JP5477955B2 - 熱処理装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
基板を処理する反応管と、前記反応管を支持するマニホールドと、前記反応管の周囲に設けられ前記反応管内を加熱するヒータと、前記ヒータより下方の前記反応管の側方を囲うように設けられる囲い部と、前記囲い部と前記反応管との間の間隙を強制排気する排気装置と、前記反応管と前記マニホールドとの間の当接部に設けられる密閉部材と、を有し、前記囲い部には、前記排気装置が前記囲い部の外側の雰囲気を前記間隙へ吸気する吸気口が設けられる熱処理装置が提供される。
マニホールドに支持された反応管内に基板を搬入する工程と、
前記反応管内で基板を熱処理する工程と、
熱処理後の基板を前記反応管より搬出する工程と、を有し、
前記反応管と前記マニホールドとの間の当接部が密閉部材で密閉され、前記反応管の側方を囲う囲い部が設けられ、該囲い部には吸気口が設けられ、少なくとも前記熱処理工程では、前記反応管と前記囲い部との間の雰囲気を強制排気し、前記吸気口から前記間隙へ吸気する半導体装置の製造方法が提供される。
図1に、本発明の第一の実施形態に係る熱処理装置10の一例を示す。この熱処理装置10は、バッチ式縦型熱処理装置であり、主要部が配置される筺体12を有する。この筺体12の正面側には、ポッドステージ14が接続されており、このポッドステージ14にポッド16が搬送される。ポッド16には、例えば25枚の基板が収納され、図示しない蓋が閉じられた状態でポッドステージ14にセットされる。
図2、図3に示すように、ヒータベース460の下面には、第一遮熱部材503を保持する保持部507が設けられている。保持部507は、第一保持部5071と第二保持部5072とで円弧状に2つに分離されており、第一保持部5071と第二保持部5072とを接合させることで全体として環状に形成されている。第一保持部5071および第二保持部5072は、上面がフランジ部に形成された側壁とこの側壁の下端内径側に突き出した載置部とで、断面Z形で形成されている。フランジ部には、周方向等間隔に取付孔が形成されており、この取付孔をボルトやネジ等の取付材により貫通し、ヒータベース460の下面に固定することで、第一保持部5071および第二保持部5072が支持される。
尚、第一遮熱部材503の上端は、少なくとも支持具30に支持される最下端の基板よりも下方に位置されており、第一遮熱部材503および第二遮熱部材504と対向する位置には、断熱部材152が配置されている。第一遮熱部材503および第二遮熱部材504を備えることで、ヒータ46の加熱領域内、すなわち、基板処理領域からの放熱を抑制するとともに熱処理への悪影響を抑制することができる。
また、第一囲い部5001および第二囲い部5002の当接部には、上下方向等間隔に取付孔が形成されており、この取付孔をボルトやネジ等の取付材にて貫通し、互いの当接部同士が固定されている。第一囲い部5001および第二囲い部5002が保持ベース5013に設置され、互いの当接部同士が固定され、保持部507に固定されることで、反応管42と囲い部500との間に空間としての間隙506が形成される。
好ましくは、囲い部500は、間隙506の長手方向(図2上の上下方向)の長さが幅方向(図2上の左右方向)の幅よりも大きくなるように構成されると良い。これにより、吸気口501から吸気された雰囲気が反応管42の側壁へ衝突しやすくなり、より一層反応管42の側壁を冷却しやすくすることができる。
さらに、好ましくは、囲い部500の外径は、ヒータ46の外径よりも小さくなるように構成されると良い。これにより、吸気口501から吸気された雰囲気が反応管42の側壁へ衝突しやすくなり、より一層、反応管42の側壁を冷却しやすくすることができる。また、囲い部500の設置スペースが大きくなり、デッドスペースが多くなったり、熱処理装置10のサイズが大きくなったりすることを抑制することができる。
さらに、好ましくは、囲い部500の内径は、ヒータ46の内径以下の大きさになるように構成されると良い。これにより、吸気口501から吸気された雰囲気が反応管42の側壁へ衝突しやすくなり、より一層、反応管42の側壁を冷却しやすくすることができる。また、囲い部500の設置スペースが大きくなり、デッドスペースが多くなったり、熱処理装置10のサイズが大きくなったりすることを抑制することができる。
