JPS6120318A - 縦型拡散炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は半導体ウェハーを熱処理する縦型拡散炉に関す
る。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年、半導体ウェーハが大口径化し、６インチ以上のつ
ｌ−ハも用いられてさらに大口径化されようとしている
。大口径のつＩ−八を熱処理する場合には、その拡散炉
の炉心管も太くする必要がある。このように炉心管が太
くなると、炉心管を横に置く横型拡散炉の場合、炉心管
が自重により変形Ｊるおそれがある。また、横型拡散炉
ではダストレベルを低くするため半導体ウェハーを収納
したボートを炉心管にソフトランディングする装置が必
要て゛ある。このため、炉心管の自重による変形が少な
く、ソフトランディング装置の不要な縦型拡散炉が、大
口径の半導体ウェーへの炉として有望である。

第１２図に従来の縦型拡散炉を示す。基本的には横型拡
散炉を縦にした構造であり、炉心管である石英管１の周
囲に加熱部である抵抗加熱ヒータ２が設りられている。

半導体ウェーハを収納したボート３は、駆動部４により
駆動され、石英管１の下端の開口部から挿入される。

抵抗加熱ヒータ２により石英管１が８００〜１０００℃
の高温に加熱され、石英管１の中央付近は拘熱領域で±
１℃以下の誤差範囲で制御される。しかし石英管１の開
口部を離れると急激に温度が下降する。かかる温度分布
を第１３図に示１゜炉に半導体ウェーハを収納しｌ〔ボ
ート３を挿入する速度は、半導体ウェーハの反りや結晶
欠陥が発生しないような速度でな（ブればならない。こ
の速度はウェーへの口径が大きくなればなるほど遅くす
る必要がある。。ウェーハは通常ボートの進行方向と垂
直に置かれるが、炉から出し入れする場合、ウェーハ周
辺の温度変化が先行し、中心部との間に温度差を生ずる
。この温度差は、ウェーハの口径が大きくなればなるほ
ど大ぎくなり、それだけゆっくりと出し入れする必要が
ある。

また温度勾配が急であればそれだけ出し入れの速度はゆ
っくりとしなければならない。温度勾配をゆるやかにす
るには炉心管である石英管の長さを長くすればよいが、
縦型拡散炉では、クリーンルームの天井の高さに限度が
あるため、石英管をそれほど長くすることはできない。

また長くなるとボートの移動距離が長くなり、ボートの
出し入れの時間が長くなってしまう。また温度勾配が急
で挿入速度が遅いと、開口部付近の外気の影響を受け、
ウェーハのフラットバンドボルテージｖＦＢの変動等、
ウェーハ特性が変化するという問題があった。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、炉心部の
長さを長くすることはなく、ゆるやかな温度勾配が実現
でき、ウェーハのそりやスリップの発生が防止できる縦
型拡散炉を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

この発明を達成するために本発明による縦型拡散炉は、
ボート部を包囲し、炉心部の開口端より挿入され、上下
移動可能な副炉心部と、この副炉心部を駆動するａ１炉
心駆動部とを備えたことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

本発明の一実施例′による縦型拡散炉を第１図に示１゜
炉心管である石英管１１は、開口端を下側に設置される
。この石英管１１の周囲には抵抗加熱モータ１２が設け
られている。半導体ウェーハが多数収納されたボート１
３は、石英管１１の開口端の下に位置している。このボ
ート１３はボート駆動装置１１４により、上下に移動で
きるようになっている。この縦型拡散炉の特徴は、石英
管１１内を上下移動可能な副石英管１５を備えている点
である。この副石英管１５は副石英管駆動装置１６によ
り、ボート１３とは独立に上下移動することが可能であ
る。本実施例では石英管１１および副石英管１５の長さ
を６００ｍとし、ボート１３を３２０ａとする。ウェー
ハを４．７６ａｍピッチで並べるとすれば、最大６８８
枚セラ−７することができる。

この縦型拡散炉の使用方法の一興体例を第２図に示す。

まず副石英管１５を石英管１１内に収納した位置で抵抗
加熱ヒータ１２によりこれら石英管１１．１２を加熱す
る。半導体ウェーハをボート１３に収納し、石英管１１
と副石英管１２の開口部の下にセットする（第２図（ａ
））。次に副石英管１５を、ボート１３を包囲する位置
まで下ケル（ｔｌ’＋２図（ｂ））。このとき副石英管
１２内を高純度ガスで満たし、低い温度にすることが可
能である。したがって副石英管１２を下げる場合、高速
で下げても、低温であるので熱歪による結晶欠陥は発生
しない。なぎならウェーへの強度は低温になると飛躍的
に増加するためである。またウェーハを短時間で高純度
ガス雰囲気中に保持できる。

第２図（ｂ）における温度分布は、石英餘１１を延長し
た場合とばば同じになり、第３図に丞すにうなゆるやか
な温度勾配を示す。次にボート１３を徐々に上げていく
（第２図（Ｃ））が、温度勾配がゆるやかなため比較的
速く上げることがぐきる。ボート１３が石英管１１内に
入ると、そこで所定時間も熱処理がおこなわれる（第２
図（ｄ））。

熱処理が終わり、ボート１３を出Ｊ揚含、逆に第２図（
ｂ）から第２図（ε１）の順に制御Ｊればよい。ボート
１３が下っても副石英管１５ぐ包囲されているので、温
度変化が急激で％　＜、かつ高純度ガス雰囲気中でＶ混
返くまぐ冷却Ｊることｂ可能どなる。

次にこの縦型拡散炉の使用方法の他の貝体例を第４図に
示す。まず副石英管１５を石英管１１内に収納した位置
で抵抗加熱モータ１２により、これら石英管１１．１２
を加熱する。半導体ウェーハをボート１３に収納し、石
英管１１と副石英管１５の開口部の下にセットする（第
４図（ａ））。

