JPH0650737B2 - 搬入時での半導体基板の酸化防止方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、縦型半導体熱処理装置への搬入時における
半導体基板の酸化を防止する方法に関する。

〔従来技術およびその問題点〕 半導体基板、たとえば、シリコンウェーハ（以下、ウェ
ーハという）は、ウェーハボートのような積載手段に積
載されて、縦型半導体熱処理装置の反応管内に搬入され
る。そして、酸素ガス、水素ガスのような反応ガスが、
反応管内に供給され、酸化、拡散、CVD等の所定の熱処
理（化学処理も含める）が、ウェーハに施される。反応
管内に供給される反応ガスの純度は、熱処理の結果に大
きく影響する。そして、膜厚の不均一、導通不良等を防
止して、高い歩留りを確保するために、極めて高純度の
反応ガスが、反応管内に供給される。

縦型半導体熱処理装置の主要部分は、通常、クリーンル
ーム内に配置され、高性能フィルターによって十分に浄
化された空気が、クリーンルームに供給される。しか
し、塵芥、水分等の不純物を、空気から完全に排除する
ことは極めて難しい。そのため、クリーンルーム内の空
気中に、不純物が、僅かとはいえ、包含されている。

ところが、ウェーハは、ウェーハボート上に積載され、
熱処理の前後に、反応管に搬入または搬出される。反応
管は、上端または下端が開口し、開口は、バリアーと呼
ばれるカバーによって、通常閉塞されている。そして、
反応管へのウェーハの搬入出は、たとえば、上端開口タ
イプの縦型半導体熱処理装置においては、以下のように
してなされる。

１ 反応管の上方開口を開放するように、バリアーが除
かれ、ウェーハボートが降下されて、ウェーハは反応管
内に搬入される。

２ ウェーハボートを懸下するサポートバーは、ウェー
ハボートの上方に、反応管カバーを有している。そのた
め、ウェーハボートが反応管内に搬入されると、上方開
口は、反応管カバーによって、閉じられる。そして、所
定の熱処理が、ウェーハに施される。

３ 熱処理後、サポートバーが上昇され、サポートバー
とともに、反応管カバー、ウェーハボートも上昇する。
そのため、ウェーハボート上方に位置する反応管カバー
は、上端開口から離反されて、上端開口を開放し、ウェ
ーハは、開放されて上方開口を介して、反応管から搬出
される。

４ 上端開口は、バリアーによって閉じられる。

５ 次の熱処理のために、上記操作が繰返される。

しかし、ウェーハの搬入出のために、反応管の上端開口
または下方開口が解放されると、クリーンルーム内の、
常温の、空気が、開口を介して、反応管内に瞬時に流入
する。流入した空気は、反応管が、熱処理中、1200℃と
いった高温に加熱されていたため、その予熱によって、
加熱される。

ウェーハの搬入出の際、ウェーハは、高温の反応管とク
リーンルームの常温の外気との間を搬送される。そし
て、急熱、急冷によってウェーハに割れ、ひずみ等が生
じないように、ウェーハボートは、50ないし100mm／min
といった低速で昇降される。しかし、上記のように、外
気が反応管内に流入し、加熱されるため、この加熱され
た外気によって、搬入出中に、ウェーハ上に酸化膜が生
成される弊害が従来から指摘されている。

また、クリーンルーム内の空気は、塵芥、水分等の不純
物によって汚染されている。そのため、反応管に流入す
る外気は、不要な酸化膜を形成するだけでなく、反応管
内の高純度の反応ガスを汚染し、膜厚の不均一、導通不
良等を生じ、歩留りの低下を招く。

ウェーハの搬入出時、特に搬入時、における外気の流入
は、歩留りを低下させる。つまり、熱処理前に酸化膜が
ウェーハ上に生成されると、この不要な酸化膜の上に、
熱処理において、所定の酸化膜が形成される。そのた
め、熱処理後において、不要な酸化膜を、所定の酸化膜
の内部から除去することはできず、ウェーハは不良品と
して処分せざるを得ない。そのため、ウェーハの搬入前
に、外気を反応管から排除する必要がある。

