積層した多数の半導体ウエハを収
容し、この反応管内に所定の処理ガスを供給しつつ所定
の圧力及び所定の温度で熱処理を行なうように構成され
ている。

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体ウエ
ハの表面に二酸化硅素（Ｓ_iＯ₂）などの薄膜を形成する
場合には、処理ガスとしてシラン、ＴＭＰ（トリメチル
フォスファイト）、ＴＭＢ（トリメチルボレート）、Ｔ
ＥＯＳ（テトラエチルオルトシリケイト）などがガス導
入管を介して反応管内に供給される。そして、この供給
された処理ガスは、ウエハボートに所定のピッチでもっ
て多数積層された半導体ウエハと接触し、ウエハ表面に
二酸化硅素などを形成する。

【０００３】ところで、熱処理装置自体の小型化の要請
により、図９に示すようにウエハボート２に積層された
半導体ウエハ４と反応管の内壁面６との間隔は非常に狭
く、従って、これらの間に設置されるガス導入管と上記
内壁面６との間隔も非常に狭く、例えば数ｍｍ程度しか
隙間がない。そのため、上記ガス導入管８の上端部から
導入された処理ガスＧは、直ちに開放されて周囲に広が
ってこのガスが内壁面６と接触し、この部分に不要な二
酸化硅素の体積物１０を形成していた。そして、熱処理
操作を重ねて実行しているうちに、上記体積物が剥離し
てパーティクルとなって飛散し、半導体ウエハ表面に付
着して歩留まり低下の原因となっていた。また、図示す
るように体積物１０が成長するに従って、これと導入さ
れた処理ガスＧが接触してガスが偏流してしまい、その
ために、半導体ウエハ表面の成長膜の面内均一性及び面
間均一性が劣化するという改善点を有していた。

【０００４】更に、通常、反応管の内壁面６やウエハボ
ート２などに付着した薄膜を除去するために定期的にク
リーニングガス等を流してクリーニング操作を行い、更
に、クリーニング操作を適当回数行なう毎に、システム
自体をダウンさせて反応管やウエハボートを取り外して
洗浄を行なうが、上述したような体積物１０が発生する
と上記クリーニング操作や洗浄操作の頻度が増加する不
都合があった。特に、洗浄操作のためにシステムを一旦
ダウンさせると、これを再度立ち上げるために１日以上
要し、システムのトータルダウンタイムが増加してスル
ープットが低下するという改善点を有していた。本発明
は、以上のような問題点を解決するために創案されたも
のである。本発明の目的は、着脱容易なガス導入管側へ
不要な体積物を堆積させることにより、反応管内壁面へ
の堆積を阻止することができる縦型熱処理装置を提供す
ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために、被処理体を熱処理する反応管と、前記
反応管内へ処理ガスを導入するガス導入管を含む縦型熱
処理装置において、前記ガス導入管は、前記反応管の下
部より前記被処理体と前記反応管の内壁面との間隙に向
けて延在され、前記ガス導入管の先端部の反応管内壁面
側に、これに導入される処理ガスを整流し且つ反応管内
壁面への堆積を阻止する整流部材を設けるように構成し
たものである。

【０００６】

【作用】本発明は、以上のように構成されたので、ガス
導入管を介して反応管内へ導入された処理ガスは、ガス
導入管の先端部に延在させて設けた整流部材に沿って上
方へ整流されて流れるので偏流の発生が抑制される。ま
た、この整流部材に不要な堆積物が形成されることにな
るため、反応管内壁面に不要な堆積物が形成される可能
性を抑制することができる。そして、この整流部材に形
成された不要な堆積物は、システムをダウンすることな
く着脱できるガス導入管を取り外して洗浄したり、取り
替えることにより容易に排除される。

【０００７】

【実施例】以下に、本発明に係る縦型熱処理装置の一実
施例を添付図面に基づいて詳述する。図１及び図２に示
すごとく、この縦型熱処理装置１２は、耐熱材料、例え
ば石英により円筒状に成形されて、上端部は閉鎖され下
端部が開放された外側反応管１４を有しており、この外
側反応管１４内には、例えば石英により上下端が開放さ
れた円筒状に成形された内側反応管１６が同心状に設け
られて、２重管構造になされている。そして、この内側
反応管１６内に、例えば石英よりなるウエハボート１８
に上下方向に所定ピッチで多数枚積層搭載した被処理
体、例えば半導体ウエハ２０が挿脱自在に収容されてい
る。そして、上記外側反応管１４の外周には、これを被
って同軸的に、例えば抵抗加熱ヒータ２２が設けられる
と共に、この加熱ヒータ２２の外周には、断熱材２４を
介して、例えばステンレススチールよりなる筒体状のア
ウターシェル２６が設けられており、全体として加熱炉
を形成している。そして、上記加熱ヒータ２２を制御す
ることにより、上記反応管を、例えば３００−１２００
℃の範囲で適宜設定可能としている。

