JP2004235425A - 縦型炉および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】縦型炉に設けられた保温筒の昇温または降温の迅速化を図る。
【解決手段】冷却剤を保温筒５内に循環させる冷却管８を設け、アウタ管２内を降温時に、冷却管８内に冷却剤を流すことにより、保温筒５を強制冷却する。
【選択図】 図１
【解決手段】冷却剤を保温筒５内に循環させる冷却管８を設け、アウタ管２内を降温時に、冷却管８内に冷却剤を流すことにより、保温筒５を強制冷却する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は縦型炉および半導体装置の製造方法に関し、特に、縦型炉の保温筒の温度制御方法に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体製造プロセスに用いられる縦型炉では、ウェハが載置されたボートを保温筒に載せてアウタ管に挿入することにより、アウタ管の挿入口の断熱を図ることが行われている。
図５は、従来の縦型炉の概略構成を示す断面図である。
【０００３】
図５において、石英製のアウタ管７２には、アウタ管７２内にプロセスガスを導入するガス導入管７３が設けられるとともに、アウタ管７２内を排気する排気管７４が設けられ、アウタ管７２の周囲には、アウタ管７２内を加熱するヒータ７７が設けられている。また、台座７１上には、アウタ管７２の挿入口を断熱する保温筒７５が設けられるとともに、保温筒７５上には、ウェハＷを保持するボート７６が載置されている。なお、保温筒７５は、石英柱７５ｂを介して石英円板７５ａを重ね合わせることにより構成することができる。
【０００４】
そして、アウタ管７２内でウェハＷの処理を行う場合、保温筒７５に載置されたボート７６を下降させることにより、ボート７６をアウタ管７２から抜き出す。そして、ボート７６にウェハＷを載置し、保温筒７５に載置されたボート７６を上昇させることにより、ウェハＷが載置されたボート７６をアウタ管７２内に挿入する。
【０００５】
そして、アウタ管７２内を排気しながら、ヒータ７７をオンすることにより、アウタ管７２内を昇温させる。そして、アウタ管７２内が所定の温度に達すると、必要に応じてプロセスガスを流しながら、ウェハＷの成膜処理やアニール処理などを行う。
そして、ウェハＷの処理が終了すると、ヒータ７７をオフすることにより、アウタ管７２内を降温させる。そして、アウタ管７２内が所定の温度に冷却されると、保温筒７５に載置されたボート７６を下降させることにより、ウェハＷが載置されたボート７６をアウタ管７２内から抜き出す。
【０００６】
また、特許文献１には、原料ガスを導入するためのバッフル板を保温筒に設け、原料ガスを均一に吹き出させ拡散させる方法が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平６−３４９７３８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の縦型炉では、保温筒７５の熱容量が大きいため、アウタ管７２内の温度が下がり難く、アウタ管７２の冷却時の待機時間が増大して、スループットが低下するという問題があった。また、アウタ管７２内の昇温時においても同様の問題があった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、保温筒の昇温または降温の迅速化を図ることが可能な縦型炉および半導体装置の製造方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の一態様に係る縦型炉によれば、下方に挿入口が設けられた収容部と、ウェハを保持し、前記挿入口を介して前記収容部に挿入可能なボートと、前記ボート下に設けられ、前記収容部の挿入口を断熱する保温筒と、前記保温筒に設けられ、冷却剤を循環させる冷却管とを備えることを特徴とする。
【００１１】
これにより、縦型炉の冷却時に冷却剤を保温筒に循環させて、保温筒を強制冷却することができる。このため、保温筒の熱容量が大きい場合においても、保温筒を迅速に降温させることが可能となり、縦型炉の降温時の待機時間を低減させて、スループットを向上させることが可能となる。
また、本発明の一態様に係る縦型炉によれば、前記収容部内の温度分布を計測する温度分布計測手段と、前記収容部内の温度分布が均一化されるように、前記冷却管に導入される冷却剤の流量または温度を制御する温度制御手段とをさらに備えることを特徴とする。
【００１２】
これにより、保温筒に冷却剤を循環させることで、収容部内の温度を均一に降下させることが可能となり、ウェハの熱処理条件の均一性を維持しつつ、スループットを向上させることが可能となる。
また、本発明の一態様に係る縦型炉によれば、前記保温筒の温度を計測する温度計測手段と、前記保温筒の温度の計測結果に基づいて、前記冷却管に導入される冷却剤の流量または温度を制御する温度制御手段とをさらに備えることを特徴とする。
【００１３】
これにより、保温筒の温度を計測することで、保温筒の降温時間を制御することが可能となり、ウェハの熱処理条件の均一性を維持しつつ、スループットを向上させることが可能となる。
また、本発明の一態様に係る縦型炉によれば、下方に挿入口が設けられた収容部と、前記収容部内を加熱する第１加熱手段と、ウェハを保持し、前記挿入口を介して前記収容部に挿入可能なボートと、前記ボート下に設けられ、前記収容部の挿入口を断熱する保温筒と、前記保温筒に設けられ、前記保温筒を加熱する第２加熱手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
これにより、縦型炉の昇温時に、第２加熱手段を用いて保温筒を直接加熱することができる。このため、保温筒の熱容量が大きい場合においても、保温筒を迅速に昇温させることが可能となり、縦型炉の昇温時の待機時間を低減させて、スループットを向上させることが可能となる。
