JP2006049360A - 熱処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】プロセスチューブ11内の開放端部11b側には、気流緩和部材15が配置されている。そのため、気流緩和部材15によってプロセスチューブ11内におけるガスの急激な流れが緩和され、ガス導入管12からプロセスチューブ11内に供給されたガスはプロセスチューブ11内を緩やかに流れて排気ポート14から排出される。従って、プロセスチューブ11内におけるガスの急激な流れによりパーティクルや塵埃などの不純物が発生せず、全てのロットRa〜Rdについて不純物によるウェハWの汚染を防止して良好な酸化膜の生成が可能になる。
【選択図】 図1
Description
熱酸化法を用いて酸化膜を形成するには、単結晶シリコンウェハを熱酸化装置のプロセスチューブ内に入れ、酸素雰囲気中で加熱することによりウェハ表面を熱酸化させる。
ソフトランディング型の搬送装置は、ウェハを保持固定したウェハボート(ウェハボード)をプロセスチューブ内に搬入・搬出する際に、プロセスチューブ内壁にウェハボートを接触させないようにすることで、パーティクルの発生を抑える機能がある。
そして、ソフトランディング型の熱酸化装置では、プロセスチューブ内にウェハボートを搬入・搬出するのに用いるフォークを、プロセスチューブ内から引き出した後にウェハの熱酸化処理を行う。
横型熱酸化装置(横型熱酸化炉)70は、プロセスチューブ(反応管、熱処理炉)71、ガス導入管72、シャッター73、排気ポート74、搬送装置(図示略)、ヒータ(図示略)などから構成されている。
閉鎖端部71aの中央部には、プロセスチューブ71内に酸素ガスを供給するためのガス導入管72が接続されている。
開放端部71bには、その開放端部71bを覆うための石英製のシャッター73が設けられている。また、開放端部71bの下側には、プロセスチューブ71内のガスを排気するための排気ポート74が設けられている。
各ロットRa〜Rdをそれぞれ構成する各ウェハWは、そのウェハ面を平行に近接させた状態で配置されている。そして、各ロットRa〜Rdは、そのウェハ面が平行に所定間隔だけ間隙を空けた状態でウェハボートBの長手方向に配置されている。
各ダミーDa,Dbは5枚のウェハWから構成され、その各ウェハWはウェハ面を平行に近接させた状態で配置されている。そして、各ダミーDa,Dbは、そのウェハ面が各ロットRa,Rdのウェハ面に対して平行に所定間隔だけ間隙を設けて配置されている。
そして、シャッター73を引き下げて閉め、ガス導入管72からプロセスチューブ71内に酸素を供給しながら、プロセスチューブ71の外周をヒータを用いて加熱してプロセスチューブ71内を昇温させることにより、酸素雰囲気中でウェハWを加熱し、ウェハWの表面を熱酸化させて二酸化ケイ素の酸化膜を形成する。
尚、各ダミーDa,Dbは、プロセスチューブ71内の温度をコントロールして各ロットRa〜Rdの周囲温度を均一化するために設けられている。
すなわち、閉鎖端部71a側に配置された各ロットRa,Rbの下側を流れたガスが、開放端部71b側に配置された各ロットRc,Rdに吹き掛けながら上昇する。
その不純物はガスの流れに乗り、各ロットRc,Rdに吹き掛けられる。そのため、各ロットRc,Rdを構成する各ウェハWの表面に不純物が付着し、その不純物により当該ウェハWが汚染されて良好な酸化膜の生成が妨げられる。
特に、各ロットRc,Rdを構成する各ウェハWの上部に不純物が付着して汚染され易いため、その汚染され易い部分に作製された半導体チップの前記特性は殊のほか悪化し、ウェハ面内における特性バラツキが大きくなる。
請求項1の発明では、気流緩和手段によってプロセスチューブ内におけるガスの急激な流れ(気流)が緩和され、プロセスチューブ内に供給されたガスはプロセスチューブ内を緩やかに流れる。
従って、請求項1の発明では、従来技術のような急激なガスの流れ(図10の矢印α参照)がプロセスチューブ内に起こらず、従来技術のようにパーティクルや塵埃などの不純物を発生させることがない。
そのため、請求項1の発明によれば、不純物によるウェハの汚染を防止して良好な熱処理が可能になる。
その結果、請求項1の発明によれば、プロセスチューブ内に複数枚のウェハを収容して熱酸化を行う場合でも、全てのウェハを良品にすることが可能になり、従来技術に比べて生産性を大幅に向上させることができる。
請求項2の発明によれば、板材と固定部材から構成される簡単な構造の気流緩和手段を設けるだけで、請求項1の発明の作用・効果を確実に得られる。
尚、気流緩和手段を構成する各板材の外形寸法および枚数については、プロセスチューブ内におけるガスの流れを十分に緩和できるように、プロセスチューブの全長および横断面の寸法形状に合わせてカット・アンド・トライで実験的に最適値を見つけて設定すればよい。
同様に、プロセスチューブ内における気流緩和手段の配置箇所についても、実験的に最適値を見つけて設定すればよい。
