JPH0779093B2

JPH0779093B2 - 半導体ウェハの熱処理方法

Info

Publication number: JPH0779093B2
Application number: JP62225524A
Authority: JP
Inventors: 亘大加瀬; 征史郎佐藤; 貞男丸地
Original assignee: 東京エレクトロン東北株式会社
Priority date: 1987-09-09
Filing date: 1987-09-09
Publication date: 1995-08-23
Anticipated expiration: 2010-08-23
Also published as: JPS6468921A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は半導体ウェハの熱処理方法に関する。

［従来の技術］半導体ウェハの熱をともなう処理には、縦型炉が多用さ
れるようになってきている。この一つには、縦型炉では
半導体ウェハを保持したボートとプロセスチューブとの
摩擦によるダクトの発生を比較的容易に防止できる機構
に構成できるためである。

ところで、近年、半導体デバイス例えばメモリでは256K
ビット、1Mビット、4Mビットというように短期間のうち
に高集積化が進んでいる。こうした高集積化に応じるよ
うに素子の微細化が進む過程で、例えば半導体ウェハ上
に形成される絶縁膜や導体膜の膜厚も従来の1000Åから
近年は200〜100Åへと薄くなってきている。他方、ウェ
ハを大気中（クリーンルーム内）に放置すると、25Å程
度の膜厚の自然酸化膜が成長する。この結果、形成しよ
うとする絶縁膜や導体膜の膜厚に対する自然酸化膜の膜
厚の割合は、従来は４％程度であったが、近年は12.5％
以上となり、半導体デバイスの高品質を維持できない状
況となっている。特に、高温のプロセスチューブ内に装
入され、搬出されるウェハでは常温と比較して自然酸化
膜の成長速度が速く、自然酸化膜の成長を制御すること
ができない。

そこで、半導体ウェハを極力大気中に露出させないよう
にするために、縦型熱処理炉の下方にN₂ガス雰囲気のボ
ックスを設置し、縦型熱処理炉への装入前及び縦型熱処
理炉からの搬出後に半導体ウェハの周囲を窒素雰囲気と
する方法が知られている。

［発明が解決しようとする問題点］しかし、N₂ボックスを用いる方法では、ボートに装着さ
れた多数のウェハ間の雰囲気を完全に窒素雰囲気にする
には、大量の窒素を用いなければならず、コストを上昇
させる原因となっていた。また、ボートエレベータ等の
駆動系をN₂ボックス内に設置しなければならないため、
駆動系からのダストの発生が問題となる。しかも、N₂ボ
ックス内でのウェハの移し替え操作は非常に煩雑にな
る。

本発明の目的は、不活性ガスの使用量を極力少なくし、
かつ自然酸化膜の成長を有効に抑制することができ、ま
た駆動系から発生するダストによる問題が少ない半導体
ウェハの熱処理方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］本発明の半導体ウェハの熱処理方法は、多数の半導体ウ
ェハを収容したボートを縦型熱処理炉のプロセスチュー
ブに装入して半導体ウェハの熱処理を行なうにあたり、空のボートをロードロックチューブで取り囲み、ロード
ロックチューブとともに空のボートを収納チューブ内に
装入する第１の装入工程と、収納チューブ及びロードロックチューブのそれぞれの内
部に非酸化性ガスを導入して空のボート及びロードロッ
クチューブを非酸化性ガス雰囲気中におく第１の露出工
程と、空のボートのみを収納チューブから搬出して半導体ウェ
ハをボートに収容する工程と、半導体ウェハを収容したボートを収納チューブ内のロー
ドロックチューブ内に装入する第２の装入工程と、収納チューブ及びロードロックチューブのそれぞれの内
部に非酸化性ガスを導入してウェハ収容ボート及びロー
ドロックチューブを非酸化性ガス雰囲気中におく第２の
露出工程と、ロードロックチューブとともにウェハ収容ボートを収納
チューブから搬出する工程と、プロセスチューブ内に非酸化性ガスを導入しながらロー
ドロックチューブとともにウェハ収容ボートをプロセス
チューブ内に装入する第３の装入工程と、プロセスチューブ内にプロセスガスを導入してウェハを
熱処理する工程と、を有することを特徴とする。

