JP4553263B2 - 熱処理装置及び熱処理方法 - Google Patents
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このような反応管101内において熱処理を行う場合には、この空間103を介して反応管101の上端側に基板110の熱が放熱されて、基板110の中央付近の温度が低くなるので、反応管101の上方では面内の温度ばらつきが大きくなり、面内の膜厚が不均一になってしまう。
多数の基板を並列に保持した基板保持具を先端面が外側に湾曲している反応管内に一端側の開口部から搬入し、前記反応管内を減圧した後に処理ガスを供給して、加熱雰囲気下において前記基板に対して熱膜処理を行う熱処理装置において、
前記反応管内の前記基板が保持される処理領域に対して処理ガスを供給するために、前記反応管の長さ方向に沿って当該反応管の側壁に間隔をおいて配列されたガス供給口と、
前記反応管内を下方側から真空排気するための真空排気手段と、
前記反応管を囲むように設けられた加熱手段と、
前記反応管の先端面と基板保持具の収納領域との間の空間に設けられ、前記空間を埋めるための構造体と、を備えたことを特徴とする。この場合において、空間を埋めるとは、完全にこの空間を閉塞させることだけを意味しているのではなく、後述の発明を実施するための最良の形態において説明するように、空間の一部分を埋めることをも意味するものである。
前記熱処理は、酸化処理または不純物の拡散処理であっても良い。
前記熱処理は、基板保持具に保持された製品用の基板の温度を基板間において揃えるように加熱して行われることが好ましい。この場合において、「基板間において温度を揃える」とは、基板間の温度ばらつきを設定温度の1〜2%以内にするということである。
前記構造体は、更に複数の板状体が反応管の軸方向に積層されたものであることが好ましい。
多数の基板を並列に保持した基板保持具を先端面が外側に湾曲している反応管内に一端側の開口部から搬入し、前記反応管内を減圧した後に処理ガスを供給して、加熱雰囲気下において前記基板に対して熱処理を行う熱処理方法において、
前記反応管内に多数の前記基板を保持した前記基板保持具を搬入する工程と、
前記反応管内を下方側から真空排気する工程と、
前記反応管内に、前記反応管の長さ方向に沿って当該反応管の側壁に間隔をおいて配列されたガス供給口から処理ガスを供給する工程と、
前記基板を加熱して成膜処理を行う工程と、を含み、
前記反応管の先端面と基板保持具の収納領域との間の空間には、前記空間を埋めるための構造体が設けられていることを特徴とする。この場合においても、空間を埋めるとは、空間の一部分を埋めることをも意味するものである。
本発明の熱処理装置1の第1の実施の形態を図1〜図4を参照して説明する。図1に示した熱処理装置1は、例えば断熱材からなる筒状体21と、この筒状体21の内壁面に沿って周方向に設けられた加熱手段であるヒータ22と、を備えている。ヒータ22は、例えばカーボンワイヤヒータをセラミックスの中に封止したものが用いられる。また、ヒータ22は、鉛直方向に複数の領域に分割されていて、それぞれの領域の温度を個別に制御できるように構成されている。
ガス供給ダクト60の処理領域10に対応する領域には、反応管3内に連通するガス吐出孔61が形成されており、このガス吐出孔61は、反応管3内の処理領域10全体に処理ガスを供給できるように、鉛直方向にほぼ一定の間隔で複数箇所例えば10箇所形成されている。尚、この例ではガス吐出孔61を縦に1列配置したが、複数列例えば2列配置するようにしても良い。
まず、ウェハWを例えば125枚ウェハボート45に保持し、図示しないボートエレベータを用いて反応管3内に搬入する。その後蓋体43を上昇させ反応管3を密閉し、真空排気手段51にて反応管3内を例えば27Pa(0.2Torr)に減圧すると共に、ヒータ22により、反応管3内をあらかじめ設定したプロセス温度例えば760℃に昇温する。このプロセス温度は、反応管3内のウェハWが一定の温度(設定温度の1〜2%以内、つまり760℃±5℃)となるように制御される。
そして、未反応の処理ガスや副生成物などを含むガスは、反応管3の下部の排気口5から真空排気手段51によって排気される。上述の処理ガスは、例えばN2ガスにより希釈されるが、便宜上関連する説明は省略している。
フィン33及び支持板34は、断熱材として働くため、上側のウェハWの面内の温度差が小さくなるので、例えばダミーウェハの枚数を例えば3枚程度に減らして、製品用のウェハWの数を増やすことができ、生産性を向上させることができる。
