(57)【要約】 【課題】多数枚のウェーハを効率よく、高品質かつ経済的に熱処理可能な熱処理方法と、同熱処理方法に適した縦型又は横型の熱処理装置を提供する。 【解決手段】ボート３の上に、個々の前記ウェーハ２を垂直方向に起立させて支持する。垂直方向に起立させたウェーハ２を多数整列して支持した前記ボート３を、縦型熱処理装置１の炉心管１１の中に水平方向に配設し、垂直方向に起立させたウェーハ２を多数整列して支持したボート３を、縦型熱処理装置１の炉心管１１の中に水平方向に配設し、垂直状態の隣り合うウェーハ２、２の間に、垂直方向に通りやすい原料ガスの流路６を形成する。炉心管１１内で垂直方向に原料ガスを送り出し、その送り出したガスはガス流路６を通じて垂直状態の各ウェーハ２…に当接させ、ウェーハ表面に膜厚を均一に形成する。【選択図】       図１
2005127537.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦型熱処理装置の電気炉に炉心管を装着し、その炉心管内で半導体ウェーハに熱処理を施す熱処理方法において、
前記縦型熱処理装置の炉心管内で、前記ウェーハを垂直状態に維持し、その垂直状態に維持したウェーハを水平方向に多数整列させた状態で熱処理を施すことを特徴とする熱処理方法。
【請求項２】
縦型熱処理装置の電気炉に炉心管を装着し、その炉心管内で半導体ウェーハに熱処理を施す熱処理方法において、
ａ）  個々の前記ウェーハを、同心上に多数整列し且つ垂直方向に起立させてボート上に支持する段階と、
ｂ）  前記ボートを、縦型熱処理装置の炉心管の中に水平方向に配設し、垂直状態の隣り合うウェーハの間に、垂直方向に通りやすい原料ガスの流路を形成する段階と、
ｃ）  前記炉心管内で垂直方向に原料ガスを送り出し、その送り出したガスは前記ガス流路を通じて垂直状態の各ウェーハに当接させ、ウェーハ表面に膜厚を均一に形成する段階と、
より成ることをそれぞれ特徴とする熱処理方法。
【請求項３】
縦型熱処理装置の電気炉に炉心管を装着し、その炉心管内で半導体ウェーハに熱処理を施す熱処理方法において、
ａ）  スリットが複数設けられたガス整流板を、前記炉心管内の最上部に予め支持する段階と、
ｂ）  個々の前記ウェーハを、同心上に多数整列し且つ垂直方向に起立させてボート上に支持する段階と、
ｃ）  前記ボートを、縦型熱処理装置の炉心管の中に水平方向に配設し、垂直状態の隣り合うウェーハの間に、垂直方向に通りやすい原料ガスの流路を形成する段階と、
ｄ）  前記炉心管内のガス整流板のスリットを通じて垂直下向きに送り出した原料ガスを、前記ウェーハ間のガス流路に誘導して垂直状態の各ウェーハに当接させ、ウェーハ表面に膜厚を均一に形成する段階と、
より成ることをそれぞれ特徴とする熱処理方法。
【請求項４】
垂直配置の電気炉に装着された炉心管内で、半導体ウェーハに熱処理を施す熱処理方法に適した縦型の熱処理装置において、
多数のウェーハを支持するボートには、垂直方向に起立された個々のウェーハを同心上に多数整列して支持可能な溝部等の支持部が短ピッチで多数形成され、前記炉心管が前記ボートを水平方向に配設可能な大きさ・形状に形成されており、その炉心管内で前記ボートによって垂直状態を維持された多数のウェーハを熱処理可能に構成されていることを特徴とする熱処理装置。
【請求項５】
多数のウェーハを垂直方向に起立させて支持する複数のボート同士が、炉心管内で上下にスタック可能に構成されていることを特徴とする、請求項４に記載した熱処理装置。
【請求項６】
ガス整流板が炉心管内の最上部で支持され、そのガス整流板の下面にスリットが複数設けられ、前記スリットを通じて原料ガスが垂直下向きに送出自在であり、そのスリットから送り出された原料ガスが、垂直状態の隣り合うウェーハ間に形成された原料ガスの流路に誘導可能に構成されていることを特徴とする、請求項４又は５に記載した熱処理装置。
【請求項７】
横型熱処理装置の電気炉に炉心管を装着し、その炉心管内で半導体ウェーハに熱処理を施す熱処理方法において、
前記横型熱処理装置の炉心管内で、前記ウェーハを同ウェーハの表裏面が炉心管の軸方向に対し平行となるように配置し、その軸方向に平行配置したウェーハを多数整列させた状態で熱処理を施すことを特徴とする熱処理方法。
【請求項８】
横型熱処理装置の電気炉に炉心管を装着し、その炉心管内で半導体ウェーハに熱処理を施す熱処理方法において、
ａ）  個々の前記ウェーハを、同心上に多数整列し且つ垂直方向に起立させてボート上に支持する段階と、
ｂ）  前記ボートを、同ボート上のウェーハの表裏面が炉心管の軸方向に対し平行配置となるように、横型熱処理装置の炉心管の中に水平方向に配設し、前記隣り合うウェーハの間に、炉心管の軸方向である水平方向に通りやすい原料ガスの流路を形成する段階と、
