JPS62252932A - 半導体ウエハの熱処理装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は半導体装置の作製にあたり特にシリコンウェハ
の酸化・不純物の導入拡散あるいは熱処理を行なう為の
枚葉式電気炉に関するものである。

従来の技術 従来は、第５図に示すように、シリコンウェハ１を石英
製ボート２１に数十枚から１ｃｍ０枚程度積載し、石英
炉芯管２２に挿入する。石英炉芯管２２は通常、カンタ
ル線のような材料を巻線にしたものを絶縁体の保持具で
固定し、その回りに断熱材全巻いた発熱体２３に囲まれ
ており、多大な電流を流す事によってその石英炉芯管２
２　’ｉ　９００〜１２ｏＯ℃程度の高温に保持する事
が出来る。

石英炉芯管２２は１通常一端を細く絞ったガス導入口２
４を有し、そこより、シリコンウェハの処理に必要なガ
スを流す事が出来る。又１図示はしていないが、炉体の
温度を制御□□するコントローラ一部、及びガスのコン
トロール全行なうンースキャビネット部は常にシステム
構成されている。

例えばシリコンの酸化を実施する場合、前述の石英製ボ
ート２１をボートローディング装置等により炉体中央部
に挿入した後にガス導入口より乾燥酸素を必要な酸化膜
厚が得られる時間流せば良い。又、水素と酸素を混合燃
焼させて酸化種である水蒸気を流して、酸化を実施する
方法も多く用いられている。更に、最近の微細化に伴な
って。

前述の炉芯管２２と石英ボート２１とがこすれ合って出
る微少なダストが、シリコンウェハ１上に飛び散り、ウ
ニ・・上の集積回路の歩留り全低下させる事が問題とな
っており、カンチレバーと呼ばれる石英フォーク２６を
使用する事も多く見られる。これは１石英ボート２１を
前述の石英フォーク２６の先端部に乗せたまま石英フォ
ークごと浮かせて石英炉芯管２２の中央に、石英炉芯管
２２と石英ボート２１全接する事なく石英ボート２１を
炉体中央部に置く事が出来るソフトランディング装置と
呼ばれるものであり、ダスト対策としては有効な物であ
る。

しかしシリコンウェハ１が大口径化するにつれて、前述
のソフトランディング装置が非常に犬がかりになる事や
省エネルギーや省スペースかう考えて縦形炉も一部考慮
され始めた。簡単に言えば。

第６図ａに示すように、従来の横形炉を縦にしただけで
ある。　横形炉用の石英ボートと異なり。

シリコンウェハ１が落下しないように若干傾斜をつけて
、ウェハを挾み込むような石英ボート２６を使用する。

この場合、横形炉の大型のソフトランディング装置と異
なり１石英ボート２６を下から支える事によって１石英
炉芯管２２と石英ボート２６が接触する事を防げる。従
ってウェハの挿入方法としては横型炉より縦型炉の方が
、若干省スペースで作りやすい感じがある。

発明が解決しようとする問題点 前述のように、大口径ウェハに対して、横形炉の大型化
と共に縦形炉の検討もなされている。しかし、基本的な
概念として、ウェハを石英ボートに多数枚積載して、熱
処理する事は共通である。

つまり、石英炉芯管はウェハの径より太き目の円筒形状
をしている。従って％　８インチつまり直径が２０（７
）のウェハに対しては、内径が１ｏインチつまり約２５
画の石英炉芯管もしくは炭化ケイ素製炉芯管が必要とな
る。又、大口径ウェハ全多数枚熱処理する事は、熱容量
の大きな物全出し入れする事であり、その均熱性・保温
性等技術上の問題も多い。更にウェハの大口径化に対し
て１石英炉芯管のみならず１石英ボートちるいはソフト
ランディング用石英フォーク等種々の材料に対して大型
化が要求され、製作の困難もさることながらその運搬か
ら設置・洗浄・メインテナンスに至るまで取り扱いの不
便さはつのるばかりである。もちろん他の半導体装置等
も考慮すると、カセット・トクー・カセット方式がほと
んど採用されている現状では、２５枚もしくは５０枚単
位のロット構成による製造が適しているようである。し
かしウェハの大口径化の進展に伴ない、従来の多数ウェ
ハによるロット構成ではなく、ウェハ一枚一枚が各１ｃ
ｍツトとなり、装置間をウェハを何枚か積載したキャリ
アで運ぶのではなく、ウェハが一枚ずつ走って行くウェ
ハ管理の必要性の比率が犬きぐなる。