請求項3の発明によれば、気流緩和手段を構成する各板材に貫通孔を設けることにより、請求項2の発明の作用・効果を更に高めることができる。
尚、貫通孔の寸法形状,個数,配置箇所については、プロセスチューブ内におけるガスの流れを十分に緩和できるように、プロセスチューブの全長および横断面の寸法形状に合わせてカット・アンド・トライで実験的に最適値を見つけて設定すればよい。
請求項4の発明によれば、ソフトランディング型を採用することにより、プロセスチューブ内壁にウェハボートを接触させないことが可能になり、パーティクルの発生を抑えることができる。
請求項5の発明によれば、フォークがウェハボートに加えて気流緩和手段を載置してプロセスチューブ内に搬入・搬出するため、気流緩和手段をウェハボートと同時にプロセスチューブ内に搬入・搬出可能になり、気流緩和手段の搬入・搬出に特別な工程を設ける必要が無く、工程が複雑化することによる製造コストの増大を回避できる。
図1は、ソフトランディング型の搬送装置(ソフトランダー)を備えた第1実施形態の横型熱酸化装置(横型熱酸化炉)10の概略構成を説明するための概略縦断面図である。
横型熱酸化装置10は、プロセスチューブ(反応管、熱処理炉)11、ガス導入管12、シャッター13、排気ポート14、気流緩和部材(気流緩和手段)15、搬送装置のフォーク16、ヒータ(図示略)などから構成されている。
閉鎖端部11aの中央部には、プロセスチューブ11内に酸素ガスを供給するためのガス導入管12が接続されている。
開放端部11bには、その開放端部11bを覆うための石英製のシャッター13が設けられている。また、開放端部11bの下側には、プロセスチューブ11内のガスを排気するための排気ポート14が設けられている。
各ロットRa〜Rdをそれぞれ構成する各ウェハWは、そのウェハ面を平行に近接させた状態で配置されている。そして、各ロットRa〜Rdは、そのウェハ面が平行に所定間隔だけ間隙を空けた状態でウェハボートBの長手方向に配置されている。
尚、各ウェハWの前記所定間隔は、各ロットRa〜RdをウェハボートBに取り付け又は取り外す際の作業がし易いような適宜な間隔に設定されている。
各ダミーDa,Dbは5枚のウェハWから構成され、その各ウェハWはウェハ面を平行に近接させた状態で配置されている。そして、各ダミーDa,Dbは、そのウェハ面が各ロットRa,Rdのウェハ面に対して平行に所定間隔だけ間隙を設けて配置されている。
図3(A)は、気流緩和部材15の側面図である。
図3(B)は、気流緩和部材15の平面図である。
気流緩和部材15は、石英製または炭化ケイ素製の各板材21および各固定部材22a,22bから構成されている。
また、各板材21における各脚部21b,21cの上方には、円形の各貫通孔21d,21eが形成されている。
そのため、各板材21の板面が所定間隔だけ間隙を空けた状態で各固定部材22a,22bによって連結固定され、各板材21および各固定部材22a,22bは一体化されている。
図4は、第1実施形態の横型熱酸化装置10の使用方法を説明するための概略縦断面図である。
このとき、ソフトランディング型の搬送装置は、プロセスチューブ11内壁にウェハボートBを接触させないようにすることで、パーティクルの発生を抑える。
第1実施形態によれば、以下の作用・効果を得ることができる。
プロセスチューブ11内には、閉鎖端部11a側から開放端部11b側に向けて、ダミーDa、ロットRa〜Rd、ダミーDbがこの順番でウェハボートB上に保持配置されている。
尚、各ダミーDa,Dbは、プロセスチューブ11内の温度をコントロールして各ロットRa〜Rdの周囲温度を均一化するために設けられている。
そのため、気流緩和部材15によってプロセスチューブ11内におけるガスの急激な流れ(気流)が緩和され、ガス導入管12からプロセスチューブ11内に供給されたガスはプロセスチューブ11内を緩やかに流れて排気ポート14から排出される。
そのため、第1実施形態によれば、全てのロットRa〜Rdについて不純物によるウェハWの汚染を防止して良好な酸化膜の生成が可能になる。
その結果、第1実施形態によれば、全てのロットRa〜Rdの全てのウェハWを良品にすることが可能になり、従来技術に比べて生産性を大幅に向上させることができる。
気流緩和部材15を構成する各板材21の外形寸法および枚数については、プロセスチューブ11内におけるガスの流れを十分に緩和できるように、プロセスチューブ11の全長および横断面の寸法形状に合わせてカット・アンド・トライで実験的に最適値を見つけて設定すればよい。
同様に、気流緩和部材15とウェハボートBとの離間距離についても、実験的に最適値を見つけて設定すればよい。
気流緩和部材15を構成する各板材21および各固定部材22a,22bの材質として石英を用いた場合には、その表面を平滑にして透明にしてもよく、その表面に細かな凹凸を設けてスリ状にしてもよい。
