JP2006294779A

JP2006294779A - 熱処理炉

Info

Publication number: JP2006294779A
Application number: JP2005111692A
Authority: JP
Inventors: Tsuyoshi Tabata; 強詩田端
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-04-08
Filing date: 2005-04-08
Publication date: 2006-10-26

Abstract

【課題】プロセスガスが偏って流れることを抑え、半導体基板上に形成される膜の膜厚バラツキを低減することが可能な熱処理炉を提供する。
【解決手段】縦型炉１１は、ウエハ１２にシリコン酸化膜を形成するために用いられ、反応管１３と、ボート１４と、ガス供給口１６と、ガス排気口１７と、第１整流板１８と、第２整流板１９とを有する。プロセスガス２１は、ガス供給口１６から導入され、ガス排気口１７から吸引により排気される。第１整流板１８によって広げられたプロセスガス２１は、ボート１４とガス排気口１７との間に設けられた第２整流板１９によって、ボート１４下側の領域における、ガス排気口１７側に近い領域と遠い領域との流れ方の差が抑えられる。これにより、ボート１４の下側に載置されたウエハ１２であったとしても、ウエハ１２に形成される膜厚の面内均一性を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体基板であるウエハに膜を形成する熱処理炉に関する。

熱処理炉の１つに、特許文献１に記載のような、プロセスガスを用いてウエハ上に膜の形成を行う縦型炉がある。詳述すると、図４に示すように、縦型炉１０１は、複数のウエハ１０２を載置することが可能なボート１０３と、ボート１０３を収納することが可能な反応管１０４と、反応管１０４の中にプロセスガス１０５の供給を行う反応管１０４の上面近傍に設けられたガス供給口１０６と、ガス供給口１０６から供給されたプロセスガス１０５を広げるための供給側整流板１０７と、供給側整流板１０７によって広げられたプロセスガス１０５を吸引によって排気を行う反応管１０４の側面における底面近傍の位置に設けられたガス排気口１０８とを有する。
プロセスガス１０５は、反応管１０４の下側から吸引されることにより、反応管１０４の上側から下側に向かって流れ、ボート１０３の上側に載置されたウエハ１０２からボート１０３の下側に載置されたウエハ１０２に亘って供給される。

特開平５−２３４９２３号公報

しかしながら、反応管１０４の上側ではプロセスガス１０５が略均一に広がっているが、ガス排気口１０８が側面における底面近傍の位置に設けられているので、反応管１０４の下側ではプロセスガス１０５がガス排気口１０８に集中して（偏って）吸引されることから、プロセスガス１０５がウエハ１０２に対して不均一に流れるという問題があった。これにより、ボート１０３の上側に載置されたウエハ１０２には膜厚バラツキの小さい膜が形成されるが、ボート１０３の下側に載置されたウエハ１０２には膜厚バラツキの大きい膜が形成される。その結果、ウエハ１０２が不良となることがあった。

本発明の目的は、プロセスガスが偏って流れることを抑え、半導体基板上に形成される膜の膜厚バラツキを低減することが可能な熱処理炉を提供する。

上記目的を達成するために、本発明に係る熱処理は、複数の半導体基板を収納するための柱状に形成された反応管と、前記反応管内で複数の前記半導体基板を支持するボートと、前記ボート上の前記半導体基板に膜を形成するためのプロセスガスを行き亘らせるべく、前記反応管の上面近傍に設けられた前記反応管の中に前記プロセスガスの供給を行うガス供給口と、前記反応管の外部に排気するために、前記反応管の側面における底面近傍の位置に設けられた、前記ガス供給口から供給された前記プロセスガスを吸引によって排気を行うガス排気口と、前記ボートと前記ガス排気口との間に設けられた整流板であって、前記ボートにおける前記底面側の領域において、前記ガス排気口によって吸引される前記プロセスガスの流れの勢い及び方向を変えることが可能な整流板と、を有する。

