JP4593814B2

JP4593814B2 - Vertical heat treatment equipment

Info

Publication number: JP4593814B2
Application number: JP2001078739A
Authority: JP
Inventors: 寛晃池川; 貴尚田代; 裕史酒井
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2001-03-19
Filing date: 2001-03-19
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2021-03-19
Also published as: JP2002280310A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多数の基板に対して一括して成膜処理を行う縦型熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）に対してＣＶＤ（chemical vapor deposition)により成膜処理をバッチで行う装置として縦型熱処理装置がある。図８は従来の縦型熱処理装置の一例を示し、この装置は、両端が開口している内管１ａ及び上端が閉じている外管１ｂからなる二重構造の反応管１を筒状のマニホ−ルド１１の上に搭載し、反応管１を囲むようにヒ−タを含む加熱炉１２を設けて構成され、蓋体１３の上に断熱ユニット１４を介して設けられた保持具１５に多数のウエハＷを棚状に保持させ、蓋体１３の上昇により保持具１５を反応管１内に搬入した後、成膜処理を行うものである。
【０００３】
保持具１５は、上下に対向する円板状の天板１５ａ及び底板１５ｂの間に例えば３本の支柱１５ｃを設け、この支柱１５ｃにウエハＷの周縁部を保持するための保持溝を形成して構成される。支柱１５ｃは図９に示すように天板１５ａ（底板１５ｂ）の周縁の内側に位置し、従って天板１５ａ（底板１５ｂ）のサイズはウエハＷのサイズよりも大きくなっている。なお図９では支柱１５ｃは１本のみ示してあり、また天板１５ａ及び底板１５ｂの間には補強用の支柱も設けられているが、図では省略してある。
【０００４】
断熱ユニット１４は例えば石英などからなる断熱フィン１４ａを複数段配置して構成され、下部側の断熱フィン１４ａは底板１５ｂよりも大きいサイズに作られており、このため内管１ａは底板１５ｂの近傍の高さ位置から下に広がった形状になっている。
【０００５】
マニホ−ルド１１にはガス供給管１６が挿入され、処理ガスはここから内管１ａの内の下部に導入され、内管１ａ内を上昇してウエハＷに供給され、未反応の処理ガス及び反応後のガスは天板１５ａと内管１ａとの隙間を通り、更に内管１ａ及び外管１ｂの隙間を介して降下し、排気管１７から排気される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述の装置は次のような課題がある。
（１）処理ガスは内管１ａとウエハＷ群との間を上昇しながらウエハＷ間に入り込み、ウエハＷに供給されていくが、ウエハＷのサイズよりも保持具１５の天板１５ａの方が大きいので、ウエハＷ群の周縁部に沿って上昇してきた処理ガスは天板１５ａの下面に当たって外に広がり、また内管１ａの上端が開口しているのでここから横に広がろうとする。このため天板１５ａに近い領域ではガスの流れが乱れ、ウエハＷの表面に対して均一に供給することができず、このため製品ウエハＷの変わりにダミ−ウエハを載置するようにしており、従って１バッチ当たりの処理枚数が少なくなってしまう。
（２）内管１ａ内を上昇してきた処理ガスは内管１ａの直立した上端部にて外側に折り返されるので、外側の流速に比べて内側の流速がかなり小さくなり、このため内管１ａの上端近傍の外周面にてガス溜まりが形成され、この部位に反応生成物が付着してしまう。この結果パーティクルの発生の要因になるし、また内管１ａのメンテナンスサイクルが短くなる。
（３）保持具１５の底板１５ｂ及び断熱フィン１４ａのサイズがウエハＷよりも大きいため、下部側から上昇してきた処理ガスの流れが真っ直ぐにならずに底板１５ｂを越えた後、内側に寄る流れが形成され、底板１５ｂの上方近傍領域においてはウエハＷの面内にガスを均一に供給することが困難である。
（４）内管１ａの下部に末広がりな部位があるため、内管１ａと外管１ｂとの間の隙間である排気路からみればコンダクタンスが急激に小さくなっており、この部位に反応生成物が付着しやすくなり、メンテナンスサイクルが短くなる。
【０００７】
