JP3138868B2 - 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ものである。

（従来の技術とその課題） 半導体ウエハを拡散炉の反応容器に搬入して加熱処理
を行なう場合、縦方向に所定間隔をおいて多数枚のウエ
ハを搭載した被処理体収納ボートである処理用ボートを
支持体に載置して搬出搬入機構を介して反応容器内に搬
入し、処理用ボートを回転させながら、この容器内に処
理ガスを導入して各半導体ウエハを断面均熱状態に加熱
処理を実行するようにしている。

この場合、処理ガスを容器内に導入するため、容器の
上方より処理ガスを導入したり、容器内にインジェクタ
を挿入し、このインジェクタの長さ方向に沿ってウエハ
の所定間隔ごとに複数の噴出孔を形成し、この噴出孔よ
り処理ガスを供給する方法などが採用されている。この
うち半導体ウエハに対して処理ガスを導入してりんのド
ーピングを行なうことがあるが、この場合は、反応容器
内を通常、900〜1200℃程度まで加熱し、この反応容器
の内部にO₂、N₂等のキャリアガスにオキシ塩化りん（PO
Cl₃）を含んだ処理ガスを導入して各半導体ウエハにり
んをドーピングする。

この処理ガスであるPOCl₃は腐食性ガスであるため、
反応容器内に導入された処理ガスが接触する部分は、耐
腐食性の材料で形成する必要がある。そのため、処理ガ
スが接触する反応容器等の部分は、非金属製の素材とし
て、通常、石英ガラスが用いられている。

上記反応容器内に搬入搬出される処理用ボートや支持
体の表面には大気中の水分が吸着しており処理ガス中に
含まれているPOCl₃と反応して五酸化リン（P₂O₅）を主
とした反応生成物が発生する。

このP₂O₅を主とした反応正接物は生成状態により液状
および固形状であるが処理用ボートと支持体の接触部付
近は温度も高くP₂O₅を主とした粘性の大きな液状生成物
が多く付着する。

従って、N₂キャリアガスとしてP₂O₅を多量に例えば25
0mg/min以上流すプロセスを連続して10回以上行うと、
処理用ボートと支持体が粘性の大きな液状生成物により
粘着してしまう。

処理用ボートと支持体が粘着してしまうと、縦型熱処
理装置に設けられた自動化されたボート移載ロボットで
処理用ボートを移動させる際、予期せぬ上記粘着が作用
し処理用ボートが転倒し、被処理体である高価な半導体
ウエハを始めボートも破損させてしまうという問題点を
有する。

本発明は上記の実情に鑑みて開発したものであり、反
応容器内にて発生した粘性の大きな液状生成物が被処理
体収納ボートと支持体の接触部に付着が少なく、容易に
被処理体収納ボートを支持体から取りはずすことができ
る縦型熱処理装置を提供するものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） この発明は、縦型の反応管の下端開口部を塞ぐための
蓋部材の上に支持体を設け、この支持体の頂部のリング
状突起の内側に被処理体収納ボートの下面の突起を接触
させた状態で支持体側のリング状突起が被処理体収納ボ
ートのフランジ部の下面を支持し、この被処理体収納ボ
ートに多数枚の被処理体を上下に間隔をおいて保持させ
て前記反応管内に搬入し、反応管内に処理ガスを供給し
て被処理体に対して熱処理を行い、熱処理時に常温で粘
性の大きい反応生成液体が生成される縦型熱処理装置に
おいて、 前記支持体のリング状突起の上面に、前記反応生成液
体を受け入れられる深さまたは前記反応生成液体が流出
できる形状に形成された複数の凹部を周方向に沿って設
けたことを特徴とする。

（作用） 本発明によると、被処理体収納ボートと支持体の接触
部に常温で粘性の大きな反応生成物が付着しても、この
反応生成液体は恒温では粘性が小さく上記のリング状突
起に設けられた凹部に流出し、被処理体収納ボートと支
持体の接触面に溜まることが少ない。従って粘着力が極
めて小さくなる。

また粘性の大きな反応生成液体が被処理体収納ボート
と支持体接触部に残留しても、被処理体収納ボートと支
持体の接触面積を小さくしたため、載置されていた処理
用ボートを支持体から容易に取りはずすことができる。

（実施例） 以下、本発明を半導体ウエハの酸化・拡散を行なう縦
型熱処理装置に適用した実施例につき図面を参照して具
体的に説明する。

第１図において、反応容器１は、石英ガラスにより円
筒状に形成され、その軸方向を垂直方向とすることによ
り縦型熱処理部を構成している。

この反応容器１の反応応用機壁２の下方位置に、容器
壁２から外側に突出させて一体に形成した突出筒部３よ
り石英ガラスで形成した先端を密封した細管状のインジ
ェクタ４を挿入し、このインジェクタ４には、多数の噴
出孔５を形成している。