この構成によれば、ガス供給口から供給されたプロセスガスをガス排気口によって吸引するとき、整流板によって、プロセスガスの流れの勢い及び方向を調整できるようにしたので、プロセスガスが反応管内において供給側から排気側に向かって偏って流れることを低減できる。これにより、ボートに載置された複数の半導体基板のうち、排気側に載置された半導体基板であったとしても、プロセスガスと反応して形成された半導体基板上の膜厚のバラツキが抑えられ、面内均一性を向上させることができる。その結果、半導体基板が不良となることを低減することができる。

本発明に係る熱処理炉では、前記整流板は、前記プロセスガスが流通する孔が形成されていることが望ましい。

この構成によれば、形成された孔からプロセスガスが通るようになるので、整流板におけるプロセスガスを流したい方向に孔を設けることにより、プロセスガスの流す方向をコントロールすることができる。よって、ボートの底面側の領域におけるガス排気口に近い領域と遠い領域とで、プロセスガスの流れの偏りの差を低減することができる。

本発明に係る熱処理炉では、前記整流板は、前記整流板における前記ガス排気口側に近い領域と遠い領域とにおいて、前記孔の大きさ及び孔の数量のうち少なくとも一方が変えられていることにより、前記プロセスガスの流れの勢い及び方向を変更できることが望ましい。

この構成によれば、ガス排気口側に近いほどプロセスガスの流れの勢いが抑えられるように、整流板の孔の大きさや孔の数量を、ガス排気口に近い領域と遠い領域とで変えているので、プロセスガスが反応管内における供給側から排気側に向かって偏って流れることを低減できる。整流板におけるガス排気口に近い領域では、遠い領域と比較して小さい孔や少ない数量の孔が形成される。一方、整流板におけるガス排気口に遠い領域では、近い領域と比較して大きい孔や多い数量の孔が形成される。

本発明に係る熱処理炉では、前記整流板は、前記プロセスガスの流れに応じて相互に回動可能な第１整流板と第２整流板とを有することが望ましい。

この構成によれば、孔の大きさや数量をガス排気口に近い領域と遠い領域とにおいて変えた第１整流板及び第２整流板を相互に回動させることが可能なので、プロセスガスが流れる方向をより多くの組み合わせによって調整することができる。

本発明に係る熱処理炉では、前記熱処理炉は、縦型炉又は横型炉であってもよい。

以下、本発明に係る半導体製造装置の排気方法の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、熱処理炉の１つである縦型炉の構造を示す模式断面図である。縦型炉は、半導体基板に膜を形成したり、半導体基板に注入された不純物を拡散したりするために用いられる。以下、半導体基板に膜の形成を行う縦型炉の構造を、図１を参照しながら説明する。

図１に示すように、縦型炉１１は、反応管１３と、ボート１４と、ヒータ１５と、ガス供給口１６と、ガス排気口１７と、第１整流板１８（ガス供給側の整流板）と、整流板である第２整流板１９（ガス排気側の整流板）とを有する。半導体基板としてのウエハ１２上に形成する膜としての酸化膜は、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）である。

反応管１３は、例えば、石英や炭化珪素（ＳＩＣ）からなり、上側が閉塞された上下方向に長い筒型状（柱状）に形成されている。反応管１３の下側には、反応管１３内にボート１４を搬入したり反応管１３内からボート１４を搬出したりするための、図示しない開閉可能なシャッタが設けられている。

ボート１４は、例えば、石英や炭化珪素（ＳＩＣ）からなり、複数のウエハ１２を載置するために用いられる。ボート１４は、熱処理を行うとき、反応管１３の中に収納される。縦型炉１１は、ボート１４を反応管１３の中に搬入したり、反応管１３内から搬出したりするために、上下動可能なローダ２０を有する。

ヒータ１５は、反応管１３内に配置された複数のウエハ１２を加熱させるために、反応管１３の外側全周に亘って設けられている。ヒータ１５の熱によって、反応管１３内の雰囲気が、例えば８００℃〜１２００℃に加熱される。

ガス供給口１６は、反応管１３内に、例えば窒素ガスやプロセスガス２１を導入するために、反応管１３内の上側（上面近傍）中央付近に設けられている。プロセスガス２１は、例えば、ウエハ１２上にシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）を形成するための酸素（Ｏ₂）である。反応管１３内にプロセスガス２１が導入されたあと、熱酸化法によって、ウエハ１２上にシリコン酸化膜が形成される。

