JPS63257220A - 縦型処理装置及び処理方法 - 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、加熱環境下において処理流体によって被処理
物に化学反応を生じさせる処理に適用して特に有効な技
術に関するもので、たとえば、半導体ウェハ（以下、単
にウェハという）の拡散処理あるいはアニール処理等に
利用可能なものである。

〔従来の技術〕

ウェハの処理に用いられる縦型構造の処理装置の一例と
しては、株式会社工業調査会、昭和５９年１１月２９日
発行、「電子材料１９８４年別冊、超ＬＳＩ製造・試験
装置ガイドブックＪ、Ｐ２Ｏ・に記載されたものがあり
、この文献には、反応管を縦置きにした、いわゆる縦型
構造の処理装置について、横型のものと比較した有利な
点等が種々説明されている。

本発明者は、前記縦型構造の処理装置における熱損失対
策について検討した。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。

たとえば、拡散装置を例に説明すると、反応管の内部に
おいて所定の熱処理が完了した後に、反応管の炉口が開
かれて治具とともに被処理物であるウェハが外部に取り
出されるが、後続のウェハの処理準備の間、前記炉口は
開かれたままの状態と！；っている。

こ発明が解決しようとする問題点〕 ところが、前記のように炉口が開かれた状態のまま、例
えば数分間放置されていると、反応管の内部の処理域の
温度は急激に低下し、後続のウェハ処理を行う際に、再
度処理域の温度状態を一定温度にまで高める回復時間が
長時間必要となることが本発明者によって見出された。

また、前の処理から次の処理にとりかかる時間を十分に
とることのできない特殊な処理プロセスにおいては、温
度の回復時間を待つことなく、規定値よりも低い温度条
件であっても処理を開始しなければならない場合がある
が、このような場合において、炉口の開かれていた間の
時間、あるいは周囲の温度状態によって処理開始時の処
理域の温度条件は必ずしも一定ではない。にもかかわら
ず、前記のような理由から処理を開始してしまった場合
には、各処理によって温度条件にばらつきを生じること
になり、製品の安定性を確保できない結果となってしま
う。

さらに、炉口が開かれた状態が長時間続くと、反応管の
内部に異物が入り込み、後続の処理不良を誘発する可能
性もあることが本発明者によって見出された。

本発明は、上記問題点に着目してなされたものであり、
その目的は熱処理における作業効率および信イ性を向上
させることのできる技術を提供することにある。

本発明の前言己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、縦置き型の反応管の内部に遮断蓋を取付け、
この遮断蓋は被処理物の出し入れ時においては処理域の
下部の反応管内側部に設けられた脱落防止手段によって
係止されて前記処理域を封止状態にするとともに、前記
被処理物の処理域への挿入の際に被処理物を保持する治
具の上部に付勢されて処理域の上方に押し上げられる構
造とするものである。

二作用〕 上記した手段によれば、被処理物の出し入れ時において
、遮断蓋によって処理域が封止されるため、処理域の熱
放散を抑制することができ、処理域内の規定温度までの
回復時間を短縮できるとともに、熱放散の影響による処
理開始温度のばらつきを防止でき、信頼性の高い処理が
可能となる。

また、外部からの異物の混入による処理域の汚染も防止
できる。

〔実施例１〕 第１図（ａ）および（ｂ）は本発明の一実施例である拡
散装置を用いた処理工程を順次示す説明図である。

本実施例は、被処理物ウェハ２の表面にＰ形あるいはＮ
形の所定の拡散層を形成する、いわゆる拡散装置ｌに適
用したものであり、鉛直方向に長尺状に設置され、上端
がドーム状に閉塞されかつ下端がウェハ２の導出人口３
ａとして形成された反応管３を有している。該反応管３
の内部は、処理域Ａとして構成され、該処理域Ａには反
応管３の外部より処理流体供給管４が導かれており、こ
の処理流体供給管４の開口先端からは処理流体としての
窒素ガス５が前記処理域Ａに対して供給されるようにな
っている。一方、反応管３の下方には処理域へに対して
排気管６が接続されており、処理域への内部を必要に応
じて排気する構造となっている。

ここで、第１図（ａ）は本装置１による処理状態を示す
ものであるが、この処理状態において、前記処理域Ａに
は複数枚のウェハ２が、前記反応管３０幅断面方向と平
行になるようにして所定の間隔を置いて治具７により保
持されている。この治具７は、前記反応管３の導出人口
３ａに装着される封止蓋８と一体的に構成されており、
したがって、この封止蓋８を導出人口３ａに装着した状
態において、ウェハ２は処理域Ａ内において最適な処理
位置となるようにされている。

