JP3863786B2 - 半導体製造装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハの熱処理等を行う半導体製造装置および半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造プロセスの一つとして、シリコンウエハの酸化、拡散、CVD等を行う熱処理工程がある。この工程は、例えば図４に示すような縦型の半導体製造装置を使用して行われる。図４を用いて従来の縦型半導体製造装置について述べる。
【０００３】
この縦型半導体製造装置１は、ヒータ２内に均熱管３が設けられ、均熱管３内に反応管２０が設けられている。均熱管３は、熱伝導率の大きい材料、例えばSiC材で構成され、炉内の温度均一性を保つために使用する。ヒータ２は断熱材５で周囲を覆われている。
【０００４】
反応管２０は、反応管本体４と、１本のガス導入管（ガス導入通路）６とを備えている。反応管本体４の上側の天井板７上には上部ガス導入管８が設けられており、上部ガス導入管８と天井板７によりシャワー室９が構成されている。シャワー室９内の天井板７は、複数のガス分散孔１０を有するガスシャワー板１１となっており、シャワー室９はガスシャワー板１１を介して反応管本体４の内部に連通している。
【０００５】
ガス導入管６は、反応管本体４の外面に沿って鉛直方向に設けられており、その上流側である下端部にはガス導入部１２が設けられ、下流側である上端は、反応管本体４の上部に設けられたシャワー室９に連通している。
【０００６】
一方、反応管本体４の下端近傍には排気管３０が連通して設けられている。そして、ガス導入管６のガス導入部１２は反応ガス供給源（図示せず）に接続され、排気管３０は排気装置（図示せず）に接続されている。
【０００７】
反応管本体４は下端が開口して入口となっており、そこからボート４０に装填された状態のウェハ４１が導入、導出されるようになっている。ボート４０は、ボートエレベータ５０（アーム５１及びギア５２より成る）によって昇降されることで反応管本体４内に導入され、また、反応管本体４から取り出される。ボート４０はキャップ６０上に設置されており、キャップ６０は炉口蓋６１上に設けられている。また、反応管本体４の下端の周囲にはフランジ６２が設けられており、フランジ６２と炉口蓋６１との間が、炉口蓋６１を閉じたときにＯリング６３でシールされるようになっている。またキャップ６０内部には、断熱材７０（例えば石英ウール）が装填されている。
【０００８】
前記ボート４０は４本のボート支柱４２を備えており、ボート支柱４２には複数枚のウエハ４１が水平姿勢で多段に装填され、その状態でウエハ４１が熱処理されるようになっている。
【０００９】
例えばウエハ４１の酸化処理を行う場合は、ヒータ２により炉内およびウエハ４１を酸化処理温度に加熱保持し、その状態で酸素ガスをガス導入管１２によりシャワー室９に供給し、シャワー室９からガスシャワー板１１のガス分散孔１０を介して、反応管本体４内に分散供給する。そして、酸素ガスとウエハ４１が反応して、ウエハ４１の表面に酸化膜が形成される。ボート４０を反応後のガスは排気管３０を介して排気される。
【００１０】
また、ウエハ４１の面内温度分布を均一にさせるため、ボート４０を回転させる機構が設置されている。すなわち、炉口蓋６１及びアーム５１を貫通した回転軸８０に回転テーブル８１が取付けられ、ボートエレベータ５０が上昇することで、回転テーブル８１がキャップ６０の底を突き上げ、回転軸８０に直結したモータ８２の駆動により、ボート４０が回転する。
【００１１】
ところでウエハの熱処理に際しては、定常時のウエハ列の温度分布を設定温度±0.5℃の領域ができるだけ長くなるようにヒータの位置や発熱量を決めるが（この領域の長さを均熱長と称す）、ウエハ列の端、特にキャップ方向への放熱のため、急峻な温度分布が付く。従って、ウエハ列の端にはダミーウエハと呼ばれる、製品とはならないウエハを挿入しなければならない。しかしながら、ウエハの大口径化が進み、ウエハ自体が高価な為、従来のヒータ構造でダミーウエハとして用いればバッチ式の利点であるランニングコストを相殺してしまう。よって、キャップ部にヒータを設けることでウエハ列の下部からの放熱を補い、下向きの温度分布を小さくする。そうすることでウエハ列端のウエハを製品ウエハとして処理できるようになり、ランニングコストの低減が図れる。さらにキャップ内には断熱材が入っているが、これ自体が熱容量を大きくするため、温度の昇降に時間がかかる。これは高スループットの妨げになる。