また、本発明の一態様に係る縦型炉によれば、下方に挿入口が設けられた収容部と、前記収容部内を加熱する第１加熱手段と、ウェハを保持し、前記挿入口を介して前記収容部に挿入可能なボートと、前記ボート下に設けられ、前記収容部の挿入口を断熱する保温筒と、前記保温筒に設けられ、前記保温筒を加熱する第２加熱手段と、前記保温筒に設けられ、冷却剤を循環させる冷却管とを備えることを特徴とする。
【００１５】
これにより、縦型炉の昇温時に、第２加熱手段を用いて保温筒を直接加熱することが可能となるとともに、縦型炉の冷却時に冷却剤を保温筒に循環させて、保温筒を強制冷却することができる。このため、保温筒の熱容量が大きい場合においても、保温筒を迅速に昇温させたり、降温させたりすることが可能となり、縦型炉の昇温時および降温時の待機時間を低減させて、スループットを向上させることが可能となる。
【００１６】
また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、ウェハをボートに載置する工程と、前記ウェハが載置されたボートを保温筒とともに収容部内に挿入する工程と、前記ボートが挿入された収容部内を昇温させる工程と、前記保温筒に冷却剤を流しながら、前記ボートが挿入された収容部内を降温させる工程と、降温された保温筒をウェハが載置されたボートとともに、前記収容部から抜き出す工程とを備えることを特徴とする。
【００１７】
これにより、保温筒に冷却剤を流しながら、収容部内を降温させることが可能となり、保温筒の熱容量が大きい場合においても、保温筒を迅速に降温させることを可能として、スループットを向上させることが可能となる。
また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、ウェハをボートに載置する工程と、前記ウェハが載置されたボートを保温筒とともに収容部内に挿入する工程と、前記保温筒内で発熱させながら、前記ボートが挿入された収容部内を昇温させる工程と、前記ボートが挿入された収容部内を降温させる工程と、降温された保温筒をウェハが載置されたボートとともに、前記収容部から抜き出す工程とを備えることを特徴とする。
【００１８】
これにより、保温筒内で発熱させながら、収容部内を昇温させることが可能となり、保温筒の熱容量が大きい場合においても、保温筒を迅速に昇温させることを可能として、スループットを向上させることが可能となる。
また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、ウェハをボートに載置する工程と、前記ウェハが載置されたボートを保温筒とともに収容部内に挿入する工程と、前記保温筒内で発熱させながら、前記ボートが挿入された収容部内を昇温させる工程と、前記保温筒に冷却剤を流しながら、前記ボートが挿入された収容部内を降温させる工程と、降温された保温筒をウェハが載置されたボートとともに、前記収容部から抜き出す工程とを備えることを特徴とする。
【００１９】
これにより、保温筒内で発熱させながら、収容部内を昇温させることが可能となるとともに、保温筒に冷却剤を流しながら、収容部内を降温させることが可能となり、保温筒の熱容量が大きい場合においても、保温筒を迅速に昇降温させることを可能として、スループットを向上させることが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る縦型炉およびその温度制御方法について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る縦型炉の概略構成を示す断面図である。
図１において、石英製のアウタ管２には、アウタ管２内にプロセスガスを導入するガス導入管３が設けられるとともに、アウタ管２内を排気する排気管４が設けられ、アウタ管２の周囲には、アウタ管２内を加熱するヒータ７が設けられている。また、台座１上には、アウタ管２の挿入口を断熱する保温筒５が設けられるとともに、保温筒５上には、ウェハＷを保持するボート６が載置されている。なお、保温筒５は、石英柱５ｂを介して石英円板５ａを重ね合わせることにより構成することができる。
【００２１】
さらに、保温筒５には、冷却剤を保温筒５内に循環させる冷却管８が設けられている。ここで、冷却管８は、例えば、石英で構成することができる。また、冷却剤としては、冷却ガスまたは冷却液を用いることができ、冷却ガスとしては、例えば、窒素やヘリウムなどの不活性ガスを用いることができ、冷却液としては、例えば、冷却水などを用いることができる。また、冷却管８を保温筒５に設ける場合、石英柱５ｂの内側あるいは外側に冷却管８を螺旋状に配管することができる。あるいは、冷却剤を流すための溝を石英円板５ａまたは石英柱５ｂ内に埋め込むようにしてもよい。
【００２２】
そして、アウタ管２内でウェハＷの処理を行う場合、保温筒５に載置されたボート６を下降させることにより、ボート６をアウタ管２から抜き出す。そして、ボート６にウェハＷを載置し、保温筒５に載置されたボート６を上昇させることにより、ウェハＷが載置されたボート６をアウタ管２内に挿入する。
そして、アウタ管２内を排気しながら、ヒータ７をオンすることにより、アウタ管２内を昇温させる。そして、アウタ管２内が所定の温度に達すると、必要に応じてプロセスガスを流しながら、ウェハＷの成膜処理やアニール処理などを行う。
【００２３】
そして、ウェハＷの処理が終了すると、ヒータ７をオフして、アウタ管２内を降温させながら、冷却管８内に冷却剤を流す。そして、アウタ管２内が所定の温度に冷却されると、保温筒５に載置されたボート６を下降させることにより、ウェハＷが載置されたボート６をアウタ管２内から抜き出す。
ここで、アウタ管２内の降温時に冷却剤を冷却管８内に流すことにより、アウタ管２内の冷却時に冷却剤を保温筒５に循環させて、保温筒５を強制冷却することができる。このため、保温筒５の熱容量が大きい場合においても、保温筒５を迅速に降温させることが可能となり、アウタ管２内の降温時の待機時間を低減させて、スループットを向上させることが可能となる。
【００２４】
図２は、本発明の第２実施形態に係る縦型炉の概略構成を示す断面図である。
