JPS58220423A - 半導体基板の連続熱処理方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体装置の製造過程に必要とされる熱処理を
連続して行う方法およびその装置に関するものである。

さらに詳しくは炉内を連続して移送中の半導体基板（ウ
ェハ）に対してリンやほう素などの不純物拡散を行なっ
たり、またすでにイオン打込み法により不純物拡散のな
されたシリコンウェハに対して結晶欠陥除去のためのア
ニーリングを行なったり、さらにシリコンウェハ面上に
化学気相生成法により薄膜を成長させる場合等の熱処理
方法および装置に関するものである。

従来このような場合には、コイル状の抵抗線ヒータを使
った加熱炉や、高周波の誘導加熱炉もしくは赤外線ラン
プを用いた加熱炉内部に置かれたグラファイトや石英な
どの支持台の上に置かれたシリコンウェハを加熱し、一
方では加熱炉を密閉して不活性ガスを充満するか、もし
くは必要量の反応ガスを導入して熱処理を行なっていた
。このような方法ではグラファイトや石英などの支持台
は熱容量が大きく、かつバッチ処理のために１回の熱処
理に１時間程度の時間を必要としていた。

また炉内へのウェハの出し入れに伴うウェハの保持、搬
送、着脱などのいわゆるウェハのハンドリングは人手に
よるか、もしくは機械的なウェハ着脱機として同期運転
するウェハの運搬腕またはベルトコンベヤなど複雑な機
構の装置が必要であった。

さらに大きな問題はウェハ支持装置を介しての熱の伝導
があるために、ウェハの表面および裏面での温度差が生
じ、ウェハの反りの原因となることである。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたも
ので、非接触によるウェハの浮揚搬送と両面からの加熱
によって連続運転し、かつ反りの発生しない熱処理方法
と、この方法を容易に実施出来る装置とを提供するもの
である。以下詳細に説明する。

始めに、浮揚搬送について説明する。第１図はこの原理
を説明する図である。図において１は送風箱、２は給気
口、３は噴気口、４Ｆｉ噴出気流、５は薄板、６は負圧
部分である。この動作は給気口２より圧縮気体を送風箱
１に供給すると、上面の噴気口３より噴出するが、この
とき噴気口３の上部に接近して薄板５があると、噴出気
流４はこの薄板５を吹き上げると同時に噴気口３から放
射状に流れるので、噴気口３の真上で薄板５の直下に円
錐状の負圧部分６が発生する。このため薄板５は噴出気
流４による吹上げられる力と、負圧部分６による吸引さ
れる力とがバランスする位置に停滞する。しかも薄板５
は負圧部分６に吸引されているので、一方に流されるこ
となく噴気口３の真上に停滞している。

とζで、噴気口３の方向が斜め方向に傾斜していれ―噴
出気体による吹上げ力に傾斜方向の水平分力が発生する
ので、この水平分力に対応した速度で薄板５は移動する
ことになる。したがって、このように同一方向に傾斜し
た噴気口３を必要間隔ごとに設けておけば薄板５は噴出
気流４に乗って一定速度で、一定方向へ移動する。しか
も前記の負圧部分６のためにガイドを設けなくても噴気
口３の列からそれることはなく、噴出気体以外には何れ
にも接触することなく移送出来るものであるＯ 第２図はローディング用カセットを含む垂直断面図で、
７は透明石英製の炉体、７−１は炉体７の底面内部に設
けられた通気管、７−２はこの通気管７−１から炉体７
の内部に一定の斜方向に、かつ一定間隔で列をなしてあ
けられた噴気口で、この場合（ローディング側）は噴気
ロアー２の傾斜方向は炉体７の入口から奥へ向って傾斜
しているものである。７−３は給気管、８は赤外線放射
器で、一般には赤外線ランプである。９は反射鏡、１０
は方向転換板、１１はウェハ供給カセットである。

第３図はアンローディング用カセットを含む垂直断面図
で、符号は第２図、′・と同じであるが、噴気ロアー２
の傾斜の方向が、炉体７の奥から出口へ向って傾斜して
いるものである。１２はウェハ収納カセットである。

第４図は炉体７の水平断面図である。図中のＡ−Ａ／断
面図が第２図、Ｂ−Ｂ’断面図が第６図である。これら
の図において７−４は炉体７の入口および出口で、ウェ
ハ５が通過出来る最少限度の開口が望ましい。

