JPS62272525A - 熱処理装置 - 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】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は、熱処理技術に適用して特に有効な技術に関す
るもので、たとえば、半導体装置の製造における半導体
ウェハの酸化・拡散処理等に利用することができる。

〔従来の技術〕

縦型拡散装置については、たとえば株式会社工業調査会
、昭和５９年１１月２０日発行、「電子材料１９８４年
別冊、超ＬＳＩ製造・試験装置ガイドブ７りＪ、Ｐ２Ｏ
に記載されている。ここでは縦型の拡散炉について、半
導体ウェハ（以下単にウェハという）の大口径化に適し
た構造を有している点、自動化が容易な点等が種々説明
されている。

本発明者は、このような縦型熱処理装置における処理の
信頼性向上について検討した。以下は、公知とされた技
術ではないが、本発明者によって検討された技術であり
、その概要は次の通りである。

すなわち、縦型拡散装置では、処理空間を形成する炉芯
管の周囲をとり囲むように均熱管と呼ばれる炭化ケイ素
（ＳｉＣ）等からなる円筒状部材を取付けることが知ら
れている。このような均熱管を用いる理由は、第１にヒ
ータと反応管との間に熱伝導性の高い材質からなる均熱
管を介在させることにより、処理空間に対して一様な加
熱面を形成するためであり、第２に高温状態のヒータか
ら排出される重金属蒸気が反応管を通過して処理空間を
汚染することを防止するためである。すなわち、反応管
として用いられている石英は重金属原子が通過するおそ
れがあるからである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上のような理由で均熱管が取付けられているが、上記
の均熱管技術では、ヒータあるいは断熱体から排出され
るアルミニウム（、ｌ）等の重合属物質による汚染対策
が充分ではないことがある。

すなわち、均熱管は反応管と同軸状に反応管側面の周囲
を取り囲むように取付られているため、反応管の側面方
向からの重金属物質汚染は効果的に防止できるものの、
均熱管の開口上部方向から落下してくる重金属物質に対
しては処理空間内への侵入を防止できない。特に、ヒー
タの分割制御がすすみ、ヒータ端部がさらに高温状態で
維持されるようになると、加熱機構の両端近傍部分も高
温化してヒータの上端に取付けられた断熱体から微小重
金属粒子を発生しやすい状態となってくる。

さらに、各部材の熱膨張率の差異により部材同士の摩擦
が生じるとこの摺動摩擦によって微小異物が発生する。

これらの異物が原子状態で反応管を通過して処理空間の
内部を汚染すると、半導体ウェハの不良原因となりやす
く、特に高集積化されたウェハの処理においてはこれら
の微小異物の存在が致命的な欠陥となりやすいことが本
発明者によって明らかにされた。

本発明は、上記問題点に着目してなされたちのであり、
その目的は熱処理装置において、処理空間内の汚染をよ
り効果的に防止できる技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

〔問題点を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、次の通りである。

すなわち、反応管の周囲に設けられる均熱管の上端を蓋
体により覆うものである。

〔作用〕

上記した手段によれば、反応管に対して上方向からの異
物原子の侵入を防止できるため、処理空間内の汚染をよ
り効果的に防止することができる。

〔実施例１〕 第１図は本発明の一実施例である拡散装置を示す概略図
、第２図は均熱管上端開口部に他の蓋体を装着した状態
を示す概略図である。

本実施例の拡散装置は、いわゆる縦型拡散装置ｌであり
、石英からなる縦長の状態で取付られた反応管２を有し
ている。該反応管２は、下端側が開口され上端側がドー
ム状に閉塞された構造を有しており、その内部は処理空
間３として形成されている。処理空間３内の上方には、
反応管２の外部から導かれた処理流体供給管４が処理空
間３に対して開口しており、該処理空間３内の上部から
下部方向に処理流体５を流通させることが可能な構造と
なっている。

処理空間３には、被処理物としての複数枚のウェハ６が
反応管２の断面方向と平行になるように所定の間隔を維
持して治具７により保持されている。この治具７はたと
えば、上記反応管２の開口下端部に取付られる封止蓋８
と一体に構成されており、この開口下端部を通じて処理
空間３内へのウェハ６の搬入および搬出が行われる構造
となっている。

反応管２の外側面方向にはその外側面周囲を覆うように
炭化ケイ素（Ｓ　ｉ　Ｃ）からなる均熱ｉｉ’９が該反
応管２と同軸状に取付けられている。ここで、本実施例
では、均熱管９の上端部には均熱管９で囲まれる空間を
覆うように炭化ケイ素からなるドーム状の蓋体９ａが溶
接等の接合手段により均熱管９に対して固定的に取付ら
れている。すなわち、反応管２はその開口上端部以外の
外側面は、全て均熱管９により覆われた構造になってい
る。