図２において、石英製のアウタ管１２には、アウタ管１２内にプロセスガスを導入するガス導入管１３が設けられるとともに、アウタ管１２内を排気する排気管１４が設けられている。また、アウタ管１２には、アウタ管１２内の温度分布を計測する複数の熱電対１９ａ〜１９ｄが設けられるとともに、アウタ管１２の周囲には、アウタ管１２内を加熱するヒータ１７が設けられている。また、台座１１上には、アウタ管１２の挿入口を断熱する保温筒１５が設けられるとともに、保温筒１５上には、ウェハＷを保持するボート１６が載置されている。なお、保温筒１５は、石英柱１５ｂを介して石英円板１５ａを重ね合わせることにより構成することができる。
【００２５】
さらに、保温筒１５には、冷却剤を保温筒１５内に循環させる冷却管１８が設けられ、冷却管１８には、冷却剤の流量を調整する流量調整バルブ２０が設けられるとともに、冷却剤を冷却管１８内に循環させるポンプ２１が設けられている。また、縦型炉には、熱電対１９ａ〜１９ｄによるアウタ管１２内の温度分布の計測結果に基づいて、冷却管１８に設けられた流量調整バルブ２０およびポンプ２１の動作を制御する温度制御部２２が設けられている。
【００２６】
そして、アウタ管１２内でウェハＷの処理を行う場合、保温筒１５に載置されたボート１６を下降させることにより、ボート１６をアウタ管１２から抜き出す。そして、ボート１６にウェハＷを載置し、保温筒１５に載置されたボート１６を上昇させることにより、ウェハＷが載置されたボート１６をアウタ管１２内に挿入する。
【００２７】
そして、アウタ管１２内を排気しながら、ヒータ１７をオンすることにより、アウタ管１２内を昇温させる。そして、アウタ管１２内が所定の温度に達すると、必要に応じてプロセスガスを流しながら、ウェハＷの成膜処理やアニール処理などを行う。
そして、ウェハＷの処理が終了すると、ヒータ１７をオフすることにより、アウタ管１２内を降温させる。ここで、熱電対１９ａ〜１９ｄは、アウタ管１２内の温度分布を計測し、その計測結果を温度制御部２２に送る。そして、温度制御部２２は、熱電対１９ａ〜１９ｄから送られた温度分布の計測結果に基づいて、流量調整バルブ２０およびポンプ２１の動作を制御し、冷却管１８内に冷却剤を循環させることにより、保温筒１５を強制冷却する。
【００２８】
ここで、温度制御部２２は、アウタ管１２内が均一に降温されるように、冷却管１８内に循環される冷却剤の流量を制御することができる。すなわち、保温筒１５の熱容量が大きいため、ヒータ１７をオフすると、アウタ管１２の上部の方から温度が下がり始め、降温時のアウタ管１２内の温度分布に偏りが発生する。このため、温度制御部２２は、降温時のアウタ管１２内の温度分布の偏りを検知すると、冷却管１８内に循環される冷却剤の流量を増加させることにより、アウタ管１２の下部の降温速度を増加させ、アウタ管１２内の温度分布の偏りを低減させる。
【００２９】
そして、アウタ管１２内が所定の温度に冷却されると、保温筒１５に載置されたボート１６を下降させることにより、ウェハＷが載置されたボート１６をアウタ管１２内から抜き出す。
これにより、保温筒１５に冷却剤を循環させることで、アウタ管１２内の降温速度の均一化を図ることが可能となり、ウェハＷの熱処理条件の均一性を維持しつつ、スループットを向上させることが可能となる。
【００３０】
図３は、本発明の第３実施形態に係る縦型炉の概略構成を示す断面図である。
図３において、石英製のアウタ管３２には、アウタ管３２内にプロセスガスを導入するガス導入管３３が設けられるとともに、アウタ管３２内を排気する排気管３４が設けられ、アウタ管３２の周囲には、アウタ管３２内を加熱するヒータ３７が設けられている。また、台座３１上には、アウタ管３２の挿入口を断熱する保温筒３５が設けられるとともに、保温筒３５には、保温筒３５の温度を計測する熱電対３９が設けられ、保温筒３５上には、ウェハＷを保持するボート３６が載置されている。なお、保温筒３５は、石英柱３５ｂを介して石英円板３５ａを重ね合わせることにより構成することができる。
【００３１】
さらに、保温筒３５には、冷却剤を保温筒３５内に循環させる冷却管３８が設けられ、冷却管３８には、冷却剤の流量を調整する流量調整バルブ４０が設けられるとともに、冷却剤を冷却管３８内に循環させるポンプ４１が設けられている。また、縦型炉には、熱電対３９による保温筒３５の温度計測結果に基づいて、冷却管３８に設けられた流量調整バルブ４０およびポンプ４１の動作を制御する温度制御部４２が設けられている。
【００３２】
そして、アウタ管３２内でウェハＷの処理を行う場合、保温筒３５に載置されたボート３６を下降させることにより、ボート３６をアウタ管３２から抜き出す。そして、ボート３６にウェハＷを載置し、保温筒３５に載置されたボート３６を上昇させることにより、ウェハＷが載置されたボート３６をアウタ管３２内に挿入する。
【００３３】
そして、アウタ管３２内を排気しながら、ヒータ３７をオンすることにより、アウタ管３２内を昇温させる。アウタ管３２内が所定の温度に達すると、必要に応じてプロセスガスを流しながら、ウェハＷの成膜処理やアニール処理などを行う。
そして、ウェハＷの処理が終了すると、ヒータ３７をオフすることにより、アウタ管３２内を降温させる。ここで、熱電対３９は、保温筒３５の温度を計測し、その計測結果を温度制御部４２に送る。そして、温度制御部４２は、熱電対３９から送られた温度計測結果に基づいて、流量調整バルブ４０およびポンプ４１の動作を制御し、冷却管３８内に冷却剤を循環させることにより、保温筒３５を強制冷却する。
【００３４】
そして、アウタ管３２内が所定の温度に冷却されると、保温筒３５に載置されたボート３６を下降させることにより、ウェハＷが載置されたボート３６をアウタ管３２内から抜き出す。
これにより、保温筒３５の温度を計測することで、保温筒３５の降温時間を制御することが可能となり、ウェハの熱処理条件の均一性を維持しつつ、スループットを向上させることが可能となる。
【００３５】
図４は、本発明の第４実施形態に係る縦型炉の概略構成を示す断面図である。
図４において、石英製のアウタ管５２には、アウタ管５２内にプロセスガスを導入するガス導入管５３が設けられるとともに、アウタ管５２内を排気する排気管５４が設けられ、アウタ管５２の周囲には、アウタ管５２内を加熱するヒータ５７が設けられている。また、台座５１上には、アウタ管５２の挿入口を断熱する保温筒５５が設けられるとともに、保温筒５５上には、ウェハＷを保持するボート５６が載置されている。なお、保温筒５５は、石英柱５５ｂを介して石英円板５５ａを重ね合わせることにより構成することができる。