これらの図面に示す実施例はウエノ・５をアニーリング
する場合のもので、給気ロアー３から不活性ガスを圧送
すると、この不活性ガスは通気管７−１を通って各噴気
ロアー２から斜め方向に炉内に噴出する。またこれらの
噴気ロアー２の列は炉体７の出入口を通ってローディン
グおよびアンローディング用のカセット部分まで伸びて
いる。ローディング用カセット１１はウェハ５を装填し
た状態で上から下へ移動する。この移動はウェハ５を炉
内に取り込む速さに同期して連続的に移動しても良いし
、装填したウェハ５の１枚分ずつ段階的に間けつ移動し
ても良い。このようにして噴気ロアー２の列の直上に来
たウェハ５は噴出気流によって炉ロアー４を通過して炉
内へ噴出気流に乗って非接触で搬送される。

アンローディング用カセット１２は空の状態で下から上
へ移動する。この移動も前記のローディング用カセット
１１と同様にウエノ５’を炉内に取り込む速さに同期し
て連続的にもしくは開け？的に移動するか、あるいは図
示してない検出装置によってウニ／％５がカセットへ収
納されたことを検出してからウエノ・５の１枚分だけカ
セットを移動させれば良い。

前記のようにローディング用カセット１１から奥部の方
向転換板１０によって９０°ずつ２回移送方向が変更さ
れて出ロアー４へ到達し、アンローディング用カセット
１２に収納される。

炉体７は透明石英製であり、上面および下面の外側には
反射鏡９付きの赤外線ランプ８が炉体７の内側に向けて
並べられているので、炉内を通過するウェハ５は上下両
面から一様に赤外線照射を受けて加熱される。しかもこ
の場合、ウエノ・５は搬送気流以外には非接触であるの
で、伝導による熱の逸散はない。また噴出気流は図示し
てない加熱装置によシ必要温度に加熱されているので、
噴出気流によってウェハが冷却されることもない。

また炉体７は狭い出入ロアー４以外には開口部はなく、
搬送ガスとして窒素などの不活性ガスを使用すれば炉内
は不活性ガスで充満されるので、ウェハのアニーリング
中に酸化されることがない０このような炉で列をなして
配設されている複数の赤外線ランプ８のそれぞれに印加
する電圧を調節することにより、炉内を移送されている
ウエノ・−゛　５に任意の温度プロフィルを与えること
が出来る。

また所定の温度は赤外線ランプ８に印加する電圧によっ
て決定することが出来るし、アニールする時間はウェハ
５の移送速度で調節することが出来る。、（の移送速度
の調節は各噴気ロアー２からの噴気量により成る程度の
調節をすることが出来る０大幅な移送速度の調節は噴気
量の調節だけでは出来ず、この場合には噴気ロアー２の
傾斜角を変える必要がある。この方法として第２図、第
３図のような固定傾斜の噴気ロアー２ではなく、炉体７
には通気管７−１、噴気ロアー２を設けず、別途に通気
管および噴気口を設けた透明石英製のウニ・・移送具（
図示せず）を炉内底面上に挿入すれば良い。このウエノ
・移送具の噴気口の傾斜角は数種類のものを用意してお
けば、必要に応じて差し替え使用することが出来る。

次に他の実施例として第５図に示す不純物拡散や化学気
相生成による薄膜成長の場合である。図はウェハ移送方
向に垂直な面での断面図である０図において７−５はガ
ス吸込口、７−６は反応ガス供給管、７−７は反応ガス
吹出口であり、その他の符号は第２図ないし第４図のも
のと同一である。またローディング用カセット、アンロ
ーディング用カセットも同様であり、第５図の場合は第
４図の場合のようにウエノ・５の移送径路が折返し方式
と異り、ローディングおよびアンローディングのカセッ
トをそれぞれ炉体７の反対側に設けてウェハ５の移送径
路を一直線とした方式である。

本実施例ではウエノ・５の移送は前記実施例と同じ浮揚
搬送であるが、この搬送ガスとは別にウェハ５の径路の
上側から反応ガス供給管７−６および反応ガス吹出ロア
ー７によってウェハ５の上面に反応ガスを吹付け、すで
に所定温度に加熱されているウェハ５の上面に不純物拡
散もしくは化学気相生成による薄膜成長を行なうもので
ある。

これらの場合、炉体７や反応ガス供給管７−６などは透
明石英製であるために照射された赤外線はほとんど全部
透過してしまって、それ自体の発熱はほとんどないので
炉壁などは比較的低温である。このために反応ガスによ
る汚染はほとんどなく、赤外線透過を妨害することなく
、有効にウェハ加熱を行うことが出来る。

さらに他の実施例として、図示してないが、第５図の実
施例のうち、７−６．７−７の反応ガス供給管および反
応ガス吹出口を省略し、代シに搬送ガスに反応ガスを混
合して供給する方式である。

