JPH0897165A - 被表面処理加工物の表面処理方法及びその方法に用いるエアー巻き込み防止治具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 横型熱処理炉における炉心チューブ内に反応
ガスを均一にして各半導体ウエハを均一に表面処理でき
るようにすることを目的とする。 【構成】 この発明では、ボート１６０に載置した複数
枚の半導体ウエハＳを炉心チューブ１００内に収容して
表面処理を行う場合に、ホーク１７０で保持されている
ボート１６０の出し入れ口１２０側のボート上に、その
出し入れ口１２０から進入するエアーの進入を防止する
所定の長さの円柱状または円筒状のエアー巻き込み防止
治具を搭載して、ガス供給口１１０から供給される所定
の反応ガスがシャッタ１３０部分の間隙から進入するエ
アーで不均一にならないように、そのエアーの進入を防
止するようにして、前記複数枚の半導体ウエハＳを表面
処理するようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体ウエハのよう
な被表面処理加工物の表面に酸化膜などの薄膜を成膜し
たり、不純物を拡散させる場合に用いて好適な横型熱処
理炉を用いて表面処理を行う被表面処理加工物の表面処
理方法及びその方法に用いるエアー巻き込み防止治具に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】先ず、従来技術の横型熱処理炉と、それ
を用いて被表面処理加工物である半導体ウエハを採り上
げて、この半導体ウエハの表面に酸化膜を生成させる、
或いは不純物を拡散させる場合を図を用いて説明する。
図５は現用の横型熱処理炉の構成を示す上面図であり、
図６は図５に示した横型熱処理炉の一部側面図であり、
図７は図６の横型熱処理炉の炉心チューブのみを示して
いて、同図Ａはその断面側面図、同図Ｂは同図ＡのＡ−
Ａ線上の断面図であり、図８は図７ＡのＢ−Ｂ線上の断
面図における炉心チューブ内の各種のガスの分布を示し
た分布図であり、そして図９は図８に示したガス分布に
よりチューブ本体の反応室内における複数枚の半導体ウ
エハが悪影響を受ける様子を説明するためのチューブ本
体の一部断面図である。

【０００３】先ず、図５及び図６を用いて現用の横型熱
処理炉を説明する。符号２００は全体として現用の横型
熱処理炉を指す。この横型熱処理炉２００は石英製の炉
心チューブ１００とこの加熱用ヒータ（図示していな
い）を含む炉心本体２１０と、各種の反応ガス源（図示
していない）からの各種反応ガスの圧力、流量を制御し
て前記炉心チューブ１００にそれら各種反応ガスを供給
するマスフローコントローラ２２０と、これも図示して
いないキャリアに収納された複数枚の半導体ウエハＳを
石英製のボート１６０に移載する、或いはその逆に移載
する場所であるクリーンベンチ２３０と、所定の間隔を
開けて複数枚の半導体ウエハＳを載置した石英製のボー
ト１６０を前記炉心チューブ１００内に挿入し、或いは
これより取り出すための石英製フォーク１７０を支持す
る支持部材２４１とこれを案内する案内レール２４２と
からなる支持案内装置２４０などから構成されている。

【０００４】更に前記フォーク１７０はその先端部が或
る幅をもって偏平な形状に形成されており、その形状の
先端部がボート１６０の底面に挿入されて、即ち、ボー
ト１６０がその偏平な先端部に跨がった状態で支持され
て、フォーク１７０の基部を支持した支持部材２４１が
前記案内レール２４２に案内されて、矢印Ｘで示した左
右方向と矢印Ｙで示した上下方向に移動できるように構
成されており、ボート１６０を炉心チューブ１００の内
壁に接触しないようその中央部に置ける構造になってい
る。

【０００５】また、前記炉心チューブ１００は、図７に
示したように、チューブ本体１０１のドーム状の一端に
ガス供給口１１０が形成されており、他端には全面が開
口した出し入れ口１２０が形成されていて、この出し入
れ口１２０には、その出し入れ口１２０を開閉するシャ
ッター１３０が取り付けられている。前記ガス供給口１
１０からチューブ本体１０１の中程までは反応室１４０
であり、この反応室１４０と前記出し入れ口１２０との
間にはガス排気部１５０が形成されており、このガス排
気部１５０は、図７Ｂに示したように、チューブ本体１
０１の側壁に形成された小さな開口１５１とこの開口１
５１に通じた排気管１５２とで構成されている。

