JPS6127625A - 半導体物品の熱処理方法及びこれに使用する装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、長手軸が実質的に垂直方向に延在するように
配された処理管の内部に半導体物品を支持して熱処理す
る半導体物品の熱処理方法及びこれに使用する装置に関
し、例えば、半導体ウェハを拡散処理するための縦型拡
散炉に適用して特に、好適なもの゛である。

従来の技術 最近、トランジスタ、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体装置の製
造過程の１つである拡散工程に用いるための縦型拡散炉
が開発されている。この縦型拡散炉は、従来広く用いら
れている横型拡散炉と違って、加熱処理管の長手軸が実
質的に垂直方向に延在するように配されている。拡散処
理される半導体ウェハは、所定のウェハボートに収納さ
れて上記処理管の内部に吊持される。

このような縦型拡散炉を用いると、通常石英からなる処
理管と石英ボートとが互いに接触しないように構成でき
るので、石英の摺動による石英パーティクルの発生を無
くすことができる。又、拡散工程の自動化が容易且つ安
価に達成できる。更に、省スペース化、省エネルギー化
、被処理ウェハの大口径化が図れる等、縦型拡散炉を用
いる意義は大きい。

発明が解決しようとする問題点 一方、このような縦型拡散炉の問題点の１つとして、処
理ガスの均一性が挙げられる。即ち、処理管内に多数配
置された半導体ウェハに処理ガスの流れが均一に当たら
ないと、場所によって半導体ウェハの拡散処理が不均一
になる。

例えば、従来は、半導体ウェハを水平状に多数積層して
処理管内に配し、処理ガスを処理管の下から上、或いは
上から下に流していた。ところがこのような構成では、
ウェハボートの中段部分に積層された半導体ウェハに処
理ガスの流れが接触し難いため、上段若しくは下段部分
と中段部分とで拡散処理の不均一が生じていた。

問題点を解決するための手段 本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであって、
半導体物品の被処理面を処理管の長手軸に垂直な面に対
Ｉ、て所定角度傾斜させ、且つこの状態で前記半導体物
品を前記垂直な面に略沿って回転させながら熱処理する
ように構成したものである。

作用 このように構成することによって、半導体物品の被処理
面に処理ガスの流れを略均−に当てることができる。

実施例 以下、シリコンウェハの縦型拡散炉に本発明を適用した
実施例につき図面を参照して説明する。

第１図に本発明の第１の実施例を示すが、石英ガラスか
らなる処理管１は、その長手軸が略垂直方向に延在する
ように配されている。処理管１の上部は図示のように開
放されており、その底部に処理ガスの導入口２が設けら
れている。処理管１は電気炉のハウジング３に包囲され
ている。電気炉のハウジング３には、処理管１の周囲で
且つこの処理管１の周側面に近接した位置にヒータ４が
設けられている。

処理されるシリコンウェハ５はウェハホートロに収納さ
れて処理管１内に吊持される。ウェハボート６は上側端
板７と下側端板８とを夫々具備しており、これら両端板
７及び８が４本の支持棒９によって互いに連結されてい
る。ウェハボート６は、両端板７．８及び支持棒９を含
む全体が石英ガラスで構成されている。

ウェハボート６の４本の支持棒９は、このウェハボート
６の一側面が大きく開放されるように配されており、こ
の開放された側面からシリコンウェハ５がウェハポート
６内に挿入される。ウェハボートＧ内に挿入されたシリ
コンウェハ５は、各支持棒９に設けられた溝に図示のよ
うに嵌合されて支持される。このとき、シリコンウェハ
５は処理管１の長手軸に垂直な面、即ち水平面に対し所
定角度傾けて支持される。この時の好ましい傾斜角は、
シリコンウェハ５の被処理面（図では下面）が水平面に
対して１〜４５°、更に好ましくは１〜２０″をなすの
が良い。

このシリコンウェハ５の傾斜角は次のようにして設定さ
れて良い。即ち、ウェハボート６の各支持棒９に予め所
定間隔に多数の溝を形成しておき、この溝にシリコンウ
ェハ５を選択的に係合させることによって、ウェハ５を
所望の角度に傾斜させる。この時、例えば、シリコンウ
ェハ５をウェハボート６の入口側の支持棒９ａの所定の
溝に係合させたままでウェハボート６の奥側の支持棒９
ｂの係合溝の位置を変えれば、シリコンウェハ５の傾斜
角を変更することができる。

ウェハボート６の上側端板７の上面には、鉤部１０が設
けられている。この鉤部１０は、回転軸１１の下端に設
けられた保合部に着脱自在に係合されるように構成され
ている。回転軸１１は横梁１２に回転可能に支承されて
おり、この横梁１２内に配されたベルト伝達機構１３等
を介してモータ１４により回転駆動されるようになって
いる。

