JPH06275599A - 縦型熱処理装置 - Google Patents

縦型熱処理装置

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JPH06275599A JP5085755A JP8575593A JPH06275599A JP H06275599 A JPH06275599 A JP H06275599A JP 5085755 A JP5085755 A JP 5085755A JP 8575593 A JP8575593 A JP 8575593A JP H06275599 A JPH06275599 A JP H06275599A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 被処理体例えば半導体ウエハを熱処理するに
当たって、スリップ（被処理体表面の微細な断層）の発
生を軽減すること。 【構成】 輻射熱の吸収率の高い材質例えばＳｉＣによ
りウエハボート２を構成すると共に、石英製の保温筒６
の上に輻射熱の吸収率の高い材質例えばＳｉＣよりなる
リング状の中間部材７を載置し、この中間部材７の上に
ウエハボート２を載置する。保温筒６は輻射熱の吸収率
が低いのでウエハＷの昇温過程で昇温が遅く、このため
ウエハボート２の下部との間で温度差を生じるが、中間
部材７を介在させることによりウエハボート２の下部の
温度低下が軽減でき、ウエハＷの面内温度不均一性が緩
和され、熱歪応力が軽減される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、縦型熱処理装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体ウエハに対して酸化、拡散、ＣＶ
Ｄなどの熱処理を行う装置として、ウエハのロード、ア
ンロード時における反応管内への空気の巻き込みが少な
くて自然酸化膜の成長を抑えることができる点で、従来
の横型炉に代って縦型炉が注目されてきている。
【０００３】従来の縦型の酸化、拡散炉の概略につい
て、図４を参照しながら説明すると、１は縦型の二重管
構造の反応管であって、内管１ａ及び外管１ｂよりな
り、その下端外周面には断熱材１１が巻装されている。
この反応管１の外周には、均熱管１２を介して当該反応
管１を取り囲むようにヒータ１０が配設されている。
【０００４】そして前記反応管１内に、ウエハＷを多数
枚搭載したウエハボート２を、ボートエレベータ３によ
って下端開口部よりロードして、蓋体３１により前記開
口部を密閉する。次いで、図示しないガス導入管よりの
処理ガスを内管１ａと外管１ｂの間に導入すると共に、
内管１ａの頂部の細孔１ｃを介して処理ガスを多数枚の
ウエハＷへ供給し、図示しない排気管で内管１ａより排
気しながらウエハＷに対して所定の熱処理を行うもので
ある。
【０００５】ここでウエハボート２の材質は、例えば耐
熱性が大きく、強度も大きいＳｉＣが用いられている。
また反応管１内の熱処理領域を外部から熱的に遮断して
保温するため、及び反応管１の下方側を熱処理領域の熱
から保護するためにウエハボート２と蓋体３１との間
に、ウエハボートの載置台を兼ねた、断熱材例えば石英
よりなる保温部４が介在して設けられている。この保温
部４は、筒状の容器内に石英ウールを充填してなる保温
筒４１と、この保温筒４１の上に設けられた石英よりな
るリング状の載置用部材４２とからなり、ウエハボート
２は、載置用部材４２の上に載置されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ウエハの熱
処理プロセスの中には、例えばウエハにイオン注入を行
った後に、注入されたドーパント（不純物イオン）を所
定の深さまで拡散させるために１２００℃程度の高温で
長時間加熱する場合がある。ウエハの基材がシリコンで
ある場合には、シリコンの融点が１４１０℃であること
から１２００℃の温度下ではシリコンウエハの降伏応力
も極端に小さくなっている。
【０００７】一方、ウエハは大口径化が進みつつあり、
そのサイズは６インチから８インチへ移行し始めてお
り、さらには１２インチへの移行も検討されている。こ
のようにウエハが大口径化してくると、上述のようにウ
エハの基材の融点に近い温度で熱処理を行ったときに、
ウエハボート２の支柱により支持されている個所の付近
において、スリップと呼ばれる結晶欠陥がウエハに発生
しやすい。このスリップは、目視では確認しにくい程度
の微小な断層であり、拡大鏡や顕微鏡などにより見るこ
とができる。
【０００８】ここでスリップが発生する原因としては、
ウエハの面内温度不均一に基づく熱歪応力が推定原因の
一つとして挙げられている。ウエハを昇温させるときに
ウエハボート２の支柱を経由して熱が出入りするため、
ウエハの中心部と周縁部との間に温度差が生じて熱歪応
力が発生するが、この熱歪応力がある大きさを越えたと
きにスリップが発生すると考えられる。そしてこのスリ
ップは特にウエハボート２の下部で起こりやすい。
【０００９】この理由については次のように考えられ
る。即ち例えば熱処理温度が１０００℃を越える場合、