【００３６】
また、保温筒５５には、冷却剤を保温筒５５内に循環させる冷却管５８が設けられるとともに、保温筒５５を加熱するヒータ５９が設けられ、ヒータ５９は、ヒータ５９に流れる電流を制御する加熱制御部６０に接続されている。ここで、冷却管５８は、例えば、石英で構成することができる。また、冷却剤としては、冷却ガスまたは冷却液を用いることができ、冷却ガスとしては、例えば、窒素やヘリウムなどの不活性ガスを用いることができ、冷却液としては、例えば、冷却水などを用いることができる。また、冷却管５８を保温筒５５に設ける場合、石英柱５５ｂの内側あるいは外側に冷却管５８を螺旋状に配管することができる。あるいは、冷却剤を流すための溝を石英円板５ａまたは石英柱５ｂ内に埋め込むようにしてもよい。また、ヒータ５９を保温筒５５に設ける場合、石英柱５５ｂの内側あるいは外側にヒータ５９を螺旋状に巻き付けることができる。あるいは、石英円板５５ａまたは石英柱５５ｂ内にヒータ５９を埋め込むようにしてもよい。
【００３７】
そして、アウタ管５２内でウェハＷの処理を行う場合、保温筒５５に載置されたボート５６を下降させることにより、ボート５６をアウタ管５２から抜き出す。そして、ボート５６にウェハＷを載置し、保温筒５５に載置されたボート５６を上昇させることにより、ウェハＷが載置されたボート５６をアウタ管５２内に挿入する。
【００３８】
そして、アウタ管５２内を排気しながら、ヒータ５７をオンすることにより、アウタ管５２内を昇温させる。また、アウタ管５２内の昇温時に、ヒータ５９をオンし、ヒータ５９からの熱により保温筒５５を加熱する。ここで、加熱制御部６０は、ヒータ５９を発熱させる場合、アウタ管５２内が均一に昇温されるように、ヒータ５９に流れる電流を制御するようにしてもよい。
【００３９】
すなわち、保温筒５５の熱容量が大きいため、ヒータ５７をオンすると、アウタ管５２の上部の方から温度が上がり始め、昇降時のアウタ管５２内の温度分布に偏りが発生する。このため、加熱制御部６０は、昇温時のアウタ管５２内の温度分布の偏りを検知すると、ヒータ５９に流れる電流を増加させることにより、アウタ管５２の下部の昇温速度を増加させ、アウタ管５２内の温度分布の偏りを低減させることができる。
【００４０】
そして、アウタ管５２内が所定の温度に達すると、必要に応じてプロセスガスを流しながら、ウェハＷの成膜処理やアニール処理などを行う。そして、ウェハＷの処理が終了すると、ヒータ５７をオフして、アウタ管５２内を降温させながら、冷却管５８内に冷却剤を流す。そして、アウタ管５２内が所定の温度に冷却されると、保温筒５５に載置されたボート５６を下降させることにより、ウェハＷが載置されたボート５６をアウタ管５２内から抜き出す。
【００４１】
これにより、縦型炉の昇温時に、ヒータ５９を用いて保温筒５５を直接加熱することが可能となるとともに、縦型炉の冷却時に冷却剤を保温筒５５に循環させて、保温筒５５を強制冷却することができる。このため、保温筒５５の熱容量が大きい場合においても、保温筒５５を迅速に昇温させたり、降温させたりすることが可能となり、縦型炉の昇温時および降温時の待機時間を低減させて、スループットを向上させることが可能となる。
【００４２】
なお、図４の実施形態では、冷却管５８およびヒータ５９の双方を保温筒５５に設ける方法について説明したが、ヒータ５９のみを保温筒５５に設けるようにしてもよい。また、図２、３に示したように、熱電対１９ａ〜１９ｄまたは熱電対３９をアウタ管５２または保温筒５５にそれぞれ設け、熱電対１９ａ〜１９ｄまたは熱電対３９の温度計測結果に基づいて、ヒータ５９の通電時間や発熱量を制御するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る縦型炉の概略構成を示す断面図。
【図２】第２実施形態に係る縦型炉の概略構成を示す断面図。
【図３】第３実施形態に係る縦型炉の概略構成を示す断面図。
【図４】第４実施形態に係る縦型炉の概略構成を示す断面図。
【図５】従来の縦型炉の概略構成を示す断面図。
【符号の説明】
１、１１、３１、５１ 台座、２、１２、３２、５２ アウタ管、３、１３、３３、５３ ガス導入管、４、１４、３４、５４ 排気管、５、１５、３５、５５ 保温筒、５ａ、１５ａ、３５ａ、５５ａ 石英円板 ５ｂ、１５ｂ、３５ｂ、５５ｂ 石英柱、６、１６、３６、５６ ボート、７、１７、３７、５７、５９ ヒータ、８、１８、３８、５８ 冷却剤導入管、１９ａ〜１９ｄ、３９ 熱電対、２０、４０ 流量調整バルブ、２１、４１ ポンプ、２２、４２ 温度制御部、６０ 加熱制御部
【発明の属する技術分野】
本発明は縦型炉および半導体装置の製造方法に関し、特に、縦型炉の保温筒の温度制御方法に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体製造プロセスに用いられる縦型炉では、ウェハが載置されたボートを保温筒に載せてアウタ管に挿入することにより、アウタ管の挿入口の断熱を図ることが行われている。
図５は、従来の縦型炉の概略構成を示す断面図である。
【０００３】
図５において、石英製のアウタ管７２には、アウタ管７２内にプロセスガスを導入するガス導入管７３が設けられるとともに、アウタ管７２内を排気する排気管７４が設けられ、アウタ管７２の周囲には、アウタ管７２内を加熱するヒータ７７が設けられている。また、台座７１上には、アウタ管７２の挿入口を断熱する保温筒７５が設けられるとともに、保温筒７５上には、ウェハＷを保持するボート７６が載置されている。なお、保温筒７５は、石英柱７５ｂを介して石英円板７５ａを重ね合わせることにより構成することができる。
【０００４】
そして、アウタ管７２内でウェハＷの処理を行う場合、保温筒７５に載置されたボート７６を下降させることにより、ボート７６をアウタ管７２から抜き出す。そして、ボート７６にウェハＷを載置し、保温筒７５に載置されたボート７６を上昇させることにより、ウェハＷが載置されたボート７６をアウタ管７２内に挿入する。