横梁１２は、モータ１４の回転軸を包囲する外管１５に
支持されている。外管１５はシャーシ１６の支持部１７
に回転及び上下動可能に支承されている。外管１５の下
端にはギヤ１８が固着されており、モータ１９によって
回転駆動されるようになっている。外管１５、モータ１
４及び１９等は、シャーシ１６に上下方向に摺動可能に
支持された摺動台２０に取り付けられている。そして摺
動台２０は、図示省略したエアシリンダ等の駆動機構に
より上下駆動されるようになっている。

そしてこの摺動台２０の上下動によって、回転軸１１に
吊持されたウェハボート６が処理管１から出し入れされ
る。又処理管１から取り出されたウェハボート６は、モ
ータ１９の駆動による横梁１２の横方向回転により側方
へ移動され、所定のボートステーションに送られる。

処理管１の上部開口には石英ガラスからなる上蓋２１が
配されている。一方、ウェハボート６を吊持する回転軸
１１にはこの上蓋２１の下側に係止板２２が固着されて
いる。そして、ウェハボート６を処理管１から取り出す
べく、回転軸１１を上昇させると、この回転軸１１に固
着された係止板２２が上蓋２１の下端面に当接する。そ
して、回転軸１１の上昇にともなって上蓋２１が持ち上
げられ、処理管１の上部が開放されてウェハボート６が
取り出される。又処理管１の底部の導入口２から導入さ
れた処理ガスは、処理管１の内部を上昇した後、上蓋２
１と回転軸１１との間の隙間を通って排出される。そし
て、処理管１から排出された処°理ガスは、図示省略し
た排気ダクトに吸引されて収集される。

以上のように構成された本実施例装置によってシリコン
ウェハに拡散処理する方法を説明する。

まず、多数のシリコンウェハ５を図示のように所定角度
傾斜させた状態で収納したウェハボート６を横梁１２の
回転軸１１に吊持してボートステーションから移送し、
次いで横梁１２を下降させてウェハボート６を処理管１
内の所定位置に挿入する。そして処理ガスを処理管１の
底部の導入口２から導入し、一方、モータ１４の駆動に
よって回転軸１１及びウェハボート６を回転させながら
熱処理する。

本実施例においては、シリコンウェハ５を傾斜させた状
態で回転させることが重要である。これによって処理ガ
スの流れを撹乱し、シリコンウェハ５の近傍に乱流を生
じさせてウェハ５の被処理面（図示の例では下面）に処
理ガスを均等に当てるようにしている。従って従来のよ
うにウェハ５を水平状に保持して回転させても、本実施
例のような処理ガスを撹乱する効果は殆どない。

本実施例においては、既述したように、シリコンウェハ
５をその被処理面が水平面に対して１〜４５°　（より
好ましくは１〜２０°）傾斜させている。この傾斜角が
あまり小さいと、シリコンウェハ５が水平に近くなるの
で、処理ガスの撹乱効果が得られなくなる。一方、この
傾斜角があまり大き過ぎると、ヒータ４からの輻射熱が
シリコンウェハ５に均等に当たらなくなり、熱処理の不
均一が生じる。又、シリコンウェハの傾斜を大きくする
と、ウェハボート６に多数のウェハを収納することが困
難となり、特別な構造のウェハボートが必要になるとい
う問題も生じる。

第２図に本発明の第２の実施例を示す。

本実施例においては、処理ガス導入管２５が処理管１内
に配されている。即ち、処理管１の上部開口にはリング
状部材２６が配されており、このリング状部材２６に設
けられた開口２７を通じて導入管２５が処理管１内に挿
入されている。上蓋２８はこのリング状部材２６上に載
置される。

処理ガス導入管２５には多数の噴出口２９が設けられて
いる。このような処理ガス導入管２５を用いることによ
って処理管１内に処理ガスを略一様に分布させることが
できる。この場合、図示の例のように、ウェハボート６
に収納された各シリコンウェハ５の間に対向する位置に
噴出口２９を設け、各シリコンウェハ５の間に処理ガス
が噴出するように構成するのが好ましい。しかしながら
、必ずしもこのように構成する必要はなく、例えば、ウ
ェハボート６には通常２００枚程度のシリコンウェハが
収納されるが、処理ガス導入管２５の噴出口２９の数は
その約半分ぐらいでも良い。

処理ガス導入管２５は、図示省略した上下駆動機構によ
り、上下駆動されるように構成されている。そして、こ
のような処理ガス導入管２５の上下動によって処理ガス
の撹乱がより一層効果的に行なわれる。この時、処理管
２５の上下動を、ウェハボート６の回転に同期して行う
のが好ましい。