この場合にさらに、第２の露出工程において、収納チュ
ーブの非酸化性ガス雰囲気中でウェハを予備加熱するこ
とが望ましい。

［作用］本発明方法によれば、第１の露出工程で空のボート及び
ロードロックチューブを非酸化性ガス雰囲気中に所定時
間さらすため、これらの内部に大気が残留せず、しかも
これら部材の表面に吸着した酸素ガス分子も除去され、
ウェハをカセットからボートに移し替えるときまでウェ
ハ周囲の酸素ガス存在量をほとんど無くすことができ、
自然酸化膜の生成が阻止される。また、ロードロックチ
ューブによってウェハ周囲の空間を狭く規定しているの
で、第１及び第２の露出工程ならびに第３の装入工程に
おける非酸化性ガスの消費量が節減され、従来よりも非
酸化性ガスの消費量が少なくなる。また、ボートの駆動
系はロードロックチューブの外側にあるので、駆動系で
発生したダストやパーティクルによってウェハが汚染さ
れなくなる。さらに、ウェハの移し替え時においてロー
ドロックチューブのみを専用の収納チューブ内に収納し
ておけば、ロードロックチューブはウェハの移し替えの
邪魔にならない。

［実施例］以下、本発明の実施例を第１図（ａ）〜（ｄ）を参照し
て説明する。

第１図（ａ）〜（ｄ）において、クリーンルームの周囲
には還気空間１が設けられており、還気空間１からはHE
PAフィルタ２を通して空気が流される。クリーンルーム
内のメンテナンスルーム３の上部には、縦型熱処理炉10
及びこれに隣接してロードロックチューブ用の収納ボッ
クス20が設けられている。

上記縦型熱処理炉10は、概略的には、上端にプロセスガ
スの導入口11aが設けられ、下端が開放された石英ガラ
ス製のプロセスチューブ11の周囲にヒータ12を設置し、
更に断熱材13で包囲した構造を有している。なお、断熱
材13の周囲には図示しない冷却管等が設けられている。
上記縦型熱処理炉10の下端部には、側面に排気口14aを
有するスカベンジャ14が設置され、その上部にはオート
シャッター15、下部にはオートドア16がそれぞれ設けら
れている。上記オートシャッター15には排気口15aが設
けられている。また、上記スカベンジャ14内には、後記
するロードロックチューブに設けられた排気口に接続さ
れる、スライド可能な排気ノズル17（第１図（ｄ）図
示）が設けられている。

上記収納ボックス20内には、上端にN₂ガスの導入口21
a、21bが設けられた収納チューブ21が設置され、収納ボ
ックス20と収納チューブ21との間には予熱ヒータ22及び
図示しない冷却管が設けられている。上記収納ボックス
20の下端部には、側面に排気口23aを有するスカベンジ
ャ23が設置され、その下部にはオートドア24が設けられ
ている。上記スカベンジャ23内には、後記するロードロ
ックチューブに設けられた突起部を係止するための、ス
ライド可能なクランプ25（第１図（ｂ）図示）が設けら
れている。

一方、メンテナンスルーム３の下部には、第１図
（ｂ）、（ｃ）に示す如く回動及び昇降可能なボートエ
レベータ30が設けられている。このボートエレベータ30
上には、回転機構31、保温筒支持部32及び保温筒33が順
次同心的に載置され、保温筒33上にウェハボート34が立
設される。上記回転機構31内部にはモータ、ベルト等が
設けられ、モータの回転に連動して保温筒支持部32及び
保温筒33の中心部、並びにウェハボート34が回転するよ
うになっている。上記保温筒支持部32の下部にはN₂ガス
の導入口32aが第１図（ｃ）の如く設けられ、この導入
口32aから導入されたN₂ガスは保温筒支持部32及び保温
筒33の内部を通り、ウェハボート34の周囲に下方から上
方へ流入される。また、上記保温筒支持部32上には保温
筒33及びウェハボート34を包囲するようにロードロック
チューブ35が設置される。このロードロックチューブ35
の下部には、N₂ガスの排気口35aが設けられている。

本発明方法による半導体ウェハの熱処理は以下のように
して行なわれる。

まず、スタート前の状態を説明する。第１図（ｂ）に示
すように、保温筒33上にウェハボート34（ウェハ未装
着）を立設してその周囲にロードロックチューブ35を第
１図（ｃ）の如く設置し、ボートエレベータ30を上昇さ
せて第１図（ａ）の如く収納チューブ21内に収納してお
く（第１の装入工程）。そして、収納チューブ21上方の
導入口21aからロードロックチューブ35内へ、導入口21b
から収納チューブ21とロードロックチューブ35との間
へ、非酸化性ガス例えば１/minの流量でN₂ガスを導入
する（第１の露出工程）。一方、縦型熱処理炉10側で
は、スカベンジャ14のオートシャッター15及びオートド
ア16を閉じ、プロセスチューブ11上方の導入口11aから
不活性ガス例えば１/minの流量でN₂ガスを流して待機
する。