次にＤｊ石英管１５を、ボート１３を包囲する位置まで
下げる（第４図（ｂ））。このときの温度分布は第３図
のようになる。次にボート１３を徐々に上げていくわけ
であるが、本具体例では副石英管１５も同時に上げてい
く（第４図（Ｃ））。副石英管１５を同時に上げること
により、ボルト１３の熱容量を実質的に増し、高速移動
した際の温度変化をゆるやかにできる。ボート１３と陣
１石英管１５が石英管１１内に入ると、そこで所定時間
熱処理がおこなわれる（第４図（ｄ））。熱処理が終わ
り、ボート１３を出す場合は、逆に第４図（ｄ）から第
４図（ａ）の順に制御する。なお、副石英管１５の移動
速度は、ボート１３の移動速度、副石英管１５およびボ
ート１３の熱容量に応じて変化させてもよい。

副石英管１５の形状は種々の弯形がｒＩ■能である。

例えば第５図に示すように副石英管１５の内側にＩ艮の
突起物１７を設けてもよい。これにより副も英管１５内
の高純度ガス流の流れがスムーズになる。また第６図の
示すように副石英管１５の内側にリング１８を複数本設
けてもよい。これによりガス流を変化させて均一化を図
っている。また第７図に示すように螺旋状の帯１９を副
石英管１５の内側の流れるガス流が螺旋状の軌道を描い
て流れ、熱の均一化が図れるとともに、ガスが均一に供
給される。また２種類のガスを用いた場合、速やかに均
質な混合かできる。また第８図に示すように副石英管１
５の外側に、螺旋状の帯２０を設【プてもよい。これに
より副石英管１５と石英管１１の間のガス流を制御する
ことができる。

また副石英管１５、ボート１３を上下移動するたりてな
く、回転させるようにしてもよい。これにより熱の均一
化、混合ガスの均質化等がさらに改善される。

また副石英管１５の断面形状を、第９図に示すような４
角形状等他の形状でもよい。また４角形状の閉じた管の
かわりに、第１１図に示すように４枚の板で副炉心部１
５を形成してもよい。断面が円形の場合でも、第１０図
に示すように閉じた管ではなく２つの半径部材により副
炉心部１５を構成するようにしてもよい。

副石英管１５と石英管１１とは密接するようにしてもよ
い。また副石英管１５とボート１３を密着させてもよい
。また必要に場合には副石英管１５に間口部を設けても
よい。

また副石英管を複数にしてそれぞれを独立駆動させても
よい。熱容量正確な調査が可能である。

なお、炉心部および副炉心部の材料としては６英以外の
材料、例えば多結晶シリコンで作り、不純物による汚染
を防止するようにしてもよい。

また副炉心部に別に高純度ガスを導入するガスラインを
設けるようにしてもよい。

（発明の効果） 以上の通り本発明によれば、炉心部の長さを長くするこ
となく、ゆるやかな温度勾配が実現できる。したがって
ボートの移動速度を速くしても、つ〕−ハの反りやスリ
ップを生ずることが４ｃい。

また副炉心部を高純瓜ガスで渦た一ｄ−Ｊ、うにづれば
、ボートを速やかにＩ！！￥ｌ純度ガス雰囲気中に入れ
ることが可能であり、外気のＷｅ’ｉｌを受（−Ｊにク
クツることができる。

さらに副炉心部の移動達磨を変化さけるようにＪれば、
全体の熱容量を制御することができ、ウェーハの温すの
変化を精密に制御できる。

さらにまた副炉心部の形状を変化させるＪ：うにすれば
、高純度ガスの制御や、ボー１〜形状の変化への対応が
可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による縦型拡散炉の＃１断面
図、第２図、第４図はそれぞれ同縦型拡散炉の使用方法
の具体例を示づ図、第３図は同縦型拡散炉の温度分布を
示すグラフ、第５図、第６図、第７図、第８図、第９図
、第１０図、第１１図はそれぞれ同縦型拡散炉の副炉心
部の変形例を示す図、 第１２図は従来の縦型拡散炉の縦断面図、第１３図は同
縦型拡散炉の温度分布を示すグラフである。 １．１１・・・石英管、２．１２・・・抵抗加熱ヒータ
、３．１３・・・ボート駆ＩＪＩ装置、１５・・・静１
６英管、１６・・・副石英管駆動装置。 出願人代理人　　猪　　股　　　　清 第１圓 第２図 第３図 石英管イ装置（ｍｙｎ） 第４図 第８図 γ Ｑ− ６失言位［！ｍｍＪ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一端が開口した炉心部と、この炉心部を加熱する加
   熱部と、半導体ウェーハを収納し、上下移動自在のボー
   ト部と、このボート部を所定速度で上下駆動するボート
   駆動部と、前記ボート部を包囲し、前記炉心部の開口端
   より挿入され、上下移動自在の副炉心部と、前記ボート
   部の上下移動に応じて前記副炉心部を上下駆動する副炉
   心駆動部とを備えた縦型拡散炉。 ２、特許請求の範囲１項記載の縦型拡散炉において、前
   記副炉心駆動部は前記副炉心部を回転駆動することを特
   徴とする縦型拡散炉。 ３、特許請求の範囲第１項又は第２項記載の縦型拡散炉
   において、前記ボート駆動部は前記ボートを回転駆動す
   ることを特徴とする縦型拡散炉。 ４、特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載
   の縦型拡散炉において、前記炉心部は石英管であること
   を特徴とする縦型拡散炉。 ５、特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかに記載
   の縦型拡散炉において、前記ボート部および前記副炉心
   部は、前記炉心部の下側の開口端より出し入れすること
   を特徴とする縦型拡散炉。