本発明はこのような事情に基づいてなされたものであり、その目的は縦型熱処理装置において保持具の上部側の基板に対しても均一に処理ガスを供給することのできる技術を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、縦型の内管及び外管を含む反応容器と、上下に対向して設けた底板及び天板の間に複数の支柱を設けた基板保持具と、を用い、多数の円形の基板を棚状に基板保持具に保持させ、反応容器の下端開口部を塞ぐための蓋体の上に断熱ユニットを介して前記基板保持具を搭載して反応容器内に搬入し、内管内の下部側から処理ガスを供給し、内管の上端から内管と外管との隙間を介して排気しながら基板に対して成膜処理を行う縦型熱処理装置において、
前記天板よりも上方位置にて、内管の上端部に内側に屈曲した屈曲部を周方向に亘って設け、
前記内管の上端部は着脱自在なリング体により構成され、このリング体に前記屈曲部が形成され、
前記屈曲部の内方側への食い込み長さは、基板の外縁と内管との距離の半分の長さよりも大きく、
反応容器を上から見たときに、前記リング体の内縁は天板の外縁よりも外方側に位置し、
前記天板のサイズを基板と同じかまたは小さく設定したことを特徴とする。
【０００９】
これらの発明によれば、内管の上端の開口部から処理ガスが広がろうとするが、屈曲部により処理ガスが内側に寄せられる作用が働くので、結果として天板の直ぐ下側においても処理ガスが真っ直ぐに上昇し、基板の表面に均一に処理ガスが供給される。そして天板のサイズを基板と同じか小さく設定することにより処理ガスの上昇流の乱れが少なくなり、また屈曲部を上方かつ内方側に傾斜した構成とすれば、上昇流がスムーズに内側に寄せられるので、上昇流の乱れがより一層小さくなる。
本発明では、前記屈曲部は、内管の上端部を内側に直角に曲げてかぎ型に形成するかまたは湾曲させて形成されたものであってもよい。また内管と外管との間の隙間の断面積は上端部から排気口に至るまでは小さくなるように変化しない構成とすることが好ましい。更に保持具の底板のサイズは基板と同じサイズに設定することが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態に係る縦型熱処理装置の全体構成を示す図である。この縦型熱処理装置は、例えば両端が開口している直管状の石英製の内管２及び上端が閉塞し下端が開口している石英製の外管３からなる二重構造の反応管２０を備えている。反応管２０の周囲には、筒状の断熱体４１がベース体４０に固定して設けられ、この断熱体４１の内側には抵抗発熱体からなるヒータ４２が例えば上下にゾーン分割して設けられている。内管２及び外管３は下部側にて筒状のマニホールド４３の上に支持され、このマニホールド４３には、内管２の内側の下部領域にて供給口が上向きの状態で位置するようにガス供給管４４が設けられると共に、内管２と外管３との間から排気するように他端側に真空排気手段４６が接続された排気管４５の一端が接続されている。この例では、内管２、外管３及びマニホールド４３により反応容器が構成される。
【００１１】
更に本縦型熱処理装置は、マニホールド４３の下端開口部を開閉するための蓋体５１を備えており、この蓋体５１はボートエレベータなどと呼ばれる昇降部５２の上に設けられている。前記蓋体５１の上には昇降部５２側に配置された駆動部５３により回転軸５４を介して鉛直軸周りに回転する回転台５５が設けられ、この回転台５５の上には断熱ユニット５６を介して基板保持具であるウエハボート６が搭載されている。断熱ユニット５６は基板であるウエハＷのサイズと同じサイズの断熱材例えば石英からなる断熱フィン５７を棚状に配列すると共に、この上方側に前記断熱フィン５７のサイズよりも小さい例えば石英からなる断熱フィン５８を棚状に配列して構成される。５９ａ、５９ｂはこれらフィン５７，５８を支持するロッドである。
【００１２】
ウエハボート６は、図２及び図３にも示すようにウエハＷと同じサイズの天板６１及び底板６２を互いに対向させ、これらの間に複数例えば３本の支柱６３（図１では便宜上１本のみ見せてある）を天板６１（底板６２）の周縁に沿って設けてこれらにより天板６１及び底板６２を互いに連結して構成される。支柱６３の配置については、２本の支柱６３がウエハの搬入のための間口を形成するように天板６１の中心について１８０度に近い開き角度で位置し、残りの１本がそれらの背部に位置している。これら支柱６３は天板６１（底板６２）の周縁に跨って、つまり内方側が天板６１（底板６２）の中に食い込むと共に外方側が天板６１（底板６２）の外に飛び出している状態となっている。そしてこれら各支柱６３にはウエハＷの周縁部を保持する保持溝６４が上下方向に例えば１０ｍｍ間隔で例えば９５本形成されており、ウエハＷを保持溝６４に保持させて上から見ると天板６１，ウエハＷ及び底板６２の周縁が一致している。なお天板６１と底板６２との間には、保持溝６４を備えた支柱６３の他に例えば２本の補強用ロッドが実際には設けられているが、図が煩雑になるため記載を省略している。