第１ｆｆｆｌ（ａ）において、治具７の上面には石英ガ
ラスよりなる遮断蓋１０が載置されている。この遮断蓋
１０は、たとえば複数枚の円板部材１０ａを一定の間隔
を維持しながら並列に連結して形成されたものであり、
それぞれ対面した円板部材１０ａの間の空間が緩衝空間
として機能し、該遮断蓋１０を境にして上下方向への熱
の流通を抑制する構造となっている。したがって、第１
図（ａ）の状態においては、この遮断蓋１０によって処
理域Ａの上方への熱の放散が防止され、処理時における
熱効率を高められている。

反応管の内部下方、すなわち導出人口３ａの内側面には
、内方に向かって突起部１１が設けられており、この部
分の反応管３の内径は、少なくとも前記遮断蓋１０の直
径よりも小さい構造となっている。したがって、反応管
３から打止蓋１０が取り外されて、治具７が反応管３の
下方外部に降下された場合、第１図（ｂ）に示すように
、遮断蓋１０は前記突起部１１に係止されて反応管３の
内部下端にとどまって処理域Ａを外気と隔絶した状態と
する。

前記反応管３の側部周囲には、加熱手段としてのヒータ
ー１２が設けられており、前記処理域Ａを所定の温度条
件、例えば一般的な拡散温度条件である１０００℃前後
にまで加熱することができるようにされている。

また、該ヒーター１２の周囲および本装置１の上端は、
たとえばセラミックウール等よりなる断熱体１３で覆わ
れており、装置外部への熱放散が防止されている。

次に、本実施例の作用について説明する。

まず、所定枚数のウェハ２が治具７に保持された状態と
なり、封止蓋８が反応管３の導出人口３ａに装着される
。この時、遮断蓋１０は治具７の上面によって処理域へ
の上方に押しやられた状態となる（第１図（ａ））。

この状態において、処理流体供給管４より、キャリアと
しての窒素ガス５等の不活性ガスが処理域Ａ内に供給さ
れて、処理域Ａが不活性雰囲気で満たされる。一方、ヒ
ーター１２の加熱によって処理域Ａが一定条件の温度に
まで高められると、ウェハ２の表面においては、あらか
じめ添加されたリン（Ｐ）あるいはホウ素（Ｂ）等の不
純物の拡散反応が開始され、ウェハ２の表面領域に所定
のＰ形層あるいはＮ形層が形成される。

このような拡散処理において、本実施例では、治具７の
上面に位置する遮断蓋１ｏの作用により、処理域Ａの上
方への熱放散が有効に遮断されているため、ウェハ２に
対するヒーター１２の加熱効率を高く維持することがで
きる。このようにして前記反応が一定時間、たとえば一
般的な拡散時間である８〜１０時間程度継続されて処理
が完了すると、封止蓋８が外されて治具７とともにウェ
ハ２が反応管３の外部下方に降下される（第１図（ｂ）
）。このとき、治具の上面に載置された遮断蓋１０も治
具７とともに反応管３の内部を降下されるが、該遮断蓋
１０は導出人口３ａの内側面に設けられた突起部１１に
より反応管３の内部下端で係止される。このように、ウ
ェハ２を反応管３の外部に取り出した状態では、反応管
３の内部の処理域Ａは遮断蓋１０により外気から遮断さ
れた状態となる。そのため、該処理域へからの熱放散が
防止され、処理域Ａは一定の高温状態を維持される。

このため、治具７に後続処理のウェハ２を装着して処理
域Ａの内部に挿入した場合にも、規定の温度条件までの
温度回復時間が極めて短時間で足り、後続の処理を効率
的に行うことができる。

また、ウェハ２の出し入れ時において、処理域Ａからの
熱放散を防止できるため、外気等の影響を受けることな
く処理域Ａ内の温度をほぼ一定に保っておくことができ
る。したがって、後続の処理開始条件を均一化でき、特
に前の処理からそれに続く処理までの待ち時間を十分に
とることのできない短時間処理等においては、処理の安
定性を図ることができる。

このことから、本実施例によれば以下の効果を得ること
ができる。

（１）、ウェハ３の出し入れ時において、遮断蓋１０に
よって反応管３の導出人口３ａが閉塞されているため、
熱放牧を防止でき、これによって、処理域Ａの温度低下
を抑制して後続の処理における規定条件までの温度回復
時間を短縮できる。