排気口5021にさらに、好ましくは、第二囲い部5012の側壁における排気口5021の下方側よりも上方側の吸気口501の数が多くすると良い。これにより、より一層、ヒータ46の加熱領域にて加熱された反応管42を急激に冷却することで起こる温度差による反応管42への過度の応力の発生を抑制することができる。
尚、排気口5021が第二囲い部5012に設けられているので、第一囲い部5001に吸気口501が設けられていれば、第二囲い部5002の側壁5002には、吸気口501を設けなくても、間隙506に一定のガス(雰囲気)流れを確保できるので一定の効果を奏することができる。
好ましくは、少なくともヒータ46が反応管42内の温度を基板の熱処理温度以上に加熱している間、間隙506を強制排気すべく排気装置301を制御するように排気量制御部237は構成されると良い。また、好ましくは、少なくともヒータ46が反応管42内の温度を基板の熱処理温度以上に加熱している間、間隙506を強制排気し、反応管42のヒータ46下部の温度が所定温度以下とすべく排気装置301を制御するように排気量制御部237は構成されると良い。
2)高温にて基板を処理する際,排気装置により強制排気することで反応管の下方を速やかに冷却することができる。
3)ヒータより下方の反応管の側方を囲うように設けられる囲い部と、囲い部と反応管との間の間隙を強制排気する排気装置と、反応管とマニホールドとの間の当接部に設けられる密閉部材と、を有し、囲い部には、排気装置が囲い部の外側の雰囲気を間隙へ吸気する吸気口が設けられているので、ヒータ下方の領域を短くすることが可能となる。すなわち、熱処理装置の装置高さ抑制するとともに、基板処理領域を増大させることができ、一度に処理可能な基板枚数についても増大させることが可能となる。
4)冷却ガスを反応管に吹き付けたりする場合には、供給律速となるため、反応管の周方向で均一に冷却するのが困難となるが、排気口から間隙を排気するとともに吸気口から間隙へ吸気することで、排気律速とすることができ、供給律速にくらべ、より一層、反応管の周方向で均一に冷却することができる。
5)基板を高温にて処理する際,基板を処理する領域以外の部分も高温になってしまう。この時,処理室を構成する部材は耐熱温度以下にしなければならないため、断熱領域を設ける必要が生じる。ところが、処理室を部材の耐熱温度以下まで温度を低下させるためには、断熱領域を長く取る必要がある。その場合、装置の高さに制限がある以上、必然的に処理領域が短くなり、処理枚数が少なくなる。そこで、処理領域と断熱領域を仕切り、加熱領域の下部の断熱領域を囲い、該囲いを排気ラインからその内部をブロア等にて強制的に空気の流れを作り、その空気にて断熱領域の熱を奪い、断熱領域の熱を外気にて取り去ることで、断熱領域を短くし,処理領域を長くすることが可能とすることができる。
6)基板加熱領域にて基板を加熱する際、加熱した熱が処理装置の下部まで伝わり,断熱領域を高温化している。断熱領域が高温化することにより,断熱領域を構成する部材が高温化され,耐熱温度を超えてしまうものが発生してしまうが、これを抑制するため,例えば金属製の囲いを断熱領域に設け,該囲い内をブロア等で雰囲気を排気することで,囲いに蓄積された熱エネルギーも同時に奪い去ることができ、より一層の低温化が可能となる。
7)囲い部に設けられる排気口は、囲い部の側壁の下方側に設け、排気口よりも上方側に吸気口を設けるように構成することで、排気口周辺は、ガス流速が大きいため、冷えやすいが、排気口は、囲い部の側壁の下方側に設けられることで、ヒータの加熱領域にて加熱された反応管を急激に冷却することで起こる温度差による反応管への過度の応力の発生を抑制することができる。また、間隙に流れる雰囲気をヒータから遠ざける方向にすることができるので、ヒータの加熱領域内、すなわち、基板処理領域からの放熱を抑制するとともに熱処理への悪影響を抑制することができる。
上述した実施形態にかかる熱処理装置を用いて、排気装置301による排気スピードを一定とし、処理室201温度を変化させる以下のような処理条件下で反応管42とマニホールド44との間の当接部周辺の熱影響具合を測定した。その結果、以下のような温度測定結果を得た。
