JPH0737829A - 半導体製造装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 結晶欠陥が発生しないとともに、熱処理の際
に用いられるガスの流れを乱すことなく、ダストの影響
を受けることがないようにする。 【構成】 半導体ウエハ５００を熱処理する処理室１０
０と、処理室１００の外側に配置された加熱用のヒータ
ー２００と、複数枚の半導体ウエハ５００を搭載して処
理室１００に出し入れされるボート３００と、処理室１
００内にボート３００とは独立して出入れできる保熱管
４００とを備え、保熱管４００はボート３００より大き
く、かつ処理室１００の内径より小さく、しかも処理室
１００内に入れられた状態で、ボート３００に搭載され
た半導体ウエハ５００のうち最も下方で搭載されたもの
より下に位置するようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造装置及びそ
の制御方法に関するもので、特に半導体ウエハの熱処理
時の熱応力に起因する結晶欠陥の発生を防止できる半導
体製造装置及びその制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハ５００を熱処理する半導体
製造装置としては、図６に示すような横型炉Ａと、図７
に示すような縦型炉Ｂとが一般的に使用されている。横
型炉Ａも縦型炉Ｂも処理室１００を所定の温度（例え
ば、９５０℃）に加熱し、この状態で半導体ウエハ５０
０を搭載したボート３００を処理室１００に搬入し、そ
の後に処理室１００の温度を所定温度（例えば、１１０
０℃）にまで上昇させて熱処理を行う。熱処理の所定時
間（例えば、１時間）が経過した後に、処理室１００の
温度を所定温度（例えば、９５０℃）まで下げた後に、
半導体ウエハ５００を搭載したボート３００を処理室１
００から搬出する。このようにして、半導体ウエハ５０
０に酸化膜を形成したり、不純物拡散等を行う。

【０００３】ここで、横型炉Ａの場合には、処理室１０
０への外気の巻き込みが多いため、横型炉Ａで形成され
た酸化膜の膜厚や拡散層の比抵抗、拡散深さといった諸
要件は縦型炉Ｂの場合よりばらつきが大きい。このた
め、半導体ウエハ５００に膜厚が均一な酸化膜や拡散層
を形成する場合には、主に縦型炉Ｂが用いられる。

【０００４】しかしながら、図７に示すような縦型炉Ｂ
にも以下のような問題点がある。すなわち、炉外の外気
の巻き込みがないために、処理室１００の開口部１３０
の付近の温度と炉外の外気の温度との差が大きい。例え
ば、９５０℃の処理室１００の開口部１３０の付近と炉
外の外気との温度差は約８００℃もあり、この温度差に
起因して半導体ウエハ５００に熱応力が加わって結晶欠
陥が発生することがある。かかる結晶欠陥のある半導体
ウエハ５００から半導体装置を製造すると歩留りが低く
なる。

【０００５】かかる問題点を解消するために、半導体ウ
エハ５００を搭載したボート３００の処理室１００への
出し入れの際に、処理室１００の温度を予め低下、例え
ば８５０℃以下に低下させておくという方法が用いられ
ている。

【０００６】しかし、半導体装置の製造に用いられる半
導体ウエハ５００は、ＣＺ（チョクラルスキー）方法で
製造されたものである。かかる半導体ウエハ５００は、
図８に示すように、７５０〜８５０℃の範囲内におい
て、最も半導体ウエハ５００内の酸素の析出量が多いの
で、７５０〜８５０℃での熱処理が長くなると、半導体
ウエハ５００の強度が低下する。この強度の低下は、熱
処理以降の工程での結晶欠陥の発生原因となり、やはり
半導体装置の歩留りが低下するという問題点がある。