ｃ）  前記炉心管内で水平方向に原料ガスを送り出し、その送り出したガスは前記ガス流路を通じて軸方向に平行配置された各ウェーハに当接させ、ウェーハ表面に膜厚を均一に形成する段階と、
より成ることをそれぞれ特徴とする熱処理方法。
【請求項９】
水平配置の電気炉に装着された炉心管内で、半導体ウェーハに熱処理を施す熱処理方法に適した横型の熱処理装置において、
多数のウェーハを支持するボートには、垂直方向に起立された個々のウェーハを同心上に多数整列して支持可能な溝部等の支持部が短ピッチで多数形成され、前記炉心管が前記ボートを水平方向に配設可能であって且つボート上のウェーハを炉心管の軸方向に平行配置可能な大きさ・形状に形成されており、その炉心管内で前記ボートによって軸方向に対し平行配置された多数のウェーハを熱処理可能に構成されていることを特徴とする熱処理装置。
【請求項１０】
炉心管が、四角形筒体状の角型に形成されていることを特徴とする、請求項４又は５又は６又は９に記載した熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハ（以下単にウェーハということがある。）を垂直方向に支持して熱処理を行う手段に係り、さらに云えば、ウェーハに熱処理を施す炉心管内に、ウェーハ間にガス流路を形成しつつウェーハを垂直方向に多数起立させて、同時に多数枚の熱処理を行う熱処理方法とそれに適した縦型又は横型の熱処理装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェーハの縦型熱処理装置は、多数開発されている（例えば、特開平８−４５８６２号等）。図１０と図１１に従来の縦型熱処理装置に使用されているウェーハの熱処理手段を示した。
【０００３】
図１０に示した縦型熱処理装置では、円筒状の炉心管ｔ内において、ボートｃの凹部ｆに水平配置で支持されたホルダｂの上に、ウェーハａが水平配置で支持されている。前記炉心管ｔ内における原料ガス導入管ｇの上部から送り出された原料ガス（酸素、アルゴン、窒素、水素等）は、例えば後述するＳＩＭＯＸ（Separation by IMplanted OXygen）によれば、シリコンウェーハａの表面に、シリコンと反応してＳiＯ２の被膜を形成しつつ、水平配置のウェーハａに熱処理が施される構成である。なお、図１０は、ホルダｂの上に直接ウェーハａを載置し、図１１は、ホルダｂの上にコロｅを介してウェーハａを載置して支持するものを示している。
【０００４】
また、いわゆる横型熱処理装置も多数開発されている（例えば、特開平９−２７０３８９号等）。図１２に示した従来一般の横型熱処理装置は、ボートｐの上にウェーハａを垂直方向に起立し、そのボートｐを支持したボート受けｓを、水平方向に配設された横長円筒状の炉心管ｔの中に装着し、熱処理が施される。
【特許文献１】特開平８−４５８６２号公開特許公報
【特許文献２】特開平９−２７０３８９号公開特許公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１０と図１１に例示した如き従来の縦型熱処理手段では、炉心管ｔ内におけるガス導入管ｇの上部から原料ガスが送り出され、そのガスは図１０に矢印で示したように流れる。つまり、最上位のウェーハａに対してはガスの流れが良好でも、下方に多段的に水平配置された多数のウェーハａ…への均一な噴射が得られない。送り出されるガスがウェーハａに対して均一に当たらないと、ウェーハ表面のＳiＯ２の膜厚が不均一となり、高品質のウェーハａを提供できない。また、ウェーハａの直上のホルダｂ上に付着したＳiＯ２皮膜がはがれ、そのパーティクルが直下のウェーハａの上に落下してウェーハａの品質を劣化させるといった問題もある。
【０００６】
しかも、ウェーハａの裏面が、同ウェーハａを支持するホルダｂやコロｅといった保持手段と接触する。図１０の熱処理手段の場合、ウェーハａは、符号ｋで示した接触個所でホルダｂと面接触する。図１１の熱処理手段の場合でも、ウェーハａは、符号ｍで示した接触個所でコロｅと接触する。そのように、熱処理を施す上でウェーハａが上記保持手段に接触すると、材質の違いによる熱膨張係数の差などに起因してウェーハａにスリップ（欠陥）が発生したりする。
【０００７】
また、ホルダｂやボートｃといった保持手段を使用することによるウェーハ裏面からの汚染の発生や熱量の増大、スペースの狭小が生じる不都合もある。さらに、ホルダｂやボートｃは非常に高価であり、ウェーハａの生産コストの高騰を余儀なくされている。
【０００８】
