JPH0732137B2 - 熱処理炉 - Google Patents

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、熱処理炉に関する。

（従来の技術） 例えば、縦型ホットウォール型シリコンエピタキシャル
装置あるいは縦型CVD装置等では、プロセスチューブ内
に例えば25〜100枚程度のウエハを縦方向で離間して配
列し、このプロセスチューブ内にプロセスガスを導入し
てバッチ処理を実行している。

ここで、ウエハに形成される膜厚は、プロセスガスの供
給律速で決まるので、縦方向で離間配置された全ウエハ
に対して所定の膜厚を得るためには、縦方向に配列され
た各ウエハにガスが均等に供給されなければならない。

このような要求を満足するためには、単にプロセスチュ
ーブの例えば上端のガス導入口よりガス供給するもので
は足りず、プロセスチューブ内に固定配置されたノズル
に縦方向に多孔を設けて対処していた。

さらに、１本の多孔式固定ノズル方式をさらに改善し、
プロセスチューブ内に例えば２本の多孔式ガス供給ノズ
ルを円周方向でずらして固定配置し、この２本のノズル
によって均等なガス分布の確保を図ったもの、あるいは
１本の多孔式ノズルを、ウエハの周囲で回転させるもの
等が提案されていた。

（発明が解決しようとする問題点） 上述した従来の縦型炉では、ノズルを複数本とし、ある
いは１本のノズルを回転させるものであっても、１本の
ノズルに形成されるガス噴出口は、縦方向に配列された
各ウエハの数だけ要していたので、各ガス噴出口より供
給されるガス量が上下で異なることは改善不能であっ
た。

特に、バッチ処理されるウエハ枚数が50枚〜100枚とも
なると、ノズル長が長くなり、このノズルに設けた多数
のガス噴出口に対して等流量のガス分配を行うことが困
難となり、上下でのガス供給量の差が大きく、たとえガ
ス噴出口の大きさを変えてバラツキを少なくしようとし
ても、縦方向の全ウエハに均一な膜厚を確保することは
不可能であった。

そこで、本発明の目的とするところは、上述した従来の
問題点を解決し、縦方向に配列された被処理体に対して
均等にプロセスガスを供給することができ、歩留まりの
高い縦型炉を提供することにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は、プロセスチューブ内で複数枚の被処理体を処
理する熱処理炉において、 プロセスチューブ内を軸方向において複数のガス供給領
域に区分し、 前記ガス供給領域の数に対応した複数本のガス導入用の
インジェクターを配設し、 前記各ガス供給領域に対応させたガス噴出口をそれぞれ
異なるインジェクターに形成し、 かつ、各インジェクター毎にガス供給量を制御可能にし
ている。

（作用） 本発明によれば、１本のインジェクターに形成されるガ
ス噴出口は、少なくとも被処理体枚数をインジェクター
の数で割った分の数だけで済み、このように縦方向でガ
ス供給領域を異にして分割して形成されたガス噴出口を
有する複数本のインジェクターによって、縦方向の全被
処理体に対してガス供給を実行するようにしている。

従って、１本のノズルでまかなうべきガス供給領域は、
従来のものより低減するので、ある許容範囲内でその供
給領域全体での均等なガス供給が容易に実現できる。

このように、縦方向にガス供給領域を分割することで、
各インジェクターによるガス供給領域内で均等なガス供
給がはかれるが、インジェクターを分割したことによ
り、各供給領域毎にガス供給量に差がでる恐れがあるた
め、本発明では各インジェクター毎にガス供給量を制御
可能としている。この結果、縦方向の全被処理体に対し
て均等なガス供給が図れ、近年の緻密な膜厚形成にも対
応することが可能となる。

（実施例） 以下、本発明を縦型ホットウォール型シリコンエピタキ
シャル装置に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。

プロセスチューブ１は、石英ガラスで形成され、その下
端はＯリング２を介してマニホールド３によって連通支
持されている。そして、プロセスチューブ１の周囲に
は、プロセスチューブ１内をプロセス温度に設定維持す
るための電気抵抗式ヒータ等の加熱装置５が配置されて
いる。

