JPH0758045A

JPH0758045A - 横形熱処理装置

Info

Publication number: JPH0758045A
Application number: JP21913293A
Authority: JP
Inventors: Misao Ebihara; 操海老原
Original assignee: Tokyo Electron Ltd; Tokyo Electron Tohoku Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd; Tokyo Electron Tohoku Ltd
Priority date: 1993-08-11
Filing date: 1993-08-11
Publication date: 1995-03-03

Abstract

(57)【要約】【目的】処理容器内の処理ガス濃度を略均一化するこ
とができる横形熱処理装置を提供する。【構成】水平方向に設置された処理容器２内に、被処
理体ボート６上に載置した被処理体Ｗを収容して処理ガ
スを供給しつつ熱処理を行う横形熱処理装置において、
上記処理容器内に沿って処理ガス導入ノズル４０を設け
ると共にこのノズルに多数のガス噴出孔４８を形成す
る。そして、この導入ノズルに沿って処理ガスを流して
ガス噴出孔より処理ガスを噴出させることによりガス導
入側と反対側のローディング側にも十分に処理ガスを供
給し、処理容器内の長さ方向におけるガス濃度差を抑制
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウエハ等に熱処
理を施す横形熱処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体ウエハの如き被処理体に
均熱状態において熱処理を施して、この表面に薄膜を形
成したり熱拡散を行ったりする装置として熱処理装置が
用いられており、この熱処理装置としては、同一スペー
スへ反応管を多段に積み重ねることによって量産化を図
ることができる横形熱処理装置と、大口径化ウエハに対
応することができる縦形熱処理装置が主に知られてい
る。

【０００３】例えば横形熱処理装置を例に取って説明す
ると、図５に示すように従来の熱処理装置は石英製の処
理容器２を水平方向に設置すると共にその外周に沿って
ヒータ部４を設けて構成されている。この処理容器２内
には、ウエハボート６上に所定のピッチで多数枚起立さ
せて配列された半導体ウエハＷが収容されており、処理
容器２の一端に設けたガス導入口８から処理ガスを供給
しつつ所定の熱処理、例えばリン（Ｐ）の拡散導入等を
行うようになっている。

【０００４】ところで、処理ガスを処理容器２内へ導入
すると、加熱された容器内雰囲気による熱対流により処
理ガスが容器内の上部側へ偏って流れる傾向にあり、ま
た、ガス流の上流側におけるウエハが多量の処理ガスと
接触することからウエハ面内及び面間における熱処理に
不均一が生じることになる。そのために、半導体ウエハ
Ｗよりも処理ガス流の上流側にウエハと同様な円形状の
複数枚の石英ダミー板８を設け、ガス導入口９より導入
した処理ガスをこの石英ダミー板８に当接させることに
よりガスの流れを整流化して後流に流し、各ウエハＷに
対するガスの廻り込みを均等化するようになっている。

【０００５】また、図６に示す従来装置にあっては、ガ
ス導入管１０を処理容器２内に挿入させると共にその先
端に処理容器２の内径よりも僅かに小さくなされた直径
を有す椀状の石英製バッファ１２を取り付け、ガス導入
管１０の先端近傍に設けたスリット状のガス放出口１４
より放出した処理ガスを石英製バッファ１２の内面に沿
わせてその周縁部に流し、この周縁部から流速を落とし
て後流側のウエハＷに対して均等に処理ガスを流すよう
になっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来構造の装置にあっては、石英ダミー板８や
石英製バッファ１２を設けたとはいえ処理容器２内の上
流側から下流側へ処理ガスが流れるに従ってその濃度の
減少の度合いが比較的大きく、ガス導入側と反対のロー
ディング側のウエハ領域に廻り込むガス量が少なくなっ
てしまい、熱処理の面間均一性及び面内均一性を十分に
高く維持することができないという問題点が発生してい
た。

