(57)【要約】【課題】配管とトレイが干渉して配管が破損することを回避するとともに、チャンバへのトレイの出し入れを短時間にする。【解決手段】  半導体熱処理炉１０は、半導体ウェーハ１１を支持可能に構成されたトレイ１２と、トレイ１２を収容可能に構成され一端にガスの供給部１３ａが設けられ他端にトレイ１２を出し入れ可能な開口部１３ｂが形成されたチャンバ１３と、開口部１３ｂを閉止可能であってチャンバ１３内部のガスを排出するガス排出部１８ａが形成された蓋体１８と、チャンバ１３の外部に設けられたガスセンサ２１にチャンバ１３内部のガスを導くガス取り込み用配管２２とを備える。開口部１３ｂを介して出し入れされるトレイ１２と接触しない位置にガス取り込み用配管２２が設けられる。ガス取り込み用配管２２のガス取入れ口２２ｂが開口部１３ｂの内底面１３ｃに設置され、ガス取り込み用配管２２のガス取入れ口２２ｂの断面形状が楕円形である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハを支持可能に構成されたトレイと、前記トレイを収容可能に構成され一端にガスの供給部が設けられ他端に前記トレイを出し入れ可能な開口部が形成されたチャンバと、前記開口部を閉止可能であって前記チャンバ内部のガスを排出するガス排出部が形成された蓋体と、前記チャンバの外部に設けられたガスセンサに前記チャンバ内部のガスを導くガス取り込み用配管とを備える半導体熱処理炉において、
前記開口部を介して出し入れされる前記トレイと接触しない位置に前記ガス取り込み用配管が設けられたことを特徴とする半導体熱処理炉。
【請求項２】
前記ガス取り込み用配管のガス取入れ口が前記開口部の内底面に設置された請求項１記載の半導体熱処理炉。
【請求項３】
前記ガス取り込み用配管のガス取入れ口の断面形状が楕円形である請求項１又は２記載の半導体熱処理炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンウェーハ等の半導体ウェーハに熱処理を施す半導体熱処理炉に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年における電子・通信機器の発展には、その中心となる半導体集積回路（ＬＳＩ）の技術の進歩が大きく寄与している。一般に、ＬＳＩ等の半導体デバイスの製造には、ＣＺ法により引き上げられたシリコン単結晶をスライスして得られたウェーハに、研磨、面取り加工等を施して形成された半導体ウェーハが用いられている。このような、半導体ウェーハを用いたデバイス製造工程、或いは半導体ウェーハ自体の加工工程において、例えば、ウェーハ中に含まれる析出物の濃度分布を制御する等を目的として熱処理を施す場合がある。
【０００３】
一般的にこのような半導体ウェーハの熱処理は、チャンバ内に窒素、酸素、水素又はアルゴンのような特定のプロセスガスを流して行われるけれども、そのチャンバにプロセスガス以外の気体が存在している可能性があるので、チャンバ内のガスの一部を抜き出し、そのガスを分析することが知られている(例えば、特許文献１参照。)。そして、近年では、このような熱処理に関して、より短時間で半導体ウェーハの熱処理を完了することが可能な、ＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）装置等を用いたランプアニール法等が広まりつつある。
【０００４】
図４に示すように、このＲＴＡ装置からなる半導体熱処理炉１は、半導体ウェーハ２を支持可能に構成されたトレイ３と、そのトレイ３を収容可能に構成され一端にガスの供給部４ａが設けられ他端にトレイ３を出し入れ可能な開口部４ｂが形成されたチャンバ４と、その開口部４ｂを閉止可能な蓋体５とを備え、チャンバ４の周囲に図示しないヒータが設けられる。このような半導体熱処理炉１を構成するＲＴＡ装置では、非常に高速に所定の温度まで上昇させ、かつその温度から急速に冷却させることができるため、半導体ウェーハ２を極めて短時間で熱処理できるとしている。そして、ガスを分析するためのガスセンサ７をチャンバ４の外部に設け、そのガスセンサ７にチャンバ４内部のガスを導くガス取り込み用配管６を設けている。