前記マニホールド３は、例えば第１図の右側の側面に排
気管４を接続し、一方、同図の左側の側面には複数本の
ガス供給インジェクター10を導入可能となっている。

このプロセスチューブ１内には、例えば下端よりウエハ
６を搭載したボート７を搬入可能となっていて、このボ
ート７は、保温筒８に載置支持され、この保温筒８を図
示しないローダ装置によって上下動することで、ボート
７をプロセスチューブ１に対してロード，アンロード可
能となっている。なお、前記ボート７には、縦方向で上
下に離間して配置された例えば100枚のウエハが図示し
ない溝に係止されて支持されている。また、前記保温筒
８の下端にはキャップ部材９が設けられ、ボート７のロ
ード終了後は前記マニホールド３の下端開口部を密閉可
能となっている。

次に、前記ガス供給インジェクター10について第２図，
第３図をも参照して説明する。

本実施例では、４本のインジェクター10a〜10dをプロセ
スチューブ１内に配置している。この４本のインジェク
ター10a〜10dは、第２図に示すように、ウエハ６の円周
方向でずれるように配置され、好ましくは円周方向でな
るべく近接して配置している。

また、前述のように、４本のインジェクター10a〜10d
は、マニホールド３の一側面側に配置された排気管４と
対向する位置に配置されるようになっている。

そして、この４本のインジェクター10a〜10dの特徴的構
成としては、各インジェクターに100枚のウエハ６にガ
スを供給する構成とせずに、各インジェクターは100枚
のウエハの1/4にあたる25枚分のウエハ６にガス供給可
能なように、少なくとも25個のガス噴出口11を有してい
る。そして、第１のインジェクター10aは、第３図に示
すように、最上層のウエハより25枚目のウエハまでをガ
ス供給領域（第１の領域ともいう）とし、各ウエハ６の
上面にガス供給できるように、ウエハ間に前記ガス噴出
口11が位置するようになっている。

同様に、第２のインジェクター10bは、26枚目のウエハ
より50枚目のウエハまでをガス供給領域（第２の領域）
とし、第３のインジェクター10cは、51枚目のウエハよ
り75枚目のウエハまでをガス供給領域（第３の領域）と
し、第４のインジェクター10dは、76枚目のウエハより1
00枚目のウエハまでをガス供給領域（第４の領域）と
し、各領域において均一ガスが噴出されるごとく複数個
の噴出口11が設けられている。

この噴出口11は一例に配列してもよいし、千鳥状に配列
してもよい。

従って、各インジェクター10a〜10dは、縦方向でガス供
給領域を異にするように分割されたガス噴出口11を有す
ることになる。

この各インジェクター10a〜10dへプロセスガスを供給す
るための供給系として、ガスの種類毎に設けられたガス
供給管20a〜20dと、このガス供給管途中に配置されたマ
スフローコントローラ（MFC）21a〜21dとが設けられて
いる。そして、MFC21a〜21c以降は、各供給管20a〜20d
は、自動弁例えばエアーオペレートバルブＶを介して共
通のガス供給管22と、共通の排気管23とに分岐されてい
る。水素H2の供給管20dは、MFC20eを介して前記共通の
排気管23に分岐されている。

前記共通のガス供給管22は、インジェクター流量制御部
30に接続されている。このガス流量制御部30は、前記共
通のガス供給管22を前記ガス供給インジェクター10a〜1
0dの数だけ分岐し、この分岐管31a〜31d途中にそれぞれ
流量制御手段の一例であるMFC32a〜32dを挿入接続して
いる。また、分岐管に分岐されない前記共通のガス供給
管22の一端をガス排気用としている。そして、このMFC3
2a〜32dを介した一端を前記ガス供給インジェクター10a
〜10dに接続している。