【０００７】特に、リン拡散処理を行う場合には、液体
ＰＯＣｌ₃ をバブリングして蒸気化して処理容器２内へ
導入することから、ドライガスと異なって比較的重量が
重く、このためガス導入側のウエハ領域には十分にガス
が廻り込むが反対側のローディング側のウエハ領域への
ガスの廻り込みがかなり少なくなってしまう。このよう
な現象は、ウエハ面上に高抵抗の拡散層を形成するため
にＰＯＣｌ₃ の供給ガス量を減らす必要がある場合には
特に顕著に表れるという問題があった。このような問題
点を解決するために、ウエハピッチを大きくすることも
考えられるが、この場合にはスループットが低下するこ
とから現実的ではない。

【０００８】本発明は、以上のような問題点に着目し、
これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明
の目的は、処理ガス導入ノズルを処理容器内に沿って設
けることにより容器内の処理ガス濃度を略均一化するこ
とができる横形熱処理装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために、水平方向に設置された処理容器内に、
被処理体ボート上に所定のピッチで載置した被処理体を
収容して、前記被処理体内に処理ガスを導入しつつ熱処
理を行う横形熱処理装置において、前記処理容器内へ処
理ガスを導入するために前記処理容器の長さ方向に沿っ
て処理ガス導入ノズルを設けると共にこの処理ガス導入
ノズルに沿って多数のガス噴出孔を形成するように構成
したものである。

【００１０】

【作用】本発明は、以上のように構成されたので、処理
容器の長手方向に沿って挿入された処理ガス導入ノズル
に沿って処理ガスが流れ、その途中において各ガス噴出
口から被処理体の領域に向けて処理ガスが噴出されるこ
とになる。従って、ガス導入側の被処理体領域からその
反対側である被処理体ローディング側の被処理体領域ま
で十分に処理ガスを供給することができ、熱処理の面間
及び面内均一性を向上させることが可能となる。

【００１１】

【実施例】以下に、本発明に係る横形熱処理装置の一実
施例を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明に係
る横形熱処理装置の一例を示す平面断面図、図２は図１
に示す装置の横断面図、図３は図１に示す装置に用いる
処理ガス導入ノズルを示す平面図である。尚、従来装置
と同一部分については同一符号を付す。

【００１２】図示するようにこの横形熱処理装置１６
は、耐熱材料、例えば石英により円筒状に成形されて、
一端部が閉鎖されて他端部が開放された処理容器２を有
しており、この処理容器２は水平方向に横置きされる。
この処理容器２内には、石英よりなる被処理体ボート、
例えばウエハボート６に多数枚、例えば１７０枚程起立
させて等ピッチで配列された被処理体、例えば半導体ウ
エハＷが収容されている。このウエハボート６は図２に
示すようにウエハの配列方向に沿って設けられた１対の
円柱状の支持棒１６、１６と１対の角柱状の支持棒１
８、１８を有し、各支持棒に等ピッチでウエハ収容溝２
０を形成することによりウエハＷの下部周縁部を４点で
収容支持するようになっている。

【００１３】円柱状の各支持棒１６、１６には適当数の
脚部２２が設けられると共に対向する脚部２２間には上
記角柱状の支持棒１８、１８を保持する保持棒２４が掛
け渡されている。そして、この保持棒２４の下部をボー
トフォーク２６により支えることによりウエハボート６
全体を処理容器２内に対して、ロード・アンロードでき
るように構成されている。

【００１４】上記処理容器２の外周には例えばＳｉＣ
（炭化シリコン）よりなる円筒体状の均熱管２８が同軸
状に配置されると共にこの均熱管２８の更に外周には断
熱材３０に囲まれたヒータ部４が同軸状に巻回させて設
けられており、処理容器２の全体を加熱するようになっ
ている。均熱管２８は、ウエハ領域よりもある程度、長
く設定され、ヒータ部４は均熱管２８よりも更に長く設
定されている。このヒータ部４は図示されていないが長
さ方向に複数、例えば３つの加熱ゾーンに分割されて、
個別に制御可能になされている。

