JP4557499B2

JP4557499B2 - 基板処理装置

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Publication number: JP4557499B2
Application number: JP2003103086A
Authority: JP
Inventors: 明諸橋; 智晴島田; 恵信山▼ザキ▲
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2003-04-07
Filing date: 2003-04-07
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2023-04-07
Also published as: JP2004311712A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシリコンウェーハ等の基板に酸化膜の生成、不純物の拡散等の処理を行う基板処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
先ず、半導体製造工程の１つとして、基板表面に酸化膜を生成する熱酸化工程、不純物の拡散等を行う熱拡散工程、アニールを行うアニール工程等があり、基板処理装置は、これら熱処理工程を行う為に、熱処理炉を具備している。
【０００３】
図３に於いて、縦型熱処理炉について説明する。
【０００４】
有天筒状の反応管１に対して有天筒状の均熱管２、有天筒状のヒータ３が同心多重に設けられており、前記反応管１の下端にはアダプタ４が設けられている。尚、前記反応管１を炭化珪素（ＳｉＣ）製とすれば該反応管１が前記均熱管２の役割を兼ねるので該均熱管２は、不要となる。
【０００５】
前記反応管１の内部は反応室５となっており、該反応室５には基板保持具（以下ボート）６が収納される様になっており、該ボート６にはウェーハ等の基板（以下ウェーハ）７が水平姿勢で多段に保持され、ウェーハ７は前記ボート６に保持された状態で熱処理される。
【０００６】
該ボート６は、ボートエレベータ（図示せず）の昇降台８に炉口キャップ９、断熱キャップ１０を介して載置され、ボートエレベータにより前記昇降台８が昇降されることで、前記反応室５に装入、引出しされる様になっている。前記ボート６の装入状態では前記アダプタ４下面と前記炉口キャップ９上面間にはＯリング１１が挾設され、前記アダプタ４下端開口部（炉口部）は前記炉口キャップ９により気密に閉塞される。前記昇降台８の前記Ｏリング１１に対向する部分には冷却路１２が形成され、該冷却路１２に冷却水が流され、前記Ｏリング１１が冷却される。
【０００７】
前記反応管１の内壁面に沿って立設された反応ガス導入管１３は、上端が前記反応室５の上端部に開口し、下端部が前記アダプタ４を気密に貫通して外部に露出しており、前記反応ガス導入管１３の下端は図示しない反応ガス供給源に接続されている。前記アダプタ４には排気管１４が連通し、該排気管１４は図示しない排気装置に接続され、反応後のガスは該排気管１４を介して排気する。
【０００８】
前記反応室５の温度を検出する為に、温度検出器１５が設けられている。該温度検出器１５は、前記反応管１の内壁面に沿って立設された熱電対保護管１６と、該熱電対保護管１６内に収納された熱電対１７から構成されている。
【０００９】
図４に示される様に、該熱電対１７は例えば白金線１８と白金−ロジウム合金線１９が先端で溶着されて先端部１７ａが形成され、該先端部１７ａに至るリード部にはリード部保護管２１が被覆された構成であり、前記白金線１８、前記白金−ロジウム合金線１９の他端は図示しない温度制御部に接続されている。前記白金線１８、前記白金−ロジウム合金線１９は、前記先端部１７ａを含む先端部が前記リード部保護管２１の先端より、略１０mm程度突出した状態で、下端部が前記リード部保護管２１に接着固定され、更に前記リード部保護管２１が前記熱電対保護管１６に固定されている。尚、前記白金線１８も又、白金−ロジウム合金線としてもよい。
