JP3554847B2 - 熱処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば半導体デバイスの製造プロセスにおいては、熱処理の一つとして被処理体である半導体ウエハの表面に酸化膜を形成する酸化処理工程があり、この酸化処理の一つの方法として、処理炉内において半導体ウエハを所定の処理温度で水蒸気と接触させて酸化（ウエット酸化）させる方法がある。このような処理を行うために、例えば特開昭６３−２１０５０１号公報等に示されているように、水素ガスと酸素ガスを反応（燃焼）させて水蒸気を発生させる燃焼装置を処理炉の外部に独立して設け、この燃焼装置により発生する水蒸気を処理炉に供給して熱処理を行うようにした熱処理装置が知られている。
【０００３】
また、熱処理装置としては、微減圧の工場排気系に接続される排気系を備えたものがあり、この熱処理装置は、処理炉内を所定の排気圧力で排気する排気系にバラフライ弁方式もしくはステッピングモータとスプリングで弁開度を調整する方式の排気圧コントロール弁および差圧計を設けて排気圧力を制御するように構成されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記熱処理装置においては、排気圧コントロール弁がバタフライ弁方式である場合、水蒸気が結露して弁と管の間に水膜ができ、制御が不安定になり易いことから、これを回避するために弁の前後に大気導入ポートを設ける必要があり、排気圧コントロール弁がステッピングモータとスプリングで弁開度を調整する方式である場合、弁の可変を円滑にして制御性を安定させるために弁に不活性ガスを導入する必要があり、構造の煩雑化を招いていた。
【０００５】
また、差圧計のみによる制御であるため、気圧（天候）の変動の影響を受け易く、常に一定の膜厚の酸化膜を形成する膜厚再現性に困難を伴なっていた。しかも、前記差圧計は微差圧用であることもあって、あえて零点調整が可能に構成されていなかったので、長期的な膜厚再現性ないし長期的な制御の信頼性を得ることが難しかった。
【０００６】
本発明は、前記事情を考慮してなされたもので、構造の簡素化が図れると共に長期的な膜厚再現性が得られる熱処理装置を提供することを目的とする。また、本発明は、構造の簡素化が図れ、長期的な膜厚再現性が得られると共に複数の熱処理装置間での膜厚のばらつきを抑制できる熱処理装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のうち、請求項１に係る発明は、処理炉内に被処理体を収容し、処理ガスを供給して所定の処理温度で熱処理する装置において、前記処理炉内を所定の排気圧力で排気する排気系と、該排気系に設けられた開閉および圧力調節の可能な圧力可変バルブと、前記排気圧力を大気圧との差圧で検出する差圧計と、気圧を絶対圧で検出する気圧計と、前記差圧計の検出圧力を基に排気系が設定圧力になるように前記圧力可変バルブを制御すると共に前記気圧計の検出圧力を基に前記差圧計の検出圧力を補正する制御部とを備え、前記差圧計が処理炉内を大気開放することにより零点調整が可能に構成されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明は、処理炉内に被処理体を収容し、処理ガスを供給して所定の処理温度で熱処理する装置において、前記処理炉内を所定の排気圧力で排気する排気系と、該排気系に設けられた開閉および圧力調節の可能な圧力可変バルブと、前記排気圧力を大気圧との差圧で検出する差圧計と、気圧を絶対圧で検出する気圧計と、前記差圧計の検出圧力を基に排気系が設定圧力になるように前記圧力可変バルブを制御すると共に前記気圧計の検出圧力を基に前記差圧計の検出圧力を補正する制御部とを備え、前記差圧計が処理炉内を大気開放することにより零点調整が可能に構成されていると共に、一つの前記気圧計からの出力信号を複数の熱処理装置の各制御部に入力するように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の熱処理装置において、前記排気系が微減圧の工場排気系に接続されており、前記排気系には作動気体の導入により排気圧力を下げるためのエゼクタが設けられていることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を添付図面に基いて詳述する。
【００１１】
本発明の実施の形態を示す図１において、１は例えば熱酸化処理に適するように構成された熱処理装置で、被処理体例えば半導体ウエハｗを収容し、処理ガスとして例えば水分を導入して例えば８５０℃程度の高温下で熱処理例えば熱酸化処理を行う縦型でバッチ式の処理炉２を備えている。この処理炉１は上端が閉塞され下端が開放した縦長円筒状の耐熱性を有する例えば石英製の処理容器（反応管）３と、この処理容器３周囲に設けられ炉内（処理容器内）を所定の温度例えば３００〜１０００℃程度に加熱制御可能なヒータ４とから主に構成されている。処理容器３は、図示例では二重管構造とされているが、単管構造であっても良い。
【００１２】