【００１３】
内管２の上端部には図１，図４及び図５に示すように例えば石英製のリング体７が着脱自在に設けられている。なお図１ではリング体７の側面で見える線を記載していない。このリング体７は内管２の内周面の上部にて上方かつ内方側に傾斜した屈曲部をなす第１の傾斜面部７１と内管２の外周面の上部にて上方かつ内方側に傾斜した第２の傾斜面部７３とを備え、内管２の両面を繋ぐ連続的な面として構成されている。７２は傾斜面部の上端に連続する垂直面部である。第２の傾斜面部７３の下端よりも下方側には段部７４が形成され、この段部７４に内管２の上端が係合してリング体７が内管２に支持された状態となっている。
【００１４】
屈曲部つまりこの例では第１の傾斜面部７１の内方側への食い込み長さａは、例えばウエハＷの外縁と内管２との距離ｂの半分の長さよりも大きい寸法に設定される。なおウエハＷの外縁と内管２との距離ｂは例えば２３ｍｍ程度とされる。また第１の傾斜面部７１の下端は例えば天板６１の上面とほぼ同じ高さに位置し、第１の傾斜面部７１の下端からリング体７の上面までの高さｃは例えば２０ｍｍ程度に設定される。
【００１５】
次に上述実施の形態の作用について説明する。先ずウエハボート６に基板であるウエハＷを棚状に搭載し、ボートエレベータ５２を上昇させることによりウエハボート６を反応管２０内に搬入し、蓋体５１によりマニホールド４３の下端開口部を気密に封止する。次いでヒータ４２により反応管２０内を所定温度まで昇温し、ガス供給管４４を通じて処理ガスを内管２の底部に供給しながら真空ポンプ４６により排気して反応管２０内を所定の真空度に維持する。
【００１６】
処理ガスはガス供給管４４の供給口から断熱ユニット５６と内管２との間に流入するが、断熱フィン５７、底板６２，ウエハＷ及び天板６１のサイズが同じでありそれらの周縁位置が揃っているので、真っ直ぐに上昇しながら一部がウエハＷ間に入り込み、ウエハＷ表面に供給される。そしてガス（未反応の処理ガス及び反応後のガス）は内管２の上端付近まで上昇すると、図６に示すように屈曲部であるリング体７の第１の傾斜面部７１に沿って内側に寄せられ、リング体７の上方に抜けていき、更に外側に曲がる。そして内側の流れは第２の傾斜面部７３に沿ってまた外側の流れは外管３の内面に沿って形成され、内管２及び外管３の間から下降して排気管４５により排気される。熱処理の具体的一例を挙げると、例えばＳｉＨ2Ｃｌ2ガス及びＮＨ3ガスを供給して内管２内の圧力を例えば０．２５Ｔｏｒｒ程度に設定し、ウエハＷに窒化シリコン膜を成膜する。成膜処理を終えると反応管２０内を降温させ、その後ボートエレベータ５２が降下してウエハボート６が搬出される。
【００１７】
このような実施の形態によれば次のような効果がある。
（１）ウエハボート６の天板６１がウエハＷと同じサイズなので、ウエハＷの周縁群に沿って上昇してきたガスは、そのまま天板６１の横を通って真っ直ぐに上昇しようとする。ここで内管２の上端部が従来のように垂直であればそのまま外に広がろうとするが、天板６１よりも上方位置にて内管２に上方内側に屈曲した部位（第１の傾斜面部７１）があるので、内側に一端寄せられるため、結果として天板６１の直ぐ下側においても処理ガスが真っ直ぐに上昇しガス流の乱れが少ないので、この付近のウエハＷにおいても高い面内均一性をもって処理ガスが供給される。従ってウエハボート６の上段側におけるウエハＷについても高い面内均一性をもって成膜処理できるため、この領域にも製品ウエハＷを載置することができ、ダミーウエハを減らすことができ、ウエハボート６の載置領域を有効に活用できる。
【００１８】
（２）内管２の上端部まで上昇してきたガスが内側に寄せられて上方に抜けていくので、内管２の上方から外側へガスの流れが屈曲するときに一端内側に向かってからカーブし、外側の流速と内側の流速との差が小さくなる。このため内管２の上端部の外面においてガス溜まりができにくく、この部位の反応生成物の付着が抑えられ、パーティクルの発生が低減され、またメンテナンスサイクルを長くすることができる。この場合リング体７の外面は第２の傾斜面部７３とせずに垂直面として構成してもよいが、傾斜させることによりガスの流れが一層スムーズになるので好ましい。
【００１９】
（３）ウエハボート６の底板６２がウエハＷと同じサイズであるため、底板６２を越えた後も真っ直ぐに処理ガスが上昇するため、底板６の近傍領域においてもウエハＷに高い面内均一性をもって供給され、面内均一性の高い成膜処理を行うことができる。
【００２０】
（４）断熱フィン５７がウエハＷと同じサイズであるため、内管２が下部側においても真っ直ぐであり、従って内管１ａと外管１ｂとの間の隙間である排気路のコンダクタンスが上端部から排気口に至るまで小さくならないので、反応生成物が付着しにくくなり、メンテナンスサイクルが長くなる。
