(57)【要約】【課題】半導体製造装置に関し、ウエハをガス雰囲気中で熱処理した後でウエハを急冷することができるようにすることを目的とする。【解決手段】半導体製造装置は、炉管１２と、該炉管内に設けられた加熱部４４と、該炉管内に該加熱部とは別の位置に設けられた冷却部４６と、ウエハ３４を該加熱部と該冷却部との間で移動する手段３２とを備え、該加熱部においてウエハを熱処理し、該冷却部においてウエハを冷却するようにした構成とする。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉管と、該炉管内に設けられた加熱部と、該炉管内に該加熱部とは別の位置に設けられた冷却部と、ウエハを該加熱部と該冷却部との間で移動する手段とを備え、該加熱部においてウエハを熱処理し、該冷却部においてウエハを冷却するようにしたことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
ウエハを支持するためのウエハキャリアが該炉管内に配置され、該ウエハキャリアがウエハを該加熱部において支持するとともに、ウエハを該冷却部へ搬送することができ、該冷却部は冷却流体を循還される板部材を備え、ウエハが該板部材に接触することを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記ウエハキャリアは、ウエハをウエハの周辺部で支える支持部と、該支持部に結合されたシャンク部とを有し、該シャンク部が該炉管の外側に設けた移動手段によって移動せしめられるようにしたことを特徴とする請求項２に記載の半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はウエハをガス雰囲気中で処理する半導体製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程は、ウエハ（例えばシリコンウエハ）をガス雰囲気中で熱処理する熱処理工程を含む。熱処理工程では、温度及び圧力が制御できる密閉可能な炉管が使用される。ウエハが炉管に挿入され、ガスが炉管に導入されて、所定の温度で熱処理が実施される。熱処理が終了したら、ガスが炉管から排気され、それから、ウエハが炉管から取り出される。熱処理されたウエハは炉管の外で冷却される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
熱処理されたウエハを熱処理後すぐに炉管から取り出すと、ウエハは急冷される。ウエハを無害なガス雰囲気中で熱処理する場合は、このように熱処理後ウエハを炉管から取り出せば急冷することができる。しかし、ウエハを有害なガス雰囲気中で熱処理する場合、ウエハが炉管から取り出されるときに有害なガスが装置外部へ漏洩することを防ぐために、熱処理後に炉管内を密閉し続けて炉管内のガスを窒素などの無害なガスで置換しなければならない。そのためウエハはヒータに近接した炉管内に加熱部に長い時間留まることになる。このため、ウエハを急冷することは困難である。
【０００４】
そこで、従来はファンなどを用いて空気をヒータに吹きかけたり、ヒータを炉管から移動させたりすることによって、ウエハの冷却を速めている。しかし、このような方法では、ウエハの冷却に時間がかかるという問題があった。
【０００５】
本発明の目的はウエハをガス雰囲気中で熱処理した後でウエハを急冷することのできる半導体製造装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による半導体製造装置は、炉管と、該炉管内に設けられた加熱部と、該炉管内に該加熱部とは別の位置に設けられた冷却部と、ウエハを該加熱部と該冷却部との間で移動する手段とを備え、該加熱部においてウエハを熱処理し、該冷却部においてウエハを冷却するようにしたことを特徴とするものである。
【０００７】
この構成によれば、ウエハの熱処理が終了したら、炉管内において、ウエハを加熱部から離れた冷却部に移動し、冷却部において冷却することにより、炉管を開放しなくてもウエハを急冷することができる。この半導体製造装置で熱処理を行う場合、有害なガス雰囲気中での熱処理でも、熱処理後のウエハの冷却速度を格段に早くすることが可能になった。例えば、３００℃〜５００℃の範囲の温度での熱処理は、冷却速度を１０℃／分以上にすることが可能になった。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【０００９】
図１は本発明の実施例の半導体製造装置を示す図である。この半導体製造装置１０は、例えばＬＳＩを作る最終段階でシリコンウエハとゲート絶縁膜との間に界面欠陥が生じるのを防止するために終端化を行う（水素を含ませる）ための熱処理装置として構成されている。
【００１０】
半導体製造装置１０は、ウエハの挿入取り出し口１４を含む密閉可能な炉管１２を含む。ヒータ１６が炉管１２のまわりに配置され、温度調節機１８がヒータ１６の温度を制御する。バルブ２０が配置されたガス導入管２２、およびバルブ２４が配置された排気管２６が炉管１２に接続される。排気管２６は真空ポンプ２８に接続され、炉管１２内の圧力を制御できるようになっている。真空ポンプ２８の前にはガスの除去装置３０がある。
【００１１】
