JPH0294627A - 熱処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、熱処理方法に関する。

（従来の技術） 近年、半導体デバイスの製造工程における熱拡散工程や
成膜工程で用いられる熱処理方法として、省スペース化
、省エネルギー化、半導体ウェハ等の被処理物の大型化
および自動化への対応が容易であること等の理由から縦
型熱処理装置を用いた熱処理方法が採用されている。

このような処理方法に用いられる縦型熱処理装置は、石
英等からなる円筒状の反応管およびこの周囲を囲繞する
如く設けられたヒータ機構、均熱管、断熱材等から構成
された反応炉本体がほぼ垂直に配設されており、この反
応管内に多数の半導体ウェハを所定の間隔で棚積み収容
した石英等からなるウェハボートが配設されている。こ
のウェハボートは反応管下部に挿入された円筒状の保温
筒上に搭載されており、上下動可能とされた搬送機構に
より、この保温筒と一体となってウェハボートが反応管
内下方からロード・アンロードされるように構成されて
いる。なお、半導体ウェハを搬送する場合、通常樹脂製
の搬送用基板保持具いわゆるウェハカセットを用いる。

このため、このウェハカセットから半導体ウェハをウェ
ハボート（処理用基板保持具）に移載する移載装置も開
発されている。

このような縦型熱処理装置では、反応管内壁とウェハボ
ートとを非接触でロード・アンロード可能である、占有
面積が少ない、処理半導体ウェハの大口径化が容易であ
る等の利点を有する。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した縦型熱処理装置においても、さ
らに設置面積の縮小化あるいは処理能力の向上等が当然
要求される。

本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもので
、従来に較べて設置面積の縮小化および装置コストの低
減を可能とし、生産性の向上を図ることのできる熱処理
方法を提供しようとするものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の熱処理方法は、複数個の反応炉本体内で被処理
物に所定の熱処理を施すに際し、一方の反応炉本体で熱
処理工程中に他方の反応炉本体で後処理工程および前処
理工程とを行い、前記熱処理工程と、前記後処理工程お
よび前記前処理工程とを前記各反応炉本体間で交互に緑
返えしながら連続的に処理することを特徴とするもので
ある。

（作　用） 本発明は、２つの反応炉本体に夫々被処理物を収容し、
一方の反応炉本体で熱処理工程中に他方の反応炉本体で
処理準備工程を行う方法とすることにより、従来に較べ
て設置面積の縮小化および装置コストの低減を可能とし
、生産性の向上を図ることができる。

（実施例） 以下、本発明方法をＳｔエピタキシャル成長用縦型熱処
理装置の処理方法に適用した一実施例について図を参照
して説明する。

反応炉本体は、石英等からなる円筒状の第１の反応管１
ａを収容した第１の反応炉本体２ａと、同様に第２の反
応管１ｂを収容した第２の反応炉本体２ｂとを並設した
２連式構造となっている。

各反応管１ａ１１ｂには、原料ガス例えばＳ＋Ｈ２ＣＩ
２　、ＨＣＩ　、Ｂ　２　Ｈ６、ＰＨ３等を供給するた
めの共通の原料ガス供給系３が接続されており、また、
処理前・後に反応管１ａ、ｌｂ内をパージするためのパ
ージガス例えばＮ２、Ｎ２を供給するパージガス供給系
４　ａ　ｓ　４　ｂが各反応管１、ａｌｌｂに対応して
設けられている。この原料ガスの各反応管１ａ、ｌｂへ
の供給の切替えは、原料ガス供給用弁系５ａ、５ｂによ
って行われる。

反応管１ａ、ｌｂ内に導入された処理ガスの排気系は、
各反応管１ａ、ｌｂに対応して設けられたパージガスを
排気するための予備真空排気系６ａ、６ｂと、成膜作業
中に原料ガスを排気して反応管内を所定の真空度に保持
するための各反応管１ａ、１ｂに共通の主真空排気系７
とにより構成されている。この排ガスの主真空排気系７
への切替えは、排ガス用弁系８　ａ　ｓ　８　ｂにより
行われる。