【００１０】
ウェーハ７を処理する場合、前記ボート６にウェーハ７を装填し、図示しないボートエレベータにより、前記ボート６を前記反応室５に装入する。前記ヒータ３で前記ウェーハ７を処理温度に加熱し、前記反応ガス導入管１３より処理ガスを導入し、熱酸化、熱拡散、アニール等の処理が行われ、前記排気管１４より反応後のガスが排出される。
【００１１】
前記ウェーハ７の処理が完了すると、処理ガスの導入が停止され、前記ウェーハ７が冷却され、所定温度迄冷却されると、ボートエレベータにより前記ボート６が引出され、更に該ボート６より処理済の前記ウェーハ７が払出される。
【００１２】
ウェーハの処理に於いて、処理温度はウェーハの処理品質に大きく影響するので、ウェーハの加熱温度は非常に重要である。従って、前記温度検出器１５で前記反応室５の温度が検出され、検出された温度を基に前記温度制御部により前記ヒータ３の発熱量が制御されている。
【００１３】
上記したウェーハの処理に於いて、高温処理、例えば１２００℃以上のアニール処理が行われる熱処理炉では、前記反応管１、均熱管２、ボート６、断熱キャップ１０、熱電対保護管１６等炉内の構成部材には石英が使用できないので、高耐熱性材料である高純度炭化珪素が用いられている。この場合、前記反応管１は、前記均熱管２の役割を兼ねるので、均熱管は不要となる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した温度検出器１５では、前記リード部保護管２１が傾いて収納されていた場合、或は熱変形で該リード部保護管２１が傾いた場合等、前記先端部１７ａが前記熱電対保護管１６内壁に接触する虞れがある（図５参照）。又、前記白金線１８、白金−ロジウム合金線１９が下端で固定されているので、加熱状態では前記リード部保護管２１との熱膨張差で該リード部保護管２１からの突出量が大きくなり、やはり前記先端部１７ａが前記熱電対保護管１６内壁に接触する虞れがある（図６参照）。
【００１５】
白金、又は白金とロジウムとの合金は、高温下で、炭化珪素又はＳｉ（シリコン）と反応するので、前記先端部１７ａが前記熱電対保護管１６内壁に接触した場合、断線し、前記反応室５の温度検出ができなくなる虞れがあるという問題があった。
【００１６】
本発明は斯かる実情に鑑み、温度検出器による温度検出ができなくなる等の事故を防止し、処理中の温度制御の信頼性を向上させた基板処理装置を提供するものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板を処理する反応炉と、該反応炉内の温度を検出する熱電対と、該熱電対を覆う様に設けられた保護管とを有する基板処理装置であって、前記保護管の内壁面に酸化膜を形成した基板処理装置に係り、又基板を処理する反応炉と、該反応炉内の温度を検出する熱電対と、該熱電対を覆う様に設けられた第１の保護管と、該第１の保護管内に設けられ、前記熱電対の先端部以外の部分を覆う第２の保護管とを有する基板処理装置であって、前記熱電対を前記第２の保護管の基端部以外の位置で固定した基板処理装置に係り、更に又基板を処理する反応炉と、該反応炉内の温度を検出する熱電対と、該熱電対を覆う様に設けられた保護管とを有する基板処理装置であって、前記熱電対の先端部を耐熱部材でコーティングした基板処理装置に係るものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の対象となる基板処理装置の概要を示すものであり、以下基板処理装置について説明する。該基板処理装置は基板を搬送する容器として密閉式基板搬送容器が使用されている。尚、図１中、図３中で示したものと同等のものには同符号を付し、説明を省略する。
【００１９】