【０００７】このため、縦型炉Ｂの処理室１００への出
し入れの際の熱応力に起因する結晶欠陥を低減するもの
として図９に示すような構造がある。これは、処理室１
００の内部に搬入された半導体ウエハ５００を取り囲む
ような保熱管４００を設置し、当該保熱管４００によっ
て処理室１００の内部を加熱した後、ボート３００を処
理室１００内に入れて半導体ウエハ５００の熱処理を行
う。この後、保熱管４００とボート３００とを同時に処
理室１００から搬出し、半導体ウエハ５００の温度が所
定温度以下になった場合に、保熱管４００をボート３０
０の周囲、すなわち半導体ウエハ５００の周囲から取り
除くのである（特開平４−２４３１２６号公報参照）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た特開平４−２４３１２６号公報記載のものには、以下
のような問題点がある。すなわち、保熱管を用いても、
処理室の開口部付近の温度と炉外の外気の温度との差
は、従来と同様に大きいため、結晶欠陥を完全になくす
ことはできない。また、保熱管が処理室内のガスの流れ
を乱したり、保熱管に付着したダストが半導体ウエハに
付着するという問題がある。さらに、半導体ウエハが搭
載されたボートを保熱管とともに処理室から引き出して
放置する場合、半導体ウエハが７５０〜８５０℃に保持
される時間も長くなるので、半導体ウエハの内部の酸素
の析出を抑えることができず、半導体ウエハの強度低下
に起因する結晶欠陥が発生するという問題もある。

【０００９】本発明は上記事情に鑑みて創案されたもの
で、熱応力に起因する結晶欠陥、半導体ウエハの強度の
低下に起因する結晶欠陥、酸素の析出に起因する結晶欠
陥が発生しないとともに、熱処理の際に用いられるガス
の流れを乱すことなく、ダストの影響を受けることがな
い半導体製造装置及びその制御方法を提供することを目
的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係る半導体
製造装置は半導体ウエハを熱処理する処理室と、この処
理室の外側に配置された加熱用のヒーターと、複数枚の
半導体ウエハを搭載して処理室に出し入れされるボート
と、前記処理室内にボートとは独立して出入れできる保
熱管とを具備しており、前記保熱管は前記ボートより大
きく、かつ処理室の内径より小さく、しかも処理室内に
入れられた状態で、ボートに搭載された半導体ウエハの
うち最も下方で搭載されたものより下に位置するように
構成されている。

【００１１】また、第２の発明に係る半導体製造装置の
制御方法は、処理室内に保熱管を入れ、当該保熱管で処
理室内を加熱する工程と、処理室内が所定の温度に加熱
されたならば、保熱管を処理室から出すとともに、半導
体ウエハを処理室内に搬入する工程と、半導体ウエハの
搬入完了後又は完了と同時に保熱管を処理室内に入れる
工程と、半導体ウエハを熱処理する工程と、熱処理の終
了後に保熱管の上端が処理室の出口から離れない位置ま
で処理室から出すとともに、半導体ウエハを保熱管の下
の位置まで引き出す工程とから構成されている。

【００１２】

【作用】まず、処理室内に保熱管を入れて処理室内を加
熱する。処理室内が所定の温度になったならば、保熱管
を処理室から出して半導体ウエハを処理室内に入れる。
その後、保熱管を処理室内に再び入れて半導体ウエハを
熱処理する。熱処理が終了したならば、保熱管をその上
端が処理室の出口から離れない位置まで出すとともに、
半導体ウエハを保熱管の下の位置まで引き出す。

【００１３】

【実施例】図１は第１の発明の実施例に係る半導体製造
装置の概略的構成図、図２〜図５は第２の発明の実施例
に係る半導体製造装置の制御方法を示す説明図である。
なお、従来のものと略同一の部品等には同一の符号を付
して説明を行う。

【００１４】本実施例に係る半導体製造装置は、半導体
ウエハ５００を熱処理する処理室１００と、この処理室
１００の外側に配置された加熱用のヒーター２００と、
複数枚の半導体ウエハ５００を搭載して処理室１００に
出し入れされるボート３００と、前記処理室１００内に
ボート３００とは独立して出入れできる保熱管４００と
を備えており、前記保熱管４００は前記ボート３００よ
り大きく、かつ処理室１００の内径より小さく、しかも
処理室１００内に入れられた状態で、ボート３００に搭
載された半導体ウエハ５００のうち最も下方で搭載され
たものより下に位置するように構成されている。

【００１５】処理室１００は、上部にガス導入口１１０
が、下部側面にガス排出口１２０がそれぞれ設けられて
おり、下方の開口部１３０から保熱管４００等を出入れ
することができるようになっている。また、当該処理室
１００の外側周囲には、処理室１００の内部を加熱する
ヒーター２００が配置されている。

【００１６】ガス導入口１１０からは、処理室１００の
内部に所望のガス、例えば酸素ガスや窒素ガスを導入す
るようになっている。一方、ガス排出口１２０からは導
入されたガスを排出するようになっている。