さらに、ホルダｂで支持する上下のウェーハａ、ａの間隔が、フォークを挿し込んで搬送する隙間の確保も相俟って、例えば１６ｍｍぐらいのピッチでスペースが必要となる。そのため、縦型熱処理装置で一度に熱処理できるウェーハａの枚数が、例えば多くても６０枚ぐらいに制約されてしまう。
【０００９】
一方、図１２の横型熱処理装置を使用する場合でも、従来から垂直方向にウェーハａが起立されているものの、そのウェーハａは同ウェーハａの表面（又は裏面）が炉心管ｔの長手方向の軸方向ｘに対し９０度の向き、即ち直交する配置とされている。そのため、図中右側のガス導入口ｕから炉心管ｔ内に送り出された原料ガスは、前記の通り軸方向ｘに対し直交配置の最初のウェーハａに当接した後、同図中矢印で示したように、連続する直交配置のウェーハａ…の上下を波形状のように進むため、ガスが各ウェーハａに対して均一に当たらず、やはりウェーハ表面の膜厚が不均一となる。その上、多数の大口径ウェーハａに対し超高温で熱処理する場合、均熱長を長くしようとすると、横型熱処理装置全体が横方向に大きくなり、多数の大口径ウェーハａをボート受けｓ（ボートｐ）で片持ち支持することができないといった問題もある。
【００１０】
結局、横型熱処理装置といっても、基本的な構造や原理は上述した縦型熱処理装置と同じである。なぜなら、従来の横型熱処理装置と縦型熱処理装置は、お互いに装置全体の向きを９０度変えたようなものであり、よって上述したようなガスの流れが悪いといった現象は、両タイプの熱処理装置双方に共通した課題として存しているのである。
【００１１】
したがって、本発明は、前記従来の熱処理装置（又は熱処理方法）における以下の如き課題を解決する目的で案出されたものである。
（イ）炉心管内で送り出されるガスの流れが良いこと。
（ロ）全てのウェーハの表面に膜厚が均一に形成されること。
（ハ）パーティクルの発生を防止し、パーティクルがウェーハに付着しないこと。
（ニ）コンパクトな熱処理装置で、大口径のウェーハを同時に数多く熱処理できること。
（ホ）ホルダを使用せず、ウェーハ裏面からの汚染やスリップを防ぐこと。
（ヘ）また、ホルダを使用しないことによってコストダウンを図ること。
（ト）ホルダを使用するためのスペースや、フォークを挿し込むスペースを不要ならしめ、多数枚のウェーハを短ピッチで支持すること。
【００１２】
すなわち、上記課題を達成する結果、多数枚のウェーハを効率よく、高品質かつ経済的に熱処理可能な熱処理方法と、同熱処理方法に適した縦型又は横型の熱処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決するための手段として、請求項１記載の発明の熱処理方法は、縦型熱処理装置１の電気炉１０に炉心管１１を装着し、その炉心管１１内で半導体ウェーハ２に熱処理を施す熱処理方法において、
前記縦型熱処理装置１の炉心管１１内で、前記ウェーハ２を垂直状態に維持し、その垂直状態に維持したウェーハ２を水平方向に多数整列させた状態で熱処理を施すことを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載の発明の熱処理方法は、縦型熱処理装置１の電気炉１０に炉心管１１を装着し、その炉心管１１内で半導体ウェーハ２に熱処理を施す熱処理方法において、
ａ）  個々の前記ウェーハ２を、同心上に多数整列し且つ垂直方向に起立させてボート３の上に支持する段階と、
ｂ）  前記ボート３を、縦型熱処理装置１の炉心管１１の中に水平方向に配設し、垂直方向に起立させたウェーハ２を多数整列して支持した前記ボート３を、縦型熱処理装置１の炉心管１１の中に水平方向に配設し、垂直状態の隣り合うウェーハ２、２の間に、垂直方向に通りやすい原料ガスの流路６を形成する段階と、
ｃ）  前記炉心管１１内で垂直方向に原料ガスを送り出し、その送り出したガスは前記ガス流路６を通じて垂直状態の各ウェーハ２…に当接させ、ウェーハ表面に膜厚を均一に形成する段階と、より成ることをそれぞれ特徴とする。
【００１５】
請求項３記載の発明の熱処理方法は、縦型熱処理装置１の電気炉１０に炉心管１１を装着し、その炉心管１１内で半導体ウェーハ２に熱処理を施す熱処理方法において、
ａ）  スリット５４が複数設けられたガス整流板５を、前記炉心管１１内の最上部に予め支持する段階と、
ｂ）  個々の前記ウェーハ２を、同心上に多数整列し且つ垂直方向に起立させてボート３の上に支持する段階と、
ｃ）  前記ボート３を、縦型熱処理装置１の炉心管１１の中に水平方向に配設し、垂直状態の隣り合うウェーハ２、２の間に、垂直方向に通りやすい原料ガスの流路６を形成する段階と、
