JP2001085349A - 縦型熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ウエーハの金属不純物による汚染を低
減し得る縦型熱処理装置を提供する。 【解決手段】 抵抗加熱炉に垂直に配設され、上部から
導入された処理ガスが下部から排出される下端開放の炉
芯管１と、多数の半導体ウエーハ５を積載する縦型ウエ
ーハボート４と、半導体ウエーハを炉芯管内に装入すべ
く縦型ウエーハボートを載置して昇降され、炉芯管の下
端開口部を閉鎖する蓋体６と、多数の熱遮蔽板７ａを多
数のディスタンスピース７ｂを介して多段に積層してな
り、炉芯管の下端部からの熱放散を抑制すべく蓋体と縦
型ウエーハボートの間に介装される泡入り石英ガラス製
の熱遮蔽体７を有する縦型熱処理装置において、前記蓋
体に載置されて熱遮蔽体の外周を適宜に離隔して囲むほ
ぼ円筒状を呈し、下部に透孔９を有する高純度石英ガラ
ス製の遮蔽体カバー８を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンウエーハ
等の半導体ウエーハに酸化、拡散、ＣＶＤ等の熱処理を
施す縦型熱処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の縦型熱処理装置として
は、縦型の抵抗加熱炉に均熱管を介在して垂直に配設さ
れ、かつ、上部から導入された処理ガスが下部から排出
される下端開放の炉芯管と、多数の半導体ウエーハを多
段に積載する縦型ウエーハボートと、半導体ウエーハを
炉芯管内に装入すべく縦型ウエーハボートを載置してロ
ーディング装置により昇降され、炉芯管の下端開口部を
気密に閉鎖する蓋体と、多数の熱遮蔽板を多数のディス
タンスピースを介して多段に積層してなり、炉芯管の下
端部からの熱放散を抑制すべく蓋体と縦型ウエーハボー
トの間に介装される泡入り石英ガラス製の熱遮蔽体とを
有するものが知られている。

【０００３】ここで、炉芯管や縦型ウエーハボート、熱
遮蔽体には、石英ガラスや炭化珪素（ＳｉＣ）、場合に
よってはシリコン（Ｓｉ）等が用いられるが、例えば石
英ガラスは、天然水晶の粉砕粉を原料にして電気溶融法
で製造されており、原料の精製純化を行って製造しても
１０〜１０００ppb 程度の金属不純物の混入を免れず、
その中で、鉄（Ｆｅ）の汚染は、１００〜１０００ppb
の濃度である。一方、上記石英ガラスを用いた製品は、
その加工工程において熱処理を加えられるが、この熱処
理によっても金属不純物汚染があり、特に表層部の汚染
が増す。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、半導体デバイ
スの高集積化に伴って半導体ウエーハの高純度への要求
が厳しくなっている昨今、従来の縦型熱処理装置では、
通常行われている１１００℃以下の温度での半導体ウエ
ーハの熱処理においては、半導体ウエーハの金属不純物
汚染が問題にならないが、１１００℃を超える高温での
半導体ウエーハの熱処理においては、上記石英ガラス製
品等からの金属不純物の拡散が大きくなり、半導体ウエ
ーハの金属不純物による汚染量が増大する不具合があ
る。かかる汚染量の増大の一因は、炉芯管の上部から導
入され、下部から排出される処理ガスの流れが、熱遮蔽
体付近で乱れ、縦型ウエーハボート側へ逆流し、熱遮蔽
体から拡散される金属不純物も半導体ウエーハを汚染す
るためと考えられる。

【０００５】なお、半導体ウエーハの金属不純物による
汚染は、例えばシリコンウエーハを水素ガス雰囲気にお
いて１１００℃を超える高温で熱処理（この処理はシリ
コンウエーハ表層部の酸素濃度を低下させて高品質とす
るためのもの）する場合に顕著となる。これは、シリコ
ンウエーハの表面の自然酸化膜が水素ガスによりエッチ
ングされてシリコン結晶面がむき出しになっている一
方、水素ガスが石英ガラス中を容易に通過するため、石
英ガラス中の金属不純物をろ過純化し炉芯管内に放出
し、又、水素ガスが石英ガラスと反応してガラス表面を
エッチングし、汚染度の高い金属不純物を同様に炉芯管
内に放出することによる。一方、石英ガラス以外の炭化
珪素も石英ガラス以上に金属不純物を含む場合があり、
又、シリコンは、金属不純物の含有量がかなり少ないも
のの、全く含まないわけではなく、それらによる汚染も
ある。

【０００６】そこで、本発明は、半導体ウエーハの金属
不純物による汚染を低減し得る縦型熱処理装置を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の縦型熱処理装置は、抵抗加熱炉に垂直に配
設され、かつ、上部から導入された処理ガスが下部から
排出される下端開放の炉芯管と、多数の半導体ウエーハ
を積載する縦型ウエーハボートと、半導体ウエーハを炉
芯管内に装入すべく縦型ウエーハボートを載置して昇降
され、炉芯管の下端開口部を閉鎖する蓋体と、多数の熱
遮蔽板を多数のディスタンスピースを介して多段に積層
してなり、炉芯管の下端部からの熱放散を抑制すべく蓋
体と縦型ウエーハボートの間に介装される泡入り石英ガ
ラス製の熱遮蔽体とを有する縦型熱処理装置において、
前記蓋体に載置されて熱遮蔽体の外周を適宜に離隔して
囲むほぼ円筒状を呈し、下部に透孔を有する高純度石英
ガラス製の遮蔽体カバーを備えることを特徴とする。