上方開口タイプの縦型半導体熱処理装置では、ウェーハ
の搬入時、不活性ガスを反応管の下方から反応管に流入
させ、上方開口から流出させる方法が考えられている。
この方法では、反応管に流入していた外気は、不活性ガ
スとともに、上方開口から流出し、排除される。

しかし、上記のような方法では、外気を十分に排除する
ことが難しく、熱処理以前における流入外気に起因する
ウェーハの酸化を十分に防止することができない。

この発明は、熱処理以前におけるウェーハの酸化が、全
てのウェーハに均一に生じるのでなく、ウェーハボート
上のウェーハの位置によって異なる点に留意している。
たとえば、上端開口タイプの縦型半導体熱処理装置にお
いては、下から数枚のウェーハにおいて、酸化が顕著に
生じ、他のウェーハについては、位置による差がないこ
とが実験によって確認されている。

〔発明の目的〕

この発明は、搬入時での半導体基板での酸化膜生成防止
に効果のある半導体基板の酸化防止方法の提供を目的と
している。

〔発明の概略〕

この発明者は、外気が反応管に残存しているうちに半導
体基板が搬入され、かつ、半導体基板が反応管の予熱で
加熱されて酸化しやすいのではないかと考えた。

そして、この発明では、搬入前に反応管内から外気を完
全に排除するとともに、搬入の初期段階では、反応管の
加熱を避けて酸化しやすい環境を極力排除している。

つまりこの発明によれば、まず、半導体基板の搬入の
際、不活性ガスが反応管に導入されて、開口から流出さ
れる。この不活性ガスの流れによって、反応管に流入済
みの外気の大部分を排除する。そして、半導体基板の搬
入出の初期段階において、開口の面積を制限して、残存
する外気の排除を促進するとともに、新たな外気の流入
を防止する。また、外気が残存する可能性の高い搬入の
初期段階では、半導体基板と反応管の加熱手段との接近
を遅延させて、半導体基板への熱伝達を防止し、半導体
基板の加熱を妨げている。

〔実施例〕

第１図は、バリヤー（図示しない）が既に除かれ、半導
体基板であるウェーハが搬入されつつある縦型半導体熱
処理装置10を示している。縦型半導体熱処理装置10は、
加熱手段、たとえば、ヒートコイル12を収納した炉体14
と、上端開口16を有して炉体に支持された反応管18を具
備している。そして、反応管18は、下端に反応ガス導入
部20を持ち、反応ガス導入部を介して、たとえば、反応
ガスとして、水蒸気が供給されている。更に、反応ガス
導入部20を介して、たとえば、不活性ガス、たとえば、
窒素ガスが供給される。窒素ガスは、反応管内を上昇
し、開口16から流出する。ところで、バリヤーを除去し
て開口16を開放した際、反応管18に流入し加熱された外
気は、窒素ガスとともに開口から流出し、排除される。

しかし、開口16が大きな断面積を有するため、外気を十
分に流出することは難しく、また、開口を介して、外気
が反応管18に新たに流入する。

実施例では、外気の完全な流出を促進し、かつ、外気の
新たな流入を防止するために、反応管18との間隙を制限
するスカート26が、ウェーハボート22のスコーボード23
に設けられている。このように反応管18との間隙28を制
限すれば、外気の流入路が狭められ、新たな外気の流入
が困難となる。また、流入路が狭められただけでなく、
間隙28においては、不活性ガスの流速が大きくなるた
め、外気が間隙28（流入路）を通過しにくくなる。ま
た、反応管内の外気を吸引する不活性ガスの吸引力が強
化されるため、反応管に残存していた外気は、不活性ガ
スとともに流れ、間隙28から強制的に流出される。ここ
で、スカート26の径は、反応管18の内径との関係から得
らばれるが、少なくともウェーハの内径以上とされる。
また、間隙28の長さが長ければ、外気の流入が困難とな
るため、スカート28は、長ければ長いほど良い。