【００１５】上記処理容器２の開放端には、例えば石英
よりなるキャップ部３２が開閉可能に設けられると共に
このキャップ部３２の容器内側には、石英よりなる円板
状のシャッター板３４が取り付けられる。そして、この
キャップ部３２及びシャッター板３４の中心部には、こ
れを貫通させてガス排気管３５が接続されており、この
ガス排気管３５には容器内のガスを排出する排気ポンプ
（図示せず）が接続されている。一方、上記ウエハボー
ト６を搬送するボート搬送機構３６は、処理容器２の開
放端側に設けられ、ボートフォーク２６をボートスクリ
ュー３８によって処理容器２の長さ方向へ移動可能とし
ており、また、この機構全体は図示しない昇降機構によ
り上下方向へ僅かに昇降可能になされている。

【００１６】このように構成される処理容器２の一端閉
塞側からは本発明の特長とする例えば石英製の処理ガス
導入ノズル４０が処理容器２の長手方向に沿って挿入さ
れており、この基端部は処理容器２の端部に形成した取
付管４２に挿通させて例えばテフロン製のコネクタ４４
を介して気密に取り付け固定され、その本体部分は容器
内壁より突出させた石英製の支持部材４６により保持さ
れている（図２参照）。この導入ノズル４０の直径は約
１０ｍｍに設定されると共にこの導入ノズル４０には図
３にも示すようにその長さ方向に沿って所定の一定のピ
ッチＬ１でもって多数のガス噴出孔４８が設けられてお
り、このノズル４０内を流れる処理ガスを、ガス噴出孔
４８から処理容器２内へ噴出するように構成される。こ
の噴出孔４８のピッチＬ１は、ウエハＷのピッチと略同
一になるように設定されており、それらの位置関係は図
３に示すように噴出孔４８が２枚のウエハ間に位置する
ように設定され、ウエハ間に効率的に処理ガスを供給す
るようになっている。

【００１７】この導入ノズル４０は、ウエハボート６の
処理容器２内へのロード・アンロード時における干渉を
避けるために処理容器内の上部ではなく、処理容器２内
の内壁の側部近傍に設けられており、しかもガス噴出孔
４８の噴出方向５０は、起立されているウエハＷの中心
に対して斜め上方向、例えばウエハＷの接線方向に設定
するのが好ましい。この場合、噴出方向５０が、垂直方
向と形成する角度θは、ウエハＷ及び処理容器２の直径
にもよるが約３０度程度に設定される。また、噴出方向
５０を斜め上方向ではなく、仮想線矢印５２に示すよう
に例えば垂直方向となす角度が約３０度程度になるよう
に斜め下方向に設定してウエハの接線方向へガスを噴出
するようにしてもよい。このようにガスの噴出方向を斜
め上方向或いは斜め下方向へ設定することにより、噴出
ガスは容器内を横断面内へ循環し、ウエハ全面に渡って
処理ガスを効率的に供給することが可能となる。

【００１８】本実施例においては、処理容器２の全長が
約２４００ｍｍ程度に設定されるに対してウエハ領域の
長さＬ２は約９００ｍｍに設定され、均熱管２８の長さ
はこれより少し大きく１０００ｍｍ程度に設定される。
また、ガス噴出孔４８のピッチＬ１及びウエハピッチは
前述のようにともに約４．８ｍｍ程度に同一に設定され
る。また、各ガス噴出孔３４の直径Ｌ３は約０．５ｍｍ
程度に設定される。更に、ガス噴出孔３４の形成エリア
は、ウエハ領域の両端部よりそれぞれウエハを５枚設置
するに必要とする長さ分だけ長く形成されており、ウエ
ハＷに対するガス供給量の均一性を保証している。

【００１９】この処理ガス導入ノズル４０は、ガス供給
管５２を介して処理ガスとして例えば気化ＰＯＣｌ₃ を
発生させる処理ガス発生機構５４へ接続される。この処
理ガス発生機構５４は、加熱ヒータ５６上に載置された
ガス発生容器５８を有しており、この容器５８内にガス
源６０として例えば液体のＰＯＣｌ₃ を貯留して加熱し
つつこれに不活性ガス、例えばＮ₂ をバブリングにより
供給することにより気化ＰＯＣｌ₃ を処理容器２内へ供
給するようになっている。また、上記処理容器２内に
は、その長さ方向に沿って熱電対挿入管６２が挿入され
ており、この中に加熱ゾーン数に対応した熱電対（図示
せず）を配置してウエハの温度制御を行うように構成さ
れている。