ｄ）  前記炉心管１１内のガス整流板５のスリット５４を通じて垂直下向きに送り出した原料ガスを、前記ウェーハ２、２間のガス流路６に誘導して垂直状態の各ウェーハ２…に当接させ、ウェーハ表面に膜厚を均一に形成する段階と、より成ることをそれぞれ特徴とする。
【００１６】
請求項４記載の発明の熱処理装置は、垂直配置の電気炉１０に装着された炉心管１１内で、半導体ウェーハ２に熱処理を施す熱処理方法に適した縦型の熱処理装置１において、
多数のウェーハ２…を支持するボート３には、垂直方向に起立された個々のウェーハ２を同心上に多数整列して支持可能な溝部３０等の支持部が短ピッチで多数形成され、前記炉心管１１が前記ボート３を水平方向に配設可能な大きさ・形状に形成されており、その炉心管１１内で前記ボート３によって垂直状態を維持された多数のウェーハ２…を熱処理可能に構成されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項５記載の発明の熱処理装置は、前記多数のウェーハ２…を垂直方向に起立させて支持する複数のボート３、３同士が、炉心管１１内で上下にスタック可能に構成されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項６記載の発明の熱処理装置は、ガス整流板５が炉心管１１内の最上部で支持され、そのガス整流板５の下面にスリット５４が複数設けられ、前記スリット５４…を通じて原料ガスが垂直下向きに送出自在であり、そのスリット５４から送り出された原料ガスが、垂直状態の隣り合うウェーハ２、２間に形成されたガスの流路６に誘導可能に構成されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項７記載の発明の熱処理方法は、横型熱処理装置１’の電気炉１０に炉心管１１’を装着し、その炉心管１１’内で半導体ウェーハ２に熱処理を施す熱処理方法において、
前記横型熱処理装置１’の炉心管１１’内で、前記ウェーハ２を同ウェーハ２の表裏面が炉心管１１’の軸方向ｘに対し平行となるように配置し、その軸方向ｘに平行配置したウェーハ２を多数整列させた状態で熱処理を施すことを特徴とする。
【００２０】
請求項８記載の発明の熱処理方法は、横型熱処理装置１’の電気炉１０に炉心管１１’を装着し、その炉心管１１’内で半導体ウェーハ２に熱処理を施す熱処理方法において、
ａ）  個々の前記ウェーハ２を、同心上に多数整列し且つ垂直方向に起立させてボート３上に支持する段階と、
ｂ）  前記ボート３を、同ボート３上のウェーハ２の表裏面が炉心管１１’の軸方向ｘに対し平行配置となるように、横型熱処理装置１’の炉心管１１’の中に水平方向に配設し、前記隣り合うウェーハ２、２の間に、炉心管１１’の軸方向ｘ（水平方向）に通りやすい原料ガスの流路６を形成する段階と、
ｃ）  前記炉心管１１’内で水平方向（軸方向ｘ）に原料ガスを送り出し、その送り出したガスは前記ガス流路６を通じて軸方向ｘに平行配置された各ウェーハ２…に当接させ、ウェーハ表面に膜厚を均一に形成する段階と、より成ることをそれぞれ特徴とする熱処理方法。
【００２１】
請求項９記載の発明の熱処理装置は、水平配置の電気炉１０に装着された炉心管１１’内で、半導体ウェーハ２に熱処理を施す熱処理方法に適した横型の熱処理装置１’において、
多数のウェーハ２…を支持するボート３には、垂直方向に起立された個々のウェーハ２…を同心上に多数整列して支持可能な溝部３０等の支持部が短ピッチで多数形成され、前記炉心管１１’が前記ボート３を水平方向に配設可能であって且つボート３上のウェーハ２を炉心管１１’の軸方向ｘに平行配置可能な大きさ・形状に形成されており、その炉心管１１’内で前記ボート３によって軸方向ｘに対し平行配置された多数のウェーハ２…を熱処理可能に構成されていることを特徴とする。
【００２２】
請求項１０記載の発明の縦型又は横型の熱処理装置は、前記炉心管１１（又は１１’）が、四角形筒体状の角型に形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１記載の発明の熱処理方法によれば、縦型熱処理装置の炉心管内で、ホルダを使用せずに、個々のウェーハを垂直状態に維持し、その垂直状態に維持したウェーハを水平方向に多数整列させた状態で熱処理を施すので、炉心管内の上方から垂直下向きに送り出されるガスが、前記炉心管で垂直状態に維持したウェーハ間を上から下に隈なく流れ、ガスの流れが良い。そのため、ガスがウェーハに対して均一に当たるから、ウェーハ表面の膜厚が均一に形成され、パーティクルやスリップの発生を抑制し、汚染も生ぜず、高品質のウェーハが提供される。
【００２４】