各反応管１ａ、ｌｂ内への被処理物例えば半導体ウェハ
群９ａ、９ｂの搬送は、移載機構１０および搬送系１１
により行われ、移載機構１０によリウエハ授受例えばウ
ェハカセット内に収容された半導体ウェハ群９ａ、９ｂ
をウェハボート１２ａ、１２ｂに移載し、この後、搬送
系１１によりこのウェハボート１２ａ、１２ｂを搬送し
て各反応管１ａ、ｌｂ内に収容する。

このような縦型熱処理装置の処理方法について第２図の
フローチャートを参照して説明する。尚、説明の便宜上
、第１の反応炉本体２ａからＳｉエピタキシャル成膜を
行う場合について説明する。

移載機構１０でウェハカセットからウェハボート１２ａ
に半導体ウェハ群を移載した後（１０１）、このウェハ
ボート１２ａを搬送系１１により第１の反応炉本体２ａ
下部まで搬送する（１０２）。そしてボートエレベータ
にウェハボート１２ａを搭載した後、第１の反応管１ａ
ヘウエハボート１２ａをロードする（１０３ａ）。

この後、第１の反応炉本体２ａでＳｌエピタキシャル成
膜を行う訳であるが、搬送系１１は、第２の反応炉本体
２ｂへと移動して、第２の反応炉本体２ｂですでに処理
が完了している半導体ウェハ群９ｂを取出し１．ウェハ
移載機構１０までこれを搬送する。そして、次処理の半
導体ウェハをウェハボート１２ｂへ移載した後、再び第
２の反応炉本体２ｂへと搬送してこれを第２の反応管１
ｂ内ヘロードする。

一方、第１の反応炉本体２ａでは、第１の反応管内１ａ
に半導体ウェハ群９ａを収容した後、予備真空排気系６
ａにより反応管１ａ内を所定の真空度となるように排気
しく　１０４ａ）、この後、半導体ウェハ群９ａを所定
の温度例えば８５０℃以上まで昇温する（１０５ａ）。

そして、反応管ｌａ内を所定の真空度例えば０．００５
Ｔｏｒｒに保持するようにしながらエツチングガス例え
ばＡｒガスを導入した後（１０８ａ）、スパッタエツチ
ングによる半導体ウェハ群９ａのクリーニング処理を行
う＜１０７ａ）。このクリーニング処理終了後、反応管
ｌａ内をＮ２ガス等によりパージする（１０８ａ）。上
記したウェハボート１２ａのロード（１０３ａ）からク
リーニング処理後のパージ工程（１０１１ａ）までがＳ
ｔエピタキシャル成膜作業の前処理工程２１ａとなる。

こうして前処理工程２１ａが終了した後、反応管ｌａ内
を主真空排気系７により所定の真空度としく１０９ａ）
、この後、反応管ｌａ内を所定の真空度例えばｌ−１０
Ｔｏｒｒに保持しながら原料ガス例えば５ｉｌｌ　２　
ＣＩ２　、ｌｌＣｌや、Ｂ２１１６またはＰ１１３ガス
等を導入する（ｌｌｏａ）。そして半導体ウェハ群９ａ
が所定の処理温度例えば８５０〜１０５０℃となるよう
に温度制御しなから成膜処理を行う（ｌｌｌａ）。以上
の主排気（１０９ａ）→原料ガス導入（１１０ａ）→成
膜処理（ｌｌｌａ）までが成膜処理工程２２ａとなる。

こうして、Ｓｌエピタキシャル成膜を行った後、反応管
ｌａ内をＮ２ガス等のパージガスでパージしく１１２ａ
）、半導体ウェハ群９ａを降温しく１１３ａ）、ウェハ
ボート１２ａを反応管外部へアンロードする（ｌ１４ａ
）。この後、搬送系１１により、ウェハボート１２　ａ
をウェハ移載機構１０まで搬送しく１０２）、ここでこ
の処理済みの半導体ウェハｐ　９　ａ　ト次処理の半導
体ウェハ群とを交換する。上記成膜処理後のパージ（１
１２ａ）からポートアンロード（１１４ａ）までが後処
理工程２３ａとなる。こうして、第１の反応炉本体２ａ
における全ての処理が終了する。