ガス排気口１７は、図示しない排気設備に接続されており、反応管１３内に導入されたプロセスガス２１（熱処理済みのプロセスガスを含む）の排気を行っている。ガス排気口１７は、反応管１３の側面における底面近傍の位置に設けられている。

第１整流板（ガス供給側整流板）１８は、ガス供給口１６とボート１４との間に、水平に設けられている。第１整流板１８は、例えば、円板状からなり、ガス供給口１６から供給されたプロセスガス２１を分散させるための分散孔が形成されている。

第２整流板（ガス排気側整流板）１９は、例えば円板状からなり、ボート１４とガス排気口１７との間に水平に配置されている。第２整流板１９は、プロセスガス２１が反応管１３の中で偏って流れないようにするために設けられており、プロセスガス２１の流れる方向を変えるための分散孔３２（図２参照）が形成されている。第２整流板１９は、ローダ２０の支柱２０ａに回動可能な状態で配置される。第２整流板１９の外周面と反応管１３の内周面との間には、例えば、わずかな隙間を有する。

以上のように構成された縦型炉１１によって熱処理を行うことにより、ボート１４に載置されたウエハ１２にプロセスガス（Ｏ₂）２１が接触し、これにより、ウエハ１２に含まれるシリコン（Ｓｉ）とプロセスガス（Ｏ₂）２１が反応し、その結果、ウエハ１２上にシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）が形成される。
ウエハ１２上の全面にプロセスガス２１が均一に流れることで、ウエハ１２上に膜厚の均一なシリコン酸化膜が形成される。

図２は、ガス排気側に配置された第２整流板の構造を示す模式平面図である。以下、第２整流板の構造を、図２を参照しながら説明する。図２に示すように、第２整流板１９は、基板３３と、嵌合孔３１と、分散孔３２とを有する。

嵌合孔３１は、基板３３の中心に形成されており、ローダ２０に設けられた支柱２０ａに嵌合できる大きさになっている。支柱２０ａを中心に、第２整流板１９を回動させることが可能になっている。

分散孔３２は、例えば、基板３３における半円の範囲Ａ内に、所定の間隔をあけて均一に形成されている。分散孔３２は、例えば、全て同じ大きさに形成されている。

第２整流板１９は、第２整流板１９における分散孔３２を、ガス排気口１７が設けられている位置と反対側の位置になるようにして設置される。つまり、第２整流板１９は、プロセスガス２１が、反応管１３の側面に設けられているガス排気口１７によって吸引されることに伴い、偏って流れることを抑えるための役割を行う。また、嵌合孔３１を軸に第２整流板１９を回動させて、分散孔３２が形成された方向を任意の角度に調整することができる。

次に、図１，２を参照しながら、縦型炉１１によってウエハ１２上にシリコン酸化膜を形成する手順を説明する。
まず、ステップ１では、反応管１３の中に不活性ガス（例えば、窒素ガス）を導入する。不活性ガスは、反応管１３の上側に設けられたガス供給口１６から供給する。反応管１３の外周に配置されたヒータ１５の熱により、反応管１３内に載置されたウエハ１２を、熱処理可能な温度に加熱する。

ステップ２では、ウエハ１２が熱処理可能な温度に達したところで、反応管１３の中に導入した不活性ガス（窒素ガス）をプロセスガス２１に切り替える。

ステップ３では、プロセスガス２１を反応管１３内の周方向全体に亘って広げる。詳しくは、ガス供給口１６から供給されたプロセスガス２１は、ガス排気口１７の吸引によって下側に移動するとともに、ガス供給口１６とボート１４との間に配置された第１整流板１８によって分散し、反応管１３の周方向に広げられる。

ステップ４では、プロセスガス２１が更に反応管１３の下側に向かって下降する。詳しくは、プロセスガス２１は、ガス排気口１７の吸引によって、ウエハ１２の外周面と反応管１３の内周面との隙間を下側に移動するとともに、ウエハ１２の間に入り込む。これにより、ウエハ１２上には、プロセスガス（Ｏ₂）２１とウエハ１２に含まれるシリコン（Ｓｉ）との反応により、シリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）が形成される。