この処理容器３は、炉口として開放された下端開口部５が蓋体６で気密に閉塞されることにより、気密性の高い処理炉２を構成するようになっている。前記蓋体６上には、多数枚例えば１５０枚程度の半導体ウエハＷを水平状態で上下方向に間隔をおいて多段に搭載保持する保持具である例えば石英製のボート７が炉口断熱手段例えば保温筒８を介して載置されている。
【００１３】
処理炉２の下方には、作業領域であるローディングア１０が設けられ、このローディングエリア１０には前記蓋体６を昇降させて処理容器３内へのボート７のロード（搬入）ならびにアンロード（搬出）および炉口（下端開口部）５の開閉を行うように構成されている。処理容器３の下側部には、ガス導入管部（ガス導入ポート）１１が適宜個数設けられており、これらガス導入管部１１からガス通路１２を介して処理容器３の頂部に導かれた処理ガスが頂部から処理容器３内に導入されるようになっている。
【００１４】
前記ガス導入管部１１の一つには、処理ガス供給手段例えば水分供給手段として、水素Ｈ２と酸素Ｏ２を反応させて水分Ｈ２Ｏを発生させる水分発生装置１３が接続されている。他のガス導入管部には、その他の処理ガス例えば一酸化窒素ガスＮＯや一酸化二窒素ガスＮ２Ｏ、塩化水素ＨＣｌあるいは不活性ガス例えばＮ２等を供給するガス供給源が接続されている（図示省略）。前記水分発生装置１３は、触媒反応を利用することにより水素と酸素を反応させて水分ガスを発生させるもので、従来の外部燃焼装置と比較して反応温度が低温で、パーティクルや汚染のない高純度の水分ガスが得られる。
【００１５】
また、前記処理容器３の下側壁には、処理容器３内を排気するための排気管部（排気ポート）１４が設けられており、この排気管部１４には排気系１５の配管（排気管）１６が接続されている。図示例では、排気管１６は、排気中の水分が凝縮して生じたドレン水を排水するために、排気管部１４に下降配管１７を介して接続された例えばテフロン（登録商標）製のダクト１８と、このダクト１８から上方に立上がった水冷式の凝縮用配管１９とを途中に有している。前記ダクト１８の下部にはドレン管２０が接続され、このドレン管２０にはドレンタンク２１、空気圧制御式の弁２２が順に設けられている。
【００１６】
また、ダクト１８には、排気系１５の排気圧力を大気圧との差圧で検出する差圧計２３が設けられている。この差圧計２３としては、例えば±１３．３ｋＰａ（±１００Ｔｏｒｒ）のレンジで検知可能で、０−１０Ｖで出力可能なものが用いられる。特に、前記差圧計２３は、蓋体６を開けて処理容器３内を大気に開放することにより零点調整が可能に構成されている。
【００１７】
差圧計２３は、変形歪量を電気量（電圧）として検出して出力するセンサ部を取付けた受圧部材２４を有し、その受圧部材２４の一方の面に排気系の排気圧力がかかり、他方の面に大気圧がかかるようになっている。差圧計２３は、蓋体を開けて処理容器内を大気に開放する（この時、圧力可変バルブ２５を閉じておくことが好ましい。）と、受圧部材２４の両面が大気圧となるため、この時の出力が５Ｖになるように出力調整摘みにて出力を調整することにより零点調整（較正）が可能になっている。
【００１８】
前記排気管１６は、耐食性を有する例えば石英製、ＳＵＳ製、テフロン（登録商標）製等であることが好ましい。排気管１６の下流は、工場排気系の排気ダクトに接続されている。工場排気系の排気圧力は、例えば大気圧との差圧が−１３３０Ｐａ［−１０Ｔｏｒｒ］程度の微減圧とされている。
【００１９】
前記排気管１６の凝縮用配管１９よりも下流には、開閉および圧力調節の可能な圧力可変バルブ２５が設けられている。この圧力可変バルブ２５は、例えば電気信号を空気圧に変換して弁体の位置制御を行うようになっていると共に、弁体の着座部にＯリングを有しシャットオフができるようになっている。前記差圧計２３および圧力可変バルブ２５は、過酷な腐食環境に耐え得るように、接ガス面が非金属の耐食性材料例えば耐食性樹脂好ましくはフッ素樹脂によって形成されていることが好ましい。
【００２０】
工場排気系は、複数台の熱処理装置１が多連に接続されているため、引きが弱いだけでなく、圧力変動がある。そこで、これを解消するために、排気管１６の圧力可変バルブ２５よりも下流には作動気体の導入により排気圧力を下げるためのエゼクタ２６が設けられていることが好ましい。このエゼクタ２６は、図２に示すように、例えば２個のエゼクタ部材２６ａ，２６ｂを直列に接続してなり、各エゼクタ部材２６ａ，２６ｂには排気管１６の下流側が分岐接続されている。１段目のエゼクタ部材２６ａには、その作動気体として空気または不活性ガス例えば窒素ガスＮ２が電空レギュレータ２７を介して所定流量に制御されて導入されることにより、１段目のエゼクタ部材２６ａに排気管１６から排気が吸引されるようになっている。
【００２１】
２段目のエゼクタ部材２６ｂは、前記１段目のエゼクタ部材２６ａから排出されるガスが導入されることにより排気管１６から排気を吸引するようになっている。２段目のエゼクタ部材２６ｂから排出されるガスは、工場排気系に排出される。前記電空レギュレータ２７は、排気管１６内の排気圧力が所定の圧力となるように装置コントローラ２８により制御されるように構成されている。前記エゼクタ２６によれば、例えば作動気体として空気または窒素ガスを毎分４０リットル供給することにより、例えば大気圧から−１３３ｈＰａ［−１００Ｔｏｒｒ］の減圧排気が可能である。