処理条件:処理室201内温度(基板処理温度)1000℃、排気装置301(ブロア)の設定周波数30Hz
反応管42とマニホールド44との間の当接部周辺の温度測定値、124℃
処理条件:処理室201内温度(基板処理温度)1100℃、排気装置301(ブロア)の設定周波数30Hz
反応管42とマニホールド44との間の当接部周辺の温度測定値、151℃
処理条件:処理室201内温度(基板処理温度)1200℃、排気装置301(ブロア)の設定周波数30Hz
反応管42とマニホールド44との間の当接部周辺の温度測定値、182℃
処理条件:処理室201内温度(基板処理温度)1300℃、排気装置301(ブロア)の設定周波数30Hz
反応管42とマニホールド44との間の当接部周辺の温度測定値、200℃
上述した実施形態にかかる熱処理装置を用いて、処理室201温度を一定とし、排気装置301による排気スピードを変化させる以下のような処理条件下で反応管42とマニホールド44との間の当接部周辺の熱影響具合を測定したところ以下のような温度測定結果を得た。
1)処理条件:処理室201内温度(基板処理温度)1250℃、排気装置301(ブロア)の設定周波数20Hz
反応管42とマニホールド44との間の当接部周辺の温度測定値、237℃
処理条件:処理室201内温度(基板処理温度)1250℃、排気装置301(ブロア)の設定周波数30Hz
反応管42とマニホールド44との間の当接部周辺の温度測定値、200℃
処理条件:処理室201内温度(基板処理温度)1250℃、排気装置301(ブロア)の設定周波数40Hz
反応管42とマニホールド44との間の当接部周辺の温度測定値、165℃
上述した実施形態にかかる熱処理装置を用いて、処理室201温度を一定とし、排気装置301による排気スピードを変化させる以下のような処理条件下で反応管42とマニホールド44との間の間隙506中腹高さ周辺であって、反応管42の周方向における排気口5021との複数位置の熱影響具合を測定したところ以下のような温度測定結果を得た。
1)処理条件:処理室201内温度(基板処理温度)1200℃、排気装置301(ブロア)の設定周波数20Hz
反応管42の周方向における排気口5021から約90°離間した位置の温度測定値、450℃
反応管42の周方向における排気口5021から約180°離間した位置の温度測定値、438℃
処理条件:処理室201内温度(基板処理温度)1200℃、排気装置301(ブロア)の設定周波数40Hz
反応管42の周方向における排気口5021から約90°離間した位置の温度測定値、374℃
反応管42の周方向における排気口5021から約180°離間した位置の温度測定値、373℃
保持部507の載置面には、第一遮熱部材503が保持される。第一遮熱部材503は、円筒状に形成されている。第一遮熱部材503の内径は、反応管42の外径より若干大きいサイズで形成されている。好ましくは、反応管42の外径とほぼ同サイズで形成されると良い。また、第一遮熱部材503の外径は、保持部507の側壁の内径より若干小さいサイズで形成されている。好ましくは、保持部507の側壁の内径とほぼ同サイズで形成されると良い。
また、上述した実施形態では、囲い部500は、上述したように第一囲い部5001及び第二囲い部5002として二分割された形態として説明したがこれに限らず、例えば、第一囲い部5001と第二囲い部5002とを一体として構成されても良いし、三分割以上の形態で構成されても良い。
特に、比較的高い温度で行う熱処理工程、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、一酸化窒素(NO)酸化、二酸化窒素(N2O)酸化、減圧酸化等の熱酸化工程や、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させる熱拡散工程等に適用するのが好ましい。
前記反応管の周囲に設けられ前記反応管内を加熱するヒータと、前記ヒータより下方の前記反応管の側方を囲うように設けられる囲い部と、前記囲い部と前記反応管との間の間隙を強制排気する排気装置と、前記反応管と前記マニホールドとの間の当接部に設けられる密閉部材と、を有し、前記囲い部には、前記排気装置が前記囲い部の外側の雰囲気を前記間隙へ吸気する吸気口が設けられる基板処理装置である。
