JP2004071929A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反応室下部を均熱領域に保持し、而もヒータの温度制御に対する追従性を改善する。
【解決手段】反応炉２の炉口部３近傍に設けられた中空部１７と、該中空部に接続されたガス導入手段１８と、前記中空部に接続されたガス排気手段１９と、前記ガス導入手段側に設けられたガス温度調整部２１とを具備し、前記中空部に所要温度のガスを供給する様構成した。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシリコンウェーハ等の基板に薄膜の生成、不純物の拡散等所要の処理を行い、半導体デバイスを製造する半導体製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造装置には所要枚数の基板を一括して処理するバッチ式の半導体製造装置、又１枚或は２枚の基板毎に処理を行う枚葉式の半導体製造装置があり、以下はバッチ式の半導体製造装置、特に縦型反応炉を具備する半導体製造装置について説明する。
【０００３】
図３は従来の半導体製造装置の特に縦型反応炉部分を示している。
【０００４】
ヒータベース１に有天筒状のヒータユニット２が立設されている。該ヒータユニット２は断熱材の内面に抵抗発熱線等の発熱体が設けられ、該発熱体は軸心方向に所要の発熱区に分割され、各発熱区は図示しない電源部から個別に独立して電力の供給がなされ、前記ヒータユニット２全体としては後述する反応管７内に均熱領域が形成される様にゾーン加熱制御が可能となっている。
【０００５】
前記ヒータベース１は円形の炉開口部３が穿設され、前記ヒータベース１の下面には前記炉開口部３と同心にリング状の均熱管受け４が取付けられ、該均熱管受け４に有天筒状の均熱管５が断熱リング６を介して前記ヒータユニット２と同心に立設されている。
【０００６】
前記均熱管５と同心に有天筒状の反応管７が設けられ、該反応管７は下端にフランジ部８を具備し、前記反応管７は前記フランジ部８を固定する固定フランジ９により支持されている。前記均熱管受け４と前記フランジ部８間には断熱材１０が設けられている。尚、図示していないが前記固定フランジ９は半導体製造装置の筐体等を構成する部材に取付けられている。
【０００７】
図中、１１は炉口キャップであり、図示しないボートエレベータに昇降可能に支持されている。前記炉口キャップ１１にボートキャップ１２を介してボート１３が載置されている。該ボート１３はウェーハを水平姿勢で多段に支持する基板保持具である。前記ボートキャップ１２の内部には断熱材１５が充填されている。
【０００８】
前記均熱管５の材質としてはＳｉＣ、石英等が挙げられ、前記反応管７、ボート１３の材質としては石英が挙げられる。
【０００９】
図３は前記ボート１３が前記反応管７内に装入された状態であり、図中ウェーハは省略してある。前記ボート１３が前記反応管７内に装入された状態では、前記炉口キャップ１１が前記フランジ部８に気密に密着し、前記反応管７内には気密な反応室１４が画成される。
【００１０】
尚、図示していないが、前記反応管７には反応ガス導入系、排ガス排気系が接続され、反応ガスの導入、排ガスの排気を行うと共に前記反応室１４内を所定圧に維持する様になっている。
【００１１】
図示しないボートエレベータにより前記ボート１３が降下された状態で、図示しない基板移載機によりウェーハが前記ボート１３に装填され、装填後該ボート１３がボートエレベータにより前記反応管７内に装入される。
【００１２】
前記ヒータユニット２により前記反応管７内が所定温度に加熱され、図示しない反応ガス導入系より反応ガスが導入されて、ウェーハに所要の処理がなされる。処理が完了すると図示しないボートエレベータにより前記ボート１３が降下され、図示しない基板移載機によりウェーハが払出される。
【００１３】
ウェーハの処理品質、例えばウェーハの膜厚或は膜厚の均一性等は処理温度に大きく影響される。前記ヒータユニット２は前記反応管７内温度が均一となる様にゾーン制御されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
然し乍ら、前記ヒータユニット２の天井部、或は該ヒータユニット２の下端の前記炉開口部３（炉口部）からの放熱は避けられなく、特に炉口部からの放熱が大きい。上記した様に、前記反応管７の下端部に前記断熱材１０及び前記ボートキャップ１２内部に前記断熱材１５が設けられているが、放熱を完全に抑止することはできない。又、前記断熱材１０は熱容量が大きく、前記ヒータユニット２の昇温設定に対して追従できず、該ヒータユニット２下部の出力を上げることで対応しているが、充分な対策とはなっていない。又、該ヒータユニット２下部の出力の増大は消費電力の増大を招き、ランニングコスト増大の原因となっている。