さらに、水平配置のウェーハを上下方向に十分な間隔をあけて配置したホルダ使用の従来タイプに比べ、短ピッチで格段に多くのウェーハを配設して熱処理でき、合理的で経済的な多数枚のウェーハを同時に熱処理できる利便性に優れている。また、ホルダを使用しないことから、ウェーハ裏面からの汚染やスリップを防止すると共に、部品点数の軽減に伴うコストダウンも図れる。
【００２５】
請求項２記載の発明の熱処理方法によれば、ホルダを使用せずに、ボートの上に個々の前記ウェーハを垂直方向に起立させて支持して熱処理するので、ホルダを使用した場合のウェーハ裏面からの汚染やスリップを防止でき、ホルダ不要によるコストダウンが達成される。
【００２６】
また、垂直方向に起立させたウェーハを短ピッチで多数整列して支持したボートを、縦型熱処理装置の炉心管の中に水平方向に配設し、垂直状態の隣り合うウェーハの間に、垂直方向に通りやすい原料ガスの流路が形成されるから、炉心管内の上方から垂直下向きに送り出されるガスが、全てのウェーハの間のガス流路を流れてガスの流れが良い。そのため、前記請求項１の場合のように、ガスがウェーハに対して均一に当たり、ウェーハ表面の膜厚が均一に形成され、高品質のウェーハが提供され、パーティクルの発生も抑えられ、合理的で経済的に可及的多数枚のウェーハを同時熱処理可能である。
【００２７】
請求項３記載の発明の熱処理方法によれば、スリットが複数設けられたガス整流板を、炉心管内の最上部に予め支持し、そのガス整流板から噴き出した原料ガスを、スリットを通じて垂直下向きに送り出させると共に、垂直状態の隣り合うウェーハの間で垂直方向に通りやすい原料ガスの流路を形成して誘導でき、ウェーハの膜厚の均一化が図られ、高品質の大口径ウェーハの大量生産が達成される。
【００２８】
請求項４記載の発明の縦型の熱処理装置によれば、多数のウェーハを支持するボートには、垂直方向に起立された個々のウェーハを同心上に多数整列して支持可能な溝部等の支持部が多数形成されているので、短ピッチで多数のウェーハを前記溝部に支持できる。一方、炉心管が前記ボートを水平方向に配設可能な大きさ・形状に形成されているので、コンパクト設計ながら当該炉心管内で前記ボートによって垂直方向に支持された多数の大口径ウェーハを、同時に熱処理できる利便性に優れている。もちろん、ホルダを使用しないことによるウェーハの汚染やスリップの防止、コストダウン、スペースの最大限の利用が達成される。
【００２９】
請求項５記載の発明の縦型の熱処理装置によれば、多数のウェーハを垂直方向に起立させて支持する複数のボート同士が、炉心管内で上下にスタック可能に構成されているので、当該熱処理装置（炉心管）を大がかりに製作することなく、一度に多数枚の大口径ウェーハの熱処理が効率よく達成される。
【００３０】
請求項６記載の発明の縦型の熱処理装置によれば、ガス整流板が炉心管内の最上部で支持され、そのガス整流板の下面にスリットが複数設けられ、前記スリットを通じて原料ガスが垂直下向きに送出自在であるから、スリットから送り出された原料ガスが、垂直状態の隣り合うウェーハ間に形成された原料ガスの流路に誘導され、請求項３記載の発明と同様に、ウェーハの膜厚の均一化が図られ、高品質の大口径ウェーハの大量生産が達成される。
【００３１】
請求項７記載の発明の熱処理装置によれば、横型熱処理装置の炉心管内で、ウェーハを同ウェーハの表裏面が炉心管の軸方向に対し平行となるように配置し、その軸方向に平行配置したウェーハを多数整列させた状態で熱処理を施すので、炉心管内の側方から水平方向に送り出したガスが、前記炉心管でウェーハの表裏面が炉心管の軸方向に対し平行となるように配置したウェーハ間のガス流路に誘導されつつ、炉心管内を水平方向に流れてガスの流れが良い。よって、ガスがウェーハに対して均一に当たるから、ウェーハ表面の膜厚が均一に形成され、パーティクル、スリップの発生や汚染を抑制し、高品質のウェーハが提供される。また、部品点数の軽減に伴うコストダウンも図られる。
【００３２】
請求項８記載の発明の熱処理方法によれば、上記請求項７や請求項２と同様の効果を奏する。すなわち、ガスがウェーハ間のガス流路に誘導され、ウェーハに対して均一に当たり、ウェーハ表面の膜厚が均一に形成されるので、高品質のウェーハが提供され、パーティクルの発生も抑えられ、合理的で経済的に多くのウェーハを量産できる。
【００３３】
請求項９記載の発明の横型の熱処理装置によれば、前記請求項４記載の縦型の熱処理装置と同様に、多数のウェーハを支持するボートには、垂直方向に起立された個々のウェーハを同心上に多数整列して支持可能な溝部等の支持部が短ピッチで多数形成されているので、短ピッチで多数のウェーハを前記溝部に支持できる。一方、炉心管が前記ボートを水平方向に配設可能であって且つボート上のウェーハを炉心管の軸方向に平行配置可能な大きさ・形状に形成されているので、コンパクト設計ながら当該炉心管内で前記ボートによって軸方向に対し平行配置で且つ垂直方向に支持された多数の大口径ウェーハを、同時に熱処理できる利便性に優れている。
