JPH03164688A - 縦型熱処理装置 - 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、縦型熱処理装置に関する。

（従来の技術） 例えば、半導体ウェハの縦型成膜装置では。

第４図及び第５図に示すように、周囲にヒータ１４を有
し、アウターチューブ１０．インナーチューブ１２で構
成される二重管方式の縦型熱処理炉内部に、ウェハ２０
をボート１８上に水平状態で複数枚縦方向に所定間隔を
おいて配列支持した状態でローディングしている。そし
て、このボート１８を前記インナーチューブ１２の炉芯
位置にセットして、均熱ゾーンでの熱処理を実行してい
る。

前記各チューブ１０．１２はマニホールド２２に支持さ
れ、そのマニホールド２２にはガス導入管２４及び排気
管２６が配設されている６ そして、第４図に示すものは、前記ボート１８を均熱ゾ
ーンに設定するために、このボート１８の下端を支持す
る中空筒状の保温筒４０を採用している。

この保温筒４０の中空部４２は１例えば石英ウールが詰
め込まれ、あるいは真空引きされている。

一方、第５図に示すものは、前記ボート１８の下端部を
支持するために保温フィン構造体４４を採用している。

これら保温筒４０及び保温フィン構造体４４は、受台３
８に支持され、この受台３８は磁気シール軸３４と連結
されている。この磁気シール軸３４は、前記マ二ホール
ド２２の開口部を密閉するフランジ３０に固定された磁
気シールユニット３６によって磁性流体を介して回転自
在に支持されている。また、前記マニホールド２２がア
ウターチューブ１０またはフランジ３０と当接する位置
には、シール部材としての０リング２８．３２が設けら
れている。

（発明が解決しようとする課題） 上記各熱処理装置にて、ＳＩＮ膜をウェハ１８上に成膜
する処理について説明すると、ガス導入管２４を介して
導入される処理ガスとしては、Ｎｌ（、。

ＳｉＨ，ＣＱ２　を供給し、ヒータ１４での処理温度と
して７００〜８００℃に設定している。このプロセス温
度に維持される均熱ゾーンではウェハ１８にＳｉＮが成
膜されることになるが、１００〜１５０℃以下の低温領
域では、ＳｉＮではなく、反応副生成物としてのＮＨ２
Ｃｌが生成されてしまう。特に、マニホールド２２の付
近は、ヒータ１４から離れているため、温度が下がりや
すい状況となっている。

ここで、第４図に示す装置では、保温筒４０内部での対
流が防止されるため、断熱効果が優れ、ヒータ１４の熱
がマニホールド２２の付近に伝達されず、その付近の温
度が１００℃以下に設定されやすくなっている。従って
、マニホールド２２及びフランジ３０の内面にＮＨ４Ｃ
ｆ１が発生しやすくなっている。このＮＨ２Ｃｌは粒子
状に生成されるためパーティクルの原因となり、特に、
４ＭＤＲＡＭのような微細加工を行う場合には、直径０
．１．ｃａｔのパーティクルがＩＣの歩留りに大きく影
響していた。

保温筒４０での断熱効果を抑えすぎると、保温筒４０付
近で熱対流が生じるため均熱ゾーンでの熱変動が大きく
なり、各ウェハ２０に対する膜生成の均一性が悪化して
しまう。さらに、マニホールド２２及びフランジ３０付
近が高温となるため、この部分に配置した０リング２８
．３２の寿命が著しく短くなってしまう。さらに、ボー
ト１８を回転駆動するタイプのものにあっては、磁気シ
ールユニット３６内部の磁性流体が蒸発してしまい、シ
ール効果が低減するという問題もあった。

一方、第５図に示す装置では、前記装置フィン構造体４
４のフィン部分を、不透明石英またはサンドブラスト処
理した石英を使用することによって。

熱の輻射を防止し、フィンによって熱対流を防止するこ
とである程度の断熱効果が得られる。しかしながら、第
４図に示す保温筒４０と比べれば、その断熱効果は少な
く、　マニホールド２２付近を１００〜１５０℃以上に
設定でき、比較的ＮＨ４ＣＱの生成量を低減できる。