【００２１】
以上において、上述の実施の形態では、内管２の上端部の屈曲部を着脱自在なリング体７により構成しているが、屈曲部を内管２と一体化させるようにしてもよい。また上述の実施の形態では傾斜面部７１により屈曲部を構成しているが、例えば図７（ａ）あるいは（ｂ）示すように内管２の上端部を内側に直角に曲げてかぎ型に形成するかまたは湾曲させて屈曲部８を構成するようにしてもよい。
【００２２】
更に本発明でいう基板保持具（ウエハボート）の天板は、円板状のものに限らずリング状のものであってもよい。そして天板のサイズ（外径）はウエハのサイズと同じでなくともそれよりも小さくてもよく、この場合にも従来のように下から上がってきたガスが天板にあたって外側に広がろうとする作用は抑えられるので、同様の作用効果が得られる。なお天板のサイズがウエハと同じとは、天板がわずかにウエハよりも大きいが、ウエハと完全に同じサイズの場合と実質ガスの流れが変わらない程度の「ほぼ同じサイズ」の意味も包含する。また底板がウエハと同じサイズとは、わずかにサイズが異なっても、ウエハと完全に同じサイズの場合と実質ガスの流れが変わらない程度の「ほぼ同じサイズ」の意味も包含する。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、縦型熱処理装置において、基板保持具の上段側の基板に対しても均一に処理ガスを供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる縦型熱処理装置を示す縦断側面図である。
【図２】上述実施の形態に用いられる基板保持具であるウエハボートを示す斜視図である。
【図３】ウエハボートを内管及び外管と共に示す平面図である。
【図４】屈曲部をなすリング体と内管とを示す分解斜視図である。
【図５】反応管の上部を拡大して示す断面図である。
【図６】反応管の上部におけるガスの流れを示す説明図である。
【図７】屈曲部の変形例を示す断面図である。
【図８】従来の縦型熱処理装置を示す縦断側面図である。
【図９】従来の縦型熱処理装置に用いられるウエハボートを内管及び外管と共に示す平面図である。
【符号の説明】
２内管
２０反応管
３外管
Ｗ半導体ウエハ
４２ヒータ
４３マニホールド
４４ガス供給管
４５排気管
５２ボートエレベータ
５６断熱体ユニット
５７，５８断熱フィン
６基板保持具であるウエハボート
６１天板
６２底板
６３支柱
７リング体
７１第１の傾斜面部
７３第２の傾斜面部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vertical heat treatment apparatus that collectively performs film formation on a large number of substrates.
[0002]
[Prior art]
There is a vertical heat treatment apparatus as an apparatus for batch-forming a semiconductor wafer (hereinafter referred to as “wafer”) by chemical vapor deposition (CVD). FIG. 8 shows an example of a conventional vertical heat treatment apparatus, in which a double-structured reaction tube 1 consisting of an inner tube 1a open at both ends and an outer tube 1b closed at the upper end is connected to a cylindrical manifold. A heating furnace 12 including a heater is provided so as to surround the reaction tube 1 and is mounted on the lid 11, and a large number of holders 15 are provided on the lid 13 via the heat insulating unit 14. The wafer W is held in a shelf shape, and the holder 15 is carried into the reaction tube 1 by raising the lid 13, and then a film forming process is performed.