予め例えば約８００℃に加熱された反応管１内にウエハ
ボート２を搬入し、ウエハの温度が雰囲気温度まで上昇
した後、反応管１内の温度を所定の熱処理温度まで昇温
させるようにしている。ここで石英は熱伝導率が低く、
断熱材として優れた性質をもっているが、その反面光透
過率が高いので輻射熱を吸収しにくく、昇温が遅い。こ
のためウエハボート２が反応管１内に搬入されて雰囲気
温度に安定するまでの間、及び反応管１内を昇温させる
間の昇温過程においてウエハボート２に比べて保温部２
４の昇温が遅れ、両者の温度差によりウエハボート２の
下部から保温部２４へ熱が逃げてウエハボート２の下部
の温度が昇温しにくくなり、この結果ウエハにおいてウ
エハボート２に支持されている部分とそれ以外の部分と
の間で温度差が生じ、スリップが発生しやすくなるもの
と考えられる。
【００１０】このようにウエハを熱処理するに当たっ
て、特にウエハの基材の融点に近い高温で熱処理するに
当たって、ウエハが大口径化してくると、スリップの発
生という問題が起こり、このことがウエハの大口径化へ
の移行を阻む一つの大きな課題となっている。
【００１１】本発明は、以上のような事情に基づいてな
されたものであって、その目的は、被処理体を熱処理す
る場合にスリップの発生を軽減することのできる縦型熱
処理装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、断熱材よりな
る保温部の上に設けられると共に多数の板状の被処理体
が上下に間隔をおいて配置された熱処理用ボートを、熱
処理領域を形成する縦型の反応管内に当該反応管の下方
側から搬入する縦型熱処理装置において、前記熱処理用
ボートを、輻射熱の吸収率の高い中間部材を介して保温
部の上に設けたことを特徴とする。
【００１３】
【作用】熱処理用ボートが反応管内に搬入され、加熱さ
れたときに、中間部材は輻射熱の吸収率が高いので昇温
が速い。一方熱処理用ボートの下端には、中間部材が接
触しあるいは一体的に接合されているので、熱処理用ボ
ートの下部と中間部材との温度差が小さく、従って熱処
理用ボートの下部から保温部への放熱が抑えられ、この
結果被処理体の面内温度不均一性が緩和され、スリップ
の発生が抑えられる。
【００１４】
【実施例】以下本発明の実施例について説明する。図１
は本発明を酸化、拡散炉に適用した実施例を示す図であ
り、被処理体であるウエハが反応管内にロードされた状
態を示している。熱処理領域を形成する反応管１は、各
々略鉛直方向に沿って配置された内管１ａ及び外管１ｂ
よりなる二重管構造に作られると共に、下端のフランジ
部１３を介して図示しないベースプレートに固定されて
いる。この反応管１の下端部の外周面は断熱材１１によ
り覆われている。また内管１ａの頂部には、多数のガス
流路である細孔１ｃが形成されており、さらに外管１ｂ
の側壁にはガス導入管５１が連結されている。そして、
内管１ａには排気管５２が接続され排気が行われるよう
に構成されている。
【００１５】前記反応管１の外側には、当該反応管１を
取り囲むように例えばＳｉＣよりなる筒状の均熱管１２
が配設されており、この均熱管１２の外側には、当該均
熱管１２を囲むようにヒータ１０が配設されている。こ
のヒータ１０は、断熱層１０ａの内側に抵抗発熱線１０
ｂをコイル状に巻いて構成される。
【００１６】前記反応管１の下方側には、ウエハのロー
ド時に反応管１の下端開口部を気密に塞ぐための蓋体３
１が設けられ、この蓋体３１は図示しない昇降機構によ
り昇降するボートエレベータ３に取り付けられている。
前記蓋体３１の上には保温部をなす保温筒６が設けられ
ており、この保温筒６は、石英製の筒状の容器６１の中
に石英ウール６２を充填して構成される。
【００１７】前記保温筒６の上には、図１及び図２に示
すように輻射熱の吸収率の高い材質例えばＳｉＣよりな
る上部側が下部側より径の小さいリング状の中間部材７
が載置されており、この中間部材７の上にはウエハボー
ト２が、下端の突起部２０が中間部材７に嵌合した状態
で載置されている。前記中間部材７は、ウエハボート２
の載置部材の役割を果たすと共に、昇温時におけるウエ
ハボート２の下部の放熱を抑える役割を有するものであ
り、例えば高さが約１００〜２００ｍｍとされる。
【００１８】前記中間部材７の上には、輻射熱の吸収率
の高い材質例えばＳｉＣよりなる熱処理用ボート２が載
置されている。この熱処理用ボートは実施例では、ウエ
ハボートと呼ぶことにする。このウエハボート２は天板
２１及び底板２２の間に例えば４本の支柱２３を垂直に
配置し、多数枚例えば１００枚のウエハＷが上下に間隔
をおいて水平に支持されるように各支柱２３に図示しな
い溝を形成して構成される。
【００１９】次に上述実施例の作用について述べる。先
ずヒータ１０を発熱させて均熱管１２を介して反応管１
内を例えば約８００℃の均熱状態に加熱する。その後ボ
ートエレベータ３を反応管１の下方側に位置させておい
てウエハボート２に未処理のウエハＷを例えば１００枚
搭載した後、ウエハボート２を蓋体３１により反応管１
の下端開口部を塞ぐ位置（図１に示す位置）まで上昇さ
せ、ウエハＷを反応管１内にロードする。ウエハＷが反
