(57)【要約】【課題】プロセスガスが偏って流れることを抑え、半導体基板上に形成される膜の膜厚バラツキを低減することが可能な半導体製造装置を提供する。【解決手段】半導体製造装置は、複数の半導体基板４を収納するための柱状に形成された反応管１０と、反応管１０内で複数の半導体基板４を支持するボート１２と、反応管１０の上面近傍に設けられ、ボート１２上の半導体基板４に膜を形成するためのプロセスガス２２を行き亘らせるために、反応管１０の中にプロセスガス２２の供給を行うガス供給口１４と、反応管１０の側面における底面近傍の位置に設けられ、反応管１０の外部に排気するために、ガス供給口１４から供給されたプロセスガス２２を吸引によって排気を行うガス排気口１６と、ボート１２とガス排気口１６との間に設けられ、ガス排気口１６によって吸引されるプロセスガス２２の流れの勢い及び方向を変えることが可能な回転部と、を有する。【選択図】図１
2007123421.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体基板を収納するための柱状に形成された反応管と、
前記反応管内で複数の前記半導体基板を支持するボートと、
前記反応管の上面近傍に設けられ、前記ボート上の前記半導体基板に膜を形成するため
のプロセスガスを行き亘らせるために、前記反応管の中に前記プロセスガスの供給を行う
ガス供給口と、
前記反応管の側面における底面近傍の位置に設けられ、前記反応管の外部に排気するた
めに、前記ガス供給口から供給された前記プロセスガスを吸引によって排気を行うガス排
気口と、
前記ボートと前記ガス排気口との間に設けられ、前記ガス排気口によって吸引される前
記プロセスガスの流れの勢い及び方向を変えることが可能な回転部と、
を有する半導体製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載された半導体製造装置において、
前記回転部は、前記反応管内の前記プロセスガスの流れを渦流化する半導体製造装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載された半導体製造装置において、
前記回転部は、前記プロセスガスの流れに応じて回転数が変動する半導体製造装置。
【請求項４】
請求項１に記載された半導体製造装置において、
前記半導体製造装置は、縦型拡散炉又は横型拡散炉である半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置の１つに、プロセスガスを用いて半導体基板としてのウエハ上に膜の形
成を行う縦型拡散炉がある。詳述すると、図５に示すように、縦型拡散炉１００は、複数
のウエハ１０２を載置することが可能なボート１０４と、ボート１０４を収納することが
可能な反応管１０６と、反応管１０６の中にプロセスガス１０８の供給を行う反応管１０
６の上面近傍に設けられたガス供給口１１０と、ガス供給口１１０から供給されたプロセ
スガス１０８を広げるための整流板１１２と、整流板１１２によって広げられたプロセス
ガス１０８を吸引によって排気を行う反応管１０６の側面における底面近傍の位置に設け
られたガス排気口１１４とを有する。プロセスガス１０８は、反応管１０６の下側から吸
引されることにより、反応管１０６の上側から下側に向かって流れ、ボート１０４の上側
に載置されたウエハ１０２からボート１０４の下側に載置されたウエハ１０２に亘って供
給される。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２３９８３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、反応管１０６の上側ではプロセスガス１０８が略均一に広がっているが
、ガス排気口１１０が側面における底面近傍の位置に設けられているので、反応管１０６
の下側ではプロセスガス１０８がガス排気口１１４に集中して（偏って）吸引されること
があった。プロセスガス１０８をウエハ１０２に対して均一になるように供給することが
必要である。
【０００５】
本発明の目的は、プロセスガスが偏って流れることを抑え、半導体基板上に形成される
膜の膜厚バラツキを低減することが可能な半導体製造装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明に係る半導体製造装置は、複数の半導体基板を収納するための柱状に形成