筐体２４の前面にはカセットステージ２５が設けられ、該カセットステージ２５はシャッタ２６を介して前記筐体２４の内部と連通している。
【００２０】
該筐体２４の後方上部に反応炉として、縦型熱処理炉２７が設けられ、前記筐体２４の内部後方一側にボートエレベータ２８が設けられ、該ボートエレベータ２８から水平に延びる昇降アーム２９には昇降台８が設けられている。該昇降台８に炉口キャップ９（図３参照）が設けられ、該炉口キャップ９は、アダプタ４（図３参照）の下端開口部（炉口部）を閉塞する。前記炉口キャップ９に断熱キャップ１０が載置され、該断熱キャップ１０にボート６が載置されている。
【００２１】
前記縦型熱処理炉２７は、図３で説明した縦型熱処理炉と基本的に同等の構成であるので以下説明を省略する。
【００２２】
前記カセットステージ２５は図示しない外部搬送装置及びカセットローダ３１間で密閉式基板搬送容器（以下カセット）３２の授受を行うものであり、前記カセットローダ３１は横行、昇降、進退可能であり、前記カセットステージ２５の前記カセット３２をカセットオープナ３３、カセットストッカ３４に移載するものである。
【００２３】
該カセットストッカ３４は、回転可能なカセット棚３６を所要段（図示では４段）有し、該カセット棚３６の回転で、該カセット棚３６上での前記カセット３２の載置される位置が決定される。
【００２４】
前記カセットオープナ３３は、上下２段にカセット受台３５，３５を具備し、該各カセット受台３５に前記カセット３２を載置可能であり、又前記各カセット受台３５上で前記カセット３２の蓋を開閉する。
【００２５】
前記ボートエレベータ２８と前記カセットオープナ３３との間に基板移載機３７が設けられている。該基板移載機３７は昇降、進退、回転可能なウェーハ載置プレート３８を具備し、該ウェーハ載置プレート３８により、前記カセットオープナ３３上のカセット３２と前記ボート６間でウェーハ７の移載を行う。
【００２６】
尚、図示していないが前記ボートエレベータ２８の駆動、前記カセットローダ３１の駆動、前記カセットオープナ３３の駆動、前記カセットストッカ３４の駆動、前記基板移載機３７の駆動等については機構駆動制御部（図示せず）により駆動が制御され、前記ヒータ３については、温度検出器１５に基づき反応室５が所定の温度に加熱される様に温度制御部（図示せず）によりゾーン制御させ、更に前記機構駆動制御部、温度制御部は主制御装置（図示せず）により基板処理シーケンスプログラムに基づき統括制御されている。
【００２７】
以下、ウェーハの処理について説明する。
【００２８】
前記カセットステージ２５にカセット３２が搬送されると、前記カセットローダ３１により前記カセットストッカ３４又は前記カセット受台３５にカセット３２が搬送される。更に、前記カセットローダ３１は前記カセットストッカ３４と前記カセット受台３５間でカセット３２の搬送を行う。
【００２９】
前記カセットオープナ３３で前記カセット受台３５上のカセット３２の蓋が開かれ、前記基板移載機３７により前記カセット３２と前記ボート６間でウェーハ７の移載が行われる。ウェーハ７が所定枚数前記ボート６に装填されると、該ボート６は前記ボートエレベータ２８により前記縦型熱処理炉２７に装入される。
【００３０】
該縦型熱処理炉２７では前記ウェーハ７が加熱され、所要の処理ガスが導入され基板処理される。又、前記ボート６はウェーハ処理中、成膜の均一性を向上させる為前記縦型熱処理炉２７内で回転される。
【００３１】
本発明に係る基板処理装置がＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎＯｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハの一種であるＳＩＭＯＸ（ＳｅｐａｒａｔｉｏｎｂｙＩＭｐｌａｎｔｅｄＯｘｙｇｅｎ）ウェーハの製造工程に適用された場合を説明する。
【００３２】