【０００５】
そして、アウタ管７２内を排気しながら、ヒータ７７をオンすることにより、アウタ管７２内を昇温させる。そして、アウタ管７２内が所定の温度に達すると、必要に応じてプロセスガスを流しながら、ウェハＷの成膜処理やアニール処理などを行う。
そして、ウェハＷの処理が終了すると、ヒータ７７をオフすることにより、アウタ管７２内を降温させる。そして、アウタ管７２内が所定の温度に冷却されると、保温筒７５に載置されたボート７６を下降させることにより、ウェハＷが載置されたボート７６をアウタ管７２内から抜き出す。
【０００６】
また、特許文献１には、原料ガスを導入するためのバッフル板を保温筒に設け、原料ガスを均一に吹き出させ拡散させる方法が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平６−３４９７３８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の縦型炉では、保温筒７５の熱容量が大きいため、アウタ管７２内の温度が下がり難く、アウタ管７２の冷却時の待機時間が増大して、スループットが低下するという問題があった。また、アウタ管７２内の昇温時においても同様の問題があった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、保温筒の昇温または降温の迅速化を図ることが可能な縦型炉および半導体装置の製造方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の一態様に係る縦型炉によれば、下方に挿入口が設けられた収容部と、ウェハを保持し、前記挿入口を介して前記収容部に挿入可能なボートと、前記ボート下に設けられ、前記収容部の挿入口を断熱する保温筒と、前記保温筒に設けられ、冷却剤を循環させる冷却管とを備えることを特徴とする。
【００１１】
これにより、縦型炉の冷却時に冷却剤を保温筒に循環させて、保温筒を強制冷却することができる。このため、保温筒の熱容量が大きい場合においても、保温筒を迅速に降温させることが可能となり、縦型炉の降温時の待機時間を低減させて、スループットを向上させることが可能となる。
また、本発明の一態様に係る縦型炉によれば、前記収容部内の温度分布を計測する温度分布計測手段と、前記収容部内の温度分布が均一化されるように、前記冷却管に導入される冷却剤の流量または温度を制御する温度制御手段とをさらに備えることを特徴とする。
【００１２】
これにより、保温筒に冷却剤を循環させることで、収容部内の温度を均一に降下させることが可能となり、ウェハの熱処理条件の均一性を維持しつつ、スループットを向上させることが可能となる。
また、本発明の一態様に係る縦型炉によれば、前記保温筒の温度を計測する温度計測手段と、前記保温筒の温度の計測結果に基づいて、前記冷却管に導入される冷却剤の流量または温度を制御する温度制御手段とをさらに備えることを特徴とする。
【００１３】
これにより、保温筒の温度を計測することで、保温筒の降温時間を制御することが可能となり、ウェハの熱処理条件の均一性を維持しつつ、スループットを向上させることが可能となる。
また、本発明の一態様に係る縦型炉によれば、下方に挿入口が設けられた収容部と、前記収容部内を加熱する第１加熱手段と、ウェハを保持し、前記挿入口を介して前記収容部に挿入可能なボートと、前記ボート下に設けられ、前記収容部の挿入口を断熱する保温筒と、前記保温筒に設けられ、前記保温筒を加熱する第２加熱手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
これにより、縦型炉の昇温時に、第２加熱手段を用いて保温筒を直接加熱することができる。このため、保温筒の熱容量が大きい場合においても、保温筒を迅速に昇温させることが可能となり、縦型炉の昇温時の待機時間を低減させて、スループットを向上させることが可能となる。
また、本発明の一態様に係る縦型炉によれば、下方に挿入口が設けられた収容部と、前記収容部内を加熱する第１加熱手段と、ウェハを保持し、前記挿入口を介して前記収容部に挿入可能なボートと、前記ボート下に設けられ、前記収容部の挿入口を断熱する保温筒と、前記保温筒に設けられ、前記保温筒を加熱する第２加熱手段と、前記保温筒に設けられ、冷却剤を循環させる冷却管とを備えることを特徴とする。
【００１５】
これにより、縦型炉の昇温時に、第２加熱手段を用いて保温筒を直接加熱することが可能となるとともに、縦型炉の冷却時に冷却剤を保温筒に循環させて、保温筒を強制冷却することができる。このため、保温筒の熱容量が大きい場合においても、保温筒を迅速に昇温させたり、降温させたりすることが可能となり、縦型炉の昇温時および降温時の待機時間を低減させて、スループットを向上させることが可能となる。
【００１６】
また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、ウェハをボートに載置する工程と、前記ウェハが載置されたボートを保温筒とともに収容部内に挿入する工程と、前記ボートが挿入された収容部内を昇温させる工程と、前記保温筒に冷却剤を流しながら、前記ボートが挿入された収容部内を降温させる工程と、降温された保温筒をウェハが載置されたボートとともに、前記収容部から抜き出す工程とを備えることを特徴とする。
【００１７】
これにより、保温筒に冷却剤を流しながら、収容部内を降温させることが可能となり、保温筒の熱容量が大きい場合においても、保温筒を迅速に降温させることを可能として、スループットを向上させることが可能となる。
また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、ウェハをボートに載置する工程と、前記ウェハが載置されたボートを保温筒とともに収容部内に挿入する工程と、前記保温筒内で発熱させながら、前記ボートが挿入された収容部内を昇温させる工程と、前記ボートが挿入された収容部内を降温させる工程と、降温された保温筒をウェハが載置されたボートとともに、前記収容部から抜き出す工程とを備えることを特徴とする。
