(57)【要約】【課題】本発明は、ウェハの配置位置が制限されることなくウェハ面内における膜厚の均一性を向上させることが可能な横型酸化拡散炉を提供することを目的とする。【解決手段】本発明による横型酸化拡散炉１は、ウェハ５に対して酸化処理または拡散処理を行うプロセスチューブ２と、ウェハ５をプロセスチューブ２の搬送口から当該プロセスチューブ２内に搬送するパドル３と、パドル３を通す開口部１１を有し、ウェハ５をプロセスチューブ２内に搬送したときに搬送口を塞ぐエンドリッド６と、開口部１１の面積を調整可能な遮蔽板７とを備える。【選択図】図１
2018163994.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハに対して酸化処理または拡散処理を行うプロセスチューブと、
前記ウェハを前記プロセスチューブの搬送口から当該プロセスチューブ内に搬送するパドルと、
前記パドルを通す開口部を有し、前記ウェハを前記プロセスチューブ内に搬送したときに前記搬送口を塞ぐエンドリッドと、
前記開口部の面積を調整可能な遮蔽板と、
を備える、横型酸化拡散炉。
【請求項２】
前記遮蔽板は、前記エンドリッドに対して着脱可能であることを特徴とする、請求項１に記載の横型酸化拡散炉。
【請求項３】
前記エンドリッドは、前記遮蔽板を装着時に固定する引っ掛け部を有することを特徴とする、請求項２に記載の横型酸化拡散炉。
【請求項４】
前記遮蔽板は、断面視において凸形状であることを特徴とする、請求項３に記載の横型酸化拡散炉。
【請求項５】
前記遮蔽板は、石英または炭化珪素からなることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の横型酸化拡散炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェハに対して酸化処理または拡散処理を行う横型酸化拡散炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
横型酸化拡散炉のエンドリッドは、ウェハをプロセスチューブ内に搬入、またはウェハをプロセスチューブ外に搬出するパドルを通す開口部を有し、かつパドルに固定された石英からなる板状である。また、エンドリッドは、ウェハをプロセスチューブ内に搬送したときにプロセスチューブの搬送口を塞ぐ役割を有している。エンドリッドの開口部では、パドルが開口部の一部を塞いだ状態となっているが、その他の開口した部分はプロセスチューブ内のガスを排出する排出口となる。従来、上記のように構成された横型酸化拡散炉が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１６３０２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のエンドリッドは、排出口の面積が大きいため大気の影響を受けやすく、プロセスチューブの搬送口付近に配置されたウェハ面内における膜厚の均一性が悪いため、プロセスチューブ内におけるウェハの配置位置が制限され、１回あたりに処理し得るウエハ数が減ってしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、ウェハの配置位置が制限されることなくウェハ面内における膜厚の均一性を向上させることが可能な横型酸化拡散炉を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明による横型酸化拡散炉は、ウェハに対して酸化処理または拡散処理を行うプロセスチューブと、ウェハをプロセスチューブの搬送口から当該プロセスチューブ内に搬送するパドルと、パドルを通す開口部を有し、ウェハをプロセスチューブ内に搬送したときに搬送口を塞ぐエンドリッドと、開口部の面積を調整可能な遮蔽板とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、横型酸化拡散炉は、ウェハに対して酸化処理または拡散処理を行うプロセスチューブと、ウェハをプロセスチューブの搬送口から当該プロセスチューブ内に搬送するパドルと、パドルを通す開口部を有し、ウェハをプロセスチューブ内に搬送したときに搬送口を塞ぐエンドリッドと、開口部の面積を調整可能な遮蔽板とを備えるため、ウェハの配置位置が制限されることなくウェハ面内における膜厚の均一性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１による横型酸化拡散炉の構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１による横型酸化拡散炉の構成の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１によるエンドリッドの一例を示す正面図である。