ステップ５では、ガス排気側にある第２整流板１９によって、プロセスガス２１が流れる方向を調整（コントロール）する。詳しくは、第２整流板１９より下側の領域では、ガス排気口１７に近い領域でプロセスガス２１が早く（強く）引かれ、ガス排気口１７から遠い領域でプロセスガス２１が遅く（弱く）引かれている。
一方、第２整流板１９より上側の領域では、第２整流板１９の分散孔３２から吸引することにより、ガス排気口１７から離れた分散孔３２に向かってプロセスガス２１の一部が流れるとともに、第２整流板１９の外周面と反応管１３の内周面との隙間に向かってプロセスガス２１の一部が流れる。

以上のように、第２整流板１９を設けたことにより、分散孔３２に向けてプロセスガス２１を流すことが可能となり、ガス排気口１７に近い領域及び遠い領域に、プロセスガス２１を分散させて流すことが可能となる。これにより、ボート１４の下側の領域におけるガス排気口１７に近い領域及び遠い領域において、プロセスガス２１の流れる方向の偏りを抑えることができる。

ステップ６では、プロセスガス２１をガス排気口１７から排気する。ガス排気口１７の吸引によって、第２整流板１９を通ったプロセスガス２１を外部に排気する。

以上詳述したように、本実施形態の縦型炉１１によれば、以下に示す効果が得られる。
（１）本実施形態の縦型炉１１によれば、ガス供給口１６から供給されたプロセスガス２１をガス排気口１７によって吸引するとき、第２整流板１９に形成された分散孔３２から吸引するようにしたので、ボート１４の下側の領域におけるガス排気口１７に近い領域と遠い領域とにおいて、プロセスガス２１の流れ方の差が抑えられ、プロセスガス２１が反応管１３内における供給側から排気側に向かって偏って流れることを低減できる。これにより、ボート１４に載置された複数のウエハ１２のうち、排気側に載置されたウエハ１２であったとしても、プロセスガス２１と反応して形成されたウエハ１２上のシリコン酸化膜の膜厚バラツキが抑えられ、面内均一性を向上させることができる。その結果、ウエハ１２が不良となることを低減することができる。

（２）本実施形態の縦型炉１１によれば、第２整流板１９を設けたことにより、ボート１４の上側に載置されたウエハ１２からボート１４の下側に載置されたウエハ１２に亘って、ウエハ１２の面内にプロセスガス２１が偏って流れることを抑えるので、ボート１４の上側及び下側に、犠牲用のダミーウエハを少ない枚数に抑えることができる。これにより、ボート１４の上側及び下側に、製品となるウエハ１２を載置することができ、その結果、１回に熱処理できる製品としてのウエハ１２の枚数を多くすることができる。

（３）本実施形態の縦型炉１１によれば、第２整流板１９に形成された分散孔３２からプロセスガス２１を吸引するようにしたので、分散孔３２の位置や大きさによって、プロセスガス２１が流れる方向をコントロールすることが可能となる。よって、第２整流板１９を用いることにより、ウエハ１２上に形成するシリコン酸化膜の面内均一性が向上できるような条件出しを簡単に行うことができる。

（変形例１）上記した第２整流板１９の分散孔３２は、半円の範囲Ａ内（図２参照）に形成している。半円の範囲Ａ内に分散孔３２を形成することに代えて、同じ大きさの分散孔３２が、第２整流板１９の全体に亘って形成されているようにしてもよい。これによれば、第２整流板１９が設けられていない状態と比較して、プロセスガス２１を吸引する勢いを抑えることができるので、ガス排気口１７に近い領域と遠い領域とで、プロセスガス２１の流れ方の偏りを小さくすることができる。また、形成する範囲を絞って、例えば、基板３３における１／３の範囲に分散孔３２を形成するようにしてもよい。