【００２２】
前記排気管１６には、圧力可変バルブ２５およびエゼクタ２６をバイパスするバイパス管２９が接続され、このバイパス管２９にはバイパス弁３０が設けられている。バイパス弁３０は、通常閉弁されているが、例えば停電時に圧力可変バルブ２５が自動閉弁したときに、処理容器３内に導入される不活性ガス例えば窒素ガスを排気すべく開弁されるようになっている。
【００２３】
そして、前記熱処理装置１は、前記差圧計２３の検出圧力が気圧によって変動するため、これを防止するために、気圧を絶対圧で検出する気圧計３１と、前記差圧計３１の検出圧力を基に排気系１５が設定圧力になるように前記圧力可変バルブ２５を制御すると共に前記気圧計３１の検出圧力を基に前記差圧計２３の検出圧力を補正する制御部（バルブ制御部）３２と備えている。前記気圧計３１は熱処理装置１の設置場所に設置される。
【００２４】
前記装置コントローラ２８の図示しない操作パネルで当該熱処理装置１の処理圧力を設定し、その設定圧力が装置コンローラ２８から制御部３２に入力されるようになっている。この場合、装置コントローラ２８は、例えば９０４〜１０３７ｈＰａ［６８０〜７８０Ｔｏｒｒ］の範囲内で処理圧力を設定でき、これを０−５Ｖで制御部３２に入力するようになっている。前記気圧計３１としては、例えば８００〜１１００ｈＰａのレンジで検知可能で、０−５Ｖで出力可能なものが用いられことが好ましい。
【００２５】
例えば、前記熱処理装置１の設置場所における気圧Ａが１０１０ｈＰａ［７６０Ｔｏｒｒ］であり、処理圧力（設定圧力）Ｂを９３１ｈＰａ［７００Ｔｏｒｒ］と設定した場合、制御部３２は排気管１６内の排気圧力Ｃを差圧計２３により検出して排気圧力Ｃが設定圧力Ｂになるように圧力可変バルブ２５の開度を制御する。この場合、差圧計２３は排気圧力Ｃを大気圧Ａとの差圧（Ｃ−Ａ）で検出している。この熱処理中に、天候の変動で例えば低気圧の接近により気圧Ａが例えば９３１ｈＰａ（７００Ｔｏｒｒ）に変動すると、差圧計２３の検出圧力も変動し、その変動した検出圧力を基に排気圧力が制御されるので、半導体ウエハｗの表面に形成される酸化膜の膜厚が変化してしまう。
【００２６】
そこで、これを防止するために、その時の気圧９３１ｈＰａ［７００Ｔｏｒｒ］を気圧計３１により検出してその検出信号を制御部３２に取込んで差圧計２３の検出圧力を補正することにより、排気系１５の排気圧力が９３１ｈＰａ［７００Ｔｏｒｒ］になるように制御する。これにより、天候の変動すなわち気圧の変動に関わらず、排気系１５の排気圧力すなわち処理炉１内の処理圧力を常に一定に保つことができ、酸化膜の膜厚を一定（均一）にすることができる。
【００２７】
一方、半導体装置の製造工場では、前記熱処理装置１が装置１、装置２、装置３…装置ｎという具合に複数設置されている。これらの装置に同一の気圧信号を入力して装置間での膜厚のばらつきを抑制ないし防止するために、共通の一つの気圧計３１を用い、この気圧計３１からの出力信号を複数の熱処理装置の各制御部３２に入力するように構成されている。
【００２８】
本実施の形態の熱処理装置１は、ガス導入系および排気系の配管接続部や処理炉の蓋体密閉部に気密材例えばＯリングを使用することにより、リークタイトな気密構造とされ、大気圧付近の常圧処理だけでなく弱減圧処理や陽圧処理もリークなしで行えるようになっていることが好ましい。
【００２９】
このように熱処理装置１は、処理炉２内にウエハｗを収容し、処理ガスを供給して所定の処理温度で熱処理する装置において、前記処理炉２内を所定の排気圧力で排気する排気系１５と、この排気系１５に設けられた開閉および圧力調節の可能な圧力可変バルブ２５と、前記排気圧力を大気圧との差圧で検出する差圧計２３と、気圧を絶対圧で検出する気圧計３１と、前記差圧計２３の検出圧力を基に排気系１６が設定圧力になるように前記圧力可変バルブ２５を制御すると共に前記気圧計３１の検出圧力を基に前記差圧計２３の検出圧力を補正する制御部３２とを備えている。このため、気圧を常にモニターしている気圧計３１の信号を制御部３２に取込み、差圧計２３の検出圧力を気圧の変動に応じて補正することにより、天候の変動に関らずに常に一定の圧力でプロセスを行うことができ、差圧計を用いた制御でありながら差圧計と気圧計を使った絶対圧制御なので、天候の変動に左右されることなく安定して制御することが可能となり、何時でも均一な膜厚の処理膜例えば酸化膜を形成すること可能となる。
【００３０】
また、従来の熱処理装置と異なり、大気導入や不活性ガス導入を必要とすることなく安定な制御が可能になると共に、排気系１６の構造が簡素化され、コストの低減が図れる。なお、前記熱処理装置１においては、排気系１５の圧力可変バルブ２５前後への大気導入や不活性ガス導入は不要であるが、大気圧導入や不活性ガス導入を行うようにしてもよい。
【００３１】
特に、前記差圧計２３が処理炉２内を大気開放することにより零点調整が可能に構成されているため、蓋体６を開けて処理炉２内を大気開放することにより差圧計２３の零点調整を容易に行うことができ、差圧計２３の零点調整を定期的にあるいは適宜行うことにより長期的な膜厚再現性ないし制御の信頼性が得られる。蓋体６を開けて処理炉２内を大気開放したとき、差圧計が正常であれば５Ｖを出力するため、その出力値を見るだけで差圧計２３が正常か否かを容易に判断でき、正常でないときに差圧計２３の出力が５Ｖになるように零点調整を行えば良い。