ところで、第２の反応炉本体２ｂにおける処理動作は、
第１の反応炉本体２ａの成膜処理工程２２ａが終了した
時点で第２の反応炉本体２ｂの前処理工程２１ｂが終了
するような動作となっている。

本実施例では、成膜処理工程２２ａ、２２ｂが約６０分
、前処理工程２１ａ、２１ｂが約３０分、後処理工程２
３ａ、２３ｂが約３０分となっているため、第１の反応
炉本体２ａの成膜工程中に第２の反応炉本体２ｂの後処
理工程２３ｂと前処理工程２１ｂが丁度終了する。

即ち、第１の反応炉本体２ａの成膜処理工程２２ａ中に
、第２の反応炉本体２ｂでは、成膜処理工程後のＮ２パ
ージ（ｔｔ２ｂ）→降温（１１３ｂ）→ボートアンロー
ド（１１４ｂ）→処理済み半導体ウェハ９ｂと次処理の
半導体ウェハとの交換（１０１）→ボートロード（１０
３ｂ）→予備排気（１０４ｂ）→昇温（１０５ｂ）−エ
ツチングガス導入（１０６ｂ）→クリーニング処理（１
０７ｂ）→Ｈ２Ｎ２バージ０８ｂ）の動作が終了してお
り、ただちに主排気（１０９ｂ）→原料ガス導入（１１
０ｂ）→成膜処理（ｌｌｌｂ）の成膜処理工程２１ｂが
行える状態となっている。そして、第２の反応炉本体２
ｂにおける成膜処理工程２２ｂの開始と同時に第１の反
応炉本体２ａでは後処理工程２３ａが開始され、第２の
反応炉本体２ｂの成膜処理工程２２ｂが終了後、直ちに
第１の反応炉本体２ａで成膜処理が開始される。

このように、一方の反応炉本体の成膜工程時に他方の反
応炉本体が前処理・後処理工程を行うようにすることで
、待時間が無くなり、生産効率が向上する。また原料ガ
ス供給系３、主真空排気系７、移載機構１０、ウェハボ
ートの搬送系１１が共用できるので、メンテナンス性の
向上やコスト低減および装置の小型化が図れる。

上述した実施例の熱処理方法は、第３図および第４図に
示すような縦型熱処理装置に適用できる。

筐体３１は、例えばクリーンルーム３２とメンテナンス
ルーム３３の境界に沿って水平方向に接続して設けられ
た３つの筐体３１ａ、３１ｂ、３１から構成されている
。これらの筺体３１ａ〜３１Ｃのうち、両側に設けられ
た筐体３１ａ、３１Ｃ内には、夫々例えば石英等から円
筒状に構成された反応管およびその周囲を囲繞する如く
設けられた抵抗加熱ヒータ、均熱管、断熱材等から構成
された２つの反応炉本体３４　ａ、３４　ｂがほぼ垂直
に配設されている。また、これらの反応炉本体３４　ａ
、３４　ｂの下部には、上下動可能に構成され、反応炉
本体３４ａ、３４ｂ内に、ウェハボー）３５ａ、３５ｂ
に載置された多数の半導体ウェハ３６を、ロード・アン
ロードする機構としてボートエレベータ３７ａ、３７ｂ
が夫々設けられている。

また、筐体３１ａ〜３１ｃのうち中央に設けられた筐体
３１ｂには、複数の搬送用基板保持具、例えば４つのウ
ェハカセット３８ａ〜３８ｄを載置可能に構成されたウ
ェハカセット収容部３９が設けられている。そして、こ
の２体１ｂ内には、ウェハカセット３８ａ〜３８ｄから
上記ウェハボー１３５ａ、３５ｂに半導体ウェハ３６を
移載する移載機構４０と、この移載機構４０によって半
導体ウェハ３６を移載されたウェハボート３５ａ、３５
ｂを搬送してボートエレベータ３７ａ、３８ｂ上に載置
する搬送機構４１が設けられている。