ウエハキャリア３２が炉管１２の内部に配置されている。ウエハキャリア３２はウエハ（例えばシリコンウエハ）３４を支持することができる。ウエハキャリア３２はウエハを支える支持部３２Ａと、支持部３２Ａに結合されたシャンク部３２Ｂとを含む。
【００１２】
冷却用のステージ板３６が炉管１２の内部のヒータ１６よりも下方の位置に配置されている。ステージ板３６は固定の位置に配置され、配管３８、４０により矢印で示されるように冷却水を供給され、排出される。冷却装置４２がステージ板３６と同等の高さの位置で炉管１２の外部に配置される。
【００１３】
炉管１２は縦長の形状を有し、半導体製造装置１０は、炉管１２の比較的上方の位置にあって、ヒータ１６の延在領域に相当する加熱部４４と、炉管１２の比較的下方の位置にあって、ステージ板３６を含む冷却部４６とを含む。
【００１４】
炉管１２の下方部は細くなって延びるガイド部１２Ａとなっている。ウエハキャリア３２は垂直方向に動くことができる。ウエハキャリア３２のシャンク部３２Ｂの下方部は炉管１２のガイド部１２Ａに挿入され、ガイドされる。第１の磁石（移動手段）４８が炉管１２の外側に配置され、第２の磁石５０が炉管１２の内部にあるシャンク部３２Ｂに取りつけられている。第１の磁石４８は炉管１２の長手方向に移動せしめられることができ、第１の磁石４８を動かすと第２の磁石５０が磁力によって連動する。よって、第１の磁石４８はウエハキャリア３２を動かすことができ、ウエハ３４は加熱部４４と冷却部４６との間で移動される。このように、ウエハキャリア３２は炉管１２を密閉した状態のままで内部に異物が入ったり、ガスが洩れたりしないようにして動かされることができる。
【００１５】
ウエハ３４は加熱部４４において熱処理され、冷却部４６において冷却される。ウエハキャリア３２は、１ｍｍ／秒以上、１ｍ／秒以下の速度でウエハ３４を移動させることが可能である。実施例の場合、ウエハキャリア３２は１０ｃｍ／秒程度の速度で動かされる。
【００１６】
図２は図１のウエハキャリア３２とステージ板３６とを示す図である。図３はウエハキャリア３２が加熱部４４から冷却部４６へ移動したところを示す図である。
【００１７】
図４はウエハキャリア３２を示す平面図である。図５はウエハ３４を支持したウエハキャリア３２を示す平面図である。図６はステージ板３６を示す断面図である。ウエハキャリア３２の支持部３２Ａは円形開口部３２Ｃを有する円環状の部材であり、段付きに形成された同心円状の支持座３２Ｄを有する。ウエハ３４は支持座３２Ｄで支持され、ウエハ３４の裏面は円形開口部３２Ｃにおいて露出している。このように、ウエハキャリア３２の支持部３２Ａはウエハ３４をウエハ３４の周辺部のみで支えるように形成されている。従って、熱処理中には、ウエハ３４の上面及び裏面にガスが到達できる。支持部３２Ａの円環状の支持面の幅は１ｍｍ以上１ｃｍ以下とするとよい。
【００１８】
ステージ板３６はウエハキャリア３２の支持部３２Ａの円形開口部３２Ｃよりもわずかに小さい直径の円板状の部材である。ステージ板３６は冷却水通路３６Ａを形成されており、冷却水通路３６Ａは配管３８、４０に接続され、冷却水が冷却水通路３６Ａを循還するようになっている。
【００１９】
従って、図３に示されるように、ウエハキャリア３２が下降して、ウエハ３４が加熱部４４から冷却部４６へ移動されると、ステージ板３６はウエハキャリア３２の支持部３２Ａの円形開口部３２Ｃに入り、ウエハ３４に一様に接触する。図３においては、ステージ板３６はウエハ３４を少し持ち上げた位置にある。
【００２０】
以上の構成の半導体製造装置１０の作動において、熱処理を行うためには、まず、ウエハの挿入取り出し口１４を開け、ウエハ３４をウエハキャリア３２に載せ、ウエハの挿入取り出し口１４を閉じる。第１のバルブ２０を開け、ガス導入管２２より水素ガスを流す。第２のバルブ２４を開け、排気管２６に接続させた真空ポンプ２８で炉内部の圧力を所望の圧力に保つ。加熱部４４内のヒータ１６の電源をオンにして加熱部４４を加熱する。ヒータ１６は温度調節機１８で出力を制御することによって加熱部４４の温度を所望の温度に保つことができる。この一連の操作によりウエハ３４を所望の温度で熱処理することができる。
【００２１】
次にウエハ３４を冷却する。熱処理後、炉管１２の外部に配置された磁石４８を所望の冷却速度となるような速度で移動させることによってウエハキャリア３２の先端に接続されている磁石５０を動かし、ウエハ３４を加熱部４４から冷却部４６へ移動させ、ステージ板３６の上に載せる。ウエハ３４は冷却水が循還しているステージ板３６に接触して冷却される。この一連の操作によりウエハ３４を所望の冷却速度で冷却することができる。
【００２２】
ウエハ３４を取り出すためには、炉内部の水素ガスを窒素ガスで置換してから、ウエハ３４をウエハの挿入取り出し口１４から取り出す。
【００２３】
ガス導入管２２から導入されるガスは、水素、重水素、酸素、窒素、アルゴン及びそれらの混合ガスの中の１つとすることができる。ＬＳＩを作る最終段階でシリコンウエハとゲート絶縁膜との間に界面欠陥が生じるのを防止するために終端化を行うための熱処理においては、熱処理用のガスとして水素（及び窒素の混合ガス）を使用する。水素ガスの代わりに、重水素ガスを使用するとさらによい終端化の結果が得られる。そして、熱処理後にウエハを急冷すると、さらによい終端化の結果が得られる。終端化のためこの熱処理は４００℃〜５００℃の熱処理温度で行う。その他の熱処理は、３００℃〜１１００℃の温度で行うことができる。炉内部の圧力は１０−４Ｐａ〜１ＭＰａ　の範囲で制御可能である。