次に、ウェハ移し替え時、収納チューブ21の導入口21a
及び21bからの窒素ガス流量を例えば１/minから5l/mi
nに増加して１〜２分経過した後、第１図（ｂ）に示す
ように、ロードロックチューブ35をクランプ25で固定
し、ボートエレベータ30によりウェハボート34をスカベ
ンジャ23下方の定位置まで下降させる。その後、オート
ドア24を閉じ、収納チューブ21の導入口21a及び21bから
の窒素ガス流量を例えば１/minまで減少させる。図示
しないウェハキャリアからウェハ40を取り出し、これを
ボート34に収容する（ウェハ収容工程）。

その後、収納チューブ21の導入口21a及び21bからの窒素
ガス流量を再び例えば１/minから５〜10l/minに増加
して１〜２分経過した後、オートドア24を開き、ボート
エレベータ30を上昇させて、ウェハ40を収容したボート
34を収納ボックス20内のロードロックチューブ35内に装
入する（第２の装入工程）。つづいて、保温筒支持部32
の導入口32aから非酸化性ガス例えば５〜10l/minの流量
でN₂ガスを導入する（第２の露出工程）。また、予熱ヒ
ータ22により収納ボックス20内でウェハ40を予熱する
（予熱工程）。この状態は、ウェハボート34にウェハ40
が装着されている以外は第１図（ａ）とほぼ同様であ
る。

次に、ウェハボート34を縦型熱処理炉10の下方へ移動す
るまでの過程を第１図（ｃ）を参照して説明する。第１
図（ａ）の状態で、保温筒支持部32の導入口32aから不
活性ガス例えばN₂ガスをウェハボート34の周囲に流しつ
づけながら、クランプ25を解除し、ボートエレベータ30
によりウェハボート34をその周囲にロードロックチュー
ブ35を設置した状態でスカベンジャ23下方の定位置まで
第１図（ｃ）の如く下降させる（搬出工程）。つづい
て、スカベンジャ23内のオートドア24を閉じ、収納チュ
ーブ21の導入口21a及び21bからの窒素ガス流量を例えば
１/minまで減少させる。つづいて、ボートエレベータ
30をスイングさせ、ウェハボート34及びロードロックチ
ューブ35をプロセスチューブ11の下方に定位置へ移動さ
せる。

次に、プロセス時の定常状態を第１図（ｄ）を参照して
説明する。第１図（ｃ）の状態で、プロッセスチューブ
11上方の導入口11aからのN₂ガスの流量を例えば５〜10l
/minに増加し、ボートエレベータ30を上昇させながらス
カベンジャ14内のオートドア16及びオートシャッタ15を
順次開き、第１図（ｄ）に示すように、ウェハ40を収容
したボート34とともにロードロックチューブ35をプロセ
スチューブ11内に装入する（第３の装入工程）。この
際、ロードロックチューブ34の上端位置がプロセスチュ
ーブ11下端位置に達した時点で、保温筒支持部32a及び
プロセスチューブ11の導入口11aからの窒素ガス流量を
２〜3l/minに減少する。ウェハボート34及びロードロッ
クチューブ35がプロセスチューブ11内の定位置に設置さ
れた後、保温筒支持部32の導入口32aからの窒素ガス導
入を中止し、排気ノズル17をロードロックチューブ35の
排気口35aにセットする。そして、プロセス開始前にプ
ロセスチューブ11内を所定圧力に設定する。

その後、プロセスチューブ11を所定温度に設定し、導入
口11aから所定の反応ガスを導入してプロセスを開始す
る（熱処理工程）。

プロセス終了後の動作は上述した説明と逆の動作である
ので、以下簡単に説明する。まず、プロセスチューブ11
の導入口11a及び保温筒支持部32の導入口32aからN₂ガス
の導入を再開し、ウェハ40の雰囲気がN₂ガス雰囲気にな
った後、排気ノズル17をロードロックチューブ35の排気
口35aからはずす。その後、ボートエレベータ30を下降
させ、スカベンジャ14内のオートシャッター15及びオー
トドア16を順次閉じる。次に、ボートエレベータ30をス
イングさせ、ウェハボート34及びロードロックチューブ
35を収納ボックス20下方の定位置に移動させる。つづい
て、ボートエレベータ30を上昇させながら、スカベンジ
ャ23内のオートドア24を開き、定位置まで上昇させた
後、クランプ25でロードロックチューブ35を固定する。
急冷が必要な時は、この状態で図示しない冷却管に冷却
水等を流して必要温度になるまで保持する。次いで、ボ
ートエレベータ30によりウェハボート34をスカベンジャ
23下方の定位置まで下降させた後、オートドア24を閉
じ、ウェハボート34から図示しないウェハキャリアへウ
ェハ40を移し替え、新たにウェハキャリアからウェハボ
ート34へウェハ40を移し替えて装着する。以後、第１図
（ｂ）以降の工程を繰返す。