【００１２】
そこで特公平７−２７８７４号公報記載のように、蓋体内部にヒータを配置した例、また特開平９−１４８３１５号公報記載のように、ウエハボートを載せる断熱基体の上部に石英ヒータを配列させることで熱処理領域から炉口への断熱効果を図っている。また特開平１１−９７４４６公報記載のように、昇降機構のアーム部に加熱ランプを配置し、ボート下部の薄い板を加熱させることで、昇温を迅速にし、ウエハ面内の均一性を向上させている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来技術では、石英ヒータ直上のウエハが石英ヒータのヒータパターンの影響を受け易いので均一とならないこと、また温度分布を均一にさせるためにはウエハを回転させることが有効であるが、この構成のまま回転させると、石英ヒータへの給電線がよじれてしまう。また、昇降機構のアーム部に加熱ランプを設置させると、アーム自体の構造が複雑かつ重くなり、かつ加熱ランプは切れ易いので、信頼性及びランプ交換の作業性の面で難がある。
【００１４】
本発明の目的は、キャップ内の石英ヒータも発熱させることにより、昇温時間を短縮して高スループット化を図り、かつ、キャップ下方への放熱を防いで、定常時のウエハ列を全て均熱長区間に入れることでダミーウエハを不要とし、さらに、ウエハを回転させることにより、ウエハ面内での温度均一性に優れた半導体製造装置および半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、ボートに装填した半導体ウエハを加熱炉内に設けた反応管内の下端開口部より管軸方向に挿入搬出される半導体製造装置において、前記ボートの下部にあるキャップ内にヒータを有し、ボートの回転機構を備えることで達成される。
【００１６】
また、前記ヒータに電源を供給するため、スリップリングを具備することで達成される。
【００１７】
また、前記キャップの側面にヒータ、放射シールドを具備することで達成される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の第一実施例を示す縦型の半導体製造装置の断面図を示す。ここでは図４に示した従来の半導体製造装置と同じ要素に同符号を付して説明を簡略化する。
【００１９】
この構造は、石英板等に形成された板状のヒータ９０を固定させ、ウエハ４１を積載したボート４０を回転させるようにしたものである。キャップ６０内にある板状のヒータ９０は、アーム５１に支柱９１で固着される。キャップ６０と掴んでいる回転テーブル８１は、支柱９１との軸受９４、及び炉口蓋６１との軸受９５、及びアーム５１との軸受９６と各々組み合わされることで回転可能となっており、キャップ６０は、モータ８２、回転軸８０、ベルト８３、及び回転テーブル８１を介して回転させる。なお、本実施例ではベルト８３を介した回転機構としているが、回転機構の方式はこれに限るものではない。
【００２０】
軸受９６は反応管本体４内のボート４０、積載されたウエハ４１、ボート支柱４２、キャップ６０及び回転テーブル８１の鉛直方向の荷重を受けている。板状のヒータ９０への給電は、電源９２より支柱９１内に通した給電線９３を介して成される。また、板状のヒータ９０の下部には、下部への放射熱損失を低減させるために、熱遮蔽板（シリコンウエハ、もしくはSiC等）７１を数枚配置する。
【００２１】
反応管本体４にボート４０に装填された状態のウェハ４１を導入後、ヒータ２の他、板状のヒータ９０も発熱させることで昇温時間が短縮でき、かつキャップ方向への放熱を防げるので、定常時のウエハ列を全て均熱長区間に入れることが出来、ダミーウエハが不要となる。また、ボート４０を回転させるので、ウエハ４１の面内温度分布が均一になる
本発明の参考例を、図２に示す。