【０００６】このような構成の横型熱処理炉２００を用
いて半導体ウエハＳの表面に不純物を拡散させたり、そ
の表面を酸化、或いはアニールすることができる。例え
ば、半導体ウエハＳの表面に不純物を拡散させる場合に
は、複数枚の半導体ウエハＳを所定の間隔で保持したボ
ート１６０をフォーク１７０の先端部に乗せ、支持案内
装置２４０を作動させ、そして前記炉心チューブ１００
の前記シャッター１３０を開けて、出し入れ口１２０か
らこのチューブ本体１０１の反応室１４０に収納し、そ
して前記シャッター１３０を閉めた後、炉心本体２１０
の図示していないヒーターで加熱しながら、前記マスフ
ローコントローラ２２０から前記ガス供給口１１０を通
じて反応ガスを供給し、そして前記開口１５１及び排気
管１５２から排気ガスを排気させている。

【０００７】半導体ウエハＳの表面に不純物として燐を
拡散する場合には、チューブ本体１０１内を７００〜１
０００°Ｃに加熱し、反応ガスとして、毎分、 Ｎ₂ １９．５リットル ＰＯＣｌ₃ ７３ｍｇ Ｏ₃ ３２０ｃｃ を用いる。かくして、燐が半導体ウエハＳの表面に拡散
し、前記排気管１５２からＣｌ₂などが排気される。

【０００８】また、半導体ウエハＳの表面を酸化する場
合には、前記ガス供給口１１０を通じて酸素ガスＯ₂ と
水素ガスＨ₂ を供給し、アニールする場合には、ガス供
給口１１０を通じて窒素ガスＮ₂ を供給する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記のよう
な熱処理を行う時には、半導体ウエハＳの炉心チューブ
１００への出し入れと同時にエアーが入り込み、また、
シャッタ１３０を閉めて熱処理中であっても、そのシャ
ッタ１３０と出し入れ口１２０との間隙からエアーが進
入し、そしてまた、前記開口１５１及び排気管１５２が
チューブ本体１０１の側壁の一ヶ所にしか形成されてい
ないため、チューブ本体１０１の開口１５１寄りの反応
室１４０における各種のガス分布は、図８に示したよう
に、反応ガスなどが排気管１５２側に片寄って、排気管
１５２の反応ガス濃度が低く、下部は殆どエアーとな
る。即ち、チューブ本体１０１内の反応ガス濃度が不均
一になって、図９に示したように、ボート１６０に立て
てある複数枚の半導体ウエハＳの内、前記出し入れ口１
２０側（以下、「フロント側」と記す）の、距離Ｌの範
囲内に在る半導体ウエハＳが、エアー中の酸素ガスＯ₂
の影響を受けて、不純物の拡散の場合には、それらの半
導体ウエハＳの表面に燐を均一に拡散できず、シート抵
抗が高くなり、熱処理が酸化の場合には、酸化膜厚が厚
くなるいという欠点があった。

【００１０】そのため、これまでは、前記フロント側の
距離Ｌの範囲に多数枚の、例えば、７５枚のダミーウエ
ハＭをボート１６０上に立てて、真の半導体ウエハＳに
悪影響が出ないような対策が講じられていた。しかし、
このような対策は、７５枚ものダミーウエハＭをボート
１６０に移載しなければならず、作業能率が落ちる。

【００１１】従って、この発明では、前記反応室１４０
内の反応ガス濃度の不均一に起因する半導体ウエハＳの
表面の熱処理むらを効率良く防止できる被表面処理加工
物の表面処理方法及びその方法に用いるエアー巻き込み
防止治具を提供することを課題とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】それ故、この発明の被表
面処理加工物の表面処理方法は、反応ガス供給口、反応
室、被表面処理加工物である半導体ウエハの出し入れ
口、ガス排気部などが形成された炉心チューブからなる
横型熱処理炉を用いてボートに載置した複数枚の半導体
ウエハを前記出し入れ口を通じてホークで前記反応室に
収容し、それら半導体ウエハに表面処理を施す半導体ウ
エハの表面処理方法において、前記ボートに載置した複
数枚の半導体ウエハを前記反応室に収容して表面処理を
行う場合に、前記反応室に載置されたボートの前記出し
入れ口側に所定の長さを有する円柱状または円筒状のエ
アー巻き込み防止治具を載置して、前記反応ガス供給口
から所定の反応ガスを供給し、前記エアー巻き込み防止
治具により前記出し入れ口からのエアーの進入を防止す
るようにして、前記課題を解決している。

