JPH069193B2 - 減圧熱処理装置に用いられる反応管 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明はウエハ表面域に酸化、拡散、気相成長等の各種
熱処理を行う半導体ウエハの減圧熱処理装置に用いられ
る反応管の改良に関する。

「従来の技術」 従来より、周囲に加熱手段を囲繞した石英反応管内にサ
セプタを介して半導体ウエハを収納可能に構成し、前記
加熱手段によりサセプタ上に載設した半導体ウエハを所
定温度域まで加熱し制御しながら、該半導体ウエハ表面
域に反応ガス又は不活性ガスを流し、半導体ウエハ表面
域の酸化、拡散、気相成長、アニール等の各種熱処理を
行う熱処理装置は公知であり、この種の処理装置におい
ては前記ウエハ表面域に形成又は注入される薄膜の厚み
や不純物の深さ方向の濃度分布が熱拡散により変化しな
いように、短時間で且つ予め定められた温度制御サイク
ルによって加熱する必要がある。

かかる要請を満足する為に、近年前記加熱手段として赤
外線ランプを用い、所定温度制御サイクルに基づいて加
熱制御を行うようにした装置が提案されているが、赤外
線は一般に、その照射距離に比例して等比級数的に光分
散されるものである為に、前記赤外線ランプとその照射
面たるウエハ表面域間の距離が近接させた方が熱効率の
向上と運転コストの節減につながる事がよく知られてお
り、この為前記装置においては、前記赤外線ランプが配
設される側を偏平状に形成した、偏平筒体状の反応管を
用いて反応室を形成する場合が多い。

「発明が解決しようとする問題点」 一方、前記半導体熱処理装置においては、前記ウエハの
均一加熱の容易化等を図る為に、反応管内を0.1〜10Tor
r前後に減圧した状態で加熱処理を行う減圧処理装置が
近年種々提案されているが、かかる減圧処理装置に前記
偏平筒状反応管を用いると、反応管内の負圧により容易
に押潰されてしまうという問題が生じる。

この為前記のような減圧処理装置においては、前記負圧
に耐え得るだけの強度性をもたす為に、真円筒状の反応
管を用いざるを得ないが、このような反応管を用いると
必然的にその周囲に配設した赤外線ランプとウエハ面と
の距離が離れる為に赤外線ランプのパワーを極めて大き
くしなければならず、装置費用と運転コストが大幅に増
大してしまう。

本発明はかかる従来技術の欠点に鑑み、前記反応管内を
負圧下で加熱しても押潰する事なく、而も前記赤外線ラ
ンプとウエハ表面域間の距離を近接させる事の出来る反
応管を提供する事を目的とする。

「問題点を解決しようとする手段」 本発明はかかる技術的課題を達成する為に、下記〜
を必須構成要件とする反応管を提案する。

反応管１を偏平筒体状に形成した点、 このような反応管１は、断面楕円形状にのみ限定される
ものではなく、卵型や偏平筒状のものも含む。

反応管１を負圧下において加熱した場合に生じる変形
を阻止する少なくとも一対の仕切板2,3を平行に配設し
た点、 従って前記仕切板2,3は、必ずしも一対のみではなく三
枚以上設けてもよく、又前記仕切板2,3の上下両側にキ
ール部材を設けてもよい。

前記仕切板2,3に挾まれる区域1Aと連通する反応管１
の任意の個所にガス導出入手段4,5（４は実施例におけ
る尾管、５はガス導入管を夫々指し、両者を含めてガス
導出入手段4,5という。）を設け、前記仕切板2,3に挟ま
れる区域1A内に所定ガスが流通可能に構成した点、 即ち前記ガス導出入手段4,5は、必ずしも反応管１に取
り付けられるガス導管のみに限定されるものではなく、
例えば前記反応管１の一側を開口部となし、該開口部に
導管を設けた蓋体を封止させてもよい。