このような上下駆動機構は、例えば回転軸１１を回転駆
動するモータ１４の駆動力を適当なカム機構又はクラン
ク機構を介して伝達するものであって良い。このように
して処理ガス導入管２５をウェハボート６の回転に同期
させて上下移動させることにより、ウェハボート６の回
転によってシリコンウェハ５の端部位置が上下動しても
、これに合わせて導入管２５の噴出口２９も上下移動す
るので、常に処理ガスが各ウェハ５の丁度間に噴出する
ように構成することができる。処理ガス導入管２５から
導入された処理ガスは処理管１の底部に設けられた排出
口２′から排出される。

処理管１内には必要に応じて内管３０を配し、二重構造
にすることができる。この場合には、処理ガス導入管２
５は処理管１と内管３０との間に配される。そして内管
３０には処理ガス導入管２５と対向する位置に垂直方向
に延びる長手状スリット３１が設けられる。一方、内管
３０のスリット３１と反対の側にはガス流出口（図示せ
ず）が設けられ、このガス流出口を経た処理ガスが処理
管１底部の排出口２′から排出される。

尚、第２図には処理ガス導入管２５が１本だけの例を示
したが、複数本の処理ガス導入管を処理管１の中心軸の
回りに配置しても良い。この場合、夫々の導入管から種
類の異なった処理ガス（例えば、モノシランと水素）を
導入することができ、これは、例えばあらかじめ混合し
ておけないような処理ガスの組合せを用いる場合に有利
である。

又、例えばシリコンウェハ５の傾斜が緩やかな場合等に
は処理ガス導入管２５を上下駆動する必要はない。

図示の例においては、処理ガス導入管２５によって各シ
リコンウェハ５の間に処理ガスを噴出させるようにして
いるので、各シリコンウェハ５に対する処理ガスの接触
がより一層均−なものとなる。

第３図に本発明の第３の実施例を示す。

本実施例においては、処理管１の内部を加熱するために
この処理管１をリング状に包囲する赤外線照射器３４．
３５．３６が設けられている。これらの赤外線照射器３
４〜３６と処理管１との間には照射線透過性のスリーブ
（ライナ）３７を配しても良い。このような赤外線照射
器を用いることによって、良好な効率及び短い加熱時間
でシリコンウェハ５を加熱することができる。

又処理管Ｉの長手方向に沿って配された赤外線照射器３
４〜３６は互いに独立して制御することができるように
なっている。このように構成することによって、処理管
１の長手方向の温度分布を好適に制御することができる
。

以上、本発明を実施例につき説明したが、上記実施例は
本発明の技術的思想に基づいて種々に変形が可能である
。

例えば、上記実施例においてはウェハボート６を回転軸
１１に吊持させて処理管１の上部開口からこの処理管１
内に導入したが、下部の開放した処理管を用い、ウェハ
ボートを回転可能な昇降台に載置して処理管の下部から
導入するように構成しても良い。

又本発明は、半導体ウェハを拡散処理するための拡散炉
に限られず、半導体物品の酸化処理、ＣｖＤ処理等を行
うための種々の縦型熱処理方法及び装置に適用可能であ
る。

発明の詳細 な説明したように、本発明においては、半導体物品の被
処理面を処理管の長手軸に垂直な面に対して所定角度傾
斜させた状態でこの半導体物品を前記垂直な面に略沿っ
て回転させるようにしている。

従って、処理ガス等の雰囲気を撹乱して半導体物品の近
傍に乱流を形成させることができ、これによって処理ガ
ス等が半導体物品の被処理面に均一に当たるようにする
ことができる。この結果、半導体物品の均一な熱処理を
達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例による縦型拡散炉の概略
縦断面図、第２図は本発明の第２の実施例による縦型拡
散炉の部分概略縦断面図、第３図は本発明の第３の実施
例による縦型拡散炉の部分概略縦断面図である。 なお図面に用いられた符号において、 １−−−−−−−−−一処理管 ５−〜−−−−−−−−−−−−−−−−−シリコンウ
ェハ６−−−−−〜−−−−−−−−−−−ウェハポー
ト１１、−一一〜−−−−−−−−−−回転軸２５−−
−−−−−−−−−処理ガス導入管である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、長手軸が実質的に垂直方向に延在するように配され
   た処理管の内部に半導体物品を支持して熱処理する半導
   体物品の熱処理方法において、前記半導体物品の被処理
   面を前記処理管の前記長手軸に垂直な面に対して所定角
   度傾斜させ、且つこの状態で前記半導体物品を前記垂直
   な面に略沿って回転させながら熱処理することを特徴と
   する方法。 ２、長手軸が実質的に垂直方向に延在するように配され
   た処理管と、複数の半導体物品をその被処理面が前記処
   理管の前記長手軸に垂直な面に対して所定角度傾斜した
   状態に支持する支持手段と、この支持手段を前記処理管
   の前記長手軸に沿ってその内部の所定位置に移動させる
   ための昇降手段と、前記支持手段を前記処理管の前記長
   手軸の回りに回転させるための回転手段と、前記処理管
   の内部を加熱するための加熱手段とを夫々具備すること
   を特徴とする半導体物品の熱処理装置。