【００１３】また、前記エアー巻き込み防止治具は、所
定の長さを有し、直径が炉心チューブの内径より小で、
外周面が前記炉心チューブの内周面に沿い、そしてその
外周面の一部に、その全長にわたって、半導体ウエハを
載置したボートを前記炉心チューブに装着または脱着さ
せるフォークの幅よりやや広い幅の凹溝が形成された構
造になっている。

【００１４】

【作用】従って、反応室内の前記不均一な反応ガス雰囲
気中には、エアー巻き込み防止治具しか存在しないの
で、半導体ウエハのような被表面処理加工物には悪影響
が及ばず、全ての半導体ウエハの表面に均一な表面処理
を施すことができる。

【００１５】

【実施例】次に、図１乃至図４を用いて、この発明の被
表面処理加工物の表面処理方法及びこの方法に用いるエ
アー巻き込み防止治具の実施例を説明する。図１はこの
発明のエアー巻き込み防止治具の実施例を示す斜視図で
あり、図２は図１に示したエアー巻き込み防止治具を炉
心チューブ内に挿入する状態を示す炉心チューブなどの
側面図であり、図３は炉心チューブ内にエアー巻き込み
防止治具と半導体ウエハを載置したボートを収容した状
態を示す炉心チューブの側面図であり、そして図４は前
記エアー巻き込み防止治具により炉心チューブのチュー
ブ本体反応室内における複数枚の半導体ウエハが良好に
熱処理される様子を説明するためのチューブ本体の一部
断面図である。なお、従来技術の横型熱処理炉の構成要
素と同一の構成要素には同一の符号を付して説明する。

【００１６】先ず、図１を用いて、この発明のエアー巻
き込み防止治具（以下、単に「防止治具」と略記する）
の実施例を説明する。この防止治具１は、所定の長さ、
即ち、チューブ本体１０１のガス排気部１５０から内部
の反応室１４０の方に至る良好な均一の反応ガスが存在
する区域までの距離Ｌに相当する長さ（図４参照）を有
し、その両端面２Ａ、２Ｂの直径Ｄがチューブ本体１０
１の内径より小で、その外周面３がチューブ本体１０１
の内周面に沿い、そしてその外周面３の一部に、その全
長にわたって、前記フォーク１７０の先端部１７１の幅
よりやや広い幅Ｗでその先端部１７１の厚みより深い深
さＨの凹溝４が形成された構造の円柱または円筒で構成
されている。前記端面２Ｂの方は平面で形成するよりも
ドーム状、円錐状などの流線型に形成した方がガス供給
口１１０からの反応ガスを円滑に反応室１４０全体に流
すことができる。

【００１７】次に、この防止治具１を用いて前記チュー
ブ本体１０１による半導体ウエハの表面処理方法を、図
５、図６及び図２を参照しながら説明する。先ず、図５
に示したクリーンベンチ２３０でフォーク１７０の最先
端部１７１に複数枚の半導体ウエハＳを所定の間隔で立
てたボート１６０を乗せ、そしてその乗せたボート１６
０とフォーク１７０の基端部１７２との間の先端部１７
１の上に、前記防止治具１を、その凹溝４を下にしてフ
ォーク１７０の先端部１７１に嵌め込むような状態で乗
せ、その状態のフォーク１７０を前記支持案内装置２４
０を作動させてチューブ本体１０１の出し入れ口１２０
から反応室１４０内にボート１６０と防止治具１とを搬
入し（図２）、次に、フォーク１７０を降下させて、そ
の反応室１４０内にボート１６０と防止治具１を置き、
前記支持案内装置２４０を前記と逆に作動させてこれら
より抜き去る。そうすると、図３に示したように、チュ
ーブ本体１０１のフロント側に防止治具１が、そしてガ
ス供給口１１０側（以下、「リアー側」と記す）にボー
ト１６０に積載された半導体ウエハＳが配列された状態
で、そのチューブ本体１０１の底に載置される。そして
シャッタ１３０で出し入れ口１２０を閉じ、ガス供給口
１１０から反応ガスを反応室１４０に導入し、熱処理作
業を始める。

【００１８】この図３に示した状態は、図４に示したよ
うに、防止治具１が前記不均一な状態の反応ガスの中に
存在し、ボート１６０に積載された複数枚の半導体ウエ
ハＳ全てが前記良好な均一な反応ガス中に存在させるこ
とができる。このような状態で熱処理を行う方法がこの
発明の被表面処理加工物の表面処理方法及びその方法で
ある。