気流緩和部材15を構成する各板材21および各固定部材22a,22bの材質として炭化ケイ素を用いた場合、炭化ケイ素は石英よりも耐熱温度が高いため熱酸化の処理温度を高めることが可能である反面、炭化ケイ素は石英よりも熱伝導性が良好なため気流緩和部材15の部分毎に温度差が生じて破損を起こすおそれがある。
従って、気流緩和部材15の材質は、熱酸化の処理温度と使用するフォーク16の搬送装置に合わせて適宜選択すればよい。
フォーク16は、ウェハボートBに加えて気流緩和部材15を載置してプロセスチューブ11内に搬入・搬出する。
そのため、第1実施形態によれば、気流緩和部材15をウェハボートBと同時にプロセスチューブ11内に搬入・搬出可能になり、気流緩和部材15の搬入・搬出に特別な工程を設ける必要が無く、工程が複雑化することによる製造コストの増大を回避できる。
特許文献1には、ウェハボートの近傍に断熱基体を設け、その断熱基体として、複数枚の円板状の石英製反射板を石英製ロッドにより間隙をおいて並列に並べて固定したものを用いることが記載されている。
つまり、特許文献1の断熱基体は、プロセスチューブ内の温度をコントロールするためのものであり、第1実施形態における各ダミーDa,Dbと同様の機能を有する。そして、特許文献1には、断熱基体の機能として、前記[1−1]の記載内容に関する内容は一切開示されておらず示唆すらもされていない。
従って、特許文献1の断熱基体に基づいて第1実施形態の気流緩和部材15を想到することは、例え当業者といえども困難であり、第1実施形態の作用・効果(前記[1−1]〜[1−5])を予測し得るものではない。
図5は、ソフトランディング型の搬送装置を備えた第2実施形態の横型熱酸化装置30の使用方法を説明するための概略縦断面図である。
横型熱酸化装置30は、プロセスチューブ11、ガス導入管12、シャッター13、排気ポート14、気流緩和部材(気流緩和手段)15,31、搬送装置のフォーク16、ヒータ(図示略)などから構成されている。
尚、気流緩和部材31の構成は気流緩和部材15と同じである。
そして、気流緩和部材31は、プロセスチューブ11内に単に載置しておくだけでもよく、プロセスチューブ11内に固定しておいてもよい。
従って、第2実施形態によれば、第1実施形態の前記[1−1]の作用・効果を更に高めることができる。
図6は、ソフトランディング型の搬送装置を備えた第3実施形態の横型熱酸化装置40の使用方法を説明するための概略縦断面図である。
横型熱酸化装置40は、プロセスチューブ11、ガス導入管12、シャッター13、排気ポート14、搬送装置のフォーク16、気流緩和部材31、ヒータ(図示略)などから構成されている。
尚、第1実施形態と第3実施形態のいずれを実施するかは、プロセスチューブ11の全長および横断面の寸法形状に合わせて適宜選択すればよい。
ところで、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよく、その場合でも、上記各実施形態と同等もしくはそれ以上の作用・効果を得ることができる。
図7に示すように、気流緩和部材15,31を構成する各板材21に、その板面の表裏を貫通する各貫通孔21fを設けてもよい。
各貫通孔21fの寸法形状,個数,配置箇所については、プロセスチューブ11内におけるガスの流れを十分に緩和できるように、プロセスチューブ11の全長および横断面の寸法形状に合わせてカット・アンド・トライで実験的に最適値を見つけて設定すればよい。
上記各実施形態の気流緩和部材15,31は、同一寸法形状の各板材21によって構成されている。
しかし、各板材21の寸法形状を異ならせてもよく、例えば、プロセスチューブ11内の閉鎖端部11a側から開放端部11b側に向けて、円盤状の各板材21の直径が除々に大きく(または小さく)なるようにしてもよい。
各板材21の寸法形状については、プロセスチューブ11内におけるガスの流れを十分に緩和できるように、プロセスチューブ11の全長および横断面の寸法形状に合わせてカット・アンド・トライで実験的に最適値を見つけて設定すればよい。
第1実施形態ではプロセスチューブ11の開放端部11b側に気流緩和部材15を配置し、第2実施形態ではプロセスチューブ11の両端部11a,11b側に気流緩和部材31,16を配置し、第3実施形態ではプロセスチューブ11の閉鎖端部11a側に気流緩和部材31を配置している。
尚、図8においても、図5に示す第3実施形態と同様に、気流緩和部材31をウェハボートBの左側(閉鎖端部11a側)の適宜な位置に配置してもよい。
尚、プロセスチューブ11内に3個以上のウェハボートを収容する場合には、各ウェハボートの間に気流緩和部材15を配置してもよい。
上記各実施形態では、25枚のウェハWで1ロットが構成され、ウェハボートBには4ロットRa〜Rd分のウェハWが保持固定されている。
しかし、1ロットを構成するウェハWの枚数は適宜設定してもよく、ウェハボートBに保持させるロット数についても適宜設定してよい。