【特許文献１】特開平７−１９３０２０号公報（明細書［００１３］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記ＲＴＡ装置からなる従来の半導体熱処理炉１では、図５に詳しく示すように、ガス取り込み用配管６のガス取入れ口６ａが半導体ウェーハ２（図４）に臨むようにその配管６を傾斜させ、そのガス取入れ口６ａをチャンバ４の内底面４ｃから浮かせているので、その開口部４ｂを介してトレイ３を出し入れする際には、トレイ３が配管６と干渉することを回避するためにそのガス取り込み用配管６を予め取外さなければならない不具合があった。そして、その配管６の取外し及び取付けに関する作業工数が増加して、半導体ウェーハ２の熱処理前後の時間を十分に短縮できない問題もあった。また、配管６は耐熱性の必要性から比較的脆い石英等から作られており、誤ってその配管６を取外すことなくトレイ３を出し入れすると、その配管６とトレイ３が干渉してその配管６が破損する不具合もあった。
【０００６】
本発明の目的は、配管とトレイが干渉して配管が破損することを回避するとともに、チャンバへのトレイの出し入れを短時間になし得る半導体熱処理炉を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係る発明は、半導体ウェーハを支持可能に構成されたトレイと、トレイを収容可能に構成され一端にガスの供給部が設けられ他端にトレイを出し入れ可能な開口部が形成されたチャンバと、開口部を閉止可能であってチャンバ内部のガスを排出するガス排出部が形成された蓋体と、チャンバの外部に設けられたガスセンサにチャンバ内部のガスを導くガス取り込み用配管とを備える半導体熱処理炉の改良である。
その特徴ある構成は、開口部を介して出し入れされるトレイと接触しない位置にガス取り込み用配管が設けられたところにある。
【０００８】
この請求項１に記載された半導体熱処理炉では、開口部を介して出し入れされるトレイと接触しない位置にガス取り込み用配管を設けているので、その開口部を介してトレイを出し入れする際に、その開口部からガス取り込み用配管を熱処理前に取外したり、熱処理後に取付けたりする作業を必要としない。このため、トレイを出し入れする際に従来必要とされた配管の取外し及び取付けに関する作業工数を省略することができ、半導体ウェーハの熱処理の時間を従来に比較して十分に短縮することができる。また、トレイを出し入れする際に配管とトレイが干渉してその配管が破損するような事態も有効に解消することができる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、ガス取り込み用配管のガス取入れ口が開口部の内底面に設置されたことを特徴とする。
この請求項２に記載された半導体熱処理炉ではガス取入れ口をその内底面から浮かせる必要のある従来の熱処理炉に比較して第２筒部を開口部の内底面に設置するだけでその配管の位置決めができ、その配管の設置作業を比較的容易にすることができる。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明であって、ガス取り込み用配管のガス取入れ口の断面形状が楕円形であることを特徴とする。
請求項３に記載された半導体熱処理炉では、配管のガス流通断面積を縮小することなく、トレイと接触しない位置にガス取り込み用配管を設けることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の半導体熱処理炉では、開口部を介して出し入れされるトレイと接触しない位置にガス取り込み用配管を設けるので、トレイを出し入れする際にガス取り込み用配管を熱処理前に取外したり、熱処理後に取付けたりする作業を必要としない。