ウェーハボート22は、サポートバー24に係止されている
にすぎない。そのため、不活性ガスを大量に供給すれ
ば、ウェーハボートに揚力を与え、サポートバーからウ
ェーハボートを離脱させる虞れがある。しかしながら、
実施例の構成では、不活性ガスを多量に供給する必要が
なく、ウェーハボート24の離脱する虞れがない。

また、スカート26は、ウェーハボート22の下端に設けら
れている。そのため、ウェーハ30は、スカート26の長さ
相当分だけ、ヒートコイル12に対して相対的に離反さ
れ、反応管18への搬入が遅延される。従って、反応管18
の予熱による（直接的な）加熱が、ウェーハ30に生じに
くい。

また、ウェーハボートのロアーボード23は、反応管内に
最初に搬入されるため、反応管の予熱によって加熱され
やすい。そして、ウェーハボート22のシェルフ（棚）上
のウェーハ30は、ロアーボード23からの熱伝達によって
間接的に加熱される虞れがある。しかし、実施例では、
スカート26を設けることにより、ウェーハボートのロア
ーボード23の熱容量が増加し、ロアーボードの加熱を防
止している。そのため、ウェーハ30は、熱伝達による間
接的な加熱も避けられる。

なお、ウェーハボート22を定速で降下させることなく、
間隙28が形成される初期の搬入出時に一旦停止させた
り、降下速度を遅くしてもよい。このように降下速度を
制御すれば、外気が完全に排除される以前にウェーハ30
が搬入される虞れがない。また、ウェーハ30の直接的お
よび間接的な加熱が防止される。

なお、スカート26を設けることなく、開口16がヒートコ
イル12から離反して位置するように、反応管18を上方に
延出させたり、または、ヒートコイル18を下方に移動し
てもよい。反応管18を上方に延出させた実施例を第２図
に示す。このような構成においても、ウェーハボートの
ロアーボード23と反応管18の側壁のとの間に間隙が形成
され、かつ、この間隙は、長期間にわたって、存在す
る。そのため、反応管内に残存する外気の流出が促進さ
れるとともに外気の新たな流入が防止される。ヒートコ
イル18の上方において、多数の噴出孔を内方に有する不
活性ガスの供給量を巻装し、反応管18の側壁から窒素ガ
スのような不活性ガスを全周的に噴出させて、ガスシャ
ワーを設ければ、外気の新たな流入が効果的に防止さ
れ、好ましい。また、不活性ガスは、常温で供給される
ため、ガスシャワーによって、ウェーハが冷却され、反
応管の予熱によるウェーハの加熱化が妨げられる。な
お、不活性ガスの吸込孔を噴出孔に対向して設けてもよ
い。

〔発明の効果〕

上記のように、この発明の半導体基板の酸化防止方法に
よれば、搬入前に反応管内から外気を十分に排除するこ
とができる。また、搬入の初期段階では、反応管の加熱
手段と半導体基板との接近を遅延させ半導体基板の加熱
を避けて、酸化しやすい環境を極力排除している。

そのため、この発明によれば、搬入時において酸化膜が
半導体基板に生成されず、歩留りの低下に直結する熱処
理前での半導体基板の酸化が、防止される。

上述した実施例は、この発明を説明するためのものであ
り、この発明を何等限定するものでなく、この発明の技
術範囲内で変形、改造等の施されたものも全てこの発明
に包含されることはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、この発明を実施するに適する縦
型半導体熱処理装置の概略縦断面図である。 10：縦型半導体熱処理装置、12：ヒートコイル（加熱手
段）、14：炉体、16：反応管の開口、18：反応管、22：
ウェーハボート（積載手段）、23：ウェーハボートのロ
アーボード、26：スカート、28：間隙、30：ウェーハ
（半導体基板）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体基板が積載手段に積載されて開口か
   ら半導体熱処理装置の反応管内に搬入される際、不活性
   ガスを反応管に導入して開口から流出させ、 半導体基板の搬入の初期段階において、開口の面積を積
   載手段によって制限し、 反応管の加熱手段と初期段階において搬入される半導体
   基板との接近を遅延させて、搬入の初期段階での半導体
   基板の加熱を妨げている搬入時での半導体基板の酸化防
   止方法。