[0003]
The holder 15 is provided with, for example, three support columns 15c between a disk-shaped top plate 15a and a bottom plate 15b that are vertically opposed to each other, and a support groove for holding the peripheral portion of the wafer W is formed on the support columns 15c. Configured. As shown in FIG. 9, the column 15 c is positioned inside the peripheral edge of the top plate 15 a (bottom plate 15 b). Therefore, the size of the top plate 15 a (bottom plate 15 b) is larger than the size of the wafer W. In FIG. 9, only one column 15c is shown, and a reinforcing column is provided between the top plate 15a and the bottom plate 15b, but is omitted in the drawing.
[0004]
The heat insulating unit 14 is configured by arranging a plurality of heat insulating fins 14a made of, for example, quartz, and the heat insulating fins 14a on the lower side are made larger than the bottom plate 15b. For this reason, the inner tube 1a is located near the bottom plate 15b. It has a shape that spreads down from the height position.
[0005]
A gas supply pipe 16 is inserted into the manifold 11, and the processing gas is introduced into the lower part of the inner pipe 1 a from here, and is raised in the inner pipe 1 a and supplied to the wafer W. The gas after the reaction passes through the gap between the top plate 15a and the inner pipe 1a, further falls through the gap between the inner pipe 1a and the outer pipe 1b, and is exhausted from the exhaust pipe 17.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described apparatus has the following problems.
(1) The processing gas enters between the wafers W while rising between the inner tube 1a and the wafer W group, and is supplied to the wafers W. The top plate 15a of the holder 15 is larger than the size of the wafers W. Therefore, the processing gas rising along the peripheral edge of the wafer W group hits the lower surface of the top plate 15a and spreads outside, and the upper end of the inner tube 1a is open, so that it tends to spread laterally from here. For this reason, the gas flow is disturbed in the region close to the top plate 15a and cannot be uniformly supplied to the surface of the wafer W. For this reason, a dummy wafer is placed instead of the product wafer W. Therefore, the number of processed sheets per batch is reduced.
(2) Since the processing gas rising in the inner pipe 1a is folded outward at the upright upper end of the inner pipe 1a, the inner flow velocity is considerably smaller than the outer flow velocity. A gas reservoir is formed on the outer peripheral surface in the vicinity of the upper end, and the reaction product adheres to this part. As a result, particles are generated, and the maintenance cycle of the inner tube 1a is shortened.
(3) Since the size of the bottom plate 15b and the heat insulating fins 14a of the holder 15 is larger than that of the wafer W, the flow of the processing gas rising from the lower side does not become straight but flows over the bottom plate 15b and then flows inward. Is formed, and it is difficult to uniformly supply the gas into the surface of the wafer W in the region near the upper side of the bottom plate 15b.
(4) Since there is a divergent part at the lower part of the inner pipe 1a, the conductance is drastically reduced when viewed from the exhaust passage which is a gap between the inner pipe 1a and the outer pipe 1b. Is likely to adhere, and the maintenance cycle is shortened.
[0007]
The present invention has been made based on such circumstances, and an object of the present invention is to provide a technique capable of uniformly supplying a processing gas to a substrate on the upper side of a holder in a vertical heat treatment apparatus. It is in.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention uses a reaction vessel including a vertical inner tube and an outer tube, and a substrate holder provided with a plurality of support columns between a bottom plate and a top plate provided facing each other in the vertical direction, and a large number of circular substrates are formed. A substrate holder is held in a shelf shape, and the substrate holder is mounted via a heat insulating unit on a lid for closing the lower end opening of the reaction vessel, and is carried into the reaction vessel, and the lower side in the inner tube In a vertical heat treatment apparatus for supplying a processing gas from the upper end of the inner tube and performing a film forming process on the substrate while exhausting from the upper end of the inner tube through a gap between the inner tube and the outer tube,
A bent portion that is bent inward at the upper end portion of the inner tube at a position above the top plate is provided over the circumferential direction,
The upper end portion of the inner tube is constituted by a detachable ring body, and the bent portion is formed on the ring body,
The length of biting into the inward side of the bent portion is larger than half the distance between the outer edge of the substrate and the inner tube,
When the reaction vessel is viewed from above, the inner edge of the ring body is located on the outer side of the outer edge of the top plate ,
The size of the top plate is set to be the same as or smaller than that of the substrate .