【００３２】
また、一つの気圧計３１からの出力信号を複数の熱処理装置１の各制御部３２に入力するように構成されているため、構造の簡素化が図れると共に、複数の熱処理装置１間での膜厚のばらつきを抑制ないし防止できる。更に、前記排気系１５には作動気体の導入により排気圧力を下げるためのエゼクタ２６が設けられているため、排気系１５が微減圧の工場排気系に接続されていても、処理に必要な十分な排気圧力が得られる。エゼクタ２６は複数段式であるため、少ない作動気体の消費量で大気圧変動以上の排気能力を得ることができる。更に、電空レギュレータ２７で複数段式エゼクタ２６への供給ガス流量を可変できるため、より省エネルギ型のシステムを提供することができる。
【００３３】
以上、本発明の実施の形態を図面により詳述してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の設計変更等が可能である。例えば、前記実施の形態では、処理炉として、縦型炉が例示されているが、横型炉であってもよく、また、バッチ式が例示されているが、枚葉式であってもよい。被処理体としては、半導体ウエハ以外に、例えばＬＣＤ基板やガラス基板等であってもよい。上記水分供給手段としては、触媒式に限定されず、例えば燃焼式、気化器式、沸騰式等であってもよい。また、前記実施の形態では、本発明を酸化処理装置に適用した場合が示されているが、本発明の熱処理装置は、酸化処理以外に、例えば拡散処理、ＣＶＤ処理、アニール処理等にも適用可能に構成されていても良い。
【００３４】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
【００３５】
（１）請求項１に係る発明によれば、処理炉内に被処理体を収容し、処理ガスを供給して所定の処理温度で熱処理する装置において、前記処理炉内を所定の排気圧力で排気する排気系と、該排気系に設けられた開閉および圧力調節の可能な圧力可変バルブと、前記排気圧力を大気圧との差圧で検出する差圧計と、気圧を絶対圧で検出する気圧計と、前記差圧計の検出圧力を基に排気系が設定圧力になるように前記圧力可変バルブを制御すると共に前記気圧計の検出圧力を基に前記差圧計の検出圧力を補正する制御部とを備え、前記差圧計が処理炉内を大気開放することにより零点調整が可能に構成されているため、構造の簡素化が図れると共に長期的な膜厚再現性ないし制御の信頼性が得られる。
【００３６】
（２）請求項２に係る発明によれば、処理炉内に被処理体を収容し、処理ガスを供給して所定の処理温度で熱処理する装置において、前記処理炉内を所定の排気圧力で排気する排気系と、該排気系に設けられた開閉および圧力調節の可能な圧力可変バルブと、前記排気圧力を大気圧との差圧で検出する差圧計と、気圧を絶対圧で検出する気圧計と、前記差圧計の検出圧力を基に排気系が設定圧力になるように前記圧力可変バルブを制御すると共に前記気圧計の検出圧力を基に前記差圧計の検出圧力を補正する制御部とを備え、前記差圧計が処理炉内を大気開放することにより零点調整が可能に構成されていると共に、一つの前記気圧計からの出力信号を複数の熱処理装置の各制御部に入力するように構成されているため、構造の簡素化が図れ、長期的な膜厚再現性ないし制御の信頼性が得られると共に、複数の熱処理装置間での膜厚のばらつきを抑制できる。
【００３７】
（３）請求項３に係る発明によれば、前記排気系が微減圧の工場排気系に接続されており、前記排気系には作動気体の導入により排気圧力を下げるためのエゼクタが設けられているため、排気系が微減圧の工場排気系に接続されていても、処理に必要な十分な排気圧力が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態である熱処理装置の構成を示す図である。
【図２】エゼクタの構成を示す図である。
【符号の説明】
ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
１ 熱処理装置
２ 処理炉
１５ 排気系
２３ 差圧計
２５ 圧力可変バルブ
３１ 気圧計
３２ 制御部
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば半導体デバイスの製造プロセスにおいては、熱処理の一つとして被処理体である半導体ウエハの表面に酸化膜を形成する酸化処理工程があり、この酸化処理の一つの方法として、処理炉内において半導体ウエハを所定の処理温度で水蒸気と接触させて酸化（ウエット酸化）させる方法がある。このような処理を行うために、例えば特開昭６３−２１０５０１号公報等に示されているように、水素ガスと酸素ガスを反応（燃焼）させて水蒸気を発生させる燃焼装置を処理炉の外部に独立して設け、この燃焼装置により発生する水蒸気を処理炉に供給して熱処理を行うようにした熱処理装置が知られている。
【０００３】