このため、従来必要とされた配管の取外し及び取付けに関する作業工数を省略することができ、半導体ウェーハの熱処理の時間を従来に比較して十分に短縮することができ、その際に配管が破損するような事態も有効に解消することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図１及び図２に示すように、ＲＴＡ装置からなる半導体熱処理炉１０は、半導体ウェーハ１１を支持可能に構成されたトレイ１２と、そのトレイ１２を収容可能なチャンバ１３を備える。トレイ１２を収容するチャンバ１３は耐熱性を有する石英から成り、その一端にガスの供給部１３ａが設けられ他端にトレイ１２を出し入れ可能な開口部１３ｂが形成される。このチャンバ１３は供給部１３ａから供給されたガスがほぼ水平に流れるように略水平に配置され、その供給部１３ａから供給された原料ガスがチャンバ１３の内部でその一端から他端に向かって層流状態で流れるように断面形状が横長の筒状に形成される。
【００１３】
チャンバ１３内に設置されるトレイ１２は、チャンバ１３の一端から他端に延びチャンバ１３の幅方向に所定の間隔をあけてそのチャンバ１３の内底面１３ｃに実際に接触して設置される一対の縦棒１２ａ，１２ａと、チャンバ１３の内底面１３ｃと所定の間隔をあけてその一対の縦棒１２ａ，１２ａに掛け渡された複数の横棒１２ｂと、その複数の横棒１２ｂ，１２ｂの設置されたベース板１２ｃと、そのベース板１２ｃに立設された３本の支持ピン１５と（図１）を備える。この実施の形態における３本の支持ピン１５（図１）は円形の半導体ウェーハ１１を支持するため、上面視で１２０度間隔で配置される。そして、図の符号１２ｄはトレイ１２をチャンバ１３に出し入れする際に作業員が把持する取手である。更に、図の符号１２ｅは、トレイ１２の先端における横棒１２ｂ，１２ｂに設けられ、チャンバ１３の供給部１３ａから供給されたガスをチャンバ１３内部の幅方向に均一に広げるためのガス分散板である。
【００１４】
チャンバ１３の開口部１３ｂには、その開口部１３ｂを閉止可能な蓋体１８が取外し可能に取付けられる。図１に示すように、蓋体１８は、Ｏリング１９によりチャンバ１３の他端に水密に取付けられ開口部１３ｂより僅かに大きな開口１８ｂを有するリング部材１８ｃと、この開口１８ｂを塞ぐ蓋板１８ｄとを備える。そしてこの蓋体１８を構成するリング部材１８ｃには、チャンバ１３内部のガスを排出するガス排出部１８ａが形成される。この実施の形態におけるガス排出部１８ａは、リング部材１８ｃに形成されてチャンバ１３の内部と外部を連通させる連通孔であって、供給部１３ａから供給されてチャンバ１３内部をほぼ水平に流れてこの蓋体１８に達したガスを外部に排出可能に構成される。
【００１５】
また、図１に示すように、このチャンバ１３外には複数の加熱ランプ１６が配置され、これらのランプ１６を被覆するようにカバー部材１７が設けられる。この加熱ランプ１６は、ハロゲンランプが用いられており、個々の加熱ランプ１６はそれぞれ独立に出力の制御が調整可能に構成される。また、チャンバ１２の外部には、シリコンウェーハ１１の面内温度分布の測定が可能なパイロメータ２０と、このチャンバ１３内部のガスを分析するガスセンサ２１が設けられる。そして、チャンバ１３の開口部１３ｂにはチャンバ１３内部のガスをガスセンサ２１に導くガス取り込み用配管２２が設けられる。
【００１６】
本発明の特徴は、ガス取り込み用配管２２が、チャンバ１３の開口部１３ｂを介して出し入れされるトレイ１２と接触しない位置に設けられたところにある。具体的に説明すると、図１〜図３に示すように、この配管２２は開口部１３ｂの端縁に沿って配設される第１筒部２２ａと、その第１筒部２２ａの一端に基端が接続するように第１筒部２２ａに対して略直角に設けられ先端をチャンバ１３の内部に臨ませる第２筒部２２ｂを有する。そして、この第２筒部２２ｂの先端はガス取入れ口を構成し、その第２筒部２２ｂの断面形状はチャンバ１３の内底面１３ｃとトレイ１２の横棒１２ｂ，１２ｂとの間に挿入可能な楕円形に形成され、チャンバ１３の開口部１３ｂの内底面１３ｃに設置される。第１筒部２２ａの他端はチャンバ１３の外部に設けられたガスセンサ２１に接続され、この第１及び第２筒部２２ａ，２２ｂからなるガス取り込み用配管２２は、その取入れ口２２ｂからチャンバ１３内部のガスを吸引してチャンバ外部に設けられたガスセンサ２１に導くように構成される。