次に、作用について説明する。

100枚のウエハ６を縦方向で離間配置したボート７を保
温筒８上に載置し、図示しないローダ装置によって保温
筒８を上昇させることで、ボート７をプロセスチューブ
１内の炉芯に配置させる。この際、保温筒８の下端のキ
ャップ部材９によってマニホールド３の下端開口部が密
閉される。

次に、プロセスチューブ１内の不要な空気などを排出す
るためパージを行い、この後に加熱装置５によってプロ
セスチューブ１内をプロセス温度まで昇温させる。

上記の前工程の終了後にウエハ６に対する膜形成工程が
実施されることになる。

このためには、プロセスチューブ１内にプロセスガスを
導入する必要がある。

本実施例では、ウエハ６に対するガス供給を下記のよう
にして実行している。

すなわち、プロセスガスの供給割合に応じて前段側のMF
C20a〜20eを制御し、所定の比率でプロセスガスを共通
のガス供給管22に供給する。なお、ガス供給が安定する
までは共通排気管23によって排気し、流量が安定したら
エアーオペレートバルブＶを切り替えることになる。こ
のガス供給管22は、インジェクター流量制御部30に接続
され、このインジェクター流量制御部30において、プロ
セスチューブ１内に配置されている４本のガス供給イン
ジェクター10a〜10dに対するガス供給量を個別的に制御
している。この流量制御は、分岐管31a〜31dに挿入接続
されたMFC32a〜32dによって各分岐管毎に独立して実行
れることになる。

そして、MFC32a〜32dによって流量制御された分岐管31a
〜31d内のプロセスガスは、それぞれ４本のガス供給イ
ンジェクター10〜10dに供給されることになる。

そして、第１のインジェクター10aは、プロセスチュー
ブ１内の最上層のウエハ６から25枚目のウエハまでの各
ウエハに対応して配置されているガス噴出口11よりプロ
セスガスを噴出することで、この第１の領域に対するウ
エハにガス供給を実行することができる。

同様にして、第２のインジェクター10bは、上から２領
域目の25枚のウエハ群に対応する第２の領域にプロセス
ガスの供給を実行し、第３のインジェクター10cは第３
の領域、第４のインジェクター10dは最下層のウエハを
含む25枚のウエハ群に対応する第４の領域にプロセスガ
スを供給することができる。

ここで、上記ガス供給管10a〜10dは、プロセスガスの排
気管４と対向するように位置されているので、各インジ
ェクターの噴出口11より噴出されたプロセスガスは、反
対側の排気管４が配置する側に向かって各ウエハ６の上
面を均等に通過し、この際にプロセスガスが膜形成に供
されることになる。なお、４本のインジェクター10a〜1
0dを円周方向でなるべく近接して配置した方が良い理由
は、このようなガスの流れを確保できるようにするため
であり、本実施例のように１点で排気している場合には
この排気管４と対向させるために近接する必要があるか
らである。

このように一枚のウエハ６の全面に対してガスを均等に
供給するためには、一枚のウエハ６に対して排気管５と
対向する位置にガス噴出口11を配置することで、従来の
ようにプロセスチューブ１の上端の一点よりガスを供給
するものよりも十分な効果を得ることができる。

しかし、この種の縦型炉では、縦方向に配列された全ウ
エハ６に対して均一な膜厚を得る必要があり、このため
には縦方向に配列されている全ウエハ６に均等ガス供給
を行わなければならない。

そこで、本実施例では全ウエハ６に対するガス供給領域
を、ウエハ６の配列方向である縦方向でインジェクター
毎に分割し、各インジェクターによってガス供給領域を
分割してまかなってガス供給を行っている。

この結果、１本のインジェクターに対して本実施例の場
合に少なくとも25個のガス噴出口11を配置するのみで良
く、100枚のウエハを処理するのに従来のように１本の
ノズルに100個のガス噴出口を有していたものに比べれ
ば、その数が大幅に減少するので、１本のインジェクタ
ーの上端のガス噴出口11より下端のガス噴出口11までの
間での各噴出口11からの供給ガス量のバラツキが大幅に
減少し、あるいは噴出口11の大きさを変えることで（上
端のものほど大きくする等）、かなりの精度でガス流量
を均等化することができる。そして、このようなインジ
ェクター10a〜10dのガス噴出口11によるガス供給領域を
縦方向で分割した配置とすることで、各インジェクター
でまかなわれるべき領域内でそれぞれ均等なガス供給を
実行することができる。