【００１５】
本発明は斯かる実情に鑑み、反応室下部を均熱領域に保持し、而もヒータの温度制御に対する追従性を改善するものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、反応炉の炉口部近傍に設けられた中空部と、該中空部に接続されたガス導入手段と、前記中空部に接続されたガス排気手段と、前記ガス導入手段側に設けられたガス温度調整部とを具備し、前記中空部に所要温度のガスを供給する様構成した半導体製造装置に係るものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００１８】
図１は第１の実施の形態を示しており、図１中、図３中で示したものと同等のものには同符号を付してあり、その説明を省略する。
【００１９】
上記した様に、ウェーハはボート１３より反応室１４に水平姿勢で多段に保持され、所要の処理がなされる。又、前記ボート１３は炉口キャップ１１にボートキャップ１２を介して載置される。該ボートキャップ１２は前記反応管７の下部、即ち前記反応管７の下端から、前記ヒータユニット２の下端から所要距離上方迄の空間を占めている。
【００２０】
前記ボートキャップ１２を気密構造とし、該ボートキャップ１２の内部を上下に仕切り、該ボートキャップ１２上部の気密な中空部、例えば前記ヒータユニット２の下端位置から上側の部分に気密な熱源室１７を形成し、前記ボートキャップ１２の残部空間、即ち前記ヒータユニット２の下端位置より下側の部分には断熱材１５が充填される。
【００２１】
前記熱源室１７には給気管１８、排気管１９が連通され、前記給気管１８には図示しないガス供給装置が接続され、前記排気管１９には図示しない排気装置が接続され、前記給気管１８にはガス加熱装置２１が設けられ、前記排気管１９にはガス冷却装置２２が設けられている。前記ガス供給源は空気等任意のガスが使用されるが、処理等に影響を及さない窒素ガス等の不活性ガスが使用されることが好ましい。又、不活性ガスを使用する場合は、不活性ガスの使用量を低減する為、前記ガス冷却装置２２からのガスを前記ガス加熱装置２１に循環する様にしてもよい。
【００２２】
前記ガス加熱装置２１は、例えば線、帯状の抵抗発熱体（図示せず）を具備し、該抵抗発熱体に電力を供給することで、該抵抗発熱体を流通するガスを加熱するものであり、又流通するガスの温度を検出するガス温度検出器（図示せず）を具備し、該ガス温度検出器の検出温度に基づき加熱温度を制御可能となっている。
【００２３】
前記ガス冷却装置２２は水等を冷却媒体とする冷却器（図示せず）を具備すると共に前記給気管１８のガス加熱装置２１より上流位置と前記排気管１９に跨ってガス／ガス熱交換器（図示せず）を具備し、前記排気管１９から排出される排ガスの熱により、前記ガス加熱装置２１に供給されるガスを予熱する様になっている。
【００２４】
尚、前記ガス加熱装置２１は好ましくは前記ボートキャップ１２の内部に収納される様に設けることが好ましく、該ボートキャップ１２の内部に設けた場合は、前記ガス加熱装置２１の周囲が前記断熱材１５、断熱材１０で囲まれているので、前記ガス加熱装置２１の発熱量が有効にガスの加熱に利用される。
【００２５】
又、前記ガス冷却装置２２は冷却効果を高める為、炉外に設けられることが好ましい。尚、前記ボートキャップ１２内部を仕切らず、内部全域を前記熱源室１７としてもよい。
【００２６】
以下、作用について説明する。
【００２７】
尚、ウェーハの前記ボート１３への装填、払出し、処理等は従来例と同様であるので、説明を省略する。
【００２８】
前記反応室１４の温度を例えば９００℃に維持する際には前記熱源室１７に供給される不活性ガスの温度が９００℃となる様に、前記ガス加熱装置２１により不活性ガスを加熱する。加熱された不活性ガスは前記給気管１８を介して前記熱源室１７に供給され、該熱源室１７を９００℃の不活性ガスで充満する。又、排ガスは前記排気管１９より前記ガス冷却装置２２を通って排出される。
【００２９】
加熱された不活性ガスが前記熱源室１７を充満することで、該熱源室１７、即ち炉口部に位置する前記ボートキャップ１２の上部が９００℃の加熱源となり、炉口部からの放熱を抑制すると共に前記反応室１４下部に熱を供給する。尚、不活性ガスの温度は９００℃に限らずウェーハ処理に適した温度が選択されることは勿論である。