された反応管と、前記反応管内で複数の前記半導体基板を支持するボートと、前記反応管
の上面近傍に設けられ、前記ボート上の前記半導体基板に膜を形成するためのプロセスガ
スを行き亘らせるために、前記反応管の中に前記プロセスガスの供給を行うガス供給口と
、前記反応管の側面における底面近傍の位置に設けられ、前記反応管の外部に排気するた
めに、前記ガス供給口から供給された前記プロセスガスを吸引によって排気を行うガス排
気口と、前記ボートと前記ガス排気口との間に設けられ、前記ガス排気口によって吸引さ
れる前記プロセスガスの流れの勢い及び方向を変えることが可能な回転部と、を有する。
本発明によれば、ガス供給口から供給されたプロセスガスをガス排気口によって吸引する
とき、回転部によって、プロセスガスの流れの勢い及び方向を変えるようにしたので、プ
ロセスガスが反応管内において供給側から排気側に向かって偏って流れることを低減でき
る。これにより、ボートに載置された複数の半導体基板のうち、排気側に載置された半導
体基板であったとしても、プロセスガスと反応して形成された半導体基板上の膜厚のバラ
ツキが抑えられる。
【０００７】
（２）この半導体製造装置は、前記回転部は、前記反応管内に渦流を起こしてもよい。
【０００８】
（３）この半導体製造装置は、前記回転部は、前記プロセスガスの流れに応じて回転数
が変動してもよい。
【０００９】
（４）この半導体製造装置は、縦型拡散炉又は横型拡散炉であってもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係る半導体製造装置としての縦型拡散炉の実施の形態について図面を参
照して説明する。
【００１１】
図１は、本発明の実施の形態に係る縦型拡散炉の構造を示す透過斜視図である。半導体
製造装置としての縦型拡散炉は、半導体基板に膜を形成したり、半導体基板に注入された
不純物を拡散したりするために用いられる。
【００１２】
図１に示すように、本実施の形態に係る半導体製造装置では、半導体基板としてのウエ
ハ４が用意される。ウエハ４上に形成する膜としての酸化膜は、例えば、シリコン酸化膜
（ＳｉＯ2）である。縦型拡散炉２は、反応管１０と、ボート１２と、ガス供給口１４と
、ガス排気口１６と、整流板１８と、保温筒２４と、回転部としての整流ファン２０とを
有する。
【００１３】
反応管１０は、例えば、石英や炭化珪素（ＳＩＣ）からなり、上側が閉塞された上下方
向に長い筒型状（柱状）に形成されている。反応管１０の下側には、反応管１０内にボー
ト１２を搬入したり反応管１０内からボート１２を搬出したりするための、図示しない開
閉可能なシャッタが設けられている。
【００１４】
ボート１２は、例えば、石英や炭化珪素（ＳＩＣ）からなり、複数のウエハ４を載置す
るために用いられる。ボート１２は、熱処理を行うとき、反応管１０の中に収納される。
縦型拡散炉２は、ボート１２を反応管１０の中に搬入したり、反応管１０内から搬出した
りするために、上下動可能なローダ（図示せず）を有する。ヒータ（図示せず）の熱によ
って、反応管１０内の雰囲気が、例えば８００℃〜１２００℃に加熱される。ヒータは、
反応管１０内に配置された複数のウエハ４を加熱させるために、反応管１０の外側全周に
亘って設けられている。
【００１５】
ガス供給口１４は、反応管１０内に、例えば窒素ガスやプロセスガス２２を導入するた
めに、反応管１０内の上側（上面近傍）中央付近に設けられている。プロセスガス２２は
、例えば、ウエハ４上にシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）を形成するための酸素（Ｏ2）である
。反応管１０内にプロセスガス２２が導入されたあと、熱酸化法によって、ウエハ４上に
シリコン酸化膜が形成される。
【００１６】
ガス排気口１６は、図示しない排気設備に接続されており、反応管１０内に導入された
プロセスガス２２（熱処理済みのプロセスガスを含む）の排気を行っている。ガス排気口
１６は、反応管１０の側面における底面近傍の位置に設けられている。
【００１７】
整流板１８は、ガス供給口１４とボート１２との間に、水平に設けられている。整流板
１８は、例えば、円板状からなり、ガス供給口１４から供給されたプロセスガス２２を分
散させるための分散孔（図示せず）が形成されている。
【００１８】
保温筒２４は、台座８上に設けられ、反応管１０の挿入口を断熱している。保温筒２４