【００１７】ボート３００は、複数枚の半導体ウエハ５
００を同時に搭載するものであって、ボートローダー３
１０によって処理室１００に対して搬入、搬出されるよ
うになっている。

【００１８】一方、保熱管４００は、ウエハ３００の処
理室１００への出し入れの際の温度変動を緩和するもの
であって、保熱管ローダー４１０によって処理室１００
に対して出し入れされるようになっている。この保熱管
４００は、処理室１００の内径より小さく、かつボート
３００の外径より大きく設定されているので、ボート３
００は保熱管４００の内側を通過することができるよう
になっている。

【００１９】また、この保熱管４００は、処理室１００
に入れられた状態で、ボート３００において最も下方に
搭載されている半導体ウエハ５００より下に位置するよ
うに構成されている。

【００２０】次に、このように構成された半導体製造装
置の動作について説明する。まず、図２に示すように、
ガス導入口１１０から所望のガス、例えば酸素ガスや窒
素ガスを導入しつつ、ガス排出口１２０からガスを排出
している状態で、ヒータ２００によって処理室１００の
内部を所定の温度、例えば９５０℃に加熱する。処理室
１００の内部が所定の温度になったならば、開口部１３
０から保熱管４００を処理室１００の内部に入れる。

【００２１】保熱管４００を処理室１００の内部に入れ
たことによって処理室１００の内部の温度が所定の温
度、例えば６００℃にまで下がったならば、保熱管４０
０を処理室１００から出す。この際、図３に示すよう
に、保熱管４００の上端が処理室１００の開口部１３０
から離れないようにする。

【００２２】次に、複数枚の半導体ウエハ５００を搭載
したボート３００を処理室１００に入れる。ボート３０
０が処理室１００に入るのと同時か、或いは入った後に
保熱管４００を再び処理室１００の内部に入れる。この
状態では、図１に示すように、保熱管４００は、ボート
３００の最も下方に搭載されている半導体ウエハ５００
より下にあるようになっている。

【００２３】ここで、保熱管４００は、処理室１００の
外部に出ていたので、この時の温度は２００℃〜６００
℃になっている。従って、外気と保熱管４００の下端と
の温度差は、１８０℃〜５８０℃程度で、保熱管４００
の上端と処理室１００の開口部１３０との温度差は３５
０℃〜７００℃程度である。このため、半導体ウエハ５
００に熱応力に起因した結晶欠陥が発生するおそれはな
い。また、半導体ウエハ５００が７５０℃〜９００℃の
温度にさらされるのは、半導体ウエハ５００が処理室１
００の内部に入る１〜２分程度であるため、半導体ウエ
ハ５００内部での酸素析出は少ない。このため、酸素析
出に起因する半導体ウエハの強度の低下はない。

【００２４】さらに、保熱管４００はボート３００、す
なわち半導体ウエハ５００を取り囲んではいないので、
半導体ウエハ５００の周囲のガスの流れを乱すことはな
い。従って、半導体ウエハ５００には均一な酸化膜や拡
散層が形成される。その上、保熱管４００と半導体ウエ
ハ５００とが離れているために、保熱管４００に付着し
ているダストが半導体ウエハ５００に付着することもな
い。

【００２５】処理室１００を所望の温度、例えば１１０
０℃に加熱し、所望のガスを処理室１００に導入するこ
とによって処理が完了したならば、ガス導入口１１０か
ら酸素ガス又は窒素ガスを導入し、処理室１００内部の
ガスを置換する。この時、ガスの置換後にヒーター２０
０の温度を下げ処理室１００の温度は、例えば９５０℃
に低下する。この状態で、ボート３００と保熱管４００
とを同時に処理室１００から出す。

【００２６】保熱管４００の上端が処理室１００の開口
部１３０の位置にまで達したならば、保熱管４００を停
止させる。一方、ボート３００は停止させずにそのまま
処理室１００から出す（図５参照）。