問題点を解決する為の手段 従って１周囲をカートリッジ式ヒータによる発熱体で囲
んだ直方体型熱処理炉体を使用し、更にその炉体中に、
半導体ウェハを一枚だけ、炉体と接触する事なく浮かせ
て挿入する事の出来る石英アームを付属させる事によっ
て、簡易で省スペースな熱処理を実施させる方法を採用
する。又、前述の石英アームにキャップをとりつけてお
いて。

炉体にフタを行なう、あるいは石英アームにもガスが流
せるような工夫をほどこしておく。

作用 従って、本発明はウェハの大口径化に対して。

電気炉にも枚葉処理方式を導入する事によって、各ウェ
ハ事の工程管理を実施する将来への方向金示すと共に１
来校葉式の利点である均熱性の良さ。

制菌の容易さ、保守の簡易さ、省スペース等を充分発揮
しうるものである。

実施例 前述したように、本発明の基本型は大口径ウェハを一枚
だけ熱処理出来れば良い。従って、第１図乙に示した斜
視図の様に、シリコンウェハ１を２本の石英より成る石
英アーム２上に載せ、この石英アーム２を箱型の石英製
直方型処理炉３に挿入して、必要時間熱処理する事を特
徴とする。この処理炉３は少なくともウェハ１の直径よ
り若干太き目の幅金持ち、高さ方向にはウェハの厚みに
前記石英アームの厚みを加え、浮かせて挿入出来るスペ
ース分の厚みがあればよい。例えば８インチウェハを考
えた場合、正面から見て幅２６Ｃ１ｎ。

高さ３〜６備程度の大きさで良く、又その均熱長も４０
（７）以上あれば充分である。すなわち、炉芯体を構成
する処理炉３の開口部の長辺はウェハ１の直径より２Ｃ
１１を以上大きく、又開口部の短辺はウェハの厚みとア
ーム２の厚みを加えた長さより１１以上の大きさを有す
るのが望ましい。当然、直方型処理炉３の周囲はカンタ
ル線のような材料で作製したカートリッジ式ヒーターブ
ロック４でおおわれている。

ウェハの搬送機構としては、単純な方式はど、故障が少
なく、処理炉３への挿入・取り出しは石英棒を２本用意
して、その上にウエノＳ１を載せる形をとる。この場合
、ウェハヲ載せる石英アーム２に直接ウェハを置いた時
点で、ウェハとの接触面積が大きくなって、熱回復特性
が問題になれば第２図＆に示すととぐ小さな突起５を石
英アーム２の一部に設ければ良い。この突起Ｓ上にウェ
ハが置かれ、最小で３点の支持を受ける事になり、この
場合だとその点における均熱特性等、はとんど問題を生
じない。更に２゛本の石英アーム２に強化枠６を設けた
り、ウェハ１が処理炉３に入った時点で処理炉の開孔部
にフタが出来るように石英アーム２にキャップ７を付属
させるのがよりよい方向と思われる。そして、これら石
英アーム２を処理炉３に接触する事なく、浮かせた状態
で挿入する為に、石英アーム２．キャップ７全持ち上げ
たり、炉芯管内に押し進めたり引き下げだりする事の出
来るリフト機構部８を設置しておく。又、このリフト機
構部を新たに動力源と連結したりする等して、挿入速度
等を決定すれば良い。