（２）、前記（１）により、効率的なウェハ処理が可能
となり半導体装置の製造効率を向上させることができる
。

（３）、前記（１）により、処理域への温度低下を防止
して、後続の処理開始温度を均一化できるため、ウェハ
処理における処理の安定性を図ることができる。

（４）、ウェハ２の出し入れ時において、導出人口３ａ
が閉塞されているため、処理成人への異物の侵入が防止
され、処理域Ａの汚染に起因するウェハ２の処理不良を
防止できる。

〔実施例２〕　、 第２図は本発明の他の実施例である水素アニール装置を
示す説明図である。

本実施例は、本発明を水素アニール装Ｗ１２１に適用し
たものであり、前記実施例１と同様に、上端がドーム状
に閉塞され、かつ下端が導出人口２２ａとして開口され
た反応管２２を有している。

前記反応管２２の内部は、上方に処理域Ａが形成され、
下方に断熱域Ｂが形成された構造となっており、これら
の各域Ａ、Ｂにはそれぞれ反応管２２の外部より処理流
体供給管４ａ、４ｂが接続されて各域Ａ、Ｂに水素と窒
素との混合ガス２３ａもしくは窒素ガス２３ｂを供給す
るようになっている。

ウェハ２は、反応管２２０幅断置方向と平行となるよう
にして治具２４によって保持されており、この治具２４
の下部には、導出入口２２ａに装着された封止蓋２５を
貫通してさらに下方外部に延設される支持棒２４ａが連
結されている。この支持棒２４ａは、下方外部からの操
作によって管軸方向に移動可能とされており、これにと
もなってウェハ２２は治具２４とともに反応管２２の内
部を移動されるようになっている。

本実施例の遮断蓋１０は、前記実施例１のものと同様の
構造のものであり、処理域Ａの下部に設けられた突起部
１１によって処理域Ａから断熱域Ｂへの脱落を防止され
た状態となっている。なお、前記反応管２２の下方外側
面からは排出管２６が突設されており、反応管２２の内
部に供給される混合ガス２３ａのうち、処理に寄与しな
かった水素ガス等の可燃性のガス成分が、排出管２６の
先端において燃焼されるようになっている。

前記反応管２２の処理域Ａに対応する部分の側部外方に
は加熱手段としてのヒーター１２が前記処理域Ａを所定
の温度条件、たとえば数百℃程度とするように設けられ
ている。またこれ以外の反応管２２の周囲および上方は
、たとえばセラミックウール等よりなる断熱体１３で覆
われており、外部への熱放散を防止されている。

次に、本実施例の作用について説明すると以下の通りで
ある。

まず、所定枚数のウェハ２が治具２４に保持された状態
で支持棒２４ａの操作によって導出入口２２ａより反応
管２２の内部に挿入されて、さらに第２図において二点
鎖線で示す位置に送られる。

これにともなって、処理域Ａの下部に位置されていた遮
断蓋ｌＯは、治具２４の上昇移動により、処理域への上
方に押しやられた状態となる。

次に、封止蓋２５が導出入口２２ａに装着されて反応管
２２の内部が封止された状態となると、処理流体供給管
４ａより水素ガスと窒素ガスとの混合ガス２３ａが反応
管２２の内部に供給され、処理域Ａがこれらの流体雰囲
気で満たされた状態となる。このとき、ウェハ２の表面
においてシリコン（Ｓｉ）とシリコン酸化膜（ＳｉＯ２
）との界面に存在する不整合結合子に水素ガス中のＨ基
が次々に結合して、半導体素子としての電気的特性を安
定させる化学的処理が行われる。このような処理時にお
いて、治具２４の上面に載置された遮断γ１０の遮断作
用によって処理域Ａの上方への熱放散は作動に防止され
ている。

前記の所定時間のアニール処理が完了すると、反応管２
２の外部下方より支持棒９４ａが再び操作されて、治具
２４とともにウェハ２が処理域Ａから断熱域已に降下さ
れる。このとき、治具２４の上面に載置されていた遮断
蓋１０も、治具２４とともに処理域Ａ内を降下するが、
処理域Ａの下部の突起部１１によって、治具２４がさら
に下方に降下しても、該遮断蓋１０は処理域Ａの下端に
係止され、これにより処理域へと断熱域Ｂとが遮断蓋１
０を境に隔成された状態となる。したがって、このとき
には遮断蓋１０により処理域Ａから断熱域Ｂへの流体の
流出が阻止された状態となる。