図１の実施例では板状のヒータ９０を固定させ、ウエハ４１を積載したボート４０を回転させている。これに対して図２に示した参考例では、回転軸８０の内部に給電線９３を設け、回転軸８０にスリップリング９７を設け、さらに電源９２とスリップリング９７とを給電線９８で接続している。こうすることで、回転軸８０に直結したモータ８２の駆動により、ボート４０及び板状のヒータ９０とが回転し、かつ板状のヒータ９０が電源９２、給電線９８、スリップリング９７、給電線９３を通じて加熱される。
【００２２】
本発明のさらに他の実施例を、図３に示す。この図３に示した実施例では、キャップ６０の放射熱損失をさらに防ぐために、キャップ６０の側面部まで板状のヒータ９０を設置し、さらにキャップ６０に放射シールド７２も設置している。これにより、キャップ側面への漏熱を低減でき、断熱効率がさらに向上する。
【００２３】
【発明の効果】
以上の如く、本発明によれば、キャップ内の板状のヒータも発熱させることで昇温時間が短縮でき、かつキャップ下方への放熱を防げるので、定常時のウエハ列を全て均熱長区間に入れることが出来、ダミーウエハが不要となる。さらにウエハを回転させるので、ウエハ面内での温度均一性に優れた半導体製造装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施例を説明する半導体製造装置の断面図である。
【図２】 本発明の参考例を説明する半導体製造装置の断面図である。
【図３】本発明の他の実施例を説明する半導体製造装置の断面図である。
【図４】従来の半導体製造装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１…縦型半導体製造装置、２…ヒータ、３…均熱管、４…反応管本体、５…断熱材、６…ガス導入管、７…天井板、８…上部ガス導入管、９…シャワー室、１０…ガス分散孔、１１…ガスシャワー室、１２…ガス導入部、３０…排気管、４０…ボート、４１…ウエハ、４２…ボート支柱、５０…ボートエレベータ、５１…アーム、５２…ギア、６０…キャップ、６１…炉口蓋、６２…フランジ、６３…Ｏリング、７０…断熱材、７１…熱遮蔽板、７２…放射シールド、８０…回転軸、８１…回転テーブル、８２…モータ、９０…板状のヒータ、９１…支柱、９２…電源、９３…給電線、９４…軸受、９５…軸受、９６…軸受、９７…スリップリング、９８…給電線。

Claims (5)

1. ボートに装填した半導体ウエハを加熱炉のヒータ内に設けた反応管内の下端開口部より管軸方向に挿入搬出される半導体製造装置において、
   前記ボートが設置されるキャップと、
   該キャップの下部を掴む回転テーブルと、
   前記キャップ内で支柱に固定され、該支柱内に通した給電線を介して給電される前記キャップの内部の上部から横方向に伸び側面まで延在して設けられている板状のヒータと、
   前記回転テーブルと前記支柱との間に設けられた軸受と、
   前記下端開口部を閉じる炉口蓋と、
   前記回転テーブルと前記炉口蓋との間に設けられる軸受と、
   少なくとも前記板状のヒータおよび前記支柱は固定しつつ、前記ボートと前記キャップと前記回転テーブルとを回転させる回転機構と、
   を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
2. 前記ボートに装填した半導体ウエハを前記反応管内の下端開口部より管軸方向に挿入させるアームを有したボートエレベータを備えており、
   前記回転テーブルと前記アームとの間に軸受が設けられていることを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
3. 前記キャップ内であって、前記ヒータの下部に複数枚の熱遮蔽板を配置したことを特
   徴とする請求項１または２記載の半導体製造装置。
4. 前記キャップに放射シールドを具備したことを特徴とする請求項１、２または３記載の半導体製造装置。
5. 請求項１、２、３または４に記載の半導体製造装置を用いた半導体装置の製造方法であって、
   前記ヒータおよび前記板状のヒータを発熱させて前記回転機構により少なくとも前記ヒータおよび前記支柱は固定しつつ、前記ボートと前記キャップと前記回転テーブルとを回転させて前記半導体ウエハを熱処理することを特徴とする半導体装置の製造方法。

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