[0009]
According to these inventions, the processing gas tends to spread from the opening at the upper end of the inner tube. However, since the processing gas is brought into the inside by the bent portion, as a result, the processing gas is also processed just below the top plate. The gas rises straight and the processing gas is uniformly supplied to the surface of the substrate. By setting the size of the top plate to be the same as or smaller than that of the substrate, the turbulence of the upward flow of the processing gas is reduced, and if the bent part is inclined upward and inward, the upward flow is smoothly inward. Therefore, the turbulence in the upward flow is further reduced.
In the present invention, the bent portion may be formed by bending the upper end portion of the inner tube at a right angle inward to form a hook shape or by bending it . Further, it is preferable that the cross-sectional area of the gap between the inner tube and the outer tube does not change so as to decrease from the upper end portion to the exhaust port. Further, the size of the bottom plate of the holder is preferably set to the same size as the substrate.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a vertical heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention. This vertical heat treatment apparatus includes a double-structured reaction tube 20 including, for example, a straight tubular inner tube 2 having both ends open and a quartz outer tube 3 having an upper end closed and a lower end opened. I have. A cylindrical heat insulator 41 is fixed to the base body 40 around the reaction tube 20, and a heater 42 made of a resistance heating element is provided inside the heat insulator 41, for example, vertically divided into zones. ing. The inner pipe 2 and the outer pipe 3 are supported on a cylindrical manifold 43 on the lower side, and the manifold 43 is positioned so that the supply port faces upward in the lower region inside the inner pipe 2. A gas supply pipe 44 is provided, and one end of an exhaust pipe 45 having a vacuum exhaust means 46 connected to the other end side is connected to exhaust from between the inner pipe 2 and the outer pipe 3. In this example, the inner tube 2, the outer tube 3 and the manifold 43 constitute a reaction vessel.
[0011]
The vertical heat treatment apparatus further includes a lid body 51 for opening and closing the lower end opening of the manifold 43. The lid body 51 is provided on an elevating section 52 called a boat elevator or the like. A rotating table 55 is provided on the lid 51 so as to rotate around a vertical axis via a rotating shaft 54 by a driving unit 53 disposed on the elevating unit 52 side. A wafer boat 6 as a substrate holder is mounted via The heat insulating unit 56 arranges heat insulating fins 57 made of quartz, for example, made of quartz having the same size as the wafer W as a substrate in a shelf shape, and heat insulation made of, for example, quartz smaller than the size of the heat insulating fins 57 on the upper side. The fins 58 are arranged in a shelf shape. Reference numerals 59a and 59b denote rods that support the fins 57 and 58.
[0012]
As shown in FIGS. 2 and 3, the wafer boat 6 has a top plate 61 and a bottom plate 62 of the same size as the wafer W facing each other, and a plurality of, for example, three columns 63 (one for convenience in FIG. 1). Are provided along the periphery of the top plate 61 (bottom plate 62), and the top plate 61 and the bottom plate 62 are connected to each other. With respect to the arrangement of the pillars 63, the two pillars 63 are positioned at an opening angle close to 180 degrees with respect to the center of the top plate 61 so as to form a front opening for carrying in the wafer, and the remaining one is on the back part thereof. positioned. These struts 63 straddle the periphery of the top plate 61 (bottom plate 62), that is, the inner side bites into the top plate 61 (bottom plate 62) and the outer side protrudes out of the top plate 61 (bottom plate 62). It has become. For example, 95 holding grooves 64 for holding the peripheral edge of the wafer W are formed in the vertical direction at intervals of, for example, 10 mm on each of the columns 63. When the wafer W is held in the holding grooves 64 and viewed from above, the top plate is formed. 61, the peripheral edges of the wafer W and the bottom plate 62 coincide. In addition, for example, two reinforcing rods are actually provided between the top plate 61 and the bottom plate 62 in addition to the column 63 having the holding groove 64, but the illustration is omitted because the figure becomes complicated. is doing.
[0013]
As shown in FIGS. 1, 4, and 5, for example, a quartz ring body 7 is detachably provided on the upper end portion of the inner tube 2. In FIG. 1, a line visible on the side surface of the ring body 7 is not shown. The ring body 7 includes a first inclined surface portion 71 that forms a bent portion that is inclined upward and inward at the upper portion of the inner peripheral surface of the inner tube 2, and an upper and inner side at the upper portion of the outer peripheral surface of the inner tube 2. And a second inclined surface portion 73 which is inclined to the inner pipe 2 and is configured as a continuous surface connecting both surfaces of the inner tube 2. Reference numeral 72 denotes a vertical surface portion continuous with the upper end of the inclined surface portion. A stepped portion 74 is formed below the lower end of the second inclined surface portion 73, and the upper end of the inner tube 2 is engaged with the stepped portion 74 so that the ring body 7 is supported by the inner tube 2. ing.