【００１９】従って、熱処理中、たとえ前記シャッタ１
３０からエアーが進入しても、そのエアーは防止治具１
がキャップの作用をし、それで遮られてリアー側に存在
する半導体ウエハＳの方に回り込まない。一方、前記ガ
ス供給口１１０からの反応ガスは前記反応室１４０に充
満し、各半導体ウエハＳを表面処理した後、防止治具１
の外周面３に案内されてその外周面３とチューブ本体１
０１の内周面との隙間を通じて前記ガス排気部１５０か
ら排気される。

【００２０】

【発明の効果】以上、説明したように、この発明の被表
面処理加工物の表面処理方法によれば、多数枚のダミー
ウエハＭを用いることなく、防止治具をボートの前のフ
ォークの上に置く簡単な作業のみで、そのフォークで半
導体ウエハを反応室内に収容すると同時にその防止治具
も収容でき、そしてエアー巻き込みの悪影響を半導体ウ
エハに与えず、防止することができ、反応室内は常に所
望の均一な反応ガスで充満することができる。そのた
め、フロント側に存在する全ての半導体ウエハに均一に
表面処理を施すことができる。更にまた、この発明のエ
アー巻き込み防止治具は構造が簡単であるてめに、極め
て容易に製作することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明のエアー巻き込み防止治具の実施例
を示す斜視図である。

【図２】 図１に示したエアー巻き込み防止治具を炉心
チューブ内に挿入する状態を示す炉心チューブなどの側
面図である。

【図３】 炉心チューブ内にエアー巻き込み防止治具と
半導体ウエハを載置したボートを収容した状態を示す炉
心チューブの側面図である。

【図４】 図１に示したエアー巻き込み防止治具により
炉心チューブのチューブ本体反応室内における複数枚の
半導体ウエハが良好に熱処理される様子を説明するため
のチューブ本体の一部断面図である。

【図５】 現用の横型熱処理炉の構成を示す上面図であ
る。

【図６】 図５に示した横型熱処理炉の一部側面図であ
る。

【図７】 図６の横型熱処理炉の炉心チューブのみを示
していて、同図Ａはその断面側面図、同図Ｂは同図Ａの
Ａ−Ａ線上の断面図である。

【図８】 図７ＡのＢ−Ｂ線上の断面図における炉心チ
ューブ内の各種のガスの分布を示した分布図である。

【図９】 図８に示したガス分布によりチューブ本体の
反応室内における複数枚の半導体ウエハが悪影響を受け
る様子を説明するためのチューブ本体の一部断面図であ
る。

【符号の説明】

Ｓ 半導体ウエハ １ エアー巻き込み防止治具 ２Ａ 端面 ２Ｂ 端面 ３ 外周面 ４ 凹溝 １００ 炉心チューブ １０１ チューブ本体 １１０ ガス供給口 １２０ 出し入れ口 １３０ シャッタ １４０ 反応室 １５０ ガス排気部 １６０ ボート １７０ フォーク １７１ フォーク１７０の先端部 １７２ フォーク１７０の基端部 ２００ 横型熱処理炉 ２１０ 炉心本体 ２２０ マスフローコントローラ ２３０ クリーンベンチ ２４０ 支持案内装置 ２４１ 支持部材 ２４２ 案内レール

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反応ガス供給口、反応室、被表面処理加
   工物の出し入れ口、ガス排気部を含んで形成された炉心
   チューブからなる横型熱処理炉を用いてボートに載置し
   た複数枚の被表面処理加工物を前記出し入れ口を通じて
   ホークで前記反応室に収容し、それら被表面処理加工物
   に表面処理を施す被表面処理加工物の表面処理方法にお
   いて、前記ボートに載置した複数枚の被表面処理加工物
   を前記反応室に収容して表面処理を行う場合に、前記反
   応室に載置されたボートの前記出し入れ口側に所定の長
   さを有する円柱状または円筒状のエアー巻き込み防止治
   具を載置して、前記反応ガス供給口から所定の反応ガス
   を供給し、前記エアー巻き込み防止治具により前記出し
   入れ口からのエアーの進入を防止しながら、前記反応ガ
   スで前記複数の被表面処理加工物に表面処理を施すこと
   を特徴とする被表面処理加工物の表面処理方法。
2. 【請求項２】 所定の長さを有し、直径が炉心チューブ
   の内径より小で、外周面が前記炉心チューブの内周面に
   沿い、そしてその外周面の一部に、その全長にわたっ
   て、半導体ウエハを載置したボートを前記炉心チューブ
   に装着または脱着させるフォークの幅よりやや広い幅の
   凹溝が形成されている円柱状または円筒状のエアー巻き
   込み防止治具。