尚、前記反応管１と仕切板2,3はいずれも光透過性の石
英材で構成するのが好ましい。

又前記反応管１は、加熱手段に赤外線ランプ６を用いた
場合に、好ましい効果を上げる事が出来るが、これのみ
に限定されるものではなく、高周波誘導加熱体その他の
加熱手段を用いた場合も当然に本発明の技術的範囲に含
まれる。

「作用」 本技術手段4,5によれば、前記反応管１を偏平筒体状に
形成した為に、赤外線ランプ６を幅広周面上に配置した
場合に、該ランプ６とウエハ７表面域間の距離を近接さ
せる事が出来、これにより該ランプ６のパワーを小さく
しても容易に所定の熱処理が可能となり、熱効率の向上
と運転コストの節減につながる。

又、前記反応管１を偏平筒体状に形成した場合は、反応
室内を減圧下で加熱した場合において押潰する恐れがあ
るが、本技術手段4,5によれば、反応管１内に前記変形
を阻止する仕切板2,3を設けた為に、反応室内を0.1〜10
Torr前後のほぼ真空状態で加熱した場合においても、反
応管１の肉厚を厚くする事なく容易に前記押潰を防止す
る事が出来る。

更に前記仕切板2,3を設けた為に、強度性が向上し、そ
の分薄肉化が可能である。

又前記仕切板2,3に挟まれる区域1Aと連通する反応管１
の任意の個所にガス導出入手段4,5を設け、前記仕切板
2,3に挟まれる区域1A内に所定ガスが流通可能に構成し
た為に、前記仕切板2,3上にサセプタを介して半導体ウ
エハ７を載置させる事により容易に熱処理を行う事が出
来る。

而も該仕切板2,3と対面する反応管１外周上に赤外線ラ
ンプ６を配設する事により、熱効率よく加熱処理が可能
であるとともに、前記仕切板2,3により実質的に二重構
造となる為に、加熱温度分布の均一性が維持され、スリ
ップラインの発生やウエハ７の変形等を防止出来る。

更に反応管１は仕切板2,3により実質的に三分割されて
いる為に、使用ガスの量が少なくて済むととも前記仕切
板2,3に挟まれる区域1A内と、その両側に位置する反応
管１内部空間1B,1Cとを互いに連通可能に構成する事に
より、該反応管１内の減圧工程を円滑に行えるととも
に、反応管１内で圧力の偏在が生じる事がない為に温度
の適応性が優れている。

「実施例」 以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に
詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成
部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定
的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれのみに限
定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

第１図は開口側からみた本発明の実施例に係る反応管１
の側面図、第２図は第１図のA-A'線断面図、第３図は前
記反応管１を用いた減圧熱処理装置の正面断面図であ
る。

１は透明石英で断面楕円形の偏平筒体状に形成した反応
管で、軸方向一端側の開口部11周囲に方形のフランジ12
を設け、後記する蓋体８を密着封止可能に構成するとと
もに、軸方向他端側中央部を縮径して尾管４を設ける。
又反応管１の開口部11近傍の周面下側には、ガス導入管
５が設けられており、不図示のポンプにより反応管１内
を減圧可能に構成する、 尚前記尾管４の周囲の鏡板部14は若干丸味を付け強度性
を向上させている。

そして該反応管１は偏平状に形成されている為に前記ガ
ス導入管５よりの吸引により内部をほぼ真空状態に減圧
して加熱させた場合は、該反応管１の幅広周面上に最も
押圧力が印加され、該幅広方向に沿って拡径しながら押
潰するものである為に、第１図に示すように反応管１内
の断面幅広方向における中央線を挟んでその両側に、透
明石英材で形成された一対の仕切板2,3を反応管１内の
断面幅向方向における中央線を挟んでその両側に反応管
１長手方向に沿って平行に配設し、該一対の仕切り板
２、３を夫々反応管１内周面に固着させ、前記変形を阻
止させている。