また、熱処理装置としては、微減圧の工場排気系に接続される排気系を備えたものがあり、この熱処理装置は、処理炉内を所定の排気圧力で排気する排気系にバラフライ弁方式もしくはステッピングモータとスプリングで弁開度を調整する方式の排気圧コントロール弁および差圧計を設けて排気圧力を制御するように構成されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記熱処理装置においては、排気圧コントロール弁がバタフライ弁方式である場合、水蒸気が結露して弁と管の間に水膜ができ、制御が不安定になり易いことから、これを回避するために弁の前後に大気導入ポートを設ける必要があり、排気圧コントロール弁がステッピングモータとスプリングで弁開度を調整する方式である場合、弁の可変を円滑にして制御性を安定させるために弁に不活性ガスを導入する必要があり、構造の煩雑化を招いていた。
【０００５】
また、差圧計のみによる制御であるため、気圧（天候）の変動の影響を受け易く、常に一定の膜厚の酸化膜を形成する膜厚再現性に困難を伴なっていた。しかも、前記差圧計は微差圧用であることもあって、あえて零点調整が可能に構成されていなかったので、長期的な膜厚再現性ないし長期的な制御の信頼性を得ることが難しかった。
【０００６】
本発明は、前記事情を考慮してなされたもので、構造の簡素化が図れると共に長期的な膜厚再現性が得られる熱処理装置を提供することを目的とする。また、本発明は、構造の簡素化が図れ、長期的な膜厚再現性が得られると共に複数の熱処理装置間での膜厚のばらつきを抑制できる熱処理装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のうち、請求項１に係る発明は、処理炉内に被処理体を収容し、処理ガスを供給して所定の処理温度で熱処理する装置において、前記処理炉内を所定の排気圧力で排気する排気系と、該排気系に設けられた開閉および圧力調節の可能な圧力可変バルブと、前記排気圧力を大気圧との差圧で検出する差圧計と、気圧を絶対圧で検出する気圧計と、前記差圧計の検出圧力を基に排気系が設定圧力になるように前記圧力可変バルブを制御すると共に前記気圧計の検出圧力を基に前記差圧計の検出圧力を補正する制御部とを備え、前記差圧計が処理炉内を大気開放することにより零点調整が可能に構成されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明は、処理炉内に被処理体を収容し、処理ガスを供給して所定の処理温度で熱処理する装置において、前記処理炉内を所定の排気圧力で排気する排気系と、該排気系に設けられた開閉および圧力調節の可能な圧力可変バルブと、前記排気圧力を大気圧との差圧で検出する差圧計と、気圧を絶対圧で検出する気圧計と、前記差圧計の検出圧力を基に排気系が設定圧力になるように前記圧力可変バルブを制御すると共に前記気圧計の検出圧力を基に前記差圧計の検出圧力を補正する制御部とを備え、前記差圧計が処理炉内を大気開放することにより零点調整が可能に構成されていると共に、一つの前記気圧計からの出力信号を複数の熱処理装置の各制御部に入力するように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の熱処理装置において、前記排気系が微減圧の工場排気系に接続されており、前記排気系には作動気体の導入により排気圧力を下げるためのエゼクタが設けられていることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を添付図面に基いて詳述する。
【００１１】
本発明の実施の形態を示す図１において、１は例えば熱酸化処理に適するように構成された熱処理装置で、被処理体例えば半導体ウエハｗを収容し、処理ガスとして例えば水分を導入して例えば８５０℃程度の高温下で熱処理例えば熱酸化処理を行う縦型でバッチ式の処理炉２を備えている。この処理炉１は上端が閉塞され下端が開放した縦長円筒状の耐熱性を有する例えば石英製の処理容器（反応管）３と、この処理容器３周囲に設けられ炉内（処理容器内）を所定の温度例えば３００〜１０００℃程度に加熱制御可能なヒータ４とから主に構成されている。処理容器３は、図示例では二重管構造とされているが、単管構造であっても良い。
【００１２】
この処理容器３は、炉口として開放された下端開口部５が蓋体６で気密に閉塞されることにより、気密性の高い処理炉２を構成するようになっている。前記蓋体６上には、多数枚例えば１５０枚程度の半導体ウエハＷを水平状態で上下方向に間隔をおいて多段に搭載保持する保持具である例えば石英製のボート７が炉口断熱手段例えば保温筒８を介して載置されている。
【００１３】
処理炉２の下方には、作業領域であるローディングア１０が設けられ、このローディングエリア１０には前記蓋体６を昇降させて処理容器３内へのボート７のロード（搬入）ならびにアンロード（搬出）および炉口（下端開口部）５の開閉を行うように構成されている。処理容器３の下側部には、ガス導入管部（ガス導入ポート）１１が適宜個数設けられており、これらガス導入管部１１からガス通路１２を介して処理容器３の頂部に導かれた処理ガスが頂部から処理容器３内に導入されるようになっている。
【００１４】