【００２４】
図７はウエハの冷却時間と温度との関係を示す図である。実線は本発明に係わる半導体製造装置を用いて熱処理及び冷却をした場合のウエハの温度変化を示す。破線は従来の装置を用いて熱処理及び冷却をした場合のウエハの温度変化を示す。有害なガス雰囲気中での熱処理後のウエハを急冷する場合、従来の方法では冷却速度が限られ、特に３００℃〜５００℃の範囲では、１０℃／分以上にすることはできなかった。ウエハの冷却速度を格段に早くすることが可能になった。本発明においては、４００℃からの冷却速度を従来方法と比べると、２００℃に達するまでに、１／１０以下の時間ですむようになった。
【００２５】
図８は本発明の他の実施例の半導体製造装置を示す図である。図９はウエハキャリア３２を示す平面図である。図１０はウエハ３４を支持したウエハキャリア３２を示す平面図である。この半導体製造装置１０は、ウエハの挿入取り出し口１４を含む密閉可能な炉管１２を含む。ヒータ１６が炉管１２のまわりに配置され、温度調節機１８がヒータ１６の温度を制御する。バルブ２０が配置されたガス導入管２２、およびバルブ２４が配置された排気管２６が炉管１２に接続される。排気管２６は真空ポンプ２８に接続され、炉管１２内の圧力を制御できるようになっている。真空ポンプ２８の前にはガスの除去装置３０がある。
【００２６】
ウエハキャリア３２が炉管１２の内部に配置されている。ウエハキャリア３２はウエハ３４を支持することができる。ウエハキャリア３２はウエハを支える複数の支持部３２Ａと、支持部３２Ａに結合されたシャンク部３２Ｂとを含む。
【００２７】
冷却用の複数のステージ板３６が炉管１２の内部のヒータ１６よりも下方の位置に配置されている。ステージ板３６は固定の位置に配置され、配管３８、４０、４１により矢印で示されるように冷却水を供給され、排出される。冷却装置４２がステージ板３６と同等の高さの位置で炉管１２の外部に配置される。
【００２８】
炉管１２は縦長の形状を有し、半導体製造装置１０は、炉管１２の比較的上方に位置して、ヒータ１６を含む加熱部４４と、炉管１２の比較的下方に位置して、ステージ板３６を含む冷却部４６とを含む。
【００２９】
ウエハキャリア３２は垂直方向及び水平方向に動くことができる。第１の磁石４８が炉管１２の外側に配置され、第２の磁石５０が炉管１２の内部にあるシャンク部３２Ｂに取りつけられている。第１の磁石４８は破線の矢印で示されるように炉管１２の長手方向及び横方向に移動可能であり、第１の磁石４８を動かすと第２の磁石５０が磁力によって連動する。よって、第１の磁石４８はウエハキャリア３２を動かすことができ、ウエハ３４は加熱部４４と冷却部４６との間で移動される。ウエハ３４は加熱部４４において熱処理され、冷却部４６において冷却される。
【００３０】
ウエハキャリア３２の複数の支持部３２Ａ及び複数のステージ板３６の各々は前の実施例の支持部３２Ａ及びステージ板３６と同様に形成される。複数の支持部３２Ａ及び複数のステージ板３６は垂直に並べて配置され、複数の支持部３２Ａに支持された複数のウエハ３４が同時に処理されることができるようになっている。この実施例の作用は前の実施例の作用と同様である。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ウエハの熱処理の後でウエハの冷却速度を格段に早くすることが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の半導体製造装置を示す図である。
【図２】図１のウエハキャリアとステージ板とを示す図である。
【図３】ウエハキャリアが加熱部から冷却部へ移動したところを示す図である。
【図４】ウエハキャリアを示す平面図である。
【図５】ウエハを支持したウエハキャリアを示す平面図である。
【図６】ステージ板を示す断面図である。
【図７】ウエハの冷却時間と温度との関係を示す図である。
【図８】本発明の他の実施例の半導体製造装置を示す図である。
【図９】図８のウエハキャリアとステージ板とを示す図である。
【図１０】ウエハキャリアが加熱部から冷却部へ移動したところを示す図である。
【符号の説明】
１２…炉管
１６…ヒータ
２２…ガス導入管
２６…排気管
３２…ウエハキャリア
３４…ウエハ
３６…ステージ板
４４…加熱部
４６…冷却部
４８…磁石
５０…磁石
【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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【図６】
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【図７】
2004079794.tif 000009
【図８】
2004079794.tif 000010
【図９】
2004079794.tif 000011
【図１０】
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