ところが、このフィン部分にも、低温領域、すなわち、
温度が２００〜５００℃と低い部分があり、この部分に
密着性の悪い膜が付着する可能性がある。

この際、チューブ内の圧力をＩ　Ｔｏｒｒとし、ガス流
量１００〜５００５ｃｃｔｓで供給すると、ガスの流速
が音速に近い高速で流れる。特に、フィン部分での周辺
では高速のガス流によって渦流が発生し、上記の低温領
域に付着した膜が、特に膜厚が厚くなるほど剥がれやす
くなり、これがパーティクルとなってＩＣの歩留りの低
下の原因となっていた。

上記のようなパーティクルの発生を抑えるためには、従
来は前記保温筒４０または保温フィン構造体４４の設計
を経験と勘、または試行錯誤によって行わざるを慢ず、
所望の断熱効果を得るための断熱体の設計が極めて用層
となっていた。

しかも、ヒータ１４によるプロセス温度の設定はプロセ
スによって相違し１例えば１０００℃付近の高温処理す
るものもあれば、６００℃付近での低温処理のプロセス
もある。この際、いずれのプロセスの場合にあっても、
マニホールド２２付近でのパーティクルの生成を抑える
必要があり、各プロセスに対応した断熱構造体の設計も
が不可欠となっていた。

そこで２本発明の目的とするところは、所望の断熱効果
を得るための断熱構造体の設計を容易にすることができ
、かつ、プロセス温度の相違する各プロセスに対応して
適切な断熱作用を行いながら、被処理体の熱処理を行う
ことができる縦型熱処理装置を提供することにある。

Ｃ発明の構成〕 （ｌｌ屈を解決するための手段） 本発明は、被処理体を支持したボートを、炉内の均熱ゾ
ーンに設定して熱処理する縦型熱処理装置において、上
記ボートの下端を支持して上記均熱ゾーンに設定する中
空筒体と、この中空筒体内部に着脱自在に配置され、断
熱効果を調整できる断熱部材と、を設けたことを特徴と
する。

（作　用） 本発明では、中空筒体内部に着脱自在に配設される断熱
部材を、断熱効果の調整できるものとして構成している
。このような断熱部材としては、例えばフィンの枚数を
増減できるもの、あるいは。

中空部分を真空引きし、または断熱材を充填した中空体
の積層数を可変するもの等を挙げることができる。この
ようなフィン枚数の設定、あるいは中空体の積層数の増
減により、所望の断熱効果を得ることができ、かつ、パ
ーティクルの生成量を低減することができる。

さらに、断熱効果を調整できる断熱部材を中空筒体によ
って覆っているので、たとえこのような断熱部材の形状
がフィンのように複雑なものであっても、この断熱部材
に膜が形成されることを低減でき、かつ、たとえ成膜さ
れてもガス流は中空筒体の外側を通過するため、複雑形
状の断熱部材によって渦流が発生し、この渦流によって
膜剥がれを起こすことを大幅に低減できる。

（実施例） 以下１本発明を適用した一実施例について、図面を参照
して具体的に説明する。

第１図は１本発明実施例の縦型熱処理装置の概略説明図
である。第１図中３０は、円筒状のインナーチューブで
ある。インナーチューブ３ｏの外側には、インナーチュ
ーブ３０を内包するように円筒状のアウターチューブ３
１が載置されている。インナーチューブ３０とアウター
チューブ３１は１石英等がらなっており１反応室を構成
している。アウターチューブ３１の外側には、アウター
チューブ３１を囲繞するようにヒーター３２が設置され
ている。これらインナーチューブ３０、アウターチュー
ブ３１、およびヒーター３２により反応炉が構成されて
いる。

反応室の下部には、インナーチューブ３０およびアウタ
ーチューブ３１と連接してインナーチューブ３゜および
アウターチューブ３１を支持するマニホールド３３が載
置されている。マニホールド３３には、インナーチュー
ブ３０内と連通ずるガス導入管３４と、アウターチュー
ブ３１内と連通ずるガス排気管３５が挿設されている。