【００２７】ボート３００を処理室１００から出す時、
保熱管４００の温度は２００℃〜６００℃になってお
り、外気と保熱管４００の下端との温度差は１８０℃〜
５８０℃程度で、保熱管４００の上端と処理室１００の
開口部１３０との温度差は３５０℃〜７００℃程度であ
るので、半導体ウエハ５００が処理室１００の外部に引
き出されることによって急冷されることはない。このた
め、半導体ウエハ５００には、熱応力に起因する結晶欠
陥は発生しない。また、半導体ウエハ５００が７５０℃
〜９００℃にさらされるのは、半導体ウエハまが処理室
１００から出る１〜２分程度での間であるので、半導体
ウエハ５００の内部での酸素析出は少なく、半導体ウエ
ハ５００の強度低下もない。

【００２８】

【発明の効果】本発明に係る半導体製造装置は、半導体
ウエハを熱処理する処理室と、この処理室の外側に配置
された加熱用のヒーターと、複数枚の半導体ウエハを搭
載して処理室に出し入れされるボートと、前記処理室内
にボートとは独立して出入れできる保熱管とを備えてお
り、前記保熱管は前記ボートより大きく、かつ処理室の
内径より小さく、しかも処理室内に入れられた状態で、
ボートに搭載された半導体ウエハのうち最も下方で搭載
されたものより下に位置するように構成されている。し
かも、この半導体製造装置は、処理室内に保熱管を入
れ、当該保熱管で処理室内を加熱する工程と、処理室内
が所定の温度に加熱されたならば、保熱管を処理室から
出すとともに、半導体ウエハを処理室内に搬入する工程
と、半導体ウエハの搬入完了後又は完了と同時に保熱管
を処理室内に入れる工程と、半導体ウエハを熱処理する
工程と、熱処理の終了後に保熱管の上端が処理室の開口
部から離れない位置まで処理室から出すとともに、半導
体ウエハを保熱管の下の位置まで引き出す工程とを経て
制御される。

【００２９】このため、半導体ウエハの急加熱、急冷が
なく、急加熱、急冷による熱応力に起因する結晶欠陥が
発生しない。また、半導体ウエハ内の酸素の析出を防止
することができるので、半導体ウエハの強度低下に起因
する結晶欠陥の発生がない。さらに、保熱管によるガス
の乱れがなく、保熱管に付着したダストの影響を受ける
こともない。従って、歩留りの高い半導体ウエハを製造
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明の実施例に係る半導体製造装置の概
略的構成図である。

【図２】第２の発明の実施例に係る半導体製造装置の制
御方法を示す説明図である。

【図３】第２の発明の実施例に係る半導体製造装置の制
御方法を示す説明図である。

【図４】第２の発明の実施例に係る半導体製造装置の制
御方法を示す説明図である。

【図５】第２の発明の実施例に係る半導体製造装置の制
御方法を示す説明図である。

【図６】従来の半導体製造装置の一例を示す概略的構成
図である。

【図７】従来の半導体製造装置の一例を示す概略的構成
図である。

【図８】半導体ウエハの温度と半導体ウエハからの酸素
の析出量との関係を示すグラフである。

【図９】従来の半導体製造装置の一例を示す概略的構成
図である。

【符号の説明】

１００ 処理室 ２００ ヒーター ３００ ボート ４００ 保熱管 ５００ 半導体ウエハ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体ウエハを熱処理する処理室と、こ
   の処理室の外側に配置された加熱用のヒーターと、複数
   枚の半導体ウエハを搭載して処理室に出し入れされるボ
   ートと、前記処理室内にボートとは独立して出入れでき
   る保熱管とを具備しており、前記保熱管は前記ボートよ
   り大きく、かつ処理室の内径より小さく、しかも処理室
   内に入れられた状態で、ボートに搭載された半導体ウエ
   ハのうち最も下方で搭載されたものより下に位置するこ
   とを特徴とする半導体製造装置。
2. 【請求項２】 処理室内に保熱管を入れ、当該保熱管で
   処理室内を加熱する工程と、処理室内が所定の温度に加
   熱されたならば、保熱管を処理室から出すとともに、半
   導体ウエハを処理室内に搬入する工程と、半導体ウエハ
   の搬入完了後又は完了と同時に保熱管を処理室内に入れ
   る工程と、半導体ウエハを熱処理する工程と、熱処理の
   終了後に保熱管の上端が処理室の開口部から離れない位
   置まで処理室から出すとともに、半導体ウエハを保熱管
   の下の位置まで引き出す工程とを具備したことを特徴と
   する半導体製造装置の制御方法。