上記各実施形態では、単結晶シリコンウェハWをウェハボートBに保持させている。
しかし、単結晶シリコンウェハに限らず、半導体製造に用いられるどのようなウェハ(例えば、SOI(Semiconductor On Insulator)構造の絶縁基板から成るウェハなど)をウェハボートBに保持させてもよい。
上記各実施形態は、酸素雰囲気中でウェハWを加熱して熱酸化させるドライ酸化法に適用したものである。
しかし、本発明は、酸素と水素の混合雰囲気中でウェハWを加熱して熱酸化させるウェット酸化法(湿式酸化法)に適用してもよく、ウェット酸化法の一種であるパイロジェニック酸化法に適用してもよい。
また、ウェット酸化法において窒素を供給し、酸素と水素と窒素の混合雰囲気中でウェハWを加熱して熱酸化させてもよく、このように形成した酸化膜は、膜厚を薄くしても特性が優れるため、MOSトランジスタのゲート絶縁膜として使用すれば高集積化に好適である。
上記各実施形態は熱酸化装置に適用したものであるが、本発明は熱酸化装置に限らず、半導体製造で用いられるウェハに適宜なガス雰囲気中で熱処理を施すための熱処理装置全般に適用してもよい。
尚、熱処理装置としては、例えば、ウェハ表面に不純物を熱拡散させる熱拡散装置(熱拡散炉)だけでなく、CVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いてウェハ上に各種薄膜を形成するCVD装置、アッシング装置なども含まれる。
11…プロセスチューブ
12…ガス導入管
13…シャッター
14…排気ポート
15…気流緩和部材
16…フォーク
21…板材
21f…貫通孔
22a,22b…固定部材
Claims (5)
- 半導体製造で用いられるウェハをプロセスチューブ内に収容し、プロセスチューブ内に適宜なガスを供給して、そのガス雰囲気中でウェハを加熱して熱処理を施す熱処理装置であって、
前記プロセスチューブ内のガスの流れを緩和するための気流緩和手段を備えたことを特徴とする熱処理装置。 - 請求項1に記載の熱処理装置において、
前記気流緩和手段は、
前記プロセスチューブの横断面形状に対応した平面形状の複数枚の板材と、
前記各板材の板面が所定間隔だけ間隙を空けた状態で各板材を連結固定する固定部材とを備え、
前記プロセスチューブ内の長手方向の適宜な箇所に配置されていることを特徴とする熱処理装置。 - 請求項2に記載の熱処理装置において、
前記気流緩和手段の前記各板材には、その板面の表裏を貫通する貫通孔が形成されていることを特徴とする熱処理装置。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の熱処理装置において、
前記ウェハを保持固定するウェハボートと、
そのウェハボートを載置して前記プロセスチューブ内に搬入または搬出するフォークとを備え、
前記フォークを前記プロセスチューブ内から引き出した後に前記ウェハの熱処理を行うことを特徴とするソフトランディング型の熱処理装置。 - 請求項4に記載の熱処理装置において、
前記フォークは、前記ウェハボートに加えて前記気流緩和手段を載置して前記プロセスチューブ内に搬入または搬出することを特徴とする熱処理装置。
Priority Applications (1)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2021246024A1 (ja) * | 2020-06-04 | 2021-12-09 | 株式会社Sumco | 横型熱処理炉を用いたシリコンウェーハの熱処理方法 |
JP7400683B2 (ja) | 2020-10-07 | 2023-12-19 | 株式会社Sumco | 横型熱処理炉を用いたシリコンウェーハの熱処理方法 |
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2004
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JPWO2021246024A1 (ja) * | 2020-06-04 | 2021-12-09 | ||
JP7380872B2 (ja) | 2020-06-04 | 2023-11-15 | 株式会社Sumco | 横型熱処理炉を用いたシリコンウェーハの熱処理方法 |
EP4163425A4 (en) * | 2020-06-04 | 2024-07-10 | Sumco Corp | HEAT TREATMENT PROCESS FOR SILICON WAFERS USING HORIZONTAL HEAT TREATMENT FURNACE |
JP7400683B2 (ja) | 2020-10-07 | 2023-12-19 | 株式会社Sumco | 横型熱処理炉を用いたシリコンウェーハの熱処理方法 |
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