上記のような方法によれば、第１図（ｂ）及び（ｃ）に
ついて説明したように、熱処理プロセスの前後に、半導
体ウェハ40を装着したウェハボート34の周囲をロードロ
ックチューブ35で包囲した状態でロードロックチューブ
35内に不活性ガスであるN₂ガスを導入し、容積の小さい
領域をN₂ガス雰囲気とすればよいので、従来の方法のよ
うにN₂ボックスを用いる場合よりもN₂ガスの使用量が少
なくても、ウェハ40表面での自然酸化膜の成長を効果的
に抑制することができる。また、ボートエレベータ30は
ロードロックチューブ35の外側にあるので、駆動系でダ
ストが発生したとしても、ロードロックチューブ35内の
ウェハ40への影響はない。更に、第１図（ｂ）に示すウ
ェハ40の移し替え時に、ロードロックチューブ35を収納
ボックス20に収納しているので、ウェハ40の移し替えが
困難になることはない。

本発明の熱処理方法は半導体ウェハの焼付け、加熱、拡
散、酸化、成膜など熱を伴う処理において好適である。
なお、上記実施例では原料ガスを上方から導入した例に
ついて説明したが、下方から導入してもよい。

［発明の効果］本発明方法によれば、第１の露出工程で空のボート及び
ロードロックチューブを非酸化性ガス雰囲気中に所定時
間さらすため、これらの内部に大気が残留せず、しかも
これら部材の表面に吸着した酸素ガス分子も除去され、
ウェハをカセットからボートに移し替えるときまでのウ
ェハ周囲の酸素ガス存在量をほとんど無くすことがで
き、自然酸化膜の生成が阻止される。

また、ロードロックチューブによってウェハ周囲の空間
を狭く規定しているので、第１及び第２の露出工程なら
びに第３の装入工程における非酸化性ガスの消費量が節
減され、従来よりも非酸化性ガスの消費量が少なくな
る。

また、ボートの駆動系はロードロックチューブの外側に
あるので、駆動系で発生したダストやパーティクルによ
ってウェハが汚染されなくなる。

さらに、ウェハの移し替え時においてロードロックチュ
ーブのみを専用の収納チューブ内に収納しておけば、ロ
ードロックチューブはウェハの移し替えの邪魔にならな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施例における半導体
ウェハの熱処理方法を示す説明図である。１…還気空間、２…HEPAフィルタ、３…メンテナンスル
ーム、10…縦型熱処理炉、11…プロセスチューブ、12…
ヒータ、13…断熱材、14…スカベンジャ、15…オートシ
ャッター、16…オートドア、17…排気ノズル、20…収納
ボックス、21…収納チューブ、22…予熱ヒータ、23…ス
カベンジャ、24…オートドア、25…クランプ、30…ボー
トエレベータ、31…回転機構、32…保温筒支持部、33…
保温筒、34…ウェハボート、35…ロードロックチュー
ブ、40…半導体ウェハ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭62−140413（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−128524（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−35671（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−190949（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多数の半導体ウェハを収容したボートを縦
型熱処理炉のプロセスチューブに装入して半導体ウェハ
の熱処理を行なうにあたり、空のボートをロードロックチューブで取り囲み、ロード
ロックチューブとともに空のボートを収納チューブ内に
装入する第１の装入工程と、収納チューブ及びロードロックチューブのそれぞれの内
部に非酸化性ガスを導入して空のボート及びロードロッ
クチューブを非酸化性ガス雰囲気中におく第１の露出工
程と、空のボートのみを収納チューブから搬出して半導体ウェ
ハをボートに収容する工程と、半導体ウェハを収容したボートを収納チューブ内のロー
ドロックチューブ内に装入する第２の装入工程と、収納チューブ及びロードロックチューブのそれぞれの内
部に非酸化性ガスを導入してウェハ収容ボート及びロー
ドロックチューブを非酸化性ガス雰囲気中におく第２の
露出工程と、ロードロックチューブとともにウェハ収容ボートを収納
チューブから搬出する工程と、プロセスチューブ内に非酸化性ガスを導入しながらロー
ドロックチューブとともにウェハ収容ボートをプロセス
チューブ内に装入する第３の装入工程と、プロセスチューブ内にプロセスガスを導入してウェハを
熱処理する工程と、を有することを特徴とする半導体ウェハの熱処理方法。
【請求項２】さらに、第２の露出工程において、収納チ
ューブの非酸化性ガス雰囲気中でウェハを予備加熱する
ことを特徴とする請求項１記載の半導体ウェハの熱処理
方法。