前記縦型熱処理炉２７では、例えばイオン注入装置により酸素イオンが注入された単結晶シリコンウェーハについてアニール処理を行う。
【００３３】
アニール処理は、例えばＡｒ、Ｏ2 雰囲気で、１３００℃〜１４００℃、例えば１３５０℃以上程度の高温でアニール処理が為される。これらの処理により、ウェーハ７内部にＳｉＯ2 層が形成された（ＳｉＯ2 層が埋込まれた）ＳＩＭＯＸウェーハが作製される。
【００３４】
処理が完了すると前記ウェーハ７が冷却され、所定温度迄冷却されると、前記ボートエレベータ２８が前記ボート６を前記縦型熱処理炉２７から引出す。
【００３５】
前記基板移載機３７は前記ボート６から処理済ウェーハを前記カセットオープナ３３上のカセット３２に払出す。処理済ウェーハが前記カセット３２に装填されると前記カセットオープナ３３が前記カセット３２に蓋をし、該カセット３２は前記カセットローダ３１により前記カセットステージ２５へ搬送され、更に外部搬送装置により搬出される。
【００３６】
前記カセットローダ３１により前記カセットオープナ３３に未処理ウェーハが装填された新たなカセット３２が移載され、前記基板移載機３７は前記カセット３２から未処理ウェーハをウェーハ移載位置にある空の前記ボート６に移載する。
【００３７】
ウェーハの処理は上記工程が所定のシーケンスに従って実行されることで遂行され、更に繰返し実行されることで、ウェーハ処理が継続される。
【００３８】
次に、図２において本発明に適用された前記温度検出器１５について説明する。
【００３９】
前記熱電対保護管１６の先端部内壁面に酸化膜（ＳｉＯ2 ）４１を０．５μ〜２μの膜厚で形成する。尚、酸化膜の形成は、熱酸化処理で行われ、前記熱電対保護管１６の内壁面全部に亘ってもよい。
【００４０】
該熱電対保護管１６の先端部内壁面に０．５μ〜２μの酸化膜（ＳｉＯ2 ）を形成することで、前記熱電対保護管１６内で熱電対１７が傾き、或は白金線１８、白金−ロジウム合金線１９が熱膨張し、先端部１７ａが前記熱電対保護管１６内壁面に接触しても、前記酸化膜４１が介在するので、炭化珪素との直接接触が避けられ、前記先端部１７ａと炭化珪素との反応が防止でき、前記熱電対１７の断線等の事故が防止される。
【００４１】
前記先端部１７ａのリード部保護管２１からの突出量を２mmから３mm程度とし、前記白金線１８、前記白金−ロジウム合金線１９を前記リード部保護管２１，２１の先端部で接着して固定し、該リード部保護管２１の下端（基端部）では自由状態とする。
【００４２】
前記熱電対保護管１６内で、前記リード部保護管２１の姿勢を適正にして前記熱電対保護管１６に固定することで、前記先端部１７ａの前記熱電対保護管１６内での位置は確定でき、又加熱状態となっても熱膨張による前記白金線１８、前記白金−ロジウム合金線１９の変位は前記白金線１８、前記白金−ロジウム合金線１９と、前記リード部保護管２１，２１との固定部である前記リード部保護管２１の先端部より下方に延びることとなり、前記先端部１７ａが前記熱電対保護管１６内壁面に接触することはなくなる。従って、前記先端部１７ａが前記熱電対保護管１６内壁面と接触し、炭化珪素と反応して断線する等の事故は防止できる。尚、前記先端部１７ａの突出量を少なくすることだけでも、該先端部１７ａが前記熱電対保護管１６内壁面に接触する確率は少なくなる。又、該熱電対保護管１６内壁面に、酸化膜を生成することと合わせ実施すれば信頼性が向上する。
【００４３】
尚、白金線１８、白金−ロジウム合金線１９の熱膨張変位が先端部１７ａの位置変化に、実用上変化を及さなければよく、前記白金線１８、白金−ロジウム合金線１９とリード部保護管２１の固定は該リード部保護管２１の中途部でもよい。
【００４４】
更に、前記先端部１７ａを高耐熱接着剤等の耐熱材料４２で被覆（コーティング）してもよい。前記先端部１７ａを前記耐熱材料４２で被覆することで、前記先端部１７ａと前記熱電対保護管１６（炭化珪素）との接触が完全に防止され、炭化珪素との反応により熱電対１７が断線する等の事故の発生が防止される。又、気相中にＳｉ（シリコン）が蒸発するが、コーティングにより、気相中での反応も防止できる。