この方式では反応ガスだけでの熱分解を起さない１− 不純物拡散に使用出来るもので、その他は第５図の場合
と同様である。

以上の各実施例で明らかなように、ウエノ・は完全に非
接触の浮揚搬送である。このことは他への伝導による熱
の逸散がなく、温度差によるウェハの反りが発生しない
。また各カセットからのウェハの取シ出し、収納にも特
別な装置を必要とせず、炉内を搬送させる給気管および
噴気口の列をカセット部分にまで延長させれば良い。さ
らに、赤外線ランプの調節と移送速度の調節すなわち噴
気量の調節とにより、所定の温度プロフィルを容易に作
り出すことが出来るので、このため赤外線ランプの点滅
を必要としないので、ランプ寿命を延すことも容易であ
る。

本発明による方法および装置は、以上のように簡単な構
造で、しかも多くの長所があるので、実用上極めて有効
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は浮揚搬送の原理図、第２図および第６図は一実
施例の垂直断面図、第４図は同じく水平断面図、第５図
は他の実施例の垂直断面図である。 図において、１は送風箱、３は噴気口、４は噴出気流、
５は薄板、６は負圧部分、７は透明石英製炉体、７−１
は通気管、７−２は噴気口、７−６は反応ガス供給管、
７−７は反応ガス吹出口、８は赤外線放射器、９は反射
鏡、１１はウニ・・供給カセット、１２はウェハ収納カ
セットである。 特許出願人　国際電気株式会社 代理人　弁理士山元俊仁

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板の連続熱処理において、半導体基板を収
   納したカセットを逐次降下させるとともに、このカセッ
   トに収納された半導体基板を下側から１枚ずつ不活性ガ
   スによる非接触の浮揚搬送によって取り出し、搬送途中
   で半導体基板の上下両側から赤外線照射によって加熱し
   てアニーリングを行ない、所定の距離を搬送した後に前
   記浮揚搬送のまま直接空のカセットに収納することを特
   徴とする半導体基板の連続熱処理方法。 ２、半導体基板の連続熱処理において、半導体基板を収
   納したカセットを遂次降下させるとともに、このカセッ
   トに収納された半導体基板を下側から１枚ずつ不活性ガ
   スによる非接触の浮揚搬送によって取シ出し、搬送途中
   で半導体基板の上下両側から赤外線照射によって加熱し
   、別に導入された反応ガスによって熱処理を行ない、所
   定の距離を搬送した後に前記浮揚搬送のまま直接空のカ
   セットに収納することを特徴とする半導体基板の連続熱
   処理方法。 ３、特許請求の範囲第２項記載の半導体基板の連続熱処
   理方法において、前記熱処理により反応ガス中の不純物
   物質を半導体基板内に拡散させることを特徴とする前記
   半導体基板の連続熱処理方法。 ４、特許請求の範囲第２項記載の半導体基板の連続熱処
   理方法において、前記熱処理により反応ガスによる気相
   生成によシ、半導体基板表面に薄膜を成長させることを
   特徴とする前記半導体基板の連続熱処理方法。 ５、半導体基板の連続熱処理において、耐熱透明体の炉
   体と、この炉体の上面および下面の外側に設けら−れた
   それぞれ複数の赤外線照射装置と、前記炉体内に設けら
   れた耐熱透明体の浮揚搬送装置と、この浮揚搬送装置の
   一端に設けられた半導体基板の供給カセットと、前記浮
   揚搬送装置の他端に設けられた半導体基板の収納カセッ
   トによシ構成されていることを特徴とする半導体基板の
   連続熱処理装置。 ６．半導体基板の連続熱処理において、耐熱透明体の炉
   体と、この炉体の上面および下面の外側に設けられたそ
   れぞれ複数の赤外線照射装置と１、前記炉体内に設けら
   れた耐熱透明体の浮揚搬送装置と、反応ガスを炉内に導
   入する反応ガス導入手段と、前記浮揚搬送装置の一端に
   設けられた半導体基板の供給カセットと、前記浮揚搬送
   装置の他端に設けられた半導体基板の収納カセットによ
   り構成されていることを特徴とする半導体基板の連続熱
   処理装置。 ７、特許請求の範囲第６項記載の半導体基板の連続熱処
   理装置において、前記反応ガス導入手段が浮揚搬送装置
   の搬送ガスに反応ガスを混合するようになされているこ
   とを特徴とする前記半導体基板の連続熱処理装置。 ８、特許請求の範囲第６゛□項記載の半導体基板の連続
   熱処理装置において、反応ガス導入手段が搬送される半
   導体基板の直上に列をなして噴出口を設けた反応ガス導
   入管であることを特徴とする前記半導体基板の連続熱処
   理装置。