【００３０】
而して、該反応室１４下部に至る迄の均熱領域が達成できる。
【００３１】
前記熱源室１７から排出された不活性ガスは前記ガス冷却装置２２で前記排気管１９及び図示しない排気装置に支障ない程度に冷却される。又、前記ガス／ガス熱交換器で前記ガス加熱装置２１に供給される不活性ガスを加熱することで、該ガス加熱装置２１で消費される電力を低減できる。
【００３２】
尚、該ガス加熱装置２１により不活性ガスを加熱せずに前記熱源室１７に供給することも可能であり、この場合、前記熱源室１７が冷却源となり、前記反応室１４を冷却する場合に熱容量の大きい断熱材１５、断熱材１０の冷却速度を増大するのに効果がある。又、供給する不活性ガスの温度を調整することで、冷却速度の調整も可能となる。この場合、前記ガス加熱装置２１は供給ガスの温度調整部として機能する。
【００３３】
図２は第２の実施の形態を示している。尚、図２中、図１中で示したものと同等のものには同符号を付してある。
【００３４】
該第２の実施の形態では、熱源室を反応管７の下部外周囲に設けたものである。
【００３５】
該反応管７の下部でヒータユニット２の下端近傍に該当する部分に、ドーナツ状の熱源室カバー２３を気密に設け、該熱源室カバー２３により前記反応管７の外周を囲繞するドーナツ状の中空部である熱源室２４を形成する。尚、図示していないが、該熱源室２４は一箇所に仕切が設けられ、全周では不連続な空間となっている。
【００３６】
前記熱源室カバー２３に給気管１８、排気管１９を接続する。前記給気管１８が熱源室２４の仕切の一側側に連通する様にし、又、前記排気管１９は前記熱源室２４の仕切の他側側に連通する様にする。
【００３７】
前記給気管１８にはガス加熱装置２１が設けられ、該ガス加熱装置２１と前記熱源室カバー２３間には開閉弁２５が設けられている。前記排気管１９にはガス冷却装置２２が設けられ、該ガス冷却装置２２と前記熱源室カバー２３間には開閉弁２６が設けられている。
【００３８】
前記開閉弁２５、開閉弁２６の開閉により前記熱源室２４への不活性ガスの供給が制御される。前記ガス加熱装置２１により不活性ガスが所定温度に加熱され、該ガス加熱装置２１から供給された不活性ガスは前記熱源室２４を一周して前記排気管１９より排出され前記ガス冷却装置２２に至り、該ガス冷却装置２２で冷却されて排出される。
【００３９】
第１の実施の形態と同様に加熱された不活性ガスが前記熱源室２４を充満することで、該熱源室２４即ち炉口部に位置する熱源室２４が９００℃の加熱源となり、炉口部からの放熱を抑制すると共に反応室１４下部に熱を供給する。
【００４０】
而して、該反応室１４下部に至る迄の均熱領域が達成できる。
【００４１】
尚、前記熱源室２４は前記均熱管５側に設けてもよく、前記反応管７の天井部、前記均熱管５の天井部に設けてもよい。又、下部、天井部の両方に設けてもよい。
【００４２】
又、本発明は縦型半導体製造装置に限らず、横型半導体製造装置にも実施可能であることは言う迄もない。
【００４３】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、反応炉の炉口部近傍に設けられた中空部と、該中空部に接続されたガス導入手段と、前記中空部に接続されたガス排気手段と、前記ガス導入手段側に設けられたガス温度調整部とを具備し、前記中空部に所要温度のガスを供給する様構成したので、反応室下部を均熱領域に保持し、而もヒータの温度制御に対する追従性が改善されるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態を示す要部断面図である。
【図２】本発明の第２実施の形態を示す要部断面図である。
【図３】従来例を示す要部断面図である。
【符号の説明】
２　　　　　ヒータユニット
５　　　　　均熱管
７　　　　　反応管
１２　　　　ボートキャップ
１３　　　　ボート
１４　　　　反応室
１５　　　　断熱材
１７　　　　熱源室
１８　　　　給気管
１９　　　　排気管
２１　　　　ガス加熱装置
２２　　　　ガス冷却装置
２３　　　　熱源室カバー
２４　　　　熱源室

Claims (1)

1. 反応炉の炉口部近傍に設けられた中空部と、該中空部に接続されたガス導入手段と、前記中空部に接続されたガス排気手段と、前記ガス導入手段側に設けられたガス温度調整部とを具備し、前記中空部に所要温度のガスを供給する様構成したことを特徴とする半導体製造装置。

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