【図４】図３の側面図である。
【図５】図３の上面図である。
【図６】本発明の実施の形態１によるエンドリッドの一例を示す正面図である。
【図７】本発明の実施の形態１によるエンドリッドの一例を示す正面図である。
【図８】酸化膜形成時の各条件におけるプロセスチューブ内のガス流量および余剰酸素を示すグラフである。
【図９】開口面積と面内均一性との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施の形態２によるエンドリッドの一例を示す正面図である。
【図１１】図１０の側面図である。
【図１２】図１０の上面図である。
【図１３】従来のエンドリッドの一例を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態２によるエンドリッドの一例を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施の形態について、図面に基づいて以下に説明する。
【００１０】
＜実施の形態１＞
図１，２は、本発明の実施の形態１による横型酸化拡散炉１の構成の一例を示す図である。図１は、プロセスチューブ２に対してウェハ５を搬入または搬出するときの状態を示している。図２は、プロセスチューブ２内にウェハ５が搬入されている状態を示している。
【００１１】
横型酸化拡散炉１は、円筒状のプロセスチューブ２を備えている。プロセスチューブ２は、一端に搬送口を有し、他端にガスインジェクター８を設けている。例えば、ウェハ５に酸化膜を形成する際には、ガスインジェクター８からプロセスチューブ２内に酸素ガスおよび水素ガスが供給される。プロセスチューブ２の外側には、当該プロセスチューブ２内を加熱するヒーター９が設けられている。
【００１２】
パドル３は、プロセスチューブ２の長手方向に図示しない駆動機構の働きによって移動可能なようになっている。パドル３上にはボート４が設置されており、ボート４上にウェハ５をプロセスチューブ２の長手方向に対して垂直方向に配置することができる。エンドリッド６は、例えば図３に示すようなパドル３を通す開口部１１を有しており、かつパドル３の一部に繋がっている。また、エンドリッド６には、開口部１１の一部を塞ぐ遮蔽板７が取り付けられている。遮蔽板７は、高温処理の際に高い清浄度を維持することが可能な石英または炭化珪素からなる。なお、エンドリッド６および遮蔽板７の詳細については後述する。
【００１３】
図１に示すように、パドル３を矢印方向、すなわちプロセスチューブ２の長手方向に動かすことによって、ウェハ５をプロセスチューブ２内に搬入、またはプロセスチューブ２外に搬出することができる。また、図２に示すように、ウェハ５をプロセスチューブ２内に搬入した状態において、エンドリッド６はプロセスチューブ２の搬送口を塞ぐ。ウェハ５に対する酸化処理または拡散処理は、図２に示す状態で行われる。このとき、プロセスチューブ２内のガスは、エンドリッド６の開口部１１から外部に自然排気される。より具体的には、プロセスチューブ２内のガスは、例えば図３に示す第１有効開口部１２ａから外部に自然排気される。
【００１４】
図３〜７は、エンドリッド６の一例を示す図である。図３は第１有効開口部１２ａを有するエンドリッド６の正面を示し、図４は図３の側面を示し、図５は図３の上面を示している。図６は第２有効開口部１２ｂを有するエンドリッド６の正面を示している。図７は第３有効開口部１２ｃを有するエンドリッド６の正面を示している。なお、以下では、エンドリッド６の直径が１９５ｍｍである場合を一例として説明する。また、図６，７に示すエンドリッド６の側面は図４と同じであり、図６，７に示すエンドリッド６の上面は図５と同じである。以下では、第１有効開口部１２ａ、第２有効開口部１２ｂ、および第３有効開口部１２ｃを総称して、単に有効開口部１２ともいう。
【００１５】
図３に示す第１有効開口部１２ａの面積は７００ｍｍ２であり、図６に示す第２有効開口部１２ｂの面積は４９０ｍｍ２であり、図７に示す第３有効開口部１２ｃの面積は２８０ｍｍ２である。なお、パドル３の断面の寸法は、３８ｍｍ×２８ｍｍであるものとする。
【００１６】
遮蔽板７は、エンドリッド６の開口部１１の面積、すなわち有効開口部１２の面積が調整可能なようにエンドリッド６の外縁に取り付けられている。具体的には、遮蔽板７は、ネジおよびネジ穴を含む固定ネジ部１０によってエンドリッド６に固定されている。このように、遮蔽板７は、エンドリッド６に対して着脱可能である。
【００１７】
図３，６，７に示す３種類の遮蔽板７の各々は、有効開口部１２の面積を異ならせる形状となっており、有効開口部１２の面積に合わせて図３，６，７に示す遮蔽板７のいずれかを選択して用いることができる。なお、ここでは、３種類の遮蔽板７について例示しているが、これに限るものではなく、有効開口部１２の面積に合わせて所望の遮蔽板７を用意すれば良い。また、巻き込み酸化量の不足または過剰であっても、例えば酸化膜形成の場合、後述するように面内均一性に悪影響を及ぼし得るため、遮蔽板７を取り付けたときの有効開口部１２の面積は２８０ｍｍ２〜７００ｍｍ２の範囲内であることが望ましい。