【００３４】
請求項１０記載の発明の熱処理装置によれば、その縦型又は横型の炉心管が四角形筒体状の角型に形成されているので、炉心管内にデッドスペースをつくらず、当該炉心管の端から端に至るまで、垂直状態のウェーハを可及的に多く配設でき、より多くの大口径ウェーハの同時熱処理が効率よく実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
本発明の熱処理方法と縦型又は横型の熱処理装置は、半導体ウェーハの超高温熱処理、特にはＳＩＭＯＸによるウェーハ製作時に適したアニール方法で好適に実施される。また、アルゴンアニールや水素アニールにも実施可能である。以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面にしたがって説明する。
【００３６】
まず、図１〜図６に示した縦型熱処理装置と同装置を利用した熱処理方法について述べる（請求項１〜６、１０）。
【００３７】
本発明の縦型熱処理装置による熱処理方法は、縦型熱処理装置１の炉心管１１内で半導体ウェーハ２に熱処理を施すが、前記縦型熱処理装置１の炉心管１１内では、従来法のように個々のウェーハ２を水平状態に維持して熱処理するのではなく、個々のウェーハ２を垂直状態に維持し、その垂直状態に維持したウェーハ２を水平方向に多数整列させた状態で熱処理を施すものである（請求項１参照）。
【００３８】
この縦型熱処理装置１は、図１、図４に例示したように、縦長の熱処理装置１の電気炉１０に下方から装着される縦長の炉心管１１を備える。また、炉心管１１内で多数の半導体ウェーハ２…を垂直方向に起立させて支持しつつ熱処理を施すボート３を備える（請求項４参照）。当該縦型熱処理装置１は１５００℃対応であるが、この温度に限定されるものではない。なお、図中、符号１２はヒータ、符号１３はバッファ、符号１７は基台をそれぞれ示している。
【００３９】
炉心管１１は、後述するボート３を水平方向に配設でき、場合によってはボート３を上下にスタック（積重）できる大きさ、形状に形成されている。望ましくは、この炉心管１１を、請求項１０記載のように、縦長で横断面形状が四角形で中空な四角形筒状体の角型に形成する実施形態が好適である。炉心管１１内でのデッドスペースがなく、可及的に多くの大口径ウェーハ２…を一度に配設できるからである（図２参照）。
【００４０】
前記縦型の炉心管１１の内壁面に沿ってガス導入管１５が設置されている。このガス導入管１５は、炉心管１１の下方から垂直方向に上方に延び、上端から原料ガスを送り出す。符号１４はそのガス導入口、符号１６はガス排気口を示している。
【００４１】
次に、ボート３の構成を説明する。このボート３は、左右に起立する側壁部３１、３１に亘って接続された棒状の支持棒３２により構成されている。この支持棒３２の本数は、図３及び図５Ｃでは４本の実施形態を示したが、それに限定されず、複数本でウェーハ２を安定して支持できればよい。例えば、図５Ａのように２本や、図５Ｂのように３本等で実施することが可能である。
【００４２】
側壁部３１は、薄肉で側面方向視形状がＵ字状又は凹状に形成されている。支持棒３２の長さは、例えば約３００ｍｍほどであり、この支持棒３２の横断面方向に、ウェーハｗの外周部を挿し込み支持可能なように、垂直方向に起立された個々のウェーハ２…を同心上に多数整列して支持可能な支持部が短い一定のピッチ間隔をあけて１００個所形成されている。支持部としては溝部３０が好適に実施される。かくして、このボート３は、１００枚のウェーハ２…を各々垂直方向に起立させて支持でき、その垂直方向に起立された隣り合うウェーハ２、２の間に、垂直方向に隙間が形成される。この隙間が後述するガス流路６となる（図１参照）。
【００４３】
上記ボート３は、請求項５記載のように、上下にスタック（積重）可能に構成して実施することがきる（図３、図４、図５Ｂ、Ｃ）。スタックの手段としては、例えば図５Ｂに示したボート３のように、側壁部３１の下端縁部を下向きの下端凹部３３として形成すると共に、図５Ｃに示したボート３のように、側壁部３１の両側部を上向きに延設させ、その延設上端部３４と前記下端凹部３３とを嵌合させることにより上下２つのボート３、３を積重できる。あるいは、図３に示したように、下側のボート３の前記延設上端部３４を凹部に形成し、上側のボート３の下端部３３、３３を嵌合支持してもよい。
【００４４】