【００１８】
これにより、保温筒内で発熱させながら、収容部内を昇温させることが可能となり、保温筒の熱容量が大きい場合においても、保温筒を迅速に昇温させることを可能として、スループットを向上させることが可能となる。
また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、ウェハをボートに載置する工程と、前記ウェハが載置されたボートを保温筒とともに収容部内に挿入する工程と、前記保温筒内で発熱させながら、前記ボートが挿入された収容部内を昇温させる工程と、前記保温筒に冷却剤を流しながら、前記ボートが挿入された収容部内を降温させる工程と、降温された保温筒をウェハが載置されたボートとともに、前記収容部から抜き出す工程とを備えることを特徴とする。
【００１９】
これにより、保温筒内で発熱させながら、収容部内を昇温させることが可能となるとともに、保温筒に冷却剤を流しながら、収容部内を降温させることが可能となり、保温筒の熱容量が大きい場合においても、保温筒を迅速に昇降温させることを可能として、スループットを向上させることが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る縦型炉およびその温度制御方法について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る縦型炉の概略構成を示す断面図である。
図１において、石英製のアウタ管２には、アウタ管２内にプロセスガスを導入するガス導入管３が設けられるとともに、アウタ管２内を排気する排気管４が設けられ、アウタ管２の周囲には、アウタ管２内を加熱するヒータ７が設けられている。また、台座１上には、アウタ管２の挿入口を断熱する保温筒５が設けられるとともに、保温筒５上には、ウェハＷを保持するボート６が載置されている。なお、保温筒５は、石英柱５ｂを介して石英円板５ａを重ね合わせることにより構成することができる。
【００２１】
さらに、保温筒５には、冷却剤を保温筒５内に循環させる冷却管８が設けられている。ここで、冷却管８は、例えば、石英で構成することができる。また、冷却剤としては、冷却ガスまたは冷却液を用いることができ、冷却ガスとしては、例えば、窒素やヘリウムなどの不活性ガスを用いることができ、冷却液としては、例えば、冷却水などを用いることができる。また、冷却管８を保温筒５に設ける場合、石英柱５ｂの内側あるいは外側に冷却管８を螺旋状に配管することができる。あるいは、冷却剤を流すための溝を石英円板５ａまたは石英柱５ｂ内に埋め込むようにしてもよい。
【００２２】
そして、アウタ管２内でウェハＷの処理を行う場合、保温筒５に載置されたボート６を下降させることにより、ボート６をアウタ管２から抜き出す。そして、ボート６にウェハＷを載置し、保温筒５に載置されたボート６を上昇させることにより、ウェハＷが載置されたボート６をアウタ管２内に挿入する。
そして、アウタ管２内を排気しながら、ヒータ７をオンすることにより、アウタ管２内を昇温させる。そして、アウタ管２内が所定の温度に達すると、必要に応じてプロセスガスを流しながら、ウェハＷの成膜処理やアニール処理などを行う。
【００２３】
そして、ウェハＷの処理が終了すると、ヒータ７をオフして、アウタ管２内を降温させながら、冷却管８内に冷却剤を流す。そして、アウタ管２内が所定の温度に冷却されると、保温筒５に載置されたボート６を下降させることにより、ウェハＷが載置されたボート６をアウタ管２内から抜き出す。
ここで、アウタ管２内の降温時に冷却剤を冷却管８内に流すことにより、アウタ管２内の冷却時に冷却剤を保温筒５に循環させて、保温筒５を強制冷却することができる。このため、保温筒５の熱容量が大きい場合においても、保温筒５を迅速に降温させることが可能となり、アウタ管２内の降温時の待機時間を低減させて、スループットを向上させることが可能となる。
【００２４】
図２は、本発明の第２実施形態に係る縦型炉の概略構成を示す断面図である。
図２において、石英製のアウタ管１２には、アウタ管１２内にプロセスガスを導入するガス導入管１３が設けられるとともに、アウタ管１２内を排気する排気管１４が設けられている。また、アウタ管１２には、アウタ管１２内の温度分布を計測する複数の熱電対１９ａ〜１９ｄが設けられるとともに、アウタ管１２の周囲には、アウタ管１２内を加熱するヒータ１７が設けられている。また、台座１１上には、アウタ管１２の挿入口を断熱する保温筒１５が設けられるとともに、保温筒１５上には、ウェハＷを保持するボート１６が載置されている。なお、保温筒１５は、石英柱１５ｂを介して石英円板１５ａを重ね合わせることにより構成することができる。
【００２５】
さらに、保温筒１５には、冷却剤を保温筒１５内に循環させる冷却管１８が設けられ、冷却管１８には、冷却剤の流量を調整する流量調整バルブ２０が設けられるとともに、冷却剤を冷却管１８内に循環させるポンプ２１が設けられている。また、縦型炉には、熱電対１９ａ〜１９ｄによるアウタ管１２内の温度分布の計測結果に基づいて、冷却管１８に設けられた流量調整バルブ２０およびポンプ２１の動作を制御する温度制御部２２が設けられている。
【００２６】
そして、アウタ管１２内でウェハＷの処理を行う場合、保温筒１５に載置されたボート１６を下降させることにより、ボート１６をアウタ管１２から抜き出す。そして、ボート１６にウェハＷを載置し、保温筒１５に載置されたボート１６を上昇させることにより、ウェハＷが載置されたボート１６をアウタ管１２内に挿入する。
【００２７】
そして、アウタ管１２内を排気しながら、ヒータ１７をオンすることにより、アウタ管１２内を昇温させる。そして、アウタ管１２内が所定の温度に達すると、必要に応じてプロセスガスを流しながら、ウェハＷの成膜処理やアニール処理などを行う。
そして、ウェハＷの処理が終了すると、ヒータ１７をオフすることにより、アウタ管１２内を降温させる。ここで、熱電対１９ａ〜１９ｄは、アウタ管１２内の温度分布を計測し、その計測結果を温度制御部２２に送る。そして、温度制御部２２は、熱電対１９ａ〜１９ｄから送られた温度分布の計測結果に基づいて、流量調整バルブ２０およびポンプ２１の動作を制御し、冷却管１８内に冷却剤を循環させることにより、保温筒１５を強制冷却する。