【００２０】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について説明する。まず、処理容器２内のキャップ
部３２を取り外して処理容器２を開放させた状態で、多
数、例えば１７０枚程度の半導体ウエハＷが所定の等ピ
ッチで起立させて載置したウエハボート６をボート搬送
機構１６のボートフォーク２６で片持ち支持し、処理容
器２内へローディングし、この開口部をキャップ部３２
により閉塞する。そして、ヒータ部４を駆動することに
より均熱管２８を介してウエハ領域を所定のプロセス温
度、例えば９２０度まで昇温して安定化させ、処理容器
２内へ処理ガス導入ノズル４０から処理ガスを導入しつ
つ常圧にて熱処理、例えばリン拡散を行う。

【００２１】ここで処理ガスを発生させるためには処理
ガス発生機構５４のガス発生器５８内に貯めた液体ＰＯ
Ｃｌ₃ を加熱しつつ窒素ガスによりバブリングすること
によりＰＯＣｌ₃ が気化され、これがガス供給管５２を
介して処理ガス導入ノズル４０へ供給される。この気化
ＰＯＣｌ₃ はノズル４０内をその長手方向へ流下しつつ
各ガス噴出孔４８から処理容器２内のウエハ領域に向け
て噴出される。この場合のプロセス条件は、例えばＮ₂
ガスは１０〜２８リットル／分の流量で、ＰＯＣｌ₃ は
１２０〜２５０ｍｇ／分の供給量である。また、ガス供
給管５２内のガス圧は例えば１ｋｇ重／ｃｍ² よりも少
し大き目に設定される。

【００２２】ノズル４０に設けた各ガス噴出孔４８から
噴出されたガスは図２に示すようにウエハ中心に対して
斜め上方向或いは斜め下方向、より具体的にはウエハＷ
の接線方向へ放出されることから処理容器２内の横断面
内へ循環することになり、ウエハ面内において略均一に
処理ガスと接触することになる。従って、ウエハ面内の
熱処理の均一性を向上させることが可能となる。また、
各ガス噴出孔４８の形成位置は、隣り合う２枚のウエハ
間の略中央部に位置されているので、噴出される処理ガ
スはウエハ間に効率的に供給され、ウエハ面内における
熱処理の均一性を一層向上させることができる。

【００２３】また、ウエハ領域全域以上をカバーする長
さの処理ガス導入ノズル４０を用いているので、ガス導
入側とは反対側のウエハローディング側のウエハに処理
ガス濃度をほとんど低下させることなく十分な量の処理
ガスを供給して廻り込ませることができる。従って、ウ
エハ面間における熱処理の均一性を大幅に向上させるこ
とができる。特に、ガス噴出孔４８の形成領域をウエハ
領域以上に拡大して設けてあるのでウエハ領域の両端部
に位置するウエハに悪影響を与えることなく他の領域の
ウエハと同等の十分な量の処理ガスを供給することがで
きる。

【００２４】従って、例えばウエハ表面に高抵抗のリン
拡散層を形成するために供給ガス量を減らした場合にあ
ってもガス導入側とは反対側のローディング側に位置す
るウエハにも十分な量の処理ガスを廻り込ませることが
でき、熱処理の面間均一性を確実に高く維持することが
できる。図４に示すように処理ガス導入ノズル４０から
の処理ガス噴出方向をウエハ中心に対して斜め下方向に
向けてシュミレーションを行った結果、図４中の矢印に
示すように処理ガスは処理容器２の横断面内を循環して
ウエハＷ表面全域に渡って略均等に接触することが判明
した。この時のウエハ表面における熱処理結果を従来装
置の場合の結果とともに表１に示す。