アウターチューブ３１の下端面とマニホールド３３の上
端面は、０リング３６を介して接しており、シールされ
ている。

一方１反応炉内には、ウェハボート３７の下端部を支持
するために中空容器３９が配置されている。

ウェハボート３７には、複数枚のウェハ３８が水平に所
定の間隔を保って支持されている。中空容器３９は、上
端開口部４０および下端開口部４１を有しており、上端
開口部４０にはウェハボート３７の下端部３７ａにより
閉塞されている。下端開口部４１は受台４２により閉塞
されている。中空容器３９の下端は、受台４２に設けら
れた第１の段差部４２ａに嵌合されることによって位置
決めされている。この中空容器３９の材質としては、不
純物を発生しにくい石英またはＳｉＣが好ましい。石英
を用いる場合には、熱輻射を防止するために不透明石英
を用いるか。

または石英の表面をサンドブラスト処理したものを用い
ることが好ましい。なお、中空容器の断面形状は、断熱
効率を高めるために円形であることが好ましい。

中空容器３９の内部叫は、断熱部材を有するフィン構造
体４３が受台４２上に載置されて設けられている。この
フィン構造体４３は、例えば４本のスペーサ軸４４と、
このスペーサ軸４４の上端に位置決め支持されるフィン
４５とからなるフィンユニットを複数段積み重ねること
により構成されている。フィン構造体４３は、フィンユ
ニットの着脱が容易であるので、フィンユニットの段数
を変えることにより、熱処理温度に応じて断熱効果を自
由に調節することができる。

第３図は、ＢＰＳＧ膜をウェハ上に形成する場合の処理
温度とその処理温度に適した断熱効果を発揮させるため
のフィン構造体のフィンユニット段数との関係を示した
グラフであり、ＳｉＮ膜、ＰＳＧ膜、Ａｓ５Ｇ膜もほぼ
同様に第３図が適用できる。第３図に示す関係にしたが
ってフィン構造体のフィンユニットの段数を決定するこ
とにより、熱処理を良好に行うことができる。なお、こ
のフィン構造体４３の材質も、ｆｏｒｅｉｇｎ　ｐａｒ
ｔｉｃＱｅｓの生成が少なく、かつ、熱輻射を防止でき
る材質を用いることが好ましい。このようなものとして
、石英、５ｉＣ１石英−３ｉＣ、グラファイト−３ｉＣ
等が挙げられる。石英を用いる場合には、熱輻射を防止
するために不透明石英を用いるか、または石英の表面を
サンドブラスト処理したものを用いることが好ましい。

また、フィン４５の形状は、効率よく熱輻射を防止する
ために円盤状であることが好ましい。また、最下段の４
本のスペーサ軸４４は、受台４２の第２の段差部４２ｂ
に嵌合されることによって位置決めされている。

断熱部材としては、容易に着脱可能であり断熱効果を調
節できるものであればよい。このような断熱部材として
、フィンユニットの他に、例えば、中空部分を真空引き
した中空体、または断熱材を充填した中空体等が挙げら
れる。また、これらの中空体からなる断熱部材を複数個
設け、その数を可変して断熱効果を調節してもよい。

受台４２は、フランジ４６に設けられた磁性流体シール
ユニット４７の磁気シール軸４８により支持されている
。フランジ４６は、マニホールド３３の下端面と０リン
グ４９を介して接しており１反応炉内部を気密にシール
している。磁性流体シールユニット４７は、その内部に
磁性流体が収容されており、ウェハボート３７を支持し
た中空容器３９を回転させるようになっている。ウェハ
ボート３７を回転させて処理を行うことにより、ウェハ
３８の表面上を均一に処理することができる。例えば、
薄膜を形成する際には、膜厚の面内均一性を向上させる
ことができる。

ウェハボート３７、中空容器３９、受台４２、フランジ
４６、および磁気シールユニット４７は、上下動可能な
搬送手段（図示せず）により、一体に移動することがで
きる。これにより、ウェハボート３７に支持されたウェ
ハ３８を反応炉内の均熱領域に設置することができる。