上方には、ボート支え２６（図２参照）を介して、ウエハ４を保持するボート１２が載置
されている。
【００１９】
整流ファン２０は、ボート１２と保温筒２４との間に水平に配置されている。整流ファ
ン２０は、プロセスガス２２が反応管１０の中で偏って流れないようにするために設けら
れている。整流ファン２０は、整流ファン２０が回転することによってプロセスガス２２
を渦流化することにより攪拌し、プロセスガス２２の流れる方向を変えている。なお、保
温筒２４は、ドーナツ型で保温筒２４の内側に整流ファン２０とボート支え２６が配置さ
れていてもよい（図２（Ａ）参照）。整流ファン２０とボート支え２６は、独立して回転
する。なお、保温筒２４は、石英柱２８を介して石英円板３０を重ね合わせることにより
構成されていてもよい（図２（Ａ）参照）。整流ファン２０の外周面と反応管１０の内周
面との間には、わずかな隙間を有していてもよい（図２（Ｂ）参照）。
【００２０】
以上のように構成された縦型拡散炉２によって熱処理を行うことにより、ボート１２に
載置されたウエハ４に均一にプロセスガス２２が接触し、これにより、ウエハ４に含まれ
るシリコン（Ｓｉ）とプロセスガス２２が反応し、その結果、ウエハ４上にシリコン酸化
膜（ＳｉＯ2）が均一に形成される。プロセスガス２２の流れの勢い及び方向を変えるこ
とで、ウエハ４上の全面にプロセスガス２２が均一に流れ、ウエハ４上に膜厚の均一なシ
リコン酸化膜が形成される。
【００２１】
次に、図３を参照しながら、縦型拡散炉２によってウエハ４上にシリコン酸化膜を形成
する手順を説明する。まず、反応管１０の中に不活性ガス（例えば、窒素ガス）を導入す
る。不活性ガスは、反応管１０の上側に設けられたガス供給口１４から供給する。反応管
１０の外周に配置されたヒータ（図示せず）の熱により、反応管１０内に載置されたウエ
ハ４を、熱処理可能な温度に加熱する（ステップＳ１００）。
【００２２】
次に、ウエハ４が熱処理可能な温度に達したところで、反応管１０の中に導入した不活
性ガス（窒素ガス）をプロセスガス２２に切り替える（ステップＳ１１０）。
【００２３】
次に、プロセスガス２２を反応管１０内の周方向全体に亘って広げる。詳しくは、ガス
供給口１４から供給されたプロセスガス２２は、ガス排気口１６の吸引によって下側に移
動するとともに、ガス供給口１４とボート１２との間に配置された整流板１８によって分
散し、反応管１０の周方向に広げられる（ステップＳ１２０）。
【００２４】
次に、プロセスガス２２が更に反応管１０の下側に向かって下降する。詳しくは、プロ
セスガス２２は、ガス排気口１６の吸引によって、ウエハ４の外周面と反応管１０の内周
面との隙間を下側に移動するとともに、ウエハ４の間に入り込む（ステップＳ１３０）。
【００２５】
次に、プロセスガス２２の流れの勢い及び方向は、ガス排気側にある整流ファン２０の
回転によって、変えられ調整（コントロール）される。詳しくは、整流ファン２０より下
側の領域では、ガス排気口１６に近い領域でプロセスガス２２が早く（強く）引かれ、ガ
ス排気口１６から遠い領域でプロセスガス２２が遅く（弱く）引かれている。一方、整流
ファン２０より上側の領域では、整流ファン２０が回転することによりプロセスガス２２
が渦流化することにより攪拌され、プロセスガス２２の流れの勢い及び方向がコントロー
ルされることによって、プロセスガス２２が均一にウエハ４の外周面と反応管１０の内周
面との隙間を下側に移動するとともに、ウエハ４の間に入り込む。これにより、ウエハ４
上の全面に、プロセスガス２２とウエハ４に含まれるシリコン（Ｓｉ）との反応により、
シリコン酸化膜（ＳｉＯ2）が均一に形成される（ステップＳ１４０）。
【００２６】
次に、プロセスガス２２をガス排気口１６から排気する。ガス排気口１６の吸引によっ
て、整流ファン２０を通ったプロセスガス２２を外部に排気する（ステップＳ１５０）。
【００２７】
以上のように、整流ファン２０を設けたことにより、図１に示すように、反応管１０内
の整流ファン２０の上方向の領域で、プロセスガス２２の流れを渦流化することにより攪
拌し流れの勢い及び方向をコントロールすることが可能となり、ガス排気口１６に近い領
域及び遠い領域に、プロセスガス２２を均一に分散させて流すことが可能となる。これに
より、ボート１２の下側の領域におけるガス排気口１６に近い領域及び遠い領域において
、プロセスガス２２の流れの偏りを抑えることができる。
【００２８】