このインジェクタ４から反応容器１内に供給される処
理ガスは、オキシ塩化りん（POCl₃）を含んだO₂、N₂を
導入して半導体ウエハ６にりんドーピングを行なうよう
にしており、この導入されるPOCl₃は腐食性ガスであ
り、また、反応容器１の周囲にはヒータ７を設け、反応
容器１内を通常、900〜1200℃程度まで加熱して、酸化
や拡散処理を行ない、反応容器１の下部には排気管８を
設け、この排気管８より反応容器１内に導入した処理ガ
スを排気するようにしている。

この反応容器１内には、例えば石英からなる被処理体
収納ボート９を例えば石英からなる支持体25に載置して
第４図に示すように搬入搬出機構30を介して搬入または
搬出させ、上記ボート９には、第１図に示すように所定
間隔をおいて多数枚の半導体ウエハ６を搭載し、加熱処
理された反応容器１内に処理ガスを導入して半導体ウエ
ハ６を酸化や拡散などの熱処理を行なうようにしてい
る。

上記ボート９を載置する接触面例えば支持体25の頂部
には、第２図に示す如く例えば幅20mm高さ10mmの複数の
凸部25Aと、例えば幅20mmの複数の凹部25Bが交互に設け
られ、被処理体収納ボート９のフランジ部9Aを支持体25
の凸部25A列で形成される平面で保持するように構成し
ている。

上記複数の凸部25Aは３個以上設ければよい。上記し
た凸部25Aの対向するボート９のフランジ部9Aとの接触
面積は処理生成物の粘性と、ボート９と半導体ウエハ６
の重量を支えられる凸部25Aの強度とにより決定される
ことが望ましい。

凹部25Bは、凹部25Aからの生成物を受け入れる容量を
有する深さに、もしくは生成物を凹部25Bから流出でき
るような形状にすることが望ましい。

また、第３図に示すように被処理体収納ボート７は、
駆動モータ10にベルト11を介して駆動軸12を回動可能に
設け、この駆動軸12の上部に金属製の軸受部13を設け、
この軸受部13に設けた石英ガラス製のボート支受部14を
介して被処理体収納ボート９を回転可能に設ける。

軸受部13は材質、例えばステンレススチールなどは耐
荷重性の金属が用いられる。

更に、駆動軸12にはベアリング15を介して反応容器１
の下方開口部16を被蓋するための石英ガラス製の開閉蓋
部材17をボート９と一体に搬入搬出できるように構成し
ている。上記開閉蓋部材17は環状で断面Ｕ時形でこのＵ
時部に液溜部17Aが設けられている。また開閉蓋部材17
には、反応容器１の開口部16を密封シールするための例
えば弾性体のフッ素ゴムからなるシール18を設け、更
に、開閉蓋部材17に設けた供給路19（供給路19は、石英
製の開閉蓋17ではなく、ステンレス製の蓋に設けられて
いる）より、N₂等の不活性ガスやO₂などの軸受部13に対
して非腐食性のガスを供給し、この供給路19に連通させ
たリング状の空洞部20より軸受部13に対向させて放射状
に複数開口させた流出孔21より軸受部13の露出表面の雰
囲気スペースＳ内に不活性ガスを流出させるように構成
している。

また第４図に示すように被処理体収納ボート９の凹部
9Bにボート搬送機31のアームを嵌合させ被処理体収納ボ
ート９を保持してボートライナー32に移載し、このボー
トライナー32により被処理体収納ボート９を所定のウエ
ハ処理部に移動するようにしている。

次に、上記実施例の作用を説明する。

多数枚の半導体ウエハ６を搭載した被処理体収納ボー
ト９を搬入搬出機構により反応容器１内に搬入し、反応
容器１内に挿入したインジェクタ４よりN₂をキャリアガ
スとしてPOCl₃とO₂を供給すると、容器１内のインジェ
クタ４より半導体ウエハ６の所定間隔ごとに処理ガスが
供給されてウエハ６は断面均熱状態に加熱処理され、ウ
エハ６には、りんドーピングがなされる。

この場合、反応容器１や被処理体収納ボート９等のよ
うに処理ガスが接触する部分は、非金属製の材料で形成
し、被処理体収納ボート９の回転駆動用の軸受部13は金
属で形成されているが、少なくとも半導体ウエハ６を処
理している期間中に、N₂等の不活性ガスを供給路19より
供給して流出孔21から雰囲気スペースＳに流出させて軸
受部13の金属を不活性ガス雰囲気にする。即ち、少なく
とも腐食性ガスの混入するガスを導入する期間、露出す
る表面を不活性ガスで被い保護する。