【０００８】遮蔽体カバーは、底壁を有するもの又は有
しないもののいずれであってもよい。又、遮蔽体カバー
の透孔は、底壁を有する場合、筒壁下端部若しくは底壁
に１つ以上設け、又、底壁を有しない場合、筒壁下端部
に少なくとも１つ以上設け、若しくは下端開口部そのも
のを透孔として機能させる。更に、遮蔽体カバーの透孔
から排出される処理ガスは、炉芯管の下部から残りの処
理ガスと一緒に排出したり、あるいは透孔と近接させて
蓋体に設けた透孔から排出される。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は本発明に係る縦型熱
処理装置の実施の形態の一例を示す一部を断面した正面
図である。図中１は縦型の抵抗加熱炉に均熱管（共に図
示せず）を介在して垂直に配設された炉芯管で、この炉
芯管１は、閉塞した上端中央部に処理ガスの導入管２を
取り付けると共に、下端外周部に処理ガスの複数の排気
管３を取り付けた下端開放の円筒状を呈しており、天然
水晶の粉砕粉（原料）に精製純化処理を施し電気溶融し
た高純度の石英ガラスによって作製されている。４はシ
リコンウエーハ等の多数の半導体ウエーハ５を多段に積
載する縦型ウエーハボートで、シリコンによって作製さ
れている。

【００１０】６は半導体ウエーハ５を炉芯管１内に装入
すべく縦型ウエーハボート４を載置してローディング装
置（図示せず）により昇降される蓋体で、炉芯管１の下
端開口部を気密に閉鎖可能に設けられている。そして、
蓋体６と縦型ウエーハボート４の間には、炉芯管１の下
端部からの熱放散を抑制すべく円板状の多数の熱遮蔽板
７ａを短円柱状若しくは短円筒状等の多数のディスタン
スピース７ｂを介して多段に積層してなる熱遮蔽体７が
介装されており、この熱遮蔽体７の少なくとも熱遮蔽板
７ａは、天然水晶の粉砕粉に精製純化処理を施し電気溶
融した高純度の泡入り石英ガラスによって作製される。
又、蓋体６上には、熱遮蔽板７の外周を適宜に離隔して
囲む有底のほぼ円筒状を呈する遮蔽体カバー８が、底壁
８ａを蓋体６と熱遮蔽体７との間に介在させて載置され
ており、この遮蔽体カバー８の筒壁８ｂ下端部には、炉
芯管１の排気管３と対向する複数の透孔９が形成されて
いる。遮蔽体カバー８は、炉芯管１と同様の高純度の石
英ガラスによって作製されている。

【００１１】上記構成の縦型熱処理装置においては、半
導体ウエーハ５の熱処理に際し、縦型ウエーハボート４
の存在する均熱領域から炉芯管１の下端部に向けて放散
しようとする熱が、熱遮蔽体７によってその放散を大幅
に抑制される一方、炉芯管１の上部の導入管２から導入
され、縦型ウエーハボート４を経て流下し、熱遮蔽体７
の外周近傍を通る一部の処理ガスが、遮蔽体カバー８の
上端開口部からその中に流入し、流れを乱すことなく遮
蔽体カバー８の内面に案内されて流下して筒壁８ｂ下端
部の透孔９から排出され、残部の処理ガスと一緒に炉芯
管１の排気管３から系外へ排出される。

【００１２】なお、上述した実施の形態のものにおいて
は、遮蔽体カバー８の透孔９から排出される一部の処理
ガスを残部の処理ガスと一緒に炉芯管１の排気管３から
排出する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、例えば、図示は省略するが、遮蔽体カバー
８の筒壁８ａ下端部の複数の透孔９と近接させ、かつ、
遮蔽体カバー８の外側に位置するようにして蓋体１に設
けた透孔から排出したり、あるいは遮蔽体カバー８の底
壁８ａに透孔を形成すると共に、これに連通する透孔を
蓋体６に設け、両透孔を介して一部の処理ガスを系外へ
排出するようにしてもよい。又、遮蔽体カバー８は、有
底のほぼ円筒状とする場合に限らず、単なるほぼ円筒状
を呈するものとしてもよい。この場合、遮蔽体カバー内
に流入する一部の処理ガスの排出経路は、底壁８ａを有
する場合とほぼ同様となる。