[0014]
In this example, the inward biting length a of the first inclined surface portion 71 is set to a dimension larger than, for example, half the distance b between the outer edge of the wafer W and the inner tube 2. The distance b between the outer edge of the wafer W and the inner tube 2 is, for example, about 23 mm. Further, the lower end of the first inclined surface portion 71 is positioned at substantially the same height as the upper surface of the top plate 61, for example, and the height c from the lower end of the first inclined surface portion 71 to the upper surface of the ring body 7 is set to about 20 mm, for example. Is done.
[0015]
Next, the operation of the above embodiment will be described. First, wafers W, which are substrates, are mounted on the wafer boat 6 in a shelf shape, and the boat elevator 52 is raised to carry the wafer boat 6 into the reaction tube 20, and the lower end opening of the manifold 43 is hermetically sealed by the lid 51. Seal. Next, the temperature in the reaction tube 20 is raised to a predetermined temperature by the heater 42, and the processing gas is exhausted by the vacuum pump 46 while supplying the processing gas to the bottom of the inner tube 2 through the gas supply tube 44. maintain.
[0016]
The processing gas flows from the supply port of the gas supply pipe 44 between the heat insulating unit 56 and the inner pipe 2, but the sizes of the heat insulating fins 57, the bottom plate 62, the wafer W and the top plate 61 are the same, and their peripheral positions are the same. Since they are aligned, a part of the wafer W enters the wafer W while being raised straight and is supplied to the surface of the wafer W. When the gas (unreacted processing gas and gas after the reaction) rises to the vicinity of the upper end of the inner tube 2, as shown in FIG. 6, the inner side along the first inclined surface portion 71 of the ring body 7 which is a bent portion. Then, it moves upwards from the ring body 7 and bends further outward. The inner flow is formed along the second inclined surface portion 73 and the outer flow is formed along the inner surface of the outer tube 3. The inner flow descends from between the inner tube 2 and the outer tube 3 and is exhausted by the exhaust tube 45. . As a specific example of the heat treatment, for example, SiH 2 Cl 2 gas and NH 3 gas are supplied, the pressure in the inner tube 2 is set to about 0.25 Torr, for example, and a silicon nitride film is formed on the wafer W. When the film forming process is completed, the temperature in the reaction tube 20 is lowered, and then the boat elevator 52 is lowered and the wafer boat 6 is unloaded.
[0017]
According to such an embodiment, there are the following effects.
(1) Since the top plate 61 of the wafer boat 6 is the same size as the wafer W, the gas rising along the peripheral group of the wafer W tries to rise straight through the side of the top plate 61 as it is. Here, if the upper end portion of the inner tube 2 is vertical as in the conventional case, the inner tube 2 tends to spread out as it is, but a portion bent upward and inward to the inner tube 2 at a position above the top plate 61 (first slope) Since there is the surface portion 71), it is brought to one end inward, and as a result, the processing gas rises straightly below the top plate 61 and there is little turbulence in the gas flow. Process gas is supplied with uniformity. Accordingly, since the wafer W on the upper stage side of the wafer boat 6 can be formed with high in-plane uniformity, the product wafer W can be placed in this region, and the number of dummy wafers can be reduced. The placement area can be used effectively.
[0018]
(2) Since the gas rising up to the upper end of the inner tube 2 is drawn inward and escapes upward, when the gas flow is bent from the upper side of the inner tube 2 to the outer side, the curve starts from the inner side of one end. However, the difference between the outer flow velocity and the inner flow velocity becomes smaller. For this reason, it is difficult for gas to be accumulated on the outer surface of the upper end portion of the inner tube 2, adhesion of reaction products at this portion is suppressed, generation of particles is reduced, and a maintenance cycle can be lengthened. In this case, the outer surface of the ring body 7 may be formed as a vertical surface instead of the second inclined surface portion 73, but it is preferable because the gas flow becomes smoother by inclining.
[0019]
(3) Since the bottom plate 62 of the wafer boat 6 is the same size as the wafer W, the processing gas rises straight even after passing over the bottom plate 62, so that even in the region near the bottom plate 6, the wafer W has high in-plane uniformity. The film formation process with high in-plane uniformity can be performed.