前記ガス導入管部１１の一つには、処理ガス供給手段例えば水分供給手段として、水素Ｈ２と酸素Ｏ２を反応させて水分Ｈ２Ｏを発生させる水分発生装置１３が接続されている。他のガス導入管部には、その他の処理ガス例えば一酸化窒素ガスＮＯや一酸化二窒素ガスＮ２Ｏ、塩化水素ＨＣｌあるいは不活性ガス例えばＮ２等を供給するガス供給源が接続されている（図示省略）。前記水分発生装置１３は、触媒反応を利用することにより水素と酸素を反応させて水分ガスを発生させるもので、従来の外部燃焼装置と比較して反応温度が低温で、パーティクルや汚染のない高純度の水分ガスが得られる。
【００１５】
また、前記処理容器３の下側壁には、処理容器３内を排気するための排気管部（排気ポート）１４が設けられており、この排気管部１４には排気系１５の配管（排気管）１６が接続されている。図示例では、排気管１６は、排気中の水分が凝縮して生じたドレン水を排水するために、排気管部１４に下降配管１７を介して接続された例えばテフロン（登録商標）製のダクト１８と、このダクト１８から上方に立上がった水冷式の凝縮用配管１９とを途中に有している。前記ダクト１８の下部にはドレン管２０が接続され、このドレン管２０にはドレンタンク２１、空気圧制御式の弁２２が順に設けられている。
【００１６】
また、ダクト１８には、排気系１５の排気圧力を大気圧との差圧で検出する差圧計２３が設けられている。この差圧計２３としては、例えば±１３．３ｋＰａ（±１００Ｔｏｒｒ）のレンジで検知可能で、０−１０Ｖで出力可能なものが用いられる。特に、前記差圧計２３は、蓋体６を開けて処理容器３内を大気に開放することにより零点調整が可能に構成されている。
【００１７】
差圧計２３は、変形歪量を電気量（電圧）として検出して出力するセンサ部を取付けた受圧部材２４を有し、その受圧部材２４の一方の面に排気系の排気圧力がかかり、他方の面に大気圧がかかるようになっている。差圧計２３は、蓋体を開けて処理容器内を大気に開放する（この時、圧力可変バルブ２５を閉じておくことが好ましい。）と、受圧部材２４の両面が大気圧となるため、この時の出力が５Ｖになるように出力調整摘みにて出力を調整することにより零点調整（較正）が可能になっている。
【００１８】
前記排気管１６は、耐食性を有する例えば石英製、ＳＵＳ製、テフロン（登録商標）製等であることが好ましい。排気管１６の下流は、工場排気系の排気ダクトに接続されている。工場排気系の排気圧力は、例えば大気圧との差圧が−１３３０Ｐａ［−１０Ｔｏｒｒ］程度の微減圧とされている。
【００１９】
前記排気管１６の凝縮用配管１９よりも下流には、開閉および圧力調節の可能な圧力可変バルブ２５が設けられている。この圧力可変バルブ２５は、例えば電気信号を空気圧に変換して弁体の位置制御を行うようになっていると共に、弁体の着座部にＯリングを有しシャットオフができるようになっている。前記差圧計２３および圧力可変バルブ２５は、過酷な腐食環境に耐え得るように、接ガス面が非金属の耐食性材料例えば耐食性樹脂好ましくはフッ素樹脂によって形成されていることが好ましい。
【００２０】
工場排気系は、複数台の熱処理装置１が多連に接続されているため、引きが弱いだけでなく、圧力変動がある。そこで、これを解消するために、排気管１６の圧力可変バルブ２５よりも下流には作動気体の導入により排気圧力を下げるためのエゼクタ２６が設けられていることが好ましい。このエゼクタ２６は、図２に示すように、例えば２個のエゼクタ部材２６ａ，２６ｂを直列に接続してなり、各エゼクタ部材２６ａ，２６ｂには排気管１６の下流側が分岐接続されている。１段目のエゼクタ部材２６ａには、その作動気体として空気または不活性ガス例えば窒素ガスＮ２が電空レギュレータ２７を介して所定流量に制御されて導入されることにより、１段目のエゼクタ部材２６ａに排気管１６から排気が吸引されるようになっている。
【００２１】
２段目のエゼクタ部材２６ｂは、前記１段目のエゼクタ部材２６ａから排出されるガスが導入されることにより排気管１６から排気を吸引するようになっている。２段目のエゼクタ部材２６ｂから排出されるガスは、工場排気系に排出される。前記電空レギュレータ２７は、排気管１６内の排気圧力が所定の圧力となるように装置コントローラ２８により制御されるように構成されている。前記エゼクタ２６によれば、例えば作動気体として空気または窒素ガスを毎分４０リットル供給することにより、例えば大気圧から−１３３ｈＰａ［−１００Ｔｏｒｒ］の減圧排気が可能である。
【００２２】
前記排気管１６には、圧力可変バルブ２５およびエゼクタ２６をバイパスするバイパス管２９が接続され、このバイパス管２９にはバイパス弁３０が設けられている。バイパス弁３０は、通常閉弁されているが、例えば停電時に圧力可変バルブ２５が自動閉弁したときに、処理容器３内に導入される不活性ガス例えば窒素ガスを排気すべく開弁されるようになっている。
【００２３】
そして、前記熱処理装置１は、前記差圧計２３の検出圧力が気圧によって変動するため、これを防止するために、気圧を絶対圧で検出する気圧計３１と、前記差圧計３１の検出圧力を基に排気系１５が設定圧力になるように前記圧力可変バルブ２５を制御すると共に前記気圧計３１の検出圧力を基に前記差圧計２３の検出圧力を補正する制御部（バルブ制御部）３２と備えている。前記気圧計３１は熱処理装置１の設置場所に設置される。