よって、上下２段の各ボート３、３の上にそれぞれ１００枚ずつのウェーハ２…が支持される訳だから、合計２００枚のウェーハ２…が一度にセットされる。そして、上下２段にスタックされたボート３、３を当該縦型熱処理装置１の炉心管１１に下方から装着すると、上段のボート３により垂直状態で隣り合うウェーハ２、２間に形成されたガス流路６が、下段のボート３によりやはり垂直状態で隣り合うウェーハ２、２間に形成されたガス流路６と連接され、図１に矢印で示したように垂直方向に抜けるガスの流路６が形成されるので、ガスの流れが非常によい。
【００４５】
したがって、前記縦型熱処理装置１を利用した熱処理方法としては、以下の如くなる（請求項２参照）。
【００４６】
まず、上述したように、個々の前記ウェーハ２を、同心上に多数整列し且つ垂直方向に起立させて前記ボート３の上に支持する。ボート３を上下にスタックさせた場合、２００枚ものウェーハ２…が支持される。
【００４７】
次に、前記の如く垂直方向に起立させたウェーハ２を多数整列して支持した前記ボート３を、縦型熱処理装置１の垂直配置の電気炉１０の下方から装着し、炉心管１１の中で水平方向に配設し、垂直状態の隣り合うウェーハ２、２の間に、垂直方向に通りやすい原料ガスの流路６を形成する。
【００４８】
かくして、前記炉心管１１内でガス導入管１５の上方から送り出された原料ガス（例えば酸素）は、前記ガス流路６に誘導され、垂直状態の各シリコンウェーハ２の表面に均一に当接し、シリコンと反応して膜厚が均一なＳiＯ２の被膜を形成しつつ、２００枚もの多数のウェーハ２…を同時に熱処理することができる。
【００４９】
次に、ガスを前記ガス流路６に一層正確に誘導するガス整流板５を使用した実施形態を説明する（請求項３、請求項６参照）。
【００５０】
このガス整流板５は、図６に図示例の如く、符号４で示した支柱により縦型熱処理装置１の炉心管１１内の最上部で支持される。当該ガス整流板５は、正方形の箱状の本体５０の内部の略中央に水平な分流板５１が設けられている。その分流板５１には垂直方向に貫通した円形等の通孔５２が複数形成されている。そして、当該ガス整流板５（本体５０）の下面を構成する整流板５３に、垂直方向に貫通した縦長状のスリット５４が複数設けられている。
【００５１】
したがって、当該ガス整流板５の中にガス導入管１５の上端口を臨ませ、そのガス導入管１５の上端口から送り出されたガスは、まず分流板５１の通孔５２を通過して下向きに分流され、次に整流板５３のスリット５４を通過した上で、垂直状態の隣り合うウェーハ２、２間で垂直方向に通りやすいガス流路６に誘導でき、ガスを各ウェーハ２…の表面に均一に当接でき、膜厚の均一化が図られる。
【００５２】
なお、前記整流板５を使用しないで、図１において符号１９で示した付設のモータにより、ボート３を炉心管１１内で回転させてガス流路６へのガスの流れを良好にする実施形態も行うことができる。
【００５３】
次に、図７〜図９に示した横型熱処理装置と同装置を利用した熱処理方法について述べる（請求項７〜１０）。
【００５４】
請求項９の発明の横型熱処理装置１’は、基本的構成を前記縦型熱処理装置１（請求項４）と同じくする。バッファ１３や基台１７、ガス排気口１６等は同じである。電気炉１０とヒータ２は図示を省略した。また、この横型の炉心管１１’も、図９に示したように、横断面形状が四角形で中空な四角形筒状体の角型に形成して実施する形態が好ましい。この角型炉心管１１’内でより多くの大口径ウェーハ２…を配設して熱処理を施すことができるからである（請求項１０）。
【００５５】
また、ウェーハ２を多数支持するボート３も、上述した縦型熱処理装置や熱処理方法で使用するものをそのまま使用できる。したがって、上記のボート３（溝部３０）に、１００枚のウェーハ２…を各々同心上に多数整列し垂直方向に起立させて支持できる構成である。
【００５６】
このように当該横型熱処理装置１’は、基本的には上述した縦型熱処理装置（熱処理方法）に近似している。しかし、縦型熱処理装置（方法）の場合は、炉心管１１の中でウェーハ２が垂直状態を維持できればよいが、この横型熱処理装置（方法）の場合は、従来、炉心管の中で垂直方向に起立され且つ炉心管の軸方向ｘに対し９０度に直交して配置されたウェーハ（図１２参照）を、更に同ウェーハ２の表裏面が炉心管１１’の軸方向ｘに対し平行となるようにウェーハ２の配置（向き）を変更する点に、従来にない際立った特徴がある。そのように配置することによって初めて隣り合うウェーハ２、２間に、炉心管１１’の軸方向ｘ（水平方向）に流れるガスが通りやすいガス流路６を形成することができるからである。
【００５７】