次に、本発明の第2の実施の形態について、図5及び図6を参照して説明する。尚、この実施の形態では、既述の支持板34及びフィン33以外については第1の実施の形態と同じ構成であるので、説明を省略する。
この実施の形態では、上部空間11には、構造体として、概略円錐形状の支持板34a、この支持板34aの内部を塞ぐように設けられたフィン33a及びこのフィン33aの内側に格納される小径のフィン36aが設けられている。
このフィン36aの外側のフィン33aは、リング状で上側から徐々に外径が大きくなる複数枚例えば3枚の円板31aと、この円板31aが同心円状となるように、この円板31aの内径側を各々接続するように設けられた円筒形状の支持軸32aと、を備えている。尚、この支持軸32aは、円板31aの内径端よりもわずかに外径側を各々接続できるように、複数の低い高さの円筒体から構成されており、この複数の円筒体と円板31aとを交互に積層して溶接することで、フィン33aが構成されている。
また、フィン33aの支持軸32aの外周面には、上端部に保持爪35aが形成されている。
尚、図5では、支持板34aの切り欠きと反応管3内の保持爪35とを省略して示しているが、既述の第1の実施の形態と同様に、保持爪35上に支持板34aが保持されるように構成されている。以下の実施の形態についても、同様に省略する。
このような構成であっても、既述の第1の実施の形態と同様の効果が得られる。
また、図7に示すように、フィン36aを設けなくても良いし、また、図8に示すように、フィン36aの円板31aを支持板34aの内壁に近接する程度まで大きくしても良い。
本発明の第3の実施の形態について、図9及び図10を参照して説明する。この実施の形態においても、既述の支持板34及びフィン33以外については第1の実施の形態と同じ構成である。
上部空間11には、構造体として、リング状の支持板34b、この支持板34bの上面に設けられた概略リング状のフィン33b及びこのフィン33bの内側に格納される小径のフィン36bが設けられている。
このような構成であっても、既述の第1の実施の形態と同様の効果が得られる。
尚、フィン36bとフィン33bとは、既述の第2の実施の形態と同様に、嵌合爪や切り欠きまたは保持爪などによって互いに保持されるように構成されているが、ここでは省略する。以下の例についても同様とする。
本発明の第4の実施の形態について、図14及び図15を参照して説明する。図14に示す熱処理装置2は、既述の熱処理装置1とは異なる反応管4を備えている。この反応管4には、図15にも示すように、処理ガスを反応管4の上端部から供給するように、反応管4の天頂部まで伸長したガス供給ダクト62が設けられており、この反応管4の上端部には、既述のガス吐出孔61よりも大径のガス吐出孔63が開口している。
尚、この反応管4の側面に、更に既述の反応管3と同様のガス吐出孔61を形成するようにしても良い。
次いで、本発明の第5の実施の形態について、図16〜図18を参照して説明する。図16に示す熱処理装置7は、既述の熱処理装置1とほぼ同じ構成であるが、図17にも示すように、反応管6に形成されたガス吐出孔61の上側には、反応管6内の上部空間11に連通するように、ガス吐出孔61よりも大径の均圧化用の孔66が形成されている。この均圧化用の孔66は、ガス供給ダクト60内の処理ガスの流速を速めて、複数箇所のガス吐出孔61から反応管6内の処理領域10に供給される処理ガスの圧力(流量)を均等化するためのものである。つまり、処理ガスの大部分は、この均圧化用の孔66から上部空間11に供給されて、その後反応管6内を下降して、排気されることとなる。
以下に、この熱処理装置7における上部空間11に設置する構造体の他の構成例について説明するが、これらの構造体だけでなく、第1〜第3の実施の形態までに説明した構造体を設けても、同様の効果が得られる。
以上に示す構造体を用いた場合においても、既述の効果と同様の効果が得られる。
処理温度:760℃
処理ガス:ジクロロシランガス/アンモニアガス=150/1500sccm
処理圧力:27Pa(0.2Torr)
(実験例1)
上部空間11には、構造体として第1の実施の形態におけるフィン33と支持板34とを設けた。
(実験例2)
上記の実験例1のフィン33を設けない構成とした。
(比較例)
上部空間11には、構造体を何も設けずに実験を行った。
(実験結果)
図27に示すように、上部空間11に構造体として支持板34やフィン33を設けることによって、上部側の成膜速度が抑えられて、ウェハW間において均一な成膜速度となることが分かった。これは、既述の通り、上部空間11における処理ガスの滞留が抑制されて、更にこの上部空間11で過剰な反応活性種が消費されたためだと考えられる。また、支持板34だけよりも、この支持板34に加えて、フィン33を設けることで、成膜速度のウェハW間の均一性が向上するため、上部空間11に設ける構造体の表面積や体積が大きくなる程、上記の効果が増大するものと考えられる。