【００４５】
前記酸化膜４１の形成、リード部保護管２１先端部での固定、先端部１７ａの耐熱材料４２での被覆は、単独で実施してもよい。或は複数、或は全部を組合わせて実施してもよい。
【００４６】
又、リード部保護管２１先端部での固定に使用される接着剤、或は先端部１７ａを被覆する耐熱材料４２での材質としては、セラミック系の接着剤が使用される。例えば、アルミナ系セラミック等である。
【００４７】
上記実施の形態で、前記温度検出器１５は反応管１の内側に設けたが、外側に設けてもよい。又、均熱管２を具備しない基板処理装置、或は反応管１とアダプタ４が一体となった基板処理装置にも実施可能であることは言う迄もない。又、上記説明では温度検出器１５が１つの場合を説明したが、複数設けられてもよいことは言う迄もない。
【００４８】
尚、上記実施の形態では、本発明をＳＩＭＯＸウェーハの製造工程に適用された場合を説明したが、水素アニールウェーハの製造の一工程に適用することも可能である。この場合、ウェーハは前記反応室５内で水素雰囲気で１２００℃程度以上の高温でアニールされる。これにより、ＩＣが作られるウェーハ表面層の結晶欠陥を低減することができ、結晶の完全性を高めることが可能となる。又、本発明をエピタキシャルウェーハの製造工程の一工程にも適用可能である。
【００４９】
又、１０００℃以上で実施される拡散工程に適用可能であることも言う迄もない。
【００５０】
上記した、基板の製造工程の一工程として行う高温アニール処理を行う場合、本発明の熱処理装置を用いることで、スリップの発生を防止できる。
【００５１】
更に、本発明に係る基板処理装置を半導体デバイスの製造の一工程に適用することも可能である。特に、処理温度が比較的高い熱処理工程、例えばウェット酸化、ドライ酸化、水素燃焼酸化（パイロジェニック酸化）、ＨＣｌ酸化等の熱酸化工程、硼素（Ｂ）、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）等の不純物（ドーパント）を半導体薄膜に拡散する熱拡散工程に適用される。
【００５２】
上記した、半導体デバイスの製造工程の一工程として行う熱処理工程を行う場合、本発明の熱処理装置を用いることで、スリップの発生を防止できる。
【００５３】
（付記）
尚、本発明は以下の実施の態様を含む。
【００５４】
（付記１）基板を処理する反応炉と、該反応炉内の温度を検出する熱電対と、該熱電対を覆う様に設けられた保護管とを有する基板処理装置であって、前記保護管の内壁面に酸化膜を形成したことを特徴とする基板処理装置。
【００５５】
（付記２）基板を処理する反応炉と、該反応炉内の温度を検出する熱電対と、該熱電対を覆う様に設けられた第１の保護管と、該第１の保護管内に設けられ、前記熱電対の先端部以外の部分を覆う第２の保護管とを有する基板処理装置であって、前記熱電対を前記第２の保護管の基端部以外の位置で固定したことを特徴とする基板処理装置。
【００５６】
（付記３）基板を処理する反応炉と、該反応炉内の温度を検出する熱電対と、該熱電対を覆う様に設けられた保護管とを有する基板処理装置であって、前記熱電対の先端部を耐熱部材でコーティングしたことを特徴とする基板処理装置。
【００５７】
（付記４）前記酸化膜は熱酸化処理により形成した付記１の基板処理装置。
【００５８】
（付記５）前記保護管の材質は炭化珪素である付記１の基板処理装置。
【００５９】
（付記６）前記熱電対は白金線、白金−ロジウム合金線で構成される付記１の基板処理装置。
【００６０】
（付記７）基板処理が１０００℃以上の温度で行われる付記１の基板処理装置。
【００６１】
（付記８）基板処理が１２００℃以上の温度で行われる付記１の基板処理装置。
【００６２】
（付記９）基板処理が１３５０℃以上の温度で行われる付記１の基板処理装置。