したがって、当該ボート３を、同ボート３上のウェーハ２の表裏面が炉心管１１’の軸方向ｘに対し平行配置となるように、横型熱処理装置１’の炉心管１１’に側方から中空内部へ水平方向に配設して装着し、前記隣り合うウェーハ２、２の間に、炉心管１１’の軸方向ｘに通りやすい原料ガスの流路６を形成する（請求項７、８）。なお、ボート３は、基台１７に支持されたボート受け７の上に載置して炉心管１１’の中に装着される。
【００５８】
かくして、図７と図８に示したように、炉心管１１’の右側のガス導入口１８から炉心管１１’の軸方向ｘ（水平方向）に原料ガスを送り出すと、その送り出されたガスは前記隣り合うウェーハ２、２の間のガス流路６に誘導されて真っすぐ進み、各ウェーハ２…に隈なく当接し、全てのウェーハ表面に膜厚を均一に形成することができるのである。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】縦型熱処理装置の内部構造をガスの流れと共に説明した正面説明図である。
【００６０】
【図２】図１の縦型熱処理装置におけるウェーハ部分の横断面図である。
【００６１】
【図３】縦型熱処理装置に使用されるボートのスタック状態を示した斜視図である。
【００６２】
【図４】縦型熱処理装置内でスタック状態のボートに支持されたウェーハを一部簡略して示した側面図である。
【００６３】
【図５】Ａ、Ｂ、Ｃは、ボートによるウェーハの支持要領のバリエーションを示した側面図である。
【００６４】
【図６】Ａ、Ｂは、ガス整流板を示した裏面図と使用状態の全体図である。
【００６５】
【図７】横型熱処理装置の正面方向からみた内部構造を一部省略して説明した縦断面図である。
【００６６】
【図８】図７の横型熱処理装置の平面方向からみた一部省略の縦断面図である。
【００６７】
【図９】図７の横型熱処理装置の横断面図である。
【００６８】
【図１０】従来の縦型熱処理装置におけるウェーハの支持要領とガスの流れを概略して示した拡大説明図である。
【００６９】
【図１１】従来の縦型熱処理装置におけるウェーハの異なる支持要領を示した拡大図である。
【００７０】
【図１２】従来の横型熱処理装置におけるガスの流れを概略して示した全体説明図である。
【符号の説明】
【００７１】
１      縦型熱処理装置
１’    横型熱処理装置
１      ボート
１０    電気炉
１１    炉心管
１１’  炉心管
１２    ヒータ
１３    バッファ
１４    ガス導入口
１５    ガス導入管
１６    ガス排気口
１７    基台
２      半導体ウェーハ
３      ボート
３０    溝部
４      支柱
５      ガス整流板
５０    本体
５１    分流板
５２    通孔
５３    整流板
５４    スリット
６      ガス流路
ｘ      軸方向
【図１】
2005127537.tif 000003
【図２】
2005127537.tif 000004
【図３】
2005127537.tif 000005
【図４】
2005127537.tif 000006
【図５】
2005127537.tif 000007
【図６】
2005127537.tif 000008
【図７】
2005127537.tif 000009
【図８】
2005127537.tif 000010
【図９】
2005127537.tif 000011
【図１０】
2005127537.tif 000012
【図１１】
2005127537.tif 000013
【図１２】
2005127537.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成15年11月12日(2003.11.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７１】
１        縦型熱処理装置
１’      横型熱処理装置
１０      電気炉
１１      炉心管
１１’    炉心管
１２      ヒータ
１３      バッファ
１４      ガス導入口
１５      ガス導入管
１６      ガス排気口
１７      基台
２        半導体ウェーハ
３        ボート
３０      溝部
４        支柱
５        ガス整流板
５０      本体
５１      分流板
５２      通孔
５３      整流板
５４      スリット
６        ガス流路
ｘ        軸方向
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2005127537.tif 000015