JPH02130925A - 縦型加圧酸化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は縦型加圧酸化装置に関する。

（従来の技術） 高圧・高温の酸化性雰囲気中のシリコン酸化は、常圧下
に比べ酸化速度を大幅に増大し得る事は一般によく知ら
れている。このため、例えば、半導体ウェハを８気圧程
度の加圧酸化雰囲気の中に置いて９００℃程度の温度で
加熱しウェハ表面を酸化する方法がとられている。この
様な横型の高圧酸化装置は例えば特開昭６２−６３４２
号公報に開示されている。

従来の横型高圧酸化装置は第５図に示すように、複数枚
例えば１００〜１５０枚の半導体ウェハ（１）を搭載す
る石英ガラス製ボート（２）を石英ガラス製フォーク（
３）の先端部近くに載せ、石英ガラス製反応管（４）内
ヘウエハ（１）をロード／アンロードするソフトランデ
ィング装置（５）がローディングテーブル（６）に設け
られている。

そしてこのソフトランディング装置（５）はローディン
グテーブル（６）の操作部（Ａ）と反応管（４）の炉芯
位１’（Ｂ）とをＹ軸方向および上下の高さ方向（Ｚ軸
方向）に移動自在に設けられている。また、先端部に反
応管（４）の間口部で嵌合する石英ガラス製キャップ（
７）持ち、高圧容器（８）の蓋となる外蓋（９）がソフ
トランディング装置（５）のフォーク（３）と並列にＸ
軸方向に移動可能な如くローディングテーブル（６）に
設けられている。そして、外Ｍ（９）はＹ軸方向とＸ軸
方向にも移動可能となっている。

高圧容器（８）内に１よ、反応管（４）を取りまくよう
にヒータ（１０）が設けられている。また、前記反応管
（４）の先端部には水素／窒素ガス導入管（１１）と酸
素ガス導入管（１２）が配置されている。また、反応管
（４）のガス導入側近傍を取り囲むが如く水蒸気ガス発
生用のヒータ（１３）が設けられている。そして、高圧
容器（８）内を反応管（４）の内圧より所定量低い圧力
になる如く不活性ガスを導入する不活性ガス導入管く１
４）がもうけられている。

次に一連の動作の内、ロード／アンロードを中心に説明
する。まず、操作側（Ａ）に位置しているソフトランデ
ィング装置（５）のフォーク（３）の先端部近傍に複数
枚のウェハ（１）を搭載したボート（２）を載せる。石
英ガラス製のキャップ（７）を支持すると共に圧力容器
（８）の蓋となっている外蓋（９）を高圧容器（８）か
ら外す如くローディングテーブル（６）側に下げ（Ｘ軸
方向）、キャップ（７）を圧力容器（８）の外側に位置
させた後、外！！　（９）を操作側（Ａ）と反対方向（
Ｙ軸方向）に移動し、そしてまた上方向に（Ｘ軸方向）
に移動する。このことにより、外蓋（９）を炉芯の位Ｉ
ｔ　（Ｂ）から外れた位置に待避させる０次に、操作側
（Ａ）の位置にあるソフトランディング装置（５）を炉
芯位ｆｉｌ　（Ｂ）へ移動（Ｙ軸方向）した後、ウェハ
（１）を搭載したボート（２）の重さによるフォーク（
３）のたわみを補正（θ回転方向）し、フォーク（３）
と反応管（４）との平行をとり、反応管（４）内へとフ
ォークを移動（Ｘ軸方向）し、反応管（４）内の所定の
場所へボートをソフトランディングさせることにより載
置する。そして、ボート（２）を反応管内（４）に載置
した事によりボートの重量だけ軽くなった分の、前述と
は逆の補正（θ回転方向）をし、フォーク（３）を反応
管（４）に対し水平にし、フォーク（３）を反応管（４
）内から引き出しくＸ軸方向）、再び元の操作側（Ａ）
位置に戻す（Ｙ軸方向）０次に、待避していた外蓋（９
）を下に降ろしくＸ軸方向）、ざらに炉芯位置（Ｂ）へ
移動する（Ｙ軸方向）そして外！！（９）を反応管（４
）の炉口をキャップ（７）で密閉する如く移動しくＸ軸
方向）、高圧容器（８）を外！！　（９）で蓋をする。

そして、ヒータ（ｌＯ）および水蒸気発生用ヒータ（１
３）を動作させ、酸素ガス導入管（１２）及び水素／窒
素ガス導入管（１１）よりガスを導入し、図示しない圧
力制御装置により反応管（４）および高圧容器（８）内
の圧力を制御し、反応管（４）内を所定の温度と圧力に
し、酸化プロセスを所定時間実行する。このような酸化
プロセス終了後、反応管（４）内のウェハ（１）を取り
出すため上述したロード処理と逆の一連の動きを行いア
ンロード処理を行っていた。

（発明が解決しようとする課Ｂ） しかしながら、ウェハの大口径化や超ＬＳＩ化に伴い、
横型の高圧酸化Ｖｉ置ではゴミ対策の為にもソフトラン
ディング装置を使用するためこの分だけよけいに反応管
の管径も大きくなる。従って反応容器を収納している高
圧容器も大きなものとなり、高圧容器の外蓋（９）も形
状的に大きくなり叉重量も増大してくる。このため外蓋
（９）を保持し叉駆動する駆動系も大きくなり、ソフト
ランディング装置もウェハに対応して大きくなる。