【００６３】
（付記１０）基板を反応炉内に搬入する工程と、内壁面に酸化膜が形成された保護管に覆われた熱電対により前記反応炉内の温度を検出し前記基板を処理する工程と、該基板を前記反応炉から搬出する工程とを有することを特徴とする基板処理方法。
【００６４】
（付記１１）基板を反応炉内に搬入する工程と、内壁面に酸化膜が形成された保護管に覆われた熱電対により前記反応炉内の温度を検出し前記基板を処理する工程と、該基板を前記反応炉から搬出する工程とを有することを特徴とする基板の製造方法。
【００６５】
（付記１２）基板を反応炉内に搬入する工程と、内壁面に酸化膜が形成された保護管に覆われた熱電対により前記反応炉内の温度を検出し前記基板を処理する工程と、該基板を前記反応炉から搬出する工程とを有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【００６６】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、基板を処理する反応炉と、該反応炉内の温度を検出する熱電対と、該熱電対を覆う様に設けられた保護管とを有する基板処理装置であって、前記保護管の内壁面に酸化膜を形成し、又基板を処理する反応炉と、該反応炉内の温度を検出する熱電対と、該熱電対を覆う様に設けられた第１の保護管と、該第１の保護管内に設けられ、前記熱電対の先端部以外の部分を覆う第２の保護管とを有する基板処理装置であって、前記熱電対を前記第２の保護管の基端部以外の位置で固定し、又基板を処理する反応炉と、該反応炉内の温度を検出する熱電対と、該熱電対を覆う様に設けられた保護管とを有する基板処理装置であって、前記熱電対の先端部を耐熱部材でコーティングしたので、先端部が保護管の内面に接触して断線を生じるということが防止され、基板処理の信頼性が向上するという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される基板処理装置の全体斜視図である。
【図２】本発明に係る基板処理装置で使用される温度検出器断面図である。
【図３】縦型反応炉を示す概略図である。
【図４】従来の温度検出器を示す断面図である。
【図５】従来の温度検出器を示す断面図である。
【図６】従来の温度検出器を示す断面図である。
【符号の説明】
１反応管
２均熱管
３ヒータ
５反応室
６ボート
１５温度検出器
１６熱電対保護管
１７熱電対
１７ａ先端部
１８白金線
１９白金−ロジウム合金線
２１リード部保護管
４１酸化膜
４２耐熱材料

Claims

基板を処理する反応炉と、該反応炉内の温度を検出し、下端部が自由状態である熱電対と、該熱電対を覆う様に設けられた炭化珪素からなる第１の保護管と、該第１の保護管内に設けられ、前記熱電対の先端部分以外の部分を覆う第２の保護管とを有する基板処理装置であって、前記第１の保護管の内壁面に酸化膜を形成し、前記熱電対を前記第１の保護管の内壁面に接触しない様前記第２の保護管の先端部で固定したことを特徴とする基板処理装置。
基板を処理する反応炉と、該反応炉内の温度を検出し、下端部が自由状態である熱電対と、該熱電対を覆う様に設けられた炭化珪素からなる第１の保護管と、該第１の保護管内に設けられ、前記熱電対の先端部以外の部分を覆う第２の保護管とを有する基板処理装置であって、
前記熱電対を前記第１の保護管の内壁面に接触しない様、前記第２の保護管の先端部で固定したことを特徴とする基板処理装置。
基板を処理する反応炉と、該反応炉内の温度を検出し、下端部が自由状態である熱電対と、該熱電対を覆う様に設けられた炭化珪素からなる第１の保護管と、該第１の保護管内に設けられ、前記熱電対の先端部以外の部分を覆う第２の保護管とを有する基板処理装置であって、
前記熱電対を前記第１の保護管の内壁面に接触しない様前記第２の保護管の先端部で固定し、前記熱電対の先端部を耐熱部材でコーティングしたことを特徴とする基板処理装置。