【００２５】

【表１】

【００２６】尚、表１中においてウエハ番号はガス導入
側からウエハローディング側に向けて付した番号であ
り、例えば全部で１７０枚設けられる。表１から明らか
なようにＰＯＣｌ₃ 濃度に関しては従来装置の場合には
最大濃度が５．８８であって最小濃度が４．０５とな
り、その差は１．８３であるに対し、本実施例の場合は
最大濃度が６．１８であって最小濃度が４．７８とな
り、その差は僅かに１．４０である。このように本実施
例の場合にはウエハ面間方向におけるＰＯＣｌ₃ の濃度
差を小さくすることができ、しかも全体的に濃度も高く
維持することができるので、ウエハローディング側にも
十分な量の処理ガスを廻り込ませることができることが
判明した。このような状況においてウエハ表面のＰ濃度
を測定したところ、面間均一性に関しては従来装置の場
合は１８．４％であるのに対して本実施例の場合は１
３．８％であり、約２５％も改善できることが判明し
た。

【００２７】また、Ｐ濃度の面内均一性に関しては、最
大値及び最小値ともに従来装置の場合よりも本実施例の
場合の方が値が低く、良好な結果を示していることが判
明した。尚、以上の実施例においては、処理ガス導入ノ
ズル４０を処理容器２内の側部近傍に設ける場合につい
て説明したが、これに限定されず、処理容器内ならばど
の位置でもよく、例えば処理容器内の上部に適当なスペ
ースがあるならばここにノズル４０を配置してもよい。
この場合にはガス噴出方向は図２において右斜め下方向
或いは左斜め下方向に設定して処理ガスを循環させるの
が好ましい。

【００２８】また、ガス噴出孔４８を等ピッチで導入ノ
ズル４０に設けるようにしたが、これに限定されること
なく、例えば不等ピッチで多数設けるようにしてもよ
い。更には、本発明は、熱処理としてリン拡散を行う場
合のみならず、他の不純物、例えばＢ（ボロン）、Ａｓ
（ヒ素）等の熱拡散や他の処理ガスを使用する熱処理に
も適用し得るのは勿論である。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の横形熱処
理装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮する
ことができる。処理容器の長さ方向に沿って処理ガス導
入ノズルを設けて、これに形成した多数のガス噴出孔よ
り処理ガスを噴出させるようにしたので、ガス導入側と
被処理体のローディング側におけるガス濃度の差を抑制
することができ、被処理体の全域に渡って略均一な濃度
の処理ガスを供給することができる。従って、熱処理の
面内均一性のみならず面間均一性を大幅に向上させるこ
とができ、希薄処理ガスを使用してもガス流の下流側に
おける処理ガスの廻り込みを良好にして全体に渡って良
好な熱処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る横形熱処理装置の一例を示す平面
断面図である。

【図２】図１に示す装置の横断面図である。

【図３】図１に示す装置に用いる処理ガス導入ノズルを
示す平面図である。

【図４】本発明の装置内における処理ガスの流れを示す
図である。

【図５】従来の横形熱処理装置の一部を示す部分断面図
である。

【図６】従来の他の横形熱処理装置の一部を示す部分断
面図である。

【符号の説明】

２処理容器４ヒータ部６ウエハボート（被処理体ボート）２６ボートフォーク２８均熱管３２キャップ部３６ボート搬送機構４０処理ガス導入ノズル４２取付管４８ガス噴出孔５０噴出方向５４処理ガス発生機構Ｗ半導体ウエハ（被処理体）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水平方向に設置された処理容器内に、被
処理体ボート上に所定のピッチで載置した被処理体を収
容して、前記被処理体内に処理ガスを導入しつつ熱処理
を行う横形熱処理装置において、前記処理容器内へ処理
ガスを導入するために前記処理容器の長さ方向に沿って
処理ガス導入ノズルを設けると共にこの処理ガス導入ノ
ズルに沿って多数のガス噴出孔を形成するように構成し
たことを特徴とする横形熱処理装置。
【請求項２】前記処理ガス導入ノズルは、前記処理容
器内の側部近傍に位置されると共に前記ガス噴出孔の噴
出方向は前記被処理体に対して略斜め上方向または斜め
下方向に向けられていることを特徴とする請求項１記載
の横形熱処理装置。