3 反応管
5 排気口
10 処理領域
11 上部空間
22 ヒータ
23 切り欠き
33 フィン
34 支持板
35 保持爪
45 ウェハボート
51 真空排気手段
60 ガス供給ダクト
61 ガス吐出孔
Claims (16)
- 多数の基板を並列に保持した基板保持具を先端面が外側に湾曲している反応管内に一端側の開口部から搬入し、前記反応管内を減圧した後に処理ガスを供給して、加熱雰囲気下において前記基板に対して熱処理を行う熱処理装置において、
前記反応管内の前記基板が保持される処理領域に対して処理ガスを供給するために、前記反応管の長さ方向に沿って当該反応管の側壁に間隔をおいて配列されたガス供給口と、
前記反応管内を下方側から真空排気するための真空排気手段と、
前記反応管を囲むように設けられた加熱手段と、
前記反応管の先端面と基板保持具の収納領域との間の空間に設けられ、前記空間を埋めるための構造体と、を備えたことを特徴とする熱処理装置。 - 前記熱処理は、成膜処理であることを特徴とする請求項1に記載の熱処理装置。
- 前記処理ガスは、シラン系ガスを含む処理ガスまたはシラン系ガスとアンモニアガスとを含む処理ガスであり、
前記成膜処理は、多結晶シリコン膜または窒化シリコン膜を成膜する処理であることを特徴とする請求項2に記載の熱処理装置。 - 前記熱処理は、酸化処理または不純物の拡散処理であることを特徴とする請求項1に記載の熱処理装置。
- 前記熱処理は、基板保持具に保持された製品用の基板の温度を基板間において揃えるように加熱して行われることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一つに記載の熱処理装置。
- 前記構造体は、反応管の側壁との間に間隙が形成されるように、当該反応管の軸と交差して設けられた板状体であることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか一つに記載の熱処理装置。
- 前記構造体は、反応管の軸と交差して設けられ、孔部が形成された板状体であることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか一つに記載の熱処理装置。
- 前記構造体は、複数の板状体が反応管の軸方向に積層されたものであることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか一つに記載の熱処理装置。
- 多数の基板を並列に保持した基板保持具を先端面が外側に湾曲している反応管内に一端側の開口部から搬入し、前記反応管内を減圧した後に処理ガスを供給して、加熱雰囲気下において前記基板に対して熱処理を行う熱処理方法において、
前記反応管内に多数の前記基板を保持した前記基板保持具を搬入する工程と、
前記反応管内を下方側から真空排気する工程と、
前記反応管内に、前記反応管の長さ方向に沿って当該反応管の側壁に間隔をおいて配列されたガス供給口から処理ガスを供給する工程と、
前記基板を加熱して熱処理を行う工程と、を含み、
前記反応管の先端面と基板保持具の収納領域との間の空間には、前記空間を埋めるための構造体が設けられていることを特徴とする熱処理方法。 - 前記熱処理は、成膜処理であることを特徴とする請求項9に記載の熱処理方法。
- 前記処理ガスは、シラン系ガスを含む処理ガスまたはシラン系ガスとアンモニアガスとを含む処理ガスであり、
前記成膜処理は、多結晶シリコン膜または窒化シリコン膜を成膜する処理であることを特徴とする請求項10に記載の熱処理方法。 - 前記熱処理は、酸化処理または不純物の拡散処理であることを特徴とする請求項9に記載の熱処理方法。
- 前記熱処理は、基板保持具に保持された製品用の基板の温度を基板間において揃えるように加熱する工程であることを特徴とする請求項9ないし12のいずれか一つに記載の熱処理方法。
- 前記構造体は、反応管の側壁との間に間隙が形成されるように、当該反応管の軸と交差して設けられた板状体であることを特徴とする請求項9ないし13のいずれか一つに記載の熱処理方法。
- 前記構造体は、反応管の軸と交差して設けられ、孔部が形成された板状体であることを特徴とする請求項9ないし13のいずれか一つに記載の熱処理方法。
- 前記構造体は、複数の板状体が反応管の軸方向に積層されたものであることを特徴とする請求項9ないし15のいずれか一つに記載の熱処理方法。
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