処理炉３の一端はウェハの出入りの為に開放されている
が、他端は雰囲気ガスの導入が可能なように、第２図す
のごとぐガス導入口９が設置される。又、更に他のガス
を導入する方法として前述の石英アーム２を利用する事
も可能である。つまり２本の石英棒の一端を外部からの
ガスの導入口として兼用する事により１例えば第２図Ｃ
のように１本のアーム２人より酸素ガスを処理炉３内に
導入し、その後、もう一本のアーム２Ｂより水素ガスを
導入して混合し、酸化種である水蒸気を得る事も出来る
。

又、第３図、第４図には１例えばウェハ１を１枚ずつ処
理する時の挿入前後における電気炉手前の搬送機溝につ
いて示す。ウェハ１がベルト６るいはエアーによって搬
送されて、処理炉３の手前のウェハ支持体１ｃｍ上に運
ばれる（第３図ａ）。

その後石英アーム２が伸びて、ウェハ１の下部に挿入さ
れ、連動されたリフト機構部８によって石英アーム２が
少し持ち上げられ（第３図ｂ）、ウェハ１が前述の突起
Ｓ上に載せられ、リフト機構部の前進運動によって、処
理炉３内に挿入されるわけでおる。

更に、前述のウェハ支持体１ｃｍへのウェハ搬送には例
えば第４図乙に示すようにウェハ搬送体１１とそれに連
結された支持棒１２を考えて、支持棒１２の他端を中心
に、ウェハを常に水平に置いた状態で円弧を描くように
ウェハ全移動させる。第４図すのごとく最も高い所（第
４図でＢの位置）で静止させ、その下に搬送体１１の間
隔より狭い前述の処理炉３＠のウェハ支持体１ｃｍを置
いておき、今度はその搬送体１１を第４図点線のＢの位
置より実線の搬送体１１′　　の位置まで下げる。そう
する事によって、搬送体１１上のウェハは、その下に位
置していた処理炉用ウェハ支持体１ｃｍに移し替えられ
、その後前述の石英アーム２によって処理炉３に挿入さ
れるわけである。逆に、ウェハ１を取り出す場合は１石
英アーム２によって。

処理炉３より引き出されたウェハ１が支持体１ｃｍに石
英アームを下げて後退する事により移し替えられ１次に
、下に降りていた搬送体１１が支持棒１２によって押し
上げられ、支持体１ｏより高くあげられる為、ウェハ１
は搬送体に移り、円弧を描くように、第４図Ｃの位置ま
で移動させられ、同様な搬送装置やベルト等によって次
工程の装置に移動する事が可能となるわけである。

本発明は、一枚ずつのウェハ進行管理を実現する為に、
従来、バッチ処理方式であった熱処理までも枚葉式処理
にしようとするものであって、その利点は、ウェハの大
口径化に対し、大型化、大電力化する装置が非常に小型
ですみ、内容積が小さくなった為、電力も少ないという
省スペース・省エネ設計である。更に、多数のウェハを
処理すると本来の電気炉温度に回復に要する時間も長く
。

均熱長も長いものが必要であった装置が、一枚処理であ
る為、はとんどその回復特性を気にする事なく均熱性・
再現性共に非常に良好なものとなる。

又、均熱長も高々、ウェハ長の２倍程度あれば良く広い
場所を必要としない。又、ソフトランディング装置も、
多数のウェハを処理する従来方式は装置も大型化し、又
石英炉芯管・ウェハを併せた温度回復特性も極めて悪い
。しかし２本発明では実施例のごとく、簡単で、場所を
とらない設計にする事が出来る〇 以上の様に今後の大口径化には非常に有利なものとなる
。従来と比べての量産性という欠点をどう処理するかが
問題であるが、他の工程もほとんど枚葉処理が増えてき
ている為、むしろ一枚処理すれば、直ちに次の処理にま
わされるという方式をとった場合、はとんど問題は生じ
ないと思える。