【００２４】
前記装置コントローラ２８の図示しない操作パネルで当該熱処理装置１の処理圧力を設定し、その設定圧力が装置コンローラ２８から制御部３２に入力されるようになっている。この場合、装置コントローラ２８は、例えば９０４〜１０３７ｈＰａ［６８０〜７８０Ｔｏｒｒ］の範囲内で処理圧力を設定でき、これを０−５Ｖで制御部３２に入力するようになっている。前記気圧計３１としては、例えば８００〜１１００ｈＰａのレンジで検知可能で、０−５Ｖで出力可能なものが用いられことが好ましい。
【００２５】
例えば、前記熱処理装置１の設置場所における気圧Ａが１０１０ｈＰａ［７６０Ｔｏｒｒ］であり、処理圧力（設定圧力）Ｂを９３１ｈＰａ［７００Ｔｏｒｒ］と設定した場合、制御部３２は排気管１６内の排気圧力Ｃを差圧計２３により検出して排気圧力Ｃが設定圧力Ｂになるように圧力可変バルブ２５の開度を制御する。この場合、差圧計２３は排気圧力Ｃを大気圧Ａとの差圧（Ｃ−Ａ）で検出している。この熱処理中に、天候の変動で例えば低気圧の接近により気圧Ａが例えば９３１ｈＰａ（７００Ｔｏｒｒ）に変動すると、差圧計２３の検出圧力も変動し、その変動した検出圧力を基に排気圧力が制御されるので、半導体ウエハｗの表面に形成される酸化膜の膜厚が変化してしまう。
【００２６】
そこで、これを防止するために、その時の気圧９３１ｈＰａ［７００Ｔｏｒｒ］を気圧計３１により検出してその検出信号を制御部３２に取込んで差圧計２３の検出圧力を補正することにより、排気系１５の排気圧力が９３１ｈＰａ［７００Ｔｏｒｒ］になるように制御する。これにより、天候の変動すなわち気圧の変動に関わらず、排気系１５の排気圧力すなわち処理炉１内の処理圧力を常に一定に保つことができ、酸化膜の膜厚を一定（均一）にすることができる。
【００２７】
一方、半導体装置の製造工場では、前記熱処理装置１が装置１、装置２、装置３…装置ｎという具合に複数設置されている。これらの装置に同一の気圧信号を入力して装置間での膜厚のばらつきを抑制ないし防止するために、共通の一つの気圧計３１を用い、この気圧計３１からの出力信号を複数の熱処理装置の各制御部３２に入力するように構成されている。
【００２８】
本実施の形態の熱処理装置１は、ガス導入系および排気系の配管接続部や処理炉の蓋体密閉部に気密材例えばＯリングを使用することにより、リークタイトな気密構造とされ、大気圧付近の常圧処理だけでなく弱減圧処理や陽圧処理もリークなしで行えるようになっていることが好ましい。
【００２９】
このように熱処理装置１は、処理炉２内にウエハｗを収容し、処理ガスを供給して所定の処理温度で熱処理する装置において、前記処理炉２内を所定の排気圧力で排気する排気系１５と、この排気系１５に設けられた開閉および圧力調節の可能な圧力可変バルブ２５と、前記排気圧力を大気圧との差圧で検出する差圧計２３と、気圧を絶対圧で検出する気圧計３１と、前記差圧計２３の検出圧力を基に排気系１６が設定圧力になるように前記圧力可変バルブ２５を制御すると共に前記気圧計３１の検出圧力を基に前記差圧計２３の検出圧力を補正する制御部３２とを備えている。このため、気圧を常にモニターしている気圧計３１の信号を制御部３２に取込み、差圧計２３の検出圧力を気圧の変動に応じて補正することにより、天候の変動に関らずに常に一定の圧力でプロセスを行うことができ、差圧計を用いた制御でありながら差圧計と気圧計を使った絶対圧制御なので、天候の変動に左右されることなく安定して制御することが可能となり、何時でも均一な膜厚の処理膜例えば酸化膜を形成すること可能となる。
【００３０】
また、従来の熱処理装置と異なり、大気導入や不活性ガス導入を必要とすることなく安定な制御が可能になると共に、排気系１６の構造が簡素化され、コストの低減が図れる。なお、前記熱処理装置１においては、排気系１５の圧力可変バルブ２５前後への大気導入や不活性ガス導入は不要であるが、大気圧導入や不活性ガス導入を行うようにしてもよい。
【００３１】
特に、前記差圧計２３が処理炉２内を大気開放することにより零点調整が可能に構成されているため、蓋体６を開けて処理炉２内を大気開放することにより差圧計２３の零点調整を容易に行うことができ、差圧計２３の零点調整を定期的にあるいは適宜行うことにより長期的な膜厚再現性ないし制御の信頼性が得られる。蓋体６を開けて処理炉２内を大気開放したとき、差圧計が正常であれば５Ｖを出力するため、その出力値を見るだけで差圧計２３が正常か否かを容易に判断でき、正常でないときに差圧計２３の出力が５Ｖになるように零点調整を行えば良い。
【００３２】
また、一つの気圧計３１からの出力信号を複数の熱処理装置１の各制御部３２に入力するように構成されているため、構造の簡素化が図れると共に、複数の熱処理装置１間での膜厚のばらつきを抑制ないし防止できる。更に、前記排気系１５には作動気体の導入により排気圧力を下げるためのエゼクタ２６が設けられているため、排気系１５が微減圧の工場排気系に接続されていても、処理に必要な十分な排気圧力が得られる。エゼクタ２６は複数段式であるため、少ない作動気体の消費量で大気圧変動以上の排気能力を得ることができる。更に、電空レギュレータ２７で複数段式エゼクタ２６への供給ガス流量を可変できるため、より省エネルギ型のシステムを提供することができる。