従って、軸受部13の露出する金属表面は処理ガス中の
腐食性ガスによって腐食されることから保護できると共
に、特に、この不活性ガスを処理ガス中のキャリアガス
と同一種類のガスを反応容器１内の下方に位置している
軸受部13に供給することにより不活性雰囲気にすること
ができるため、反応容器１内の半導体ウエハ６の処理に
は影響を与えないばかりでなく、被処理体収納ボート９
は、金属製の軸受部13を介して回転駆動することにな
る。

この不活性ガスの噴出量は多量に流す必要がなく、反
応ガスに金属露出面が接触しないようにすれば良い。

従って、不活性ガス放出のタイミングも、反応ガスの
導入と同時か、早くても良いし、反応ガス導入後でも、
反応ガスが金属露出面に到達前であれば良い。

更に、不活性ガス導入の終了は、反応ガスを総て排気
後行なうのが望ましい。

軸受部13に供給するガスは不活性ガスに限らず、金属
性の軸受部13に対して非腐食性のガスであり、被処理体
処理ガス中に含まれているガスならばどのようなもので
もよく、例えばO₂でも良い。

処理ガスが供給されている間、被処理体収納ボート９
や支持体25や被蓋部材17等の表面に吸着された水分はPO
Cl₃と対応してP₂O₅を主成分とした反応生成液体が生成
される。

この反応生成液体は被処理体収納ボート９や支持体25
や被蓋部材17等の表面に付着し、生成量が多くなると滴
下して被蓋部材17に設けられた液溜部17Aに貯留され
る。

被処理体収納ボート９と支持体25の凸部25Aの間に付
着した反応生成液体は、高温状態では粘性が小さいた
め、支持体25の凹部25Bへ流出するので、被処理体収納
ボート９と支持体25の凸部25Aの間に反応生成液体が過
大に溜まることがない。

従って反応処理終了後被処理体収納ボート９を反応容
器１内より搬入搬出機構30を用いて搬出し、被処理体収
納ボート９と支持体25部分の温度が低下しても、被処理
体収納ボート９と支持体25との粘着力をロボット操作時
に無視できる程度に減少できる。

また支持体25の被処理体収納ボート９と接触する部分
の形状は第５図、第６図に示す如き台形25CもしくはＵ
字形25Dであってもよい。特に第６図の如きＵ字形25Dは
被処理体収納ボート９と接触する部分が少ないため反応
生成液体による被処理体収納ボート９と支持体25の粘着
力を減少する効果が大きい。

また被処理体収納ボート９のフランジ部9Aに凹凸部を
設けるようにして、支持体25には凹凸部を設けないよう
にしても前記と同様の効果がある。

〔発明の効果〕

以上のことから明らかなように、本発明によると次の
ような優れた効果がある。

粘性の大きな反応生成液体が多量に発生する熱処理を
連続して行っても反応生成液体が被処理体収納ボートと
支持体の間に多量に溜り、被処理体収納ボートと支持体
が強固に粘着されることはない。

またたとえ被処理体収納ボートと支持体が粘着しても
被処理体収納ボートと支持体の接触面積が小さいためロ
ボットなどの自動操作力で被処理体収納ボートを容易に
支持体から取りはずすことができる。

従って自動化されたボート移載機で被処理体収納ボー
トを安全に搬送することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における縦型熱処理装置の一実施例を示
した正面図、第２図、第３図は第１図の部分説明図、第
４図は第１図の縦型熱処理装置の被処理体収納ボート搬
送機構説明図、第５図、第６図は第１図の支持体の変形
例説明図である。 １……反応容器、６……被処理体 ９……被処理体収納ボート 25……支持体、30……搬入搬出機構 31……ボート搬送機

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】縦型の反応管の下端開口部を塞ぐための蓋
   部材の上に支持体を設け、この支持体の頂部のリング状
   突起の内側に被処理体収納ボートの下面の突起を接触さ
   せた状態で支持体側のリング状突起が被処理体収納ボー
   トのフランジ部の下面を支持し、この被処理体収納ボー
   トに多数枚の被処理体を上下に間隔をおいて保持させて
   前記反応管内に搬入し、反応管内に処理ガスを供給して
   被処理体に対して熱処理を行い、熱処理時に常温で粘性
   の大きい反応生成液体が生成される縦型熱処理装置にお
   いて、 前記支持体のリング状突起の上面に、前記反応生成液体
   を受け入れられる深さまたは前記反応生成液体が流出で
   きる形状に形成された複数の凹部を周方向に沿って設け
   たことを特徴とする縦型熱処理装置。
2. 【請求項２】蓋部材の上面に、上方から滴下した反応生
   成液体を溜めるための液溜が形成されていることを特徴
   とする請求項１記載の縦型熱処理装置。