[0020]
(4) Since the heat insulating fins 57 are the same size as the wafer W, the inner tube 2 is straight on the lower side, and therefore the conductance of the exhaust path, which is the gap between the inner tube 1a and the outer tube 1b, is the upper end. Since it does not become small from the exhaust port to the exhaust port, reaction products are less likely to adhere and the maintenance cycle becomes longer.
[0021]
As described above, in the above-described embodiment, the bent portion of the upper end portion of the inner tube 2 is configured by the detachable ring body 7, but the bent portion may be integrated with the inner tube 2. In the above-described embodiment, the inclined portion 71 forms the bent portion. For example, as shown in FIG. 7A or 7B, the upper end portion of the inner tube 2 is bent inward at a right angle to form a hook shape. The bent portion 8 may be configured by bending or curving.
[0022]
Furthermore, the top plate of the substrate holder (wafer boat) referred to in the present invention is not limited to a disk shape but may be a ring shape. The size (outer diameter) of the top plate may not be the same as the size of the wafer, but in this case as well, the gas rising from below tends to spread outward on the top plate as in the prior art. Since the action is suppressed, the same action and effect can be obtained. The same size as the wafer means that the top plate is slightly larger than the wafer, but it also includes the meaning of “substantially the same size” that does not change the actual gas flow compared to the case where the top plate is the same size as the wafer. To do. Further, the same size of the bottom plate as that of the wafer includes the meaning of “substantially the same size” in which the flow of substantial gas does not change even when the size is slightly different from that of the wafer.
[0023]
【The invention's effect】
According to the present invention, in the vertical heat treatment apparatus, the processing gas can be uniformly supplied also to the upper substrate of the substrate holder.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a vertical side view showing a vertical heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a wafer boat which is a substrate holder used in the embodiment.
FIG. 3 is a plan view showing a wafer boat together with an inner tube and an outer tube.
FIG. 4 is an exploded perspective view showing a ring body and an inner tube forming a bent portion.
FIG. 5 is an enlarged sectional view showing an upper part of a reaction tube.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the gas flow in the upper part of the reaction tube.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a modified example of a bent portion.
FIG. 8 is a vertical side view showing a conventional vertical heat treatment apparatus.
FIG. 9 is a plan view showing a wafer boat used in a conventional vertical heat treatment apparatus together with an inner tube and an outer tube.
[Explanation of symbols]
2 Inner tube 20 Reaction tube 3 Outer tube W Semiconductor wafer 42 Heater 43 Manifold 44 Gas supply tube 45 Exhaust tube 52 Boat elevator 56 Thermal insulation units 57, 58 Thermal insulation fin 6 Wafer boat 61 which is a substrate holder 61 Top plate 62 Bottom plate 63 Column 7 Ring body 71 1st inclined surface part 73 2nd inclined surface part

Claims

Using a reaction container including a vertical inner tube and an outer tube, and a substrate holder provided with a plurality of support columns between a bottom plate and a top plate provided facing each other in the vertical direction, a large number of circular substrates are formed into a shelf shape. The substrate holder is mounted via a heat insulating unit on a lid for closing the lower end opening of the reaction container, and is carried into the reaction container, and processing gas is introduced from the lower side in the inner tube. In a vertical heat treatment apparatus that performs film formation processing on a substrate while supplying and exhausting through the gap between the inner tube and the outer tube from the upper end of the inner tube,
A bent portion that is bent inward at the upper end portion of the inner tube at a position higher than the top plate is provided over the circumferential direction.
The upper end portion of the inner tube is constituted by a detachable ring body, and the bent portion is formed on the ring body,
The length of biting into the inward side of the bent portion is greater than half the distance between the outer edge of the substrate and the inner tube,
When the reaction vessel is viewed from above, the inner edge of the ring body is located on the outer side of the outer edge of the top plate ,
A vertical heat treatment apparatus characterized in that a size of the top plate is set equal to or smaller than that of the substrate .

2. The vertical heat treatment apparatus according to claim 1, wherein the bent portion is formed by bending the upper end portion of the inner tube at a right angle inward to form a hook shape or to be bent. 3.

The vertical heat treatment apparatus according to claim 1 or 2 , wherein the cross-sectional area of the gap between the inner tube and the outer tube does not change so as to decrease from the upper end portion to the exhaust port.

4. The vertical heat treatment apparatus according to claim 3, wherein the size of the bottom plate of the holder is set to the same size as the substrate.