（変形例２）上記した第２整流板１９の分散孔３２は、全て同じ大きさに形成されている。分散孔３２が同じ大きさであることに代えて、例えば、図３に示すように、整流板５９の分散孔５２ａ，５２ｂ，５２ｃの大きさを、ガス排気口１７側から離れるに従って大きくなるように形成（配置）してもよい。
また、プロセスガス２１の流れ方、及び、シリコン酸化膜の形成状態に応じて、分散孔５２を形成する位置、分散孔５２の大きさ、分散孔５２の数量などを変えて配置するようにしてもよい。

（変形例３）上記した第２整流板１９は、ボート１４とガス排気口１７との間に、１枚配置している。１枚の第２整流板１９を配置することに代えて、複数枚の整流板を配置するようにしてもよい。詳しくは、例えば、第２整流板１９と同じ分散孔３２が形成された第３整流板を、間隔を空けて上下方向に平行に配置する。分散孔３２の向きは、第２整流板１９及び第３整流板をお互いに回動させて組み合わせてガスの流れ方を調整して設定する。これによれば、プロセスガス２１の流れ方（流れる方向）を、簡単に調整することができる。
また、半円の領域Ａ内に分散孔３２が形成された第２整流板１９と、変形例２で用いた分散孔５２の大きさが変えられた整流板５９とを組み合わせて使用するようにしてもよい。これによれば、熱処理条件に応じて、プロセスガス２１の流れを任意に変えることができる。

（変形例４）上記した熱処理炉は、縦型炉を例に説明した。縦型炉に限定されず、例えば、横型炉であってもよい。

（変形例５）上記した分散孔３２の形状は、丸形状に形成されている。丸形状に限定されず、例えば、楕円形状や四角形状で形成するようにしてもよい。

縦型炉の構造を示す模式断面図。第２整流板の構造を示す模式平面図。第２整流板の変形例を示す模式平面図。従来の縦型炉の構造を示す模式断面図。

符号の説明

１１…熱処理炉としての縦型炉、１２…半導体基板としてのウエハ、１３…縦型炉を構成する反応管、１４…縦型炉を構成するボート、１５…縦型炉を構成するヒータ、１６…縦型炉を構成するガス供給口、１７…縦型炉を構成するガス排気口、１８…整流板としての第１整流板、１９…第２整流板、２０…縦型炉を構成するローダ、２０ａ…ローダを構成する支柱、２１…プロセスガス（Ｏ₂）、３１…整流板を構成する嵌合孔、３２…整流板を構成する分散孔、３３…整流板を構成する基板。

Claims

複数の半導体基板を収納するための柱状に形成された反応管と、
前記反応管内で複数の前記半導体基板を支持するボートと、
前記ボート上の前記半導体基板に膜を形成するためのプロセスガスを行き亘らせるべく、前記反応管の上面近傍に設けられた前記反応管の中に前記プロセスガスの供給を行うガス供給口と、
前記反応管の外部に排気するために、前記反応管の側面における底面近傍の位置に設けられた、前記ガス供給口から供給された前記プロセスガスを吸引によって排気を行うガス排気口と、
前記ボートと前記ガス排気口との間に設けられた整流板であって、前記ボートにおける前記底面側の領域において、前記ガス排気口によって吸引される前記プロセスガスの流れの勢い及び方向を変えることが可能な整流板と、
を有することを特徴とする熱処理炉。
請求項１に記載の熱処理炉であって、
前記整流板は、前記プロセスガスが流通する孔が形成されていることを特徴とする熱処理炉。
請求項２に記載の熱処理炉であって、
前記整流板は、前記整流板における前記ガス排気口側に近い領域と遠い領域とにおいて、前記孔の大きさ及び孔の数量のうち少なくとも一方が変えられていることにより、前記プロセスガスの流れの勢い及び方向を変更できることを特徴とする熱処理炉。
請求項３に記載の熱処理炉であって、
前記整流板は、前記プロセスガスの流れに応じて相互に回動可能な第１整流板と第２整流板とを有することを特徴とする熱処理炉。
請求項１に記載の熱処理炉であって、
前記熱処理炉は、縦型炉又は横型炉であることを特徴とする熱処理炉。