一方、筐体３１の後方、即ちメンテナンスルーム３３内
には、原料ガス供給系、主真空排気系、パージガス供給
系、予備真空排気系等を備えたガス流通機構４２が配設
されている。

また、ガス流通機構４２内のパージガス供給系、予備真
空系は、反応炉本体３４　ａ、３４ｂで夫々独立に設け
られており、例えば反応炉本体３４ａでシリコンエピタ
キシャル成長を行っている間に、パージガス供給系およ
び予備真空排気系によって例えばＮ２ガス等のパージガ
スを反応炉本体３４ｂに流通させ、原料ガス流通前の準
備を行うことができるよう構成されている。

従って、最初の処理を開始する時刻にある程度のずれを
設定しておけば、−台の移載機構４０および搬送機構４
１で順次反応炉本体３４ａ、３４ｂに半導体ウェハ３６
をロードφアンロードし、−台の原料ガス供給系、主真
空排気系によって交互に原料ガスを流通させ、この間に
もう一方の反応炉本体３４ｂにパージガス供給系および
予備真空排気系によりパージガスを流通させ、処理前の
準備を行うことにより、効率良く処理を行うことができ
る。

また、移載機構４０および搬送機構４１と、原料ガス供
給系、主真空排気系とを２つの反応炉本体３４　ａ、３
４　ｂで共用することにより、従来の縦型熱処理装置を
２台設ける場合に較べて装置の製造コストを低減するこ
とができるとともに、装置の設置面積の縮小化を図るこ
とができる。

ところで、上述実施例では、本発明方法を縦型熱処理装
置を用いた処理方法に適用した例について説明したが、
本発明方法は横型熱処理装置にも適用可能で、さらには
ＣＶＤ処理や熱拡散処理等の他の熱処理方法にも適用す
ることができる。

上記実施例では、２連の縦型熱処理装置の場合について
説明したが、３連、４連それ以上例えば環状に配置し、
中央部にウェハ移載装置を設ける等して搬送系がフル回
転するように構成してもよい。さらに待機中の前処理・
後処理の内容は適宜組合わせることが可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の熱処理方法によれば、従
来に較べて設置面積の縮小化および装置コストの低減を
可能とし、生産性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を適用した縦型熱処理装置の構成を
示す図、第２図は第１図の処理装置の処理動作を説明す
るためのフローチャート、第３図は実施例を適用した一
例の縦型熱処理装置の構成を示す上面図、第４図は第３
図の正面図である。 ｌａ、ｌｂ・・・・・・反応管、２ａ、２ｂ・・・・・
・反応炉本体、３・・・・・・原料ガス倶給源、４　ａ
　ｓ　４　ｂ・・・・・・パージガス供給系、６ａ、６
ｂ・・・・・・予備真空排気系、７・・・・・・主真空
排気系、９　ａ　ｓ　９　ｂ・・・・・・半導体ウェハ
、１０・・・・・・移載機構、１１・・・・・・搬送系
、１２ａ１１２ｂ・・・・・・ウェハボート、３４ａ、
３４ｂ・・・・・・反応炉本体、３５ａ、３５ｂ・・・
・・・ウェハボート、３６・・・・・・半導体ウェハ、
４０・・・・・・移載機構、４１・・・・・・搬送機構
、４２・・・・・・ガス流通機構。 〜３３〜 へ３２〜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数個の反応炉本体内で被処理物に所定の熱処理を施す
   に際し、一方の反応炉本体で熱処理工程中に他方の反応
   炉本体で後処理工程および前処理工程とを行い、前記熱
   処理工程と、前記後処理工程および前記前処理工程とを
   前記各反応炉本体間で交互に繰返しながら連続的に処理
   することを特徴とする熱処理方法。