何故なら、微細化が進むと共に高温電気炉熱処理におい
てはプロセスの低温化・短時間処理化が進んでいる。し
かし例えばＸ線ステッパーや電子線露光等を考えると、
従来の元一括露光に比べはるかに長い時間を必要とし微
細加工の為にかえって時間がかかっているが、電気炉処
理は、酸化膜の薄膜化が進み、たとえば１ｃｍ０人のゲ
ート酸化膜形成には９００℃パイロジェニック法ではわ
ずか５分で可能となる。又、イオン注入後のアニールも
実質的には５分でも充分な場合が多々あり、現在は単に
従来の慣習で３０分と長くしているに過ぎない。従って
枚葉式電気炉でも何ら量産性には問題は生じない。省ス
ペース・省エネが可能なので１枚葉処理方式のウェハ内
での均質性の利点を充分生かすべく、何段かの本発明に
よる熱処理炉をそろえれは量産性に何ら問題は生じない
。今述べたウェハ内での均質性の良さは一枚処理方式を
採用する本発明の特徴でもあり、バッチ式に比べ。

ウェハの受ける熱温度分布性が各種熱容量が少ない為に
良好であり、更に、温度制卸が容易である事により均一
性も良くなる。

発明の効果 本発明によれば、半導体ウェハを一枚のみ２炉体と接触
することなく浮かせて挿入でき、簡易で省スペースな熱
処理を行うことが可能となる。さらに、炉の均熱長も短
くでき、ウェハ内での均質性の高い熱処理を、量産性良
く可能とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ、ｂ、ｃは本発明の一実施例の熱処理炉の要部
概略斜視図、側面図、正面図、第２図ａ。 Ｃは実際にウェハを積載して挿入する為の石英アームの
一例の斜視図、第２図すは炉体の斜視図。 第３図ａ、ｂは本発明の一実施例の装置における炉の手
前におけるウェハ搬送部の動作状態を示す図、第４図ａ
、ｂは同装置のウェハ搬送部の動作状態図、第５図ａ、
ｂは従来の横型熱処理炉の−１・・・・・・シリコンウ
ェハ、２・・・・・・石英アーム、３・・・・・・直方
型処理炉、４・・・・・・ヒータブロック。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 （０Ｌ） ２石英アーム Ｃｂ） 第２図 （０−ン （ｂン ＣＣ） 第３図　　　　（０−） 第４図 （α） ｔｔ　　　　　　ｔＺ （ｂ） 第５図 ？１ ？３ 第６図 ぐ 亀 （ｂツ ク２ 〆 ＼〜

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）一端に開口部を有した長方体型熱処理用炉芯体と
   、前記炉芯体周囲をヒータで囲む発熱体と、半導体基体
   を積載しかつ前記炉芯体に接触する事なく炉芯体中に前
   記半導体基体を挿入しうるアーム体とから成る事を特徴
   とする半導体ウェハの熱処理装置。
2. （２）炉芯体の開口部の長辺が、半導体基体の直径より
   ２ｃｍ以上大きく又前記開口部の短辺が、前記半導体基
   体の厚みと前記アーム体の厚みを加えた長さより１ｃｍ
   以上の大きさを有すると共に、前記開口部と反対他端に
   は処理ガスを導入しうる管がつながっている事を特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の半導体ウェハの熱処
   理装置。
3. （３）アーム体が少なくとも２本以上の細管より成り、
   この細管の各端部が開口部を有すると共に、前記アーム
   が炉芯体中に挿入された時に前記炉芯体開口部を覆うキ
   ャップを前記アーム体に取りつけた事を特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の半導体ウェハの熱処理装置。
4. （４）発熱体を電力制御する制御部を付加した事を特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の半導体ウェハの熱
   処理装置。
5. （５）各細管に必要なガスを導入制御しうるソースキャ
   ビネット部を付加した事を特徴とした特許請求の範囲第
   ２項又は第３項記載の半導体ウェハの熱処理装置。