また遮断蓋１０の熱遮断作用により処理域Ａ内の温度低
下も有効に防止されている。

このようにして、断熱域Ｂ内にウェハ２が位置されると
、今度は流体供給管４ｂより窒素ガス２３ｂの供給が開
始されて、断熱域Ｂ内が不活性雰囲気となる。またこの
断熱域Ｂは、前記処理域へと装置外部の温度（常温）と
の中間温度となるように温度制御されているため、断熱
域已に位置されたウェハ２は次第に冷却される。このよ
うにウェハ２が徐々に冷却されるため、前記のアニール
処理による不整合結合子とＨ基との結合状態は安定化す
る。

次に、導出入口２２ａの封止蓋２５が開かれて、治具２
４に保持されたウェハ２が管外に取り出される。このと
き、断熱域Ｂは外気に曝されることになるが、この断熱
域Ｂは前記のように不活性雰囲気で満たされ、処理域へ
とは遮断蓋１０によって隔てられているため、安全性の
高いウェハ２の取り出しが可能である。

このように、本実施例によれば水素アニール装置１にお
いて、処理域Ａにおけるアニール処理の後に、ウェハ２
は遮断蓋１０によって熱的に遮断された断熱域已に位置
され、この断熱域已において徐々に冷却された後に外部
に取り出されるため、急激な温度変化によるウェハ２の
処理不良を防止できる。

またこのとき処理域Ａは外気が流入することを防止され
て、一定の高温状態を維持される。

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。たとえば、遮断蓋１０
の構造としては、石英ウール等を真空封印した構造のも
のなど、熱遮断効果のあるものならば、いかなるもので
あってもよい。

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、縦型構造の拡散装置および水素
アニール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、たとえば酸化装置、ＣＶ　
Ｄ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｕｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔ
ｉｏｎ）装置、さらにはアルゴンアニール装置等にも利
用可能である。

〔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、反応管内側部に設けられた脱落防止手段によ
って係止されて反応管内部の処理域を封止状態にすると
ともに、被処理物の処理域への挿入の際に被処理物を保
持する治具の上部に付勢されて処理域の上方に押し上げ
られる遮断蓋を設けることによって、被処理物の出し入
れ時における処理域の熱放散を防止でき、処理域の規定
温度までの回復時間を短縮できるとともに、後続の処理
開始温度を均一化でき、処理効率および処理の信頼性を
向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）および（ｂ）は本発明の一実施例である拡
散装置を用いた処理工程を順次示す説明図、第２図は本
発明の他の実施例である拡散装置を示す説明図である。 １・・・拡散装置、２・・・ウェハ（被処理物）、３・
・・反応管、３ａ・・・導出入口、４゜４ａ、４ｂ・・
・処理流体供給管、５・・・窒素ガス（処理流体）、６
・・・排気管、７・・・治具、８・・・封止蓋、１０・
・・遮断蓋、１０ａ・・・円板部材、１１・・・突起部
、１２・・・ヒーター、１３・・・断熱体、２１・・・
水素アニール装置、２２・・・反応管、２２ａ・・・導
出入口、２３ａ・・・混合ガス、２３ｂ・・・窒素ガス
、２４・・・治具、２４ａ・・・支持棒、２５・・・封
止蓋、２６・・・排出管、Ａ・・・処理域、Ｂ・・・断
熱域。 第　　１　　図 （ｂ）　ｌ’

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、鉛直方向に長尺状に設置され内部に少なくとも処理
   域が形成され下端に被処理物の出し入れを行う導出入口
   が設けられた反応管を有しており、この反応管の内部に
   は熱の流通を遮断する遮断蓋を有しており、該遮断蓋は
   被処理物の出し入れ時においては処理域の下部の反応管
   内側部に設けられた脱落防止手段によって係止されて前
   記処理域を封止状態にするとともに、前記被処理物の処
   理域への挿入の際に被処理物を保持する治具の上部に付
   勢されて処理域の上方に押し上げられることを特徴とす
   る縦型処理装置。 ２、前記反応管内部の処理域と導出入口との間に断熱域
   が設けられており、該断熱域に被処理物が位置された状
   態で前記遮断蓋が前記脱落防止手段によって係止され該
   断熱域を前記処理域から隔成することを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の縦型処理装置。