【００１８】
遮蔽板７を取り替える際のパドル３との接触、および遮蔽板７の取り替え作業のし易さを考慮して、遮蔽板７とパドル３の下端との間隔は２ｍｍ以上であることが望ましい。図７の例では、遮蔽板７とパドル３の下端との間隔は２ｍｍ程度である。また、遮蔽板７の厚みは、強度を考慮して５ｍｍ程度であるが、適度な密閉性を保つために、エンドリッド６の開口部１１に対応する部分では、さらにエンドリッド６の厚みに相当する厚みを持たせた構造となっている。
【００１９】
エンドリッド６は、パドル３との接触による異物の発生または損傷を防ぐために、パドル３との間に２ｍｍ程度の間隔を空ける。図３〜７の例では、パドル３の上端および左右端とエンドリッド６との間隔が２ｍｍ程度となっている。
【００２０】
＜実施例＞
図８は、酸化膜形成時の各条件におけるプロセスチューブ２内のガス流量および余剰酸素を示すグラフである。図９は、各条件でウェハ５に酸化膜を形成した場合におけるウェハ５の面内均一性とエンドリッド６の開口面積との関係を示すグラフである。ここで、エンドリッド６の開口面積は、有効開口部１２の面積に相当する。
【００２１】
図８において、横軸は各条件１〜６を示し、縦軸はガス流量を示している。図９において、横軸はエンドリッド６の開口面積を示し、縦軸は酸化膜を形成した後のウェハ５の面内均一性を示し、その数値が大きいほど均一性が劣る、すなわちバラツキが大きくなることを示している。
【００２２】
条件１〜５は、ウェット酸化によってウェハ５に酸化膜を形成するための条件である。具体的には、ガスインジェクター８からプロセスチューブ２内に水素ガスおよび酸素ガスが供給され、下記の化学反応式（１）の通りプロセスチューブ２内に配置されたウェハ５と反応する。
２Ｈ２＋Ｏ２→２Ｈ２Ｏ（反応）＋Ｏ２（余剰）  ・・・（１）
【００２３】
また、条件６は、ドライ酸化によってウェハ５に酸化膜を形成するための条件である。具体的には、ガスインジェクター８からプロセスチューブ２内に酸素ガスが供給され、下記の化学反応式（２）の通りプロセスチューブ２内に配置されたウェハ５と反応する。
Ｏ２→Ｏ２（反応）＋Ｏ２（過剰）  ・・・（２）
【００２４】
エンドリッド６の開口面積に応じて有効開口部１２からの排気量、すなわち排気スピードおよびプロセスチューブ２内におけるガスの流れが変わり、図９に示すようにウェハ５の面内均一性が変化する。このような変化は、ウェット酸化による酸化膜形成時に見られ、燃焼後の余剰酸素が多い方がより高い効果が得られる。一方、ドライ酸化による酸化膜形成時では、プロセスチューブ２内が酸素雰囲気で満たされており、エンドリッド６の開口面積に応じてウェハ５の面内均一性が大きく変化することはない。すなわち、ドライ酸化による酸化膜形成時では、エンドリッド６に対する遮蔽板７の取り付けの有無はウェハ５の面内均一性に影響しない。上記より、従来、プロセスチューブ２内の搬送口側に配置されたウェハ５の面内均一性を悪化させる原因は、エンドリッド６の有効開口部１２からプロセスチューブ２内に流入する大気であると想定することができる。
【００２５】
また、エンドリッド６に遮蔽板７を取り付け可能とすることによって、有効開口部１２の面積を任意に調整することが可能となるため、各種条件下で最適な有効開口部１２の面積を設定することができ、歩留まりの改善および特性の安定化を実現することができる。
【００２６】
以上のことから、本実施の形態１によれば、プロセスチューブ２内におけるウェハ５の配置位置が制限されることなく、ウェハ５面内における膜厚の均一性を向上させることができる。また、従来と同じプロセス条件で電気特性などのバラツキが抑えられ、品質を改善することができる。例えば、酸化処理であれば、従来と同じ温度および酸化時間でウェハ５の品質を改善することができる。
【００２７】
＜実施の形態２＞
図１０〜１２は、本発明の実施の形態２によるエンドリッド６の一例を示す図である。図１０はエンドリッド６の正面を示し、図１１は図１０の側面を示し、図１２は図１０の上面を示している。
【００２８】
図１０に示すように、本実施の形態２では、エンドリッド６が引っ掛け部１３と、これに対応する遮蔽板７を有することを特徴としている。その他の構成は、実施の形態１と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００２９】
エンドリッド６は、遮蔽板７を装着時に保持するための引っ掛け部１３を有している。図１１に示すように、引っ掛け部１３は、エンドリッド６から突出したＬ字形であり、エンドリッド６との間に溝が形成されている。遮蔽板７をエンドリッド６に装着する際は、当該溝に遮蔽板７の一部を引っ掛けることによって保持し固定される。