次に、このように構成された縦型熱処理装置を用いて熱
処理を行う際の作用について説明する。

中空容器３９は、受台４２上に支持されているため、こ
の受台４２より中空容器３９を離脱して、その内部のフ
ィン構造体４３を容易に取り出すことが可能である。そ
して、このようにフィン構造体４３を中空容器３９から
取り出し、処理開始前にフィン構造体４３のフィンユニ
ットの段数を、第３図に示すグラフにしたがって処理温
度に適合した断熱効果が得られるように設定する。

その後、受台４２上に、中空容器３９内にフィン構造体
４３を配置する。さらに、中空容器３９の上端開口部４
０にウェハボート３７を搭載する。図示しない搬送手段
により、ウェハボート３７．中空容器３９、受台４２、
フランジ４６．および磁性流体シールユニット４７を一
体に上昇させ、フランジ４６がマニホールド３３の下端
面に当接した時に搬送手段の駆動を停止させる。この結
果、ウェハボート３７のウェハ３８は、インナーチュー
ブ３０の均熱領域に設置されることになる。

その後、インナーチューブ３０の内部を例えばＮ２パー
ジし、ヒーター３２により処理温度に昇温する。

インナーチューブ３０の内部の温度が安定した後に。

ガス導入管３４からプロセスガス、例えば、ＮＨ，ガス
、ＮＨ４ＣＱガスをインナーチューブ３ｏ内に導入する
。ガス導入と同時にガス排気管３５から排気することに
よりウェハボート３７に載置されたウェハ上へのＳｉＮ
膜の生成が開始する。なお、この場合、図示しないモー
ターによって磁気シール軸４８が回転駆動することによ
り、受台４２、中空容器３９、およびウェハボート３７
が一体的に回転する。

フィン４５は、インナーチューブ３ｏ内の均熱領域から
の輻射熱を遮蔽する。このとき、フィン４５に不透明石
英を使用するか、フィン４５の表面にサンドブラスト処
理を施すことにより輻射熱の透過率を低下させることが
でき効果的である。

フィン構造体は、処理温度に対応した断熱効果をあらか
じめ設定しであるので、この断熱作用によりマニホール
ド３３付近の温度は１例えば、１４０〜１５０℃になっ
ている。　ＮＨ４ｃｇが生成される温度は、通常８０〜
１００の温度範囲であるので、マニホールド３３付近で
のＮＨ４ＣＱの生成を阻止することができる。

また、この断熱効果によりインナーチューブ３０内の均
熱領域での熱変動を減少させることができる。

マニホールド３３付近での温度を１４０〜１５０℃に抑
えることによって、磁性流体シールユニット４７での温
度が５０℃程度となる。このため、磁性流体シールユニ
ット４７内に収容されている磁性流体のベースオイルの
蒸発を防止することができる。したがって、常に反応炉
内をシールすることができる。

さらに、中空容器３９の上端開口部４４０はウェハボー
ト３７によって、中空容器３９の下端開口部４１は受台
４２によってそれぞれ塞がれているので、中空容器３９
内にプロセスガスが流入することを防止できるが、上端
開口部４０および下端開口部４１は、気密状態でシール
されていないので、ある程度のプロセスガスの流入は回
避できない。これによって、フィン構造体４３の低温部
分に反応生成物が付着する恐れがある。しかしながら、
中空容器３９内部に浸入するプロセスガスの流速は極め
て低く、中空容器３９内で渦流を生じることがないので
、フィン４５に一旦付着した反応生成物は剥離すること
がない、もし、フィン４５に一旦付着した反応生成物が
剥離したとしても、中空容器３９によりパーティクルと
してウェハ３８上に付着することを確実に防止できる。

また、マニホールド３３付近の温度を上記温度に設定で
きることにより、マニホールド３３のシール部材として
用いられる０リング３６．４９が熱劣化することも防止
できる。さらに、マニホールド３３での金属不純物の生
成を防止でき、この不純物にょリウエハ３８に悪影響を
及ぼすことを防止できる。