そして、このように各インジェクターのガス供給領域を
縦方向で分割しているので、各インジェクターによって
まかなわれる領域間のガス供給量のバラツキをなくすた
めに、前記インジェクター流量制御部30によって、各領
域でのガス噴出のばらつきを補正している。この結果、
縦方向の全ウエハ６に対して均等なガス供給を実行する
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実施が可能である。

例えば、バッチ処理されるべきウエハ枚数は処理工程の
相違によって種々あり、本発明の場合特にバッチ処理枚
数が多くてもガス供給の均等化が図れるが、25枚程度の
バッチ処理枚数であっても同様に適用可能である。

また、ガス供給インジェクターの配設数としては、バッ
チ処理枚数に応じて種々変形実施が可能であり、枚数が
多ければそれに応じてインジェクター数も増やすことが
できる。

また、ガス供給インジェクターの配設方式，インジェク
ター流量制御部30の構成などについては種々変形可能で
あり、流量制御部に関してはMFCが流量制御の精度の面
からいえば好もしいが、この他しぼり弁等の流量制御手
段を採用することができる。

また、この種の縦型炉では、プロセスチューブをアウタ
ーチューブとインナーチューブとで構成した二重管方式
を採用するものがあるが、この場合にも同様に本発明を
適用可能である。この場合、排気はインナーチューブと
アウターチューブとの間を真空引きすることで行い、プ
ロセスガスの導入はインナーチューブ内にのみ実施する
ので、複数本のインジェクターをインナーチューブ内に
配置し、しかもインナーチューブに形成したアウターチ
ューブとの連通口を形成する排気口と対向する位置に、
ガス噴出口を配置すれば良い。

また、本発明としては、バッチ処理枚数が多いものほど
適用価値が高くなるが、プロセスの種類によっては、通
常のウエハ配列ピッチである3/16インチの変わりに、こ
の倍ピッチである3/8で実施し、ウエハ面間距離を多く
することでガスのまわりを良好としたものがあり、この
場合にはバッチ処理枚数が少なくとも倍ピッチで配列す
ることにより同様にインジェクター長が長くなるので、
本発明の適用価値が大きくなる。

なお、本発明は縦型の熱処理炉にのみ適用されるもので
はなく、横型の熱処理炉にも同様に適用することができ
る。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によればプロセスチューブ
内に配列された全ての被処理体に対して、均等なプロセ
スガス供給を確保することが可能となり、バッチ処理枚
数を多くあるいは被処理体ピッチを大きくして配列して
も、配列された全被処理体への緻密な膜厚形成を実現す
ることができ、スループットの向上および歩留まりの向
上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を縦型シリコンエピタキシャル装置に
適用した一実施例を説明するための概略説明図、 第２図は、第１図の構成要素であるガス供給インジェク
ターの配列を示す概略説明図、 第３図は、各インジェクターによってまかなわれるガス
供給領域を説明するための概略説明図である。 １……プロセスチューブ、４……排気管、５……加熱装
置、６……被処理体、７……ボート、10a〜10d……ガス
供給インジェクター、11……ガス噴出口、30……インジ
ェクター流量制御部、32a〜32d……マスフローコントロ
ーラ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プロセスチューブ内で複数枚の被処理体を
   処理する熱処理炉において、 プロセスチューブ内を軸方向において複数のガス供給領
   域に区分し、 前記ガス供給領域の数に対応した複数本のガス導入用の
   インジェクターを配設し、 前記各ガス供給領域に対応させたガス噴出口をそれぞれ
   異なるインジェクターに形成し、 かつ、各インジェクター毎にガス供給量を制御可能にし
   たことを特徴とする熱処理炉。