【００３０】
遮蔽板７を取り替える際のパドル３との接触、および有効開口部１２の面積を調整することができるよう調整の幅を持たせるために、引っ掛け部１３は４ｍｍ程度である。また、引っ掛け部１３の厚みは、強度を考慮して５ｍｍ程度である。
【００３１】
遮蔽板７における引っ掛け部１３に固定される部分の厚みは、ウェハ５の搬送時の振動による遮蔽板７のグラつきを抑えるために、引っ掛け部１３において遮蔽板７を引っ掛ける部分である溝の幅よりも０．５ｍｍ程度小さいものとする。
【００３２】
図１０に示す遮蔽板７は、有効開口部１２の面積を異ならせる形状となっており、有効開口部１２の面積に合わせて任意の形状の遮蔽板７を選択して用いることができる。なお、ここでは、１種類の遮蔽板７について例示しているが、これに限るものではなく、有効開口部１２の面積に合わせて所望の遮蔽板７を用意すれば良い。また、巻き込み酸化量の不足または過剰であっても、例えば酸化膜形成の場合、面内均一性に悪影響を及ぼし得るため、遮蔽板７を取り付けたときの有効開口部１２の面積は２８０ｍｍ２〜７００ｍｍ２の範囲内であることが望ましい。
【００３３】
遮蔽板７は、適度な密閉性を保つために、エンドリッド６の開口部１１に対応する部分では、さらにエンドリッド６の厚みに相当する厚みを持たせている。
【００３４】
遮蔽板７を取り替える際のパドル３との接触、および遮蔽板７の取り替え作業のし易さを考慮して、遮蔽板７とパドル３との間隔は７ｍｍ以上であってもよい。
【００３５】
エンドリッド６に対する遮蔽板７の取り付けを容易にするために、遮蔽板７を断面視において凸形状としてもよい。この場合、厚さが小さい部分がエンドリッド６の引っ掛け部１３に引っ掛かる部分となる。
【００３６】
図１３は、従来のエンドリッド６の一例を示す正面図である。また、図１４は、本実施の形態２によるエンドリッド６の一例を示す正面図である。
【００３７】
図１３において、セット位置２ａ，２ｂ，２ｃは、プロセスチューブ２のセット位置を示している。セット位置２ａはプロセスチューブ２が予め定められた位置に対して上にずれた場合を示し、セット位置２ｂはプロセスチューブ２が予め定められた位置である場合を示し、セット位置２ｃはプロセスチューブ２が予め定められた位置に対して下にずれた場合を示している。
【００３８】
図１３に示すように、従来のエンドリッドでは、プロセスチューブ２のセット位置に応じて有効開口部１２の面積が変化する。従って、プロセスチューブ２の搬送口側に配置されたウェハ５の面内均一性は安定しない。
【００３９】
一方、図１４に示すように、本実施の形態２によるエンドリッド６は遮蔽板７を取り付けているため、プロセスチューブ２のセット位置に関わらず有効開口部１２の面積は変化しない。従って、プロセスチューブ２の搬送口側に配置されたウェハ５の面内均一性は安定する。実施の形態１によるエンドリッド６についても同様である。
【００４０】
以上のことから、本実施の形態２によれば、プロセスチューブ２内におけるウェハ５の配置位置が制限されることなく、ウェハ５面内における膜厚の均一性を向上させることができる。また、従来と同じプロセス条件で電気特性などの品質を改善することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の活用例として、半導体デバイス製造装置、太陽電池製造装置、および太陽光発電セル製造装置などに適用できる。
【００４２】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１  横型酸化拡散炉、２  プロセスチューブ、３  パドル、４  ボート、５  ウェハ、６  エンドリッド、７  遮蔽板、８  ガスインジェクター、９  ヒーター、１０  固定ネジ部、１１  開口部、１２  有効開口部、１２ａ  第１有効開口部、１２ｂ  第２有効開口部、１２ｃ  第３有効開口部、１３  引っ掛け部。
【図１】
2018163994.tif 000003
【図２】
2018163994.tif 000004
【図３】
2018163994.tif 000005
【図４】
2018163994.tif 000006
【図５】
2018163994.tif 000007
【図６】
2018163994.tif 000008
【図７】
2018163994.tif 000009
【図８】
2018163994.tif 000010
【図９】
2018163994.tif 000011
【図１０】
2018163994.tif 000012
【図１１】
2018163994.tif 000013
【図１２】
2018163994.tif 000014
【図１３】
2018163994.tif 000015
【図１４】
2018163994.tif 000016