即ち前記仕切板2,3の詳細構成を説明するに、仕切板2,3
は、該両仕切板2,3に挟まれる区域1A内に、サセプタ10
に載設された半導体ウエハ７を搬出入可能な程度の幅間
隔をもって配設するとともに、該仕切板2,3の周縁側を
反応管１の内周面と鏡板部14の内周壁に沿って固着させ
前記変形を阻止する補強板として機能させる。

そして該仕切板2,3は、一側を鏡板部14内周壁に沿って
固着させるとともに、他側をフランジ12面より僅かに内
側付近まで延設させ、前記フランジ12面と仕切板2,3間
に空隙部13aを形成し、ガス導入管５より反応管１内に
導入された反応ガス等が仕切板2,3に挟まれる区域1A内
に容易に導入可能に構成している。

又本実施例においては、前記仕切板2,3の尾管４出口側
近傍を開口13bし、該仕切板2,3の両側に位置する反応管
１内部空間1B,1Cが隘路となるのを防止し、尾管４側の
内部空間1B,1Cに滞留したガスが尾管４より円滑に流出
可能に構成している。

そしてかかる反応管１は第３図に示すように、前記反応
管１の仕切板2,3と対面する幅広両外周面上に赤外線ラ
ンプ６を配設するとともに、該反応管１のフランジ12面
側に、密閉封止可能な蓋体８を設け、更に該蓋体８にパ
ージガス導入用の導入管９を設ける事により、所定の減
圧熱処理装置が構成される。

かかる処理装置によれば、半導体ウエハ７を載設したサ
セプタ10を反応管１開口端側より仕切板2,3に挟まれる
区域1A内に装填し、該反応管１内部を蓋体８により密閉
封止した後、パージガス導管９より不活性ガスを流しな
がらガス置換をし、0.1〜10Torr前記のほぼ真空状態ま
で減圧した後、前記赤外線ランプ６により所定の温度域
まで加熱維持しながらガス導入管５より反応ガスを流す
事により、前記半導体ウエハ７表面域の酸化、拡散等の
各種処理を行う事が出来、前述した本発明の作用が円滑
に達成される。

「発明の効果」 以上記載の如く本発明によれば、偏平筒体状の反応管を
用いた故に赤外線ランプ等の加熱体ととウエハ表面域間
の距離を近接させる事が出来、これにより前記加熱体の
パワーを大きくする必要がなく、運転コストを装置コス
トが低減するとともに、前記反応管内が仕切板により補
強されている為に、該反応管を負圧下で加熱しても押潰
する事がなく、この結果、赤外線ランプを用いる減圧熱
処理装置として好適な反応管を提供し得る。

等の種々の著効を有す。

【図面の簡単な説明】

第１図は開口側からみた本発明の実施例に係る反応管の
側面図、第２図は第１図のA-A'線断面図、第３図は前記
反応管を用いたアニール装置の正面断面図である。 １：反応管、2,3：仕切板、1A：仕切板に挟まれる区
域、4,5：ガス導出入手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】偏平筒体状に形成した反応管内に、該反応
   管を負圧下において加熱した場合に生じる変形を阻止す
   る少なくとも一対の仕切板を反応管内の断面幅広方向に
   おける中央線を挟んでその両側に反応管長手方向に沿っ
   て平行に配設し、該一対の仕切り板を夫々反応管内周面
   に固着するとともに、前記仕切板に挟まれる区域と連通
   する反応管の任意の個所にガス導出入手段を設け、前記
   仕切板に挟まれる区域内に所定ガスが流通可能に構成し
   た事を特徴とする減圧熱処理装置に用いられる反応管
2. 【請求項２】前記仕切板と反応管がいずれも透明石英材
   で形成されている特許請求の範囲第１項記載の反応管
3. 【請求項３】前記仕切板に挟まれる区域内と、その両側
   に位置する反応管内部空間とを互いに連通可能に構成し
   た特許請求の範囲第１項又は第２項記載の反応管