本実施例では、ＳｉＮ膜をウェハ上に形成する場合を記
載したが、　この他にもＰＳＧ　（リンシリケートガラ
ス）膜、ＢＰＳＧ　（ボロンリンシリケートガラス）膜
、　Ａｓ５Ｇ　（ひ素シリケートガラス）膜等の形成に
おいても同様の効果が得られた。

このように１本発明の縦型熱処理装置を用いて処理を行
うことにより歩留りを向上させることができる。

なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく
、本発明の要旨の範囲内で種々の変形例が可能である。

第２図は１本発明にかかる縦型熱処理装置の他の実施例
を示す説明図である。この実施例では、中空容器３９内
にフィン構造体４３に加えて、断熱効果の高い中空体５
０を配設している。この中空体５０は、例えば、石英で
作製されている。中空体の内部５１は、真空引きされて
いるか、あるいは石英ウール等の断熱材が充填されてい
る。このような中空体５０は、内部５１で熱対流を確実
に防止できるため、断熱効果の調節部材として適用する
ことができる。特に、縦型熱処理装置においては、種々
の処理が実施されるため、処理温度に応じて中空体５０
を所望数配設して断熱効果を調節することができる０例
えば、１０００℃程度の高い処理温度の場合に、このよ
うな断熱効果の高い中空体５０を設けることでマニホー
ルド３３およびフランジ４６付近を所望の温度に設定す
ることが可能となる。また、磁気シールユニット４７内
部に収容される磁性流体は５０℃になると急激に寿命が
短くなるため、中空体５０を受台４２上に載置して磁気
シールユニット４７の温度上昇を防止する。なお、さら
に断熱効果を高める場合、中空体５０を複数個配設すれ
ば良い。

本発明の縦型熱処理装置は、ＳｉＮの薄膜形成処理に適
用されるだけでなく　、　Ｓｕｎ、、多結晶シリコン等
の種々の薄膜形成処理、あるいは薄膜形成処理以外の他
の熱処理に適用することもできる。この場合にもｆｏｒ
ｅｉｇｎρａｒｔｉｃβｅｓの発生を防止するこができ
１歩留りを向上させることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように１本発明によれば中空筒体の内部に
着脱自在に配設される断熱部材として、断熱効果を調整
できるものとすることにより、各プロセスに適合した所
望の断熱効果を得ることができ、パーティクルの発生を
抑制すると共に、シール部材の劣化などをも防止できる
。また、断熱効果を調整できる断熱部材がたとえ複数な
形状であっても、この断熱部材を中空筒体によって覆う
ことにより、渦流の発生を防止でき、断熱部材にたとえ
反応副生成物が付着したとしても、これが渦流によって
剥離されて処理体に付着することをも防止できる。さら
に、被処理体を搭載するボートを中空筒体によって安定
して支持できるので、ボートを回転するタイプのものに
も本発明を好適に実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、それぞれ本発明の実施例を示すも
ので、第１図は断熱部材として保温フィン構造体を採用
した縦型熱処理装置の概略断面図、第２図は、断熱部材
として中空体を付設した縦型熱処理装置の概略断面図、
第３図は第１図の断熱特性図、第４図及び第５図は、そ
れぞれ従来の縦型熱処理装置の概略断面図である。 ３０、３１．３２・・・縦型熱処理炉。 ３７・・・ボート、　　　　　３８・・・被処理体、３
３・・・マニホールド、　　４６・・・フランジ、３９
・・・中空筒体、４１・・・受台、３３・・・保温フィ
ン構造体、４４・・・スペーサ軸。 ４５・・・円盤型フィン、　　５０・・・中空体。 第 図 第 図 フイ′／牧救 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　被処理体を支持したボートを、炉内の均熱ゾーンに設
   定して熱処理する縦型熱処理装置において、 上記ボートの下端を支持して上記均熱ゾーンに設定する
   中空筒体と、 この中空筒体内部に着脱自在に配置され、断熱効果を調
   整できる断熱部材と、 を設けたことを特徴とする縦型熱処理装置。