なお、均熱管９の上端部に取付られる蓋体９ａは、上記
で説明したドーム状のものに限られず、第２図に示すよ
うな円板状の蓋体９ｂであってもよい。さらにこの蓋体
９ｂは均熱管９に対して接合することなく、単に均熱管
９の開口上端に載置されて開口上端を閉塞するものであ
ってもよい。

上記均熱管９の内側面と反応管２の外側面との間には、
温度検出機構１０が設けられており、この温度検出機構
１０は、熱電対１０ａとその周囲に形成された炭化ケイ
素からなる保護管ｔａｂとからなる。ここで、熱電対１
０ａの周囲の保護管１０ｂについては、石英管を用いる
ことも考えられるが、この温度検出機ｔｉｉｏが高温条
件下で使用されて熱電対１０ａの金属材料から重金属蒸
気を発生した場合、この重金属原子は石英管を・通過し
てしまうため、重金属原子が処理空間３の内部を汚染し
てウェハ６の表面に付着し、製品不良をきたすおそれが
ある。しかし、本実施例１によれば保護管１０ｂが重金
属原子を遮断する炭化ケイ素で形成されているため、重
金属原子が保護管１ｏｂの外部に放出されることが防止
でき、これによって熱電対１０ａが原因となる処理空間
３内の汚染を防止することができる。

均熱管９のさらに外周側には、均熱管９の側面方向を覆
うようにヒータ１１が取付られている。

このヒータ１１の構造としては、たとえば軸方向に複数
のブロックに分割され、各々のブロック毎に加熱状態が
独立制御されるようなものであってもよい、また、上記
で説明した温度検出機構ｌ。

の温度検出点もこのヒータ１１の分割に対応して各部位
で温度検出を行うようにしてもよい。

ヒータ１１の上端はたとえばアルミニウム（Ａｌ）を主
成分としたセラミックウールからなる断熱体１２により
覆われており、当該縦型拡散装置１の上方外部への熱損
失が防止される構造となっている。

次に、本実施例１の作用について説明する。

まず、反応管２の内部がヒータ１１によって所定の温度
に加熱されると、冶具７に保持された複数枚のウェハ６
が処理空間３内の所定部位に位置される。

次に、所定の処理流体５が処理流体供給管４より処理空
間３の内部に供給されると、該処理流体５は処理空間３
の内部を上方から下方に流れ、この間に処理流体５は被
処理物であるウェハ６の表面を流通して、所定の化学反
応によりウェハ６に拡散層の形成等の処理が行われる。

このときヒータ１１による加熱により、ヒータ１１ある
いは断熱体１２からアルミニウム（／１）等の重金属粒
子が排出され、これが石英からなる反応管２の内部に侵
入して処理空間３をｌη染することが懸念されるが、本
実施例１によれば、反応管２の外周面側が重金属原子を
遮断する炭化ケイ素による均熱管９で覆われているため
、処理空間３内の重金属汚染が防止される。

また、ヒータ１１もしくは断熱体１２等の熱膨張率の差
異により、断熱体１２またはヒータ１１の接触部分から
微小異物が発生する場合もあるが、このような微小異物
も均熱管９により内部への通過を遮断されるため、処理
空間内の清浄環境を高く維持することができる。

特に、本実施例１では、均熱管９の上端開口端部が均熱
管９と同質のドーム状の蓋体９ａにより覆われているた
め、反応管２の上方からの落下異物が処理空間３内へ侵
入することに起因する処理空間３内の汚染も効果的に防
止される。

このように、本実施例によれば以下の効果を得ることが
できる。

（１）、均熱管９の上端部に蓋体９ａを取付けることに
より、反応管２の上方向からの異物の落下による処理空
間３内の汚染をも防止することが可能となり、より高い
清浄環境のもとでウェハ２の処理を行うことが可能とな
る。

（２）、熱電対１０ａの周囲の保護管１０ｂを炭化ケィ
素で形成することにより、高温状態の熱電対１０ａの材
料から発生される重金属原子の外部への飛散を防止でき
るため、熱電対１０ａによる処理空間３内の汚染を防止
できる。

（３）、熱電対１０ａの周囲の保護管１０ｂをウェハ６
の材料であるシリコン（Ｓｔ）と近似した熱伝導性等の
物性を有する炭化ケイ素で形成することにより、°より
ウェハ６に近似した温度検出が可能となり、ヒータによ
る加熱制御を的確に行うことが可能となる。

（４）、上記（１１，＋２１および（３）により、信頼
性の高い熱処理が実現でき、ウェハの歩留りを向上させ
ることができる。

〔実施例２〕 第３図は本発明の他の実施例である拡散装置を示す概略
図である。

本実施例２では、実施例１とは異なり、反応管２の上端
部は閉塞されてはおらず、この反応管２の上端部には処
理空間３に対して処理流体供給口３１が開設されており
、該処理流体供給口３１には処理流体供給管３２が接続
され、当該処理流体供給口３１より処理空間３の内部に
処理流体５が供給される構造となっている。