【００２８】
ここで、温度制御部２２は、アウタ管１２内が均一に降温されるように、冷却管１８内に循環される冷却剤の流量を制御することができる。すなわち、保温筒１５の熱容量が大きいため、ヒータ１７をオフすると、アウタ管１２の上部の方から温度が下がり始め、降温時のアウタ管１２内の温度分布に偏りが発生する。このため、温度制御部２２は、降温時のアウタ管１２内の温度分布の偏りを検知すると、冷却管１８内に循環される冷却剤の流量を増加させることにより、アウタ管１２の下部の降温速度を増加させ、アウタ管１２内の温度分布の偏りを低減させる。
【００２９】
そして、アウタ管１２内が所定の温度に冷却されると、保温筒１５に載置されたボート１６を下降させることにより、ウェハＷが載置されたボート１６をアウタ管１２内から抜き出す。
これにより、保温筒１５に冷却剤を循環させることで、アウタ管１２内の降温速度の均一化を図ることが可能となり、ウェハＷの熱処理条件の均一性を維持しつつ、スループットを向上させることが可能となる。
【００３０】
図３は、本発明の第３実施形態に係る縦型炉の概略構成を示す断面図である。
図３において、石英製のアウタ管３２には、アウタ管３２内にプロセスガスを導入するガス導入管３３が設けられるとともに、アウタ管３２内を排気する排気管３４が設けられ、アウタ管３２の周囲には、アウタ管３２内を加熱するヒータ３７が設けられている。また、台座３１上には、アウタ管３２の挿入口を断熱する保温筒３５が設けられるとともに、保温筒３５には、保温筒３５の温度を計測する熱電対３９が設けられ、保温筒３５上には、ウェハＷを保持するボート３６が載置されている。なお、保温筒３５は、石英柱３５ｂを介して石英円板３５ａを重ね合わせることにより構成することができる。
【００３１】
さらに、保温筒３５には、冷却剤を保温筒３５内に循環させる冷却管３８が設けられ、冷却管３８には、冷却剤の流量を調整する流量調整バルブ４０が設けられるとともに、冷却剤を冷却管３８内に循環させるポンプ４１が設けられている。また、縦型炉には、熱電対３９による保温筒３５の温度計測結果に基づいて、冷却管３８に設けられた流量調整バルブ４０およびポンプ４１の動作を制御する温度制御部４２が設けられている。
【００３２】
そして、アウタ管３２内でウェハＷの処理を行う場合、保温筒３５に載置されたボート３６を下降させることにより、ボート３６をアウタ管３２から抜き出す。そして、ボート３６にウェハＷを載置し、保温筒３５に載置されたボート３６を上昇させることにより、ウェハＷが載置されたボート３６をアウタ管３２内に挿入する。
【００３３】
そして、アウタ管３２内を排気しながら、ヒータ３７をオンすることにより、アウタ管３２内を昇温させる。アウタ管３２内が所定の温度に達すると、必要に応じてプロセスガスを流しながら、ウェハＷの成膜処理やアニール処理などを行う。
そして、ウェハＷの処理が終了すると、ヒータ３７をオフすることにより、アウタ管３２内を降温させる。ここで、熱電対３９は、保温筒３５の温度を計測し、その計測結果を温度制御部４２に送る。そして、温度制御部４２は、熱電対３９から送られた温度計測結果に基づいて、流量調整バルブ４０およびポンプ４１の動作を制御し、冷却管３８内に冷却剤を循環させることにより、保温筒３５を強制冷却する。
【００３４】
そして、アウタ管３２内が所定の温度に冷却されると、保温筒３５に載置されたボート３６を下降させることにより、ウェハＷが載置されたボート３６をアウタ管３２内から抜き出す。
これにより、保温筒３５の温度を計測することで、保温筒３５の降温時間を制御することが可能となり、ウェハの熱処理条件の均一性を維持しつつ、スループットを向上させることが可能となる。
【００３５】
図４は、本発明の第４実施形態に係る縦型炉の概略構成を示す断面図である。
図４において、石英製のアウタ管５２には、アウタ管５２内にプロセスガスを導入するガス導入管５３が設けられるとともに、アウタ管５２内を排気する排気管５４が設けられ、アウタ管５２の周囲には、アウタ管５２内を加熱するヒータ５７が設けられている。また、台座５１上には、アウタ管５２の挿入口を断熱する保温筒５５が設けられるとともに、保温筒５５上には、ウェハＷを保持するボート５６が載置されている。なお、保温筒５５は、石英柱５５ｂを介して石英円板５５ａを重ね合わせることにより構成することができる。
【００３６】
また、保温筒５５には、冷却剤を保温筒５５内に循環させる冷却管５８が設けられるとともに、保温筒５５を加熱するヒータ５９が設けられ、ヒータ５９は、ヒータ５９に流れる電流を制御する加熱制御部６０に接続されている。ここで、冷却管５８は、例えば、石英で構成することができる。また、冷却剤としては、冷却ガスまたは冷却液を用いることができ、冷却ガスとしては、例えば、窒素やヘリウムなどの不活性ガスを用いることができ、冷却液としては、例えば、冷却水などを用いることができる。また、冷却管５８を保温筒５５に設ける場合、石英柱５５ｂの内側あるいは外側に冷却管５８を螺旋状に配管することができる。あるいは、冷却剤を流すための溝を石英円板５ａまたは石英柱５ｂ内に埋め込むようにしてもよい。また、ヒータ５９を保温筒５５に設ける場合、石英柱５５ｂの内側あるいは外側にヒータ５９を螺旋状に巻き付けることができる。あるいは、石英円板５５ａまたは石英柱５５ｂ内にヒータ５９を埋め込むようにしてもよい。
【００３７】
そして、アウタ管５２内でウェハＷの処理を行う場合、保温筒５５に載置されたボート５６を下降させることにより、ボート５６をアウタ管５２から抜き出す。そして、ボート５６にウェハＷを載置し、保温筒５５に載置されたボート５６を上昇させることにより、ウェハＷが載置されたボート５６をアウタ管５２内に挿入する。
【００３８】
そして、アウタ管５２内を排気しながら、ヒータ５７をオンすることにより、アウタ管５２内を昇温させる。また、アウタ管５２内の昇温時に、ヒータ５９をオンし、ヒータ５９からの熱により保温筒５５を加熱する。ここで、加熱制御部６０は、ヒータ５９を発熱させる場合、アウタ管５２内が均一に昇温されるように、ヒータ５９に流れる電流を制御するようにしてもよい。