【０００８】そして、上記外側反応管１４の下端部に
は、封止体としての、例えばステンレススチールよりな
る筒体状のマニホールド２８が接続されており、このマ
ニホールド２８の上端部には環状にフランジ部３０が形
成されると共に、このフランジ部３０には、環状弾性部
材からなるシール部材としての、例えばＯリング３２が
介設され、内部を気密封止している。また、上記マニホ
ールド２８は、上記内側反応管１６の下端部を支持する
一方、このマニホールド２８の一端に処理ガスを供給す
るためのガス導入管３４を連結すると共に、他端には図
示しない真空ポンプに接続される排気管３６が連結さ
れ、上記反応管内を真空排気可能としている。

【０００９】そして、上記ウエハボート１８は、例えば
石英よりなる保温筒３８の上に載置されると共に、この
保温筒３８は上記マニホールド２８の下端開口部をＯリ
ングを介して気密可能に封止する、例えばステンレスス
チールよりなる蓋体であるキャップ部４０に回転自在に
支持されている。そして、このキャップ部４０は、例え
ばウエハエレベータの如き昇降機構４２により保持され
て、上記ウエハボート１８を上記内側反応管１６内にロ
ード、アンロードできるように構成されている。一方、
上記ガス導入管３４は、例えば石英などによりＬ字状に
屈曲形成されており、上記マニホールド２８の貫通部に
おいてジョイント４４を介して外部の、例えばステンレ
ススチールよりなるガス配管４６と接続されている。こ
のジョイント４４は、図４に示すように内部にネジ部が
形成された中空筒体状のケーシング４８を有しており、
この中に上記ガス導入管３４の基端部３４ａを挿入させ
た状態でマニホールド２８側に形成したネジ部に螺合さ
せることにより、上記ガス導入管３４とガス配管４６と
を気密に接合可能に構成されている。尚、図４中の５０
は上記気密性を保持するＯリングである。

【００１０】そして、上記ガス導入管３４は、上記内側
反応管１４の下部より上方に向けて延在されており、上
記内側反応管１４と上記半導体ウエハ４との隙間に位置
されている。このガス導入管３４の先端部には、図２及
び図３にも示すようにこのガス導入管３４をその長さ方
向に対して傾斜させて断面楕円形状に切断することによ
り本発明の特長とする整流部材５２が設けられている。
従って、この整流部材５２は、上記ガス導入管３４の先
端部の反応管内壁面側を延長するような形態で設けられ
ており、上方に行くに従って順次小さくされた断面円弧
状の整流部材として形成され、放出口５５より放出され
る処理ガスＧを偏流させることなく上方に向けて整流し
得るように構成されている。このガス導入管３４の開口
部の形状は、後述するごとくどのような形状でも良く、
また、開口下端部５４と整流部材５２の上端部５６との
間の長さＬ１は、限定されず、例えば長ければ長いほど
整流作用が発揮され、且つ反応管内壁面への堆積物の形
成を阻止することができる。

【００１１】次に、以上のように構成された本実施例の
作用について説明する。まず、多数の半導ウエハ２０が
所定ピッチで収容されたウエハボート１８を昇降機構４
２により反応管１４、１６内にロードし、キャップ部４
０によりマニホールド２８の開口部を閉じて反応管内を
密閉する。そして、ガス導入管３４から所定量の処理ガ
ス、例えばＴＥＯＳを供給し、排気管３６を図示しない
真空ポンプにより真空排気し、反応管内を所定の圧力、
例えば１Ｔｏｒｒに設定する。更に、加熱ヒータ２２に
より反応管内を所定の温度、例えば４００℃に維持しつ
つ、上記ＴＥＯＳを例えば約１００ｃｃ／ｍｉｎ、その
他キャリアガスなどの窒素を約２０リットル／ｍｉｎ供
給し、所定時間成膜処理を行なう。

【００１２】この成膜処理を行なっている間は、ウエハ
ボート１８を回転することにより半導体ウエハ２０を回
転させておく。成膜処理時において、ガス導入管３４か
ら導入された処理ガスＧは、ガス導入管３４の先端放出
口５５から反応管内に放出される際に、放出方向すなわ
ち上方に向けて延在された整流部材５２により整流され
て層流となって上昇して行くと共に、一部は半導体ウエ
ハ２０側にも流れ込み、この表面に成膜が形成される。
この時の整流作用は、図５に示され、放出口５５から放
出された処理ガスＧは、整流部材５２の作用により反応
管内壁面側には広がらず、この内壁面と直ちに接触する
ことが阻止される。従って、反応管内壁面５７に体積物
が形成されることを抑制することができる。これに対し
て、図６に示す従来構造にあっては、放出口９から処理
ガスＧが放出されると直ちに反応管内壁面と接触して前
述の如く図９に示すように体積物１０を形成することに
なるが、本実施例においてはそのような現象が阻止され
る。