基板を処理する反応管と、前記反応管を支持するマニホールドと、前記反応管の周囲に設けられ前記反応管内を加熱するヒータと、前記反応管との間に第一間隙を成して前記ヒータを支持する支持部と、前記第一間隙に設けられる遮熱部材と、前記遮熱部材より下方の前記反応管の側方を囲うように設けられる囲い部と、前記囲い部と前記反応管との間の第二間隙を強制排気する排気装置と、前記反応管と前記マニホールドとの間の当接部に設けられる密閉部材と、を有し、前記囲い部には、前記囲い部の外側の雰囲気を吸気する吸気口が設けられる熱処理装置にある。
12 筐体
14 ポッドステージ
16 ポッド
18 ポッド搬送装置
20 ポッド棚
22 ポッドオープナ
24 基板枚数検知器
26 基板移載機
28 ノッチアライナ
30 支持具(ボート)
32 アーム(ツィーザ)
40 反応炉
42 反応管
44 マニホールド
46 ヒータ
48 炉口シールキャップ
50 Oリング
52断熱筒
54 基板
56 ガス供給口
59 ガス排気口
60 ガス導入管
62 排気管
64 ガス導入経路
66 ノズル
68 石英ベース
70 ベース受け
152断熱部材
301排気装置
500囲い部
501吸気口
506間隙
600強制冷却部
Claims (12)
- 基板を処理する反応管と、
前記反応管を支持するマニホールドと、
前記反応管の周囲に設けられ前記反応管内を加熱するヒータと、
前記ヒータより下方の前記反応管の側方を囲うように設けられる囲い部と、
前記囲い部と前記反応管との間の間隙を強制排気する排気装置と、
前記反応管と前記マニホールドとの間の当接部に設けられる密閉部材と、を有し、
前記囲い部には、前記排気装置が前記囲い部の外側の雰囲気を前記間隙へ吸気する吸気口が設けられる熱処理装置。 - 前記囲い部は、前記囲い部の側壁の周方向に複数設けられる吸気口を有する、請求項1に記載の熱処理装置。
- 前記吸気口は、前記囲い部の側壁に設けられた排気口の下方側よりも前記排気口の上方側の数の方が多くなるように設けられた請求項1または2に記載の熱処理装置。
- 前記吸気口の総開口面積は、前記囲い部の側壁の総面積より小さく形成される、請求項1または2に記載の熱処理装置。
- 前記囲い部は、前記間隙の長手方向の長さが幅方向の長さよりも大きくなるように構成される、請求項1または2に記載の熱処理装置。
- 前記囲い部の外径は、前記ヒータの外径よりも小さくし、前記囲い部の内径は前記ヒータの内径以下の大きさとなるように構成される、請求項1または2に記載の熱処理装置。
- マニホールドに支持された反応管内に基板を搬入する工程と、
前記反応管内で基板を熱処理する工程と、
熱処理後の基板を前記反応管より搬出する工程と、を有し、
前記反応管と前記マニホールドとの間の当接部が密閉部材で密閉され、前記反応管の周囲に設けられたヒータより下方の前記反応管の側方を囲う囲い部が設けられ、該囲い部には吸気口が設けられ、少なくとも前記熱処理工程では、前記反応管と前記囲い部とで形成される間隙の雰囲気を強制排気し、前記吸気口から前記間隙へ吸気する半導体装置の製造方法。 - 前記吸気口は、前記囲い部の側壁の周方向に複数設けられて前記囲い部の外側の雰囲気を吸気する、請求項7に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記吸気口は、前記囲い部の側壁に設けられた排気口の下方側よりも前記排気口の上方側の数の方が多くなるように設けられる、請求項7または8に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記吸気口の総開口面積は、前記囲い部の側壁の総面積より小さく形成される、請求項7または8に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記囲い部は、前記間隙の長手方向の長さが幅方向の長さよりも大きくなるように構成される、請求項7または8に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記囲い部の外径は、前記ヒータの外径よりも小さくし、前記囲い部の内径は前記ヒータの内径以下の大きさとなるように構成される、請求項7または8に記載の半導体装置の製造方法。
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