均熱管９は、実施例１と同様に、上記反応管２を覆うよ
うにして取付けられているが、該均熱管９のドーム状の
蓋体９ａの最上部には上記処理流体流通管３２を反応管
２内に導く貫通孔３３が開設されている。また、当該貫
通孔３３の上下には、上記処理流体供給管３２の外側面
に軸方向に対して垂直方向にフランジが延設される一対
のリング部材３４および３５が均熱管９の貫通孔３３の
部分を囲むようにして取付けられている０両リング部材
３４．３５は、たとえば炭化ケイ素により形成されてお
り、上記均熱管９の貫通孔３３と処理流体供給管３２と
の接合部分から異物が処理空間３の方向に侵入するのを
防止する構造となっている。

一方、均熱管９の開口下端側の外側面には周端部が断面
略し字状に成形されたリング部材３６が均熱管９とヒー
タ１１との隙間にはめ込まれている。このリング部材３
６も上記リング部材３４゜３５と同様に炭化ケイ素によ
り形成されており、ヒータ１１と均熱管９との間の空間
に落下された重金属粒子あるいは塵埃等の異物の下方外
部への落下を防止する構造となっている。したがって、
反応管２の開口下端部の封止蓋８を取り外して、ウェハ
６の搬入・搬出を行う際に、均熱管９とヒータ１１との
隙間からの異物の落下がこのリング部材３６によって阻
止される。このため、搬入・搬出時におけろウェハ６の
表面への異物の付着も効果的に防止することができる。

このように、本実施例２によれば処理流体流通管３２の
外側面および均熱管９の下端外周部に各々炭化ケイ素か
らなるリング部材３４．３５および３６が取付けられて
いるため、ヒータ１１あるいは断熱体１２より発生した
異物が処理空間３内に侵入あるいは装置１の外部に落下
してウェハ６に付着することが防止される。また、本実
施例２では上端部に処理流体流通管３２を接続した反応
管２を用いているため、従来の均熱管９を備えた縦型拡
散装置に蓋体９ａおよびリング部材３４゜３５．３６を
各々取付けるのみで本実施例２の拡散袋２１．を得るこ
とができる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその利用分野である、いわゆる拡散装置に適用した場
合について説明したが、これに限定されるものではなく
、たとえば酸化膜形成装置、ＣＶＤ装置あるいはアニー
ル装置にも適用できる。

また、縦型、横型など種々の形状の熱処理装置に適用で
きる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
。

すなわち、一端に被処理物の導出入を行う開口部を存し
かつ内部に被処理物の位置される処理空間が形成された
反応管と、該反応管の周囲に反応管と同軸状に形成され
処理空間内部を均熱状態に維持する均熱管と、該均熱管
の周囲に形成され断熱体とヒータとを有する加熱機構と
からなり、少なくとも被処理物の導出入以外の処理空間
に相当する部分が均熱管と同等の材料により覆われてい
る縦型熱処理装置構造とすることにより、反応管に対し
て上方向からの異物等の侵入を防止できるため、処理空
間内の汚染をより効果的に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例１である拡散装置を示す概略
図、 第２図は、実施例１の均熱管上端開口部に他の蓋体を装
着した状態を示す概略図、 第３図は、本発明の他の実施例２である拡散装置を示す
概略図である。 ｌ・・・縦型拡散装置、２・・・反応管、３・・・処理
空間、４・・・処理流体流通管、５・・・処理流体、６
・・・ウェハ（被処理物）、７、・・・治具、８・・・
封止蓋、９・・・均熱管、９ａ、９ｂ・・・蓋体、１０
・・・温度検出機構、１０ａ・・・熱電対、１０ｂ・・
・保護管、１１・・・ヒータ、１２・・・断熱体、３１
・・・処理流体供給口、３２・・・処理流体供給口、３
３・・・貫通孔、３４，３５．３６・・・リング部材。 代理人　弁理士　小　川　勝　男′”ｚ・−ノ′ ４　　　　　　　　　う＼

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一端に被処理物の導出入を行う開口部を有しかつ内
   部に被処理物の位置される処理空間が形成された反応管
   と、該反応管の周囲に処理空間内部を均熱状態に維持す
   る均熱管と、該均熱管の周囲に形成され断熱体とヒータ
   とを有する加熱機構とからなり、少なくとも被処理物の
   導出入以外の処理空間に相当する部分が均熱管と同等の
   材料により覆われていることを特徴とする熱処理装置。 ２、被処理物が半導体ウェハであり、反応管がその内部
   において半導体ウェハの表面に所定物質の熱拡散を行う
   ものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の熱処理装置。 ３、温度検出素子としての熱電対と該熱電対の周囲を覆
   う保護体としての炭化ケイ素管とからなる温度検出手段
   とを有しており、この温度検出手段が上記反応管と均熱
   管との間もしくは処理空間内部に取付けられていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の
   熱処理装置。