【００１３】この場合、効果的な整流部材５２の長さＬ
１は、処理ガスの供給量、処理圧力等にもよるが、従来
構造において形成された体積物１０の長さと同じ長さ、
例えば約３００ｍｍ程度に設定するのがよい。ところ
で、成膜処理をある程度行なっていると、整流部材５２
の上端部５６近傍に体積物６０が形成される傾向となる
が、成膜処理にあまり悪影響を与えない早い時期に、ガ
ス導入管３４のみを取り外してこの洗浄処理を行なって
体積物６０を除去する。この場合、ウエハボート１８を
アンロードして、内側反応管１６の下方に位置させてお
き、この状態で図４に示すようにジョイント４４のケー
シング４８を回転することによりこれをゆるめ、ガス導
入管３４を取り外す。このように、内外側反応管１６、
１４を取り外すことなく、すなわちシステム自体をダウ
ンさせることなく、ガス導入管３４を取り外してこれを
洗浄することにより体積物を除去することができる。

【００１４】このように、体積物を除去するためには、
着脱の容易な、しかもシステムをダウンさせる必要のな
いガス導入管３４のみを取り外して対応することができ
るので、システムのダウンタイムを大幅に低下させるこ
とが可能となる。そして、上述のように体積物６０に対
しては、上記のように迅速に対応することにより、放出
される処理ガスに対して成膜に悪影響をあたえる偏流も
生ぜしめることがないので、半導体ウエハ表面に形成さ
れる薄膜の面内及び面間均一性も向上させることが可能
となる。尚、上記実施例にあっては、整流部材５２とし
て、ガス導入管３４を斜めに切断したような形状とした
が、これに限定されず、例えば図７及び図８に示すよう
に構成してもよい。すなわち、図７（ａ）は他の実施例
の斜視図を、図７（ｂ）はその側面図を示し、ガス導入
管３４を半円弧状に中央部まで切断すると共に、それよ
り上方に向けて管の長手方向に沿って切断して断面半円
状の整流部材７０を形成する。この時の整流部材７０の
長さＬ２も任意であり、例えば３００ｍｍ程度に設定す
る。

【００１５】また、図８（ａ）は更に他の実施例の斜視
図を、図８（ｂ）はその側面図を示す。この実施例の整
流部材７２にあっては、上記図７に示す断面半円状の整
流部材７０の上端部を更に図３に示す実施例と同様に斜
めに切断することにより形成される。この場合において
も、整流部材７２の本体の長さＬ３及び先端部の長さＬ
４はそれぞれ任意であり、例えばＬ３＋Ｌ４＝３００ｍ
ｍ程度に設定する。また、前記実施例にあっては、ＴＥ
ＯＳを用いて二酸化硅素（Ｓ_iＯ₂）を成膜する場合につ
いて説明したが、これに限らず、他の処理ガス、例えば
シラン、ＴＭＰ、ＴＭＢを使用する場合にも適用でき、
更に他の成膜、例えばＡｌ₂Ｏ₃、Ｓ_i、Ｓ_i3Ｎ₄等を成膜
する場合にも適用できるのは勿論である。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば次
のような優れた作用効果を発揮することができる。処理
ガスを整流して反応管内へ導入することができるので、
反応管の内壁面に体積物が形成されることを抑制するこ
とができる。従って、体積物の剥離にともなうパーティ
クルの発生を抑制することができ、半導体製品の歩留ま
りを向上させることができる。また、体積物が発生して
もガス導入管を洗浄することによりこれを除去すること
ができるので、洗浄のためのシステムのトータルダウン
タイムを大幅に減少させることが可能となる。更に、体
積物が過度に成長することがないので、処理ガスの偏流
の発生も阻止でき、処理膜の面内及び面間均一性を向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の係る縦型熱処理装置を示す概略断面図
である。

【図２】本発明に用いるガス導入管の要部を示す要部拡
大図である。

【図３】ガス導入管の上部構造を示す斜視図である。

【図４】ガス導入管の取付構造を示す断面図である。

【図５】本発明に用いるガス導入管に設けた整流部材の
作用を説明する説明図である。

【図６】従来のガス導入管の作用を説明する説明図であ
る。

【図７】本発明に用いる整流部材の他の実施例を示す図
である。

【図８】本発明に用いる整流部材の更に他の実施例を示
す図である。

【図９】従来の熱処理装置において体積物が付着する状
態を説明するための説明図である。

【符号の説明】

１２縦型熱処理装置１４外側反応管１６内側反応管１８ウエハボート２０半導体ウエハ（被処理体）２８マニホールド３４ガス導入管４６ガス配管５２、７０、７２整流部材５７内壁面６０体積物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/205 H01L 21/22 - 21/24 H01L 21/31 H01L 21/365 H01L 21/38 - 21/40 H01L 21/469 H01L 21/86

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理体を熱処理する反応管と、前記反
応管内へ処理ガスを導入するガス導入管を含む縦型熱処
理装置において、前記ガス導入管は、前記反応管の下部
より前記被処理体と前記反応管の内壁面との間隙に向け
て延在され、前記ガス導入管の先端部の反応管内壁面側
に、これに導入される処理ガスを整流し且つ反応管内壁
面への堆積を阻止する整流部材を設けるように構成した
ことを特徴とする縦型熱処理装置。