【００３３】
以上、本発明の実施の形態を図面により詳述してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の設計変更等が可能である。例えば、前記実施の形態では、処理炉として、縦型炉が例示されているが、横型炉であってもよく、また、バッチ式が例示されているが、枚葉式であってもよい。被処理体としては、半導体ウエハ以外に、例えばＬＣＤ基板やガラス基板等であってもよい。上記水分供給手段としては、触媒式に限定されず、例えば燃焼式、気化器式、沸騰式等であってもよい。また、前記実施の形態では、本発明を酸化処理装置に適用した場合が示されているが、本発明の熱処理装置は、酸化処理以外に、例えば拡散処理、ＣＶＤ処理、アニール処理等にも適用可能に構成されていても良い。
【００３４】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
【００３５】
（１）請求項１に係る発明によれば、処理炉内に被処理体を収容し、処理ガスを供給して所定の処理温度で熱処理する装置において、前記処理炉内を所定の排気圧力で排気する排気系と、該排気系に設けられた開閉および圧力調節の可能な圧力可変バルブと、前記排気圧力を大気圧との差圧で検出する差圧計と、気圧を絶対圧で検出する気圧計と、前記差圧計の検出圧力を基に排気系が設定圧力になるように前記圧力可変バルブを制御すると共に前記気圧計の検出圧力を基に前記差圧計の検出圧力を補正する制御部とを備え、前記差圧計が処理炉内を大気開放することにより零点調整が可能に構成されているため、構造の簡素化が図れると共に長期的な膜厚再現性ないし制御の信頼性が得られる。
【００３６】
（２）請求項２に係る発明によれば、処理炉内に被処理体を収容し、処理ガスを供給して所定の処理温度で熱処理する装置において、前記処理炉内を所定の排気圧力で排気する排気系と、該排気系に設けられた開閉および圧力調節の可能な圧力可変バルブと、前記排気圧力を大気圧との差圧で検出する差圧計と、気圧を絶対圧で検出する気圧計と、前記差圧計の検出圧力を基に排気系が設定圧力になるように前記圧力可変バルブを制御すると共に前記気圧計の検出圧力を基に前記差圧計の検出圧力を補正する制御部とを備え、前記差圧計が処理炉内を大気開放することにより零点調整が可能に構成されていると共に、一つの前記気圧計からの出力信号を複数の熱処理装置の各制御部に入力するように構成されているため、構造の簡素化が図れ、長期的な膜厚再現性ないし制御の信頼性が得られると共に、複数の熱処理装置間での膜厚のばらつきを抑制できる。
【００３７】
（３）請求項３に係る発明によれば、前記排気系が微減圧の工場排気系に接続されており、前記排気系には作動気体の導入により排気圧力を下げるためのエゼクタが設けられているため、排気系が微減圧の工場排気系に接続されていても、処理に必要な十分な排気圧力が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態である熱処理装置の構成を示す図である。
【図２】エゼクタの構成を示す図である。
【符号の説明】
ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
１ 熱処理装置
２ 処理炉
１５ 排気系
２３ 差圧計
２５ 圧力可変バルブ
３１ 気圧計
３２ 制御部
Claims (3)
- 処理炉内に被処理体を収容し、処理ガスを供給して所定の処理温度で熱処理する装置において、前記処理炉内を所定の排気圧力で排気する排気系と、該排気系に設けられた開閉および圧力調節の可能な圧力可変バルブと、前記排気圧力を大気圧との差圧で検出する差圧計と、気圧を絶対圧で検出する気圧計と、前記差圧計の検出圧力を基に排気系が設定圧力になるように前記圧力可変バルブを制御すると共に前記気圧計の検出圧力を基に前記差圧計の検出圧力を補正する制御部とを備え、前記差圧計が処理炉内を大気開放することにより零点調整が可能に構成されていることを特徴とする熱処理装置。
- 処理炉内に被処理体を収容し、処理ガスを供給して所定の処理温度で熱処理する装置において、前記処理炉内を所定の排気圧力で排気する排気系と、該排気系に設けられた開閉および圧力調節の可能な圧力可変バルブと、前記排気圧力を大気圧との差圧で検出する差圧計と、気圧を絶対圧で検出する気圧計と、前記差圧計の検出圧力を基に排気系が設定圧力になるように前記圧力可変バルブを制御すると共に前記気圧計の検出圧力を基に前記差圧計の検出圧力を補正する制御部とを備え、前記差圧計が処理炉内を大気開放することにより零点調整が可能に構成されていると共に、一つの前記気圧計からの出力信号を複数の熱処理装置の各制御部に入力するように構成されていることを特徴とする熱処理装置。
- 前記排気系が微減圧の工場排気系に接続されており、前記排気系には作動気体の導入により排気圧力を下げるためのエゼクタが設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱処理装置。
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