【００１７】
このように構成された半導体熱処理炉１０では、先ずシリコンウェーハ１１をトレイ１２に設けられた３本の支持ピン１５に載せ、そのウェーハ１１とともにトレイ１２をチャンバ１２内に開口部１３ｂを介して搬入してそのウェーハ１１をチャンバ１２内部で水平状態に維持させる。その後、蓋体１８により開口部１３ｂを封止する。次いで、熱処理中にシリコンウェーハ１１が不純物と反応するのを防ぐため、ガス供給部１３ａから不活性ガス又は反応ガスを注入しながら、加熱ランプ１６の加熱によりシリコンウェーハ１１の熱処理を行う。このとき、シリコンウェーハ１１の中心部と、外周部の温度分布の制御は、チャンバ１２外に設置されたパイロメータ２０によって、シリコンウェーハ１１面内の温度分布を測定し、チャンバ１２内に設けられた複数の加熱ランプ１６の個々の出力を調整することにより行われる。
【００１８】
一方、半導体ウェーハ１１の熱処理に際しては、そのチャンバ１３に目的とする不活性ガス又は反応ガス以外の気体が存在している可能性があるので、チャンバ１３内のガスの一部をガス取り込み用配管２２を介して抜き出し、チャンバ１３の外部に設けられたガスセンサ２１により分析を行い、熱処理が正常に行われていることを確認する。そして、この半導体熱処理炉１０によりシリコンウェーハ１１の熱処理が終了した後には、蓋体１８を取外してチャンバ１３の開口部１３ｂを開放させ、その開口部１３ｂからトレイ１２とともにウェーハ１１を取り出し、一連の熱処理作業を終了させる。
【００１９】
ここで、本発明の半導体熱処理炉１０では、開口部１３ｂを介して出し入れされるトレイ１２と接触しない位置にガス取り込み用配管２２を設けているので、その開口部１３ｂを介してトレイ１２を出し入れする際に、その開口部１３ｂからガス取り込み用配管２２を予め取外すようなことを必要としない。このため、トレイ１２を出し入れする際に従来必要とされた配管の取外し及び取付けに関する作業工数を省略することができ、半導体ウェーハ１１の熱処理の時間を従来に比較して十分に短縮することができる。また、トレイ１２と接触しない位置にガス取り込み用配管２２を設けているので、トレイ１２を出し入れする際に配管２２とトレイ１２が干渉してその配管２２が破損するような事態も有効に解消することができる。この結果、配管２２が破損することを回避するとともに、チャンバ１３へのトレイ１２の出し入れを短時間になし得ることが可能となる。
【００２０】
また、ガス取り込み用配管２２のガス取入れ口である第２筒部２２ｂを開口部１３ｂの内底面１３ｃに設置するので、ガス取入れ口をその内底面１３ｃから浮かせる必要のある従来に比較して第２筒部２２ｂを開口部１３ｂの内底面１３ｃに設置するだけでその配管２２の位置決めができ、その配管２２の設置作業を比較的容易にすることができる。また、ガス取り込み用配管２２のガス取入れ口２２ｂの断面形状が楕円形であるので、その配管２２のガス流通断面積を縮小することなく、トレイ１２と接触しない位置にガス取り込み用配管２２を設けることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明実施形態の半導体熱処理炉を示す縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】ガス取り込み用配管の取付け状態を示す斜視図である。
【図４】従来の半導体熱処理炉を示す図２に対応する断面図である。
【図５】従来の半導体熱処理炉を示す図３に対応する斜視図である。
【符号の説明】
【００２２】
１０  半導体熱処理炉
１１  半導体ウェーハ
１２  トレイ
１３  チャンバ
１３ａ  供給部
１３ｂ  開口部
１３ｃ  内底面
１８  蓋体
１８ａ  排出部
２１  ガスセンサ
２２  ガス取り込み用配管
２２ｂ  ガス取入れ口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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