なお、整流ファン２０は、プロセスガス２２の排気圧に応じて、図４に示すように、回
転数を制御してもよい。まず、反応管１０の中にプロセスガス２２を導入する（ステップ
Ｓ２００）。
【００２９】
次に、ある一定の回転数で整流ファン２０を回転させる（ステップＳ２１０）。
【００３０】
次に、ガス排気口１６の排気圧を測定する（ステップＳ２２０）。
【００３１】
次に、ガス排気口１６の排気圧に応じて、予め決められた回転数で整流ファン２０の回
転数を制御する（ステップＳ２３０）。
【００３２】
次に、ウエハ４上にシリコン酸化膜を形成する処理が終了したか判断する。処理が終了
した場合はステップＳ２５０へ進む。処理が終了していない場合はステップＳ２２０へ戻
る（ステップＳ２４０）。
【００３３】
次に、ある一定の回転数で整流ファン２０を回転させる（ステップＳ２５０）。
【００３４】
以降、プロセスガス２２をガス排気口１６から排気し、終了する。
【００３５】
以上詳述したように、本実施の形態に係る縦型拡散炉２によれば、以下に示す効果が得
られる。ガス供給口１４から供給されたプロセスガス２２をガス排気口１６によって吸引
するとき、整流ファン２０によって、プロセスガス２２の流れの勢い及び方向を変えるよ
うに渦流化することにより攪拌したので、プロセスガス２２が反応管１０内において供給
側から排気側に向かって偏って流れることを低減できる。これにより、ボート１２に載置
された複数のウエハ４のうち、排気側に載置されたウエハ４であったとしても、プロセス
ガス２２と反応して形成されたウエハ４上の膜厚のバラツキが抑えられる。
【００３６】
なお、上記した熱処理炉は、縦型炉を例に説明した。縦型炉に限定されず、横型炉であ
ってもよい。
【００３７】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能で
ある。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機
能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び結果が同一の構成）を含む。また、本
発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、
本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達
成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術
を付加した構成を含む。さらに、本発明は、実施の形態で説明した技術的事項のいずれか
を限定的に除外した内容を含む。あるいは、本発明は、上述した実施の形態から公知技術
を限定的に除外した内容を含む。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態に係る縦型拡散炉の構造を示す透過斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る第２整流板の構造を示す概観図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る縦型拡散炉によるウエハ上にシリコン酸化膜を形成する手順を説明するフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態に係る縦型拡散炉によるウエハ上にシリコン酸化膜を形成する手順を説明するフローチャートである。
【図５】従来の縦型熱処理装置を示す透過斜視図である。
【符号の説明】
【００３９】
２…縦型拡散炉  ４…ウエハ（半導体基板）  ８…台座  １０…反応管  １２…ボート
１４…ガス供給口  １６…ガス排気口  １８…整流板  ２０…整流ファン（回転部）  
２２…プロセスガス  ２４…保温筒  ２６…ボート支え  ２８…石英柱  ３０…石英円板
１００…縦型拡散炉  １０２…ウエハ  １０４…ボート  １０６…反応管  １０８…プ
ロセスガス  １１０…ガス供給口  １１２…整流板  １１４…ガス排気口。
【図１】
2007123421.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2007123421.tif 000006
【図５】
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