応管１内の雰囲気と同じ温度に達した後、ヒータ１０を
更に発熱させて反応管１内の温度を例えば１２００℃に
昇温させ、ガス導入管５１から細孔１ｃを経て内管１ａ
内に処理ガスを導入すると共に排気管５２により排気し
ながら反応管１内を所定の圧力に維持して、ウエハＷに
対して例えば拡散処理を行う。
【００２０】そしてウエハＷの昇温過程において、この
例ではウエハＷが反応管１内にロードされてから反応管
１内の雰囲気温度（約８００℃）に安定するまでの過
程、及びその後約１２００℃まで昇温される過程におい
て、ウエハボート２及び中間部材７はいずれもＳｉＣで
構成されているので昇温が早いが、保温筒６は輻射熱の
吸収率が低いので昇温が遅い。このためウエハボート２
と保温筒６とは昇温速度の差に基づく温度差が生じる
が、ウエハボート２と保温筒６との間には、昇温の早い
中間部材７が介在しているので、保温筒６の昇温の遅れ
にもとづくウエハボート２の下部の温度低下は抑えられ
る。
【００２１】即ち中間部材７の下端から保温筒６への放
熱量は大きいと考えられるが、中間部材７の上端が中間
部材７の下端の放熱の影響を受けないように中間部材７
の高さ（長さ）を十分な大きさとすれば、ウエハボート
２の下端から中間部材７への放熱は抑えられるのでウエ
ハボート２の下部の温度低下が軽減される。従ってウエ
ハＷの中で支持されている部分（ウエハボート２の支柱
２３の温度）とそれ以外の部分との間の面内温度差が小
さくなり、熱歪応力が緩和されるのでスリップの発生が
軽減される。そしてこのような中間部材７を用いた構成
は、例えば８インチサイズのウエハＷを例えば１０００
℃以上で熱処理する場合、スリップ発生の抑制に対して
非常に有効である。
【００２２】また上述の実施例によれば、このような効
果に加えて次のような効果もある。石英は１２００℃も
の高温下では強度が著しく低下し熱変形を起こしやす
く、従って従来構造における保温部の一部をなす石英製
の載置用部材（図４の符号４２で示す）がヒータ１０に
囲まれる領域に位置していることから熱変形を起こしや
すく、このため保温筒６が熱変形しやすいという問題も
あったが、上述の実施例では、従来の載置用部材に相当
する部分が高温強度に優れるＳｉＣにより構成されてい
るので保温筒６の熱変形を防止でき、その寿命が長くな
る。
【００２３】更にウエハボート２の下端側に、昇温の速
い中間部材７が位置していることから、ウエハボート２
の下部付近のヒートリカバリータイム（予め加熱された
反応管１内にウエハＷをロードしてからウエハＷが雰囲
気温度に安定するまでの時間）が早くなるのでスループ
ットの向上につながる。
【００２４】以上においてウエハボートや中間部材７の
材質としてはＳｉＣに限定されるものではなく、輻射熱
の吸収率の高いものであれば他の材質例えばポリシリコ
ンなどであってもよい。また中間部材７の構造は上述の
実施例に限らず、例えば図３に示すように上面が塞がれ
た円板体７１に複数の例えば３本の支持棒７２を設け、
この支持棒７２によりウエハボート２を支持するように
してもよいし、あるいは中間部材７がウエハボート２と
一体化した構造であってもよい。
【００２５】更にまた本発明は、酸化、拡散炉に限らず
ＣＶＤ、エッチングなどの熱処理装置に適用することが
できるし、保温筒の下部側に回転機構を設けて、ウエハ
ボートを鉛直軸のまわりに回転させる装置に適用でき
る。なお被処理体についても半導体ウエハに限らずＬＣ
Ｄ基板などであってもよい。
【００２６】
【発明の効果】本発明によれば、熱処理用ボートと保温
部との間に昇温速度の差にもとづく温度差が生じても熱
処理用ボートと保温部との間に、輻射熱の吸収率の高い
中間部材を介在させているため、熱処理用ボートの下部
の温度低下が軽減され、この結果被処理体のスリップの
発生が抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例の要部を示す分解斜視図であ
る。
【図３】本発明の他の実施例の要部を示す分解斜視図で
ある。
【図４】従来の縦型熱処理装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 反応管 １０ ヒータ ２ ウエハボート ２３ 支柱 ３ ボートエレベータ ６ 保温筒 ７ 中間部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西 寛信 神奈川県津久井郡城山町町屋１丁目２番41 号 東京エレクトロン相模株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 断熱材よりなる保温部の上に設けられる
    と共に多数の板状の被処理体が上下に間隔をおいて配置
    された熱処理用ボートを、熱処理領域を形成する縦型の
    反応管内に当該反応管の下方側から搬入する縦型熱処理
    装置において、 前記熱処理用ボートを、輻射熱の吸収率の高い中間部材
    を介して保温部の上に設けたことを特徴とする縦型熱処
    理装置。
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