【００３９】
すなわち、保温筒５５の熱容量が大きいため、ヒータ５７をオンすると、アウタ管５２の上部の方から温度が上がり始め、昇降時のアウタ管５２内の温度分布に偏りが発生する。このため、加熱制御部６０は、昇温時のアウタ管５２内の温度分布の偏りを検知すると、ヒータ５９に流れる電流を増加させることにより、アウタ管５２の下部の昇温速度を増加させ、アウタ管５２内の温度分布の偏りを低減させることができる。
【００４０】
そして、アウタ管５２内が所定の温度に達すると、必要に応じてプロセスガスを流しながら、ウェハＷの成膜処理やアニール処理などを行う。そして、ウェハＷの処理が終了すると、ヒータ５７をオフして、アウタ管５２内を降温させながら、冷却管５８内に冷却剤を流す。そして、アウタ管５２内が所定の温度に冷却されると、保温筒５５に載置されたボート５６を下降させることにより、ウェハＷが載置されたボート５６をアウタ管５２内から抜き出す。
【００４１】
これにより、縦型炉の昇温時に、ヒータ５９を用いて保温筒５５を直接加熱することが可能となるとともに、縦型炉の冷却時に冷却剤を保温筒５５に循環させて、保温筒５５を強制冷却することができる。このため、保温筒５５の熱容量が大きい場合においても、保温筒５５を迅速に昇温させたり、降温させたりすることが可能となり、縦型炉の昇温時および降温時の待機時間を低減させて、スループットを向上させることが可能となる。
【００４２】
なお、図４の実施形態では、冷却管５８およびヒータ５９の双方を保温筒５５に設ける方法について説明したが、ヒータ５９のみを保温筒５５に設けるようにしてもよい。また、図２、３に示したように、熱電対１９ａ〜１９ｄまたは熱電対３９をアウタ管５２または保温筒５５にそれぞれ設け、熱電対１９ａ〜１９ｄまたは熱電対３９の温度計測結果に基づいて、ヒータ５９の通電時間や発熱量を制御するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る縦型炉の概略構成を示す断面図。
【図２】第２実施形態に係る縦型炉の概略構成を示す断面図。
【図３】第３実施形態に係る縦型炉の概略構成を示す断面図。
【図４】第４実施形態に係る縦型炉の概略構成を示す断面図。
【図５】従来の縦型炉の概略構成を示す断面図。
【符号の説明】
１、１１、３１、５１ 台座、２、１２、３２、５２ アウタ管、３、１３、３３、５３ ガス導入管、４、１４、３４、５４ 排気管、５、１５、３５、５５ 保温筒、５ａ、１５ａ、３５ａ、５５ａ 石英円板 ５ｂ、１５ｂ、３５ｂ、５５ｂ 石英柱、６、１６、３６、５６ ボート、７、１７、３７、５７、５９ ヒータ、８、１８、３８、５８ 冷却剤導入管、１９ａ〜１９ｄ、３９ 熱電対、２０、４０ 流量調整バルブ、２１、４１ ポンプ、２２、４２ 温度制御部、６０ 加熱制御部
Claims (8)
- 下方に挿入口が設けられた収容部と、
ウェハを保持し、前記挿入口を介して前記収容部に挿入可能なボートと、
前記ボート下に設けられ、前記収容部の挿入口を断熱する保温筒と、
前記保温筒に設けられ、冷却剤を循環させる冷却管とを備えることを特徴とする縦型炉。 - 前記収容部内の温度分布を計測する温度分布計測手段と、
前記収容部内の温度分布が均一化されるように、前記冷却管に導入される冷却剤の流量または温度を制御する温度制御手段とをさらに備えることを特徴とする請求項１記載の縦型炉。 - 前記保温筒の温度を計測する温度計測手段と、
前記保温筒の温度の計測結果に基づいて、前記冷却管に導入される冷却剤の流量または温度を制御する温度制御手段とをさらに備えることを特徴とする請求項１記載の縦型炉。 - 下方に挿入口が設けられた収容部と、
前記収容部内を加熱する第１加熱手段と、
ウェハを保持し、前記挿入口を介して前記収容部に挿入可能なボートと、
前記ボート下に設けられ、前記収容部の挿入口を断熱する保温筒と、
前記保温筒に設けられ、前記保温筒を加熱する第２加熱手段とを備えることを特徴とする縦型炉。 - 下方に挿入口が設けられた収容部と、
前記収容部内を加熱する第１加熱手段と、
ウェハを保持し、前記挿入口を介して前記収容部に挿入可能なボートと、
前記ボート下に設けられ、前記収容部の挿入口を断熱する保温筒と、
前記保温筒に設けられ、前記保温筒を加熱する第２加熱手段と、
前記保温筒に設けられ、冷却剤を循環させる冷却管とを備えることを特徴とする縦型炉。 - ウェハをボートに載置する工程と、
前記ウェハが載置されたボートを保温筒とともに収容部内に挿入する工程と、
前記ボートが挿入された収容部内を昇温させる工程と、
前記保温筒に冷却剤を流しながら、前記ボートが挿入された収容部内を降温させる工程と、
降温された保温筒をウェハが載置されたボートとともに、前記収容部から抜き出す工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - ウェハをボートに載置する工程と、
前記ウェハが載置されたボートを保温筒とともに収容部内に挿入する工程と、
前記保温筒内で発熱させながら、前記ボートが挿入された収容部内を昇温させる工程と、
前記ボートが挿入された収容部内を降温させる工程と、
降温された保温筒をウェハが載置されたボートとともに、前記収容部から抜き出す工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - ウェハをボートに載置する工程と、
前記ウェハが載置されたボートを保温筒とともに収容部内に挿入する工程と、
前記保温筒内で発熱させながら、前記ボートが挿入された収容部内を昇温させる工程と、
前記保温筒に冷却剤を流しながら、前記ボートが挿入された収容部内を降温させる工程と、
降温された保温筒をウェハが載置されたボートとともに、前記収容部から抜き出す工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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|---|---|
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