【００１３】ここで、半導体ウエーハの熱処理に際し、
高純度石英ガラス製の遮蔽体カバー（図１に示す形状の
もの）を設置した場合と、設置しなかった場合における
金属不純物汚染の程度を比較した。熱遮蔽体としては、
天然水晶の粉砕粉に精製純化処理を施し電気溶融した高
純度の泡入り石英ガラスによって作製したものと、参考
のため気体の四塩化ケイ素を用いた気相軸付（ＶＡＤ）
法で得た高純度の泡入り石英ガラスによって作製したも
のとの同一形状の２種類を用い、縦型ウエーハボートに
ダミーウエーハ（５枚）とシリコンウエーハ（５枚）を
積載し、前者の熱遮蔽体＋遮蔽体カバー無し、後者
の熱遮蔽体＋遮蔽体カバー有り、前者の熱遮蔽体＋遮
蔽体カバー有りの３通りの条件で熱処理を行った後、Ｓ
ＰＶ（Surface Photo Voltage ）法による鉄濃度の測定
を行った。

【００１４】熱処理条件は、次の通りである。 加熱温度：１２００℃ 加熱時間： １時間 処理ガス： Ａｒガス 処理ガス流量：１５ｌ／分 各条件での熱処理後のウエーハの鉄濃度は、図２に示す
ようになった。

【００１５】図２において、Ｄ−ｔｏｐは、処理ガスに
よる汚染が顕著にあらわれるダミーウエーハの最上段の
もの、ｔｏｐは、処理ガスの影響をあまり受けない縦型
ウエーハボートのほぼ中間以下に積載されるシリコンウ
エーハの最上段のもの、ｂｏｔｔｏｍは、熱遮蔽体から
の影響が大きいと考えられる縦型ウエーハボートの下部
におけるシリコンウエーハの最下段のものを指す。又、
図２において、Ｃｅｎ．は、図３に示すように、ウエー
ハの中心部における９点の位置の平均値の鉄濃度、Ｒ／
２は、図４に示すように、ウエーハの中間部における２
４点の位置の平均値の鉄濃度、Ｅｄｇｅは、図５に示す
ように、ウエーハの周辺部における４０点の位置の平均
値の鉄濃度を示す。

【００１６】図２から、遮蔽体カバーを設置した場合、
設置しなかった場合に比べ、鉄汚染量が約半分に減って
いることが分かる。なお、測定は、２回行い、良い再現
性が得られている。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の縦型熱処
理装置によれば、半導体ウエーハの熱処理に際し、炉芯
管の上部から導入され、縦型ウエーハボートを経て流下
し、熱遮蔽体の外周近傍を通る一部の処理ガスが、遮蔽
体カバーの上端開口部からその中に混入し、流れを乱す
ことなく遮蔽体カバーの内面に案内されて流下してその
下部の透孔から排出されるので、従来のもののように、
処理ガスの流れが熱遮蔽体付近で乱れ、縦型ウエーハボ
ート側へ逆流することがなく、半導体ウエーハの金属不
純物による汚染を大幅に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る縦型熱処理装置の実施の形態の一
例を示す一部を断面した正面図である。

【図２】遮蔽体カバーを設置した場合と設置しない場合
における半導体ウエーハの熱処理後のＳＰＶ法による鉄
濃度の測定結果を表わした説明図である。

【図３】図２におけるＣｅｎ．の測定位置の説明図であ
る。

【図４】図２におけるＲ／２の測定位置の説明図であ
る。

【図５】図２におけるＥｄｇｅの測定位置の説明図であ
る。

【符号の説明】

１ 炉芯管 ４ 縦型ウエーハボート ５ 半導体ウエーハ ６ 蓋体 ７ 熱遮蔽体 ７ａ 熱遮蔽板 ７ｂ ディスタンスピース ８ 遮蔽体カバー ９ 透孔

フロントページの続き (72)発明者 斉藤 広幸 神奈川県秦野市曽屋30番地 東芝セラミッ クス株式会社開発研究所内 (72)発明者 大森 真紀子 神奈川県秦野市曽屋30番地 東芝セラミッ クス株式会社開発研究所内 (72)発明者 田中 順二 新潟県北蒲原郡聖籠町東港６−861−５ 新潟東芝セラミックス株式会社内 Ｆターム(参考） 5F045 AA06 AA20 DP19 EM01 EM09

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 抵抗加熱炉に垂直に配設され、かつ、上
   部から導入された処理ガスが下部から排出される下端開
   放の炉芯管と、多数の半導体ウエーハを積載する縦型ウ
   エーハボートと、半導体ウエーハを炉芯管内に装入すべ
   く縦型ウエーハボートを載置して昇降され、炉芯管の下
   端開口部を閉鎖する蓋体と、多数の熱遮蔽板を多数のデ
   ィスタンスピースを介して多段に積層してなり、炉芯管
   の下端部からの熱放散を抑制すべく蓋体と縦型ウエーハ
   ボートの間に介装される泡入り石英ガラス製の熱遮蔽体
   とを有する縦型熱処理装置において、前記蓋体に載置さ
   れて熱遮蔽体の外周を適宜に離隔して囲むほぼ円筒状を
   呈し、下部に透孔を有する高純度石英ガラス製の遮蔽体
   カバーを備えることを特徴とする縦型熱処理装置。