従って、ローディングテーブル（６）の形状も増大し、
クリーンルーム内でのローディングテーブル（６）の占
有床面積が非常に大きくなると言う間脛が有った。また
、通常の酸化・拡散装置のように占有床面積を節約する
ために炉を複数段上下方向に積み重ねた多段炉にする事
は反応管を収容している高重量・高容積の高圧容器を複
数段上下方向に積み重ねなければならず、安全面や保守
面から非常に難しい、また、反応管内ヘウェハをロード
／アンロードする駆動系はソフトランディング装置系で
４軸、そして、外蓋系で３軸、合計７軸の駆動系から構
成され、これらを順次制御しなければならず、制御・機
構的にも複雑となり、ロード／アンロードに要する時間
が長くかかる例えばロードに２０分、アンロードに２０
分と言う問題があった。

この発明は上記点を改善するためになされたもので、装
置の設置スペースを減少し、反応管内へのウェハの口、
−ド／アンロード機構を単純化し、ロード／アンロード
時間の短い縦型加圧酸化装置を提供しようとするもので
ある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） この発明は複数枚の被処理体を、耐圧容器内に配置され
た反応″Ｂ器内で加圧状態で酸化し、酸化膜を生成する
装置に於て、上記被処理体の配列方向を縦方向に配置し
たことを特徴とする縦型加圧酸化装置、を得るものであ
る。

（作用効果） 本発明によれば、複数枚の被処理体を、耐圧容器内に配
置された反応容器内で加圧状態で酸化し、酸化膜を生成
する装置に於て、上記反応容器を縦方向に配置した構成
であるため、ウェハのロード／アンロード機構を縦方向
に構成できると共に、耐圧容器の外蓋も、上記ロード／
アンロード機構に組み込めるため、装置の設置スペース
を減少し、反応管内へのウェハのロード／アンロード機
構を単純化し、ロード／アンロード時間を短かくする効
果が得られる。

（実施例） 以下本発明縦型加圧酸化装置を縦型高圧酸化装置に適用
した一実施例につき図面を参照して説明する。

ｔ！ｉ数枚の被処理体例えば半導体ウェハ（２０）を上
下方向に所定の間隔で保持する耐熱性のある例えば縦型
の石英ガラス製ボート（２１）を収納する、例えば石英
ガラス製反応管（２２）がある。

この反応管（２２）は高圧例えば８〜１０気圧に耐え防
蝕性のある例えばステンレス製の圧力容器（２３）内に
縦方向（Ｍ直方向）に配置されている。そして、反応管
（２２）を取り囲むように加熱装置例えば抵抗加熱ヒー
タ（２４）が設けられ、反応管（２２）の上端部には酸
素ガスと水素ガスの燃焼により水蒸気ガスを発生するた
めの酸素ガス導入管（２５）と水素ガスあるいは不活性
ガス例えば窒素ガスを導入するＨ２／Ｎ２ガス導入管（
２６）が設けられている。そして、この酸素ガスと水素
ガスの燃焼の為の熱を供給する水蒸気発生用ヒータ例え
ば抵抗加熱ヒータ（２７）が反応管（２２）の上端部近
傍を取り囲むように設けられている。また、処理後の水
蒸気ガス等を排出するガス排気管（２８）が反応管（２
２）の下部に設けられている。そして、反応管（２２）
の下側間口部（２９）内壁には、反応管（２２）の蓋体
となる耐熱製材料からなる例えば石英ガラス製のキャッ
プ（３０）と嵌合し、気密を保持し、かつ、着脱自在に
なる如くテーバが設けられている。また、キャップ（３
０）は底部が少し広がり、反応管（２２）のテーパと嵌
合する如くテーバが設けられている、と共に保温筒の機
能を持つ為キャップ（３０）内部に石英ガラスウール等
を充填させている。そして、反応管（２２）は耐腐食性
材料からなる例えば円環状ステンレス製支持板（３１）
へ着脱自在になるが如く固定されている。また、圧力容
器（２３）内を反応管（２２）の内圧より所定量例えば
０．１５圧程度低い圧力になるが如く図示しない圧力制
御装置により制御し、不活性ガス例えば窒素ガスを導入
する不活性ガス導入孔（３２）および排気孔（３３）が
圧力容器（２３）に設けられている。そして、圧力容器
（２３）の下端にはボー）（２１）を搭載したキャップ
（３０）が通過できる広さの間口部（３４）が設けられ
ている。この間口部（３４）に沿って円環状の図示しな
い高圧力ロック機構を持ったフランジ（３６）が設けら
れている。また、上記フランジ（３５）と組合わさり上
記間口部（３４）を閉じる、耐腐食性材料かからなる例
えばステンレス製外蓋（３６）がボー）（２１）を反応
管（２２）内へ搬入・搬出する駆動装置（３７）へ支持
棒を介し取り付けられている。また、上記外！！（３Ｂ
）とキャップ（３０）との間にはキャップ（３０）を水
平面内で、どの方向にも微動可能な機構と、反応管（２
２）の異常圧力等による破損等の危険を避けるため、キ
ャップ（３０）を下方に少し例えば１〜２間待避する機
構を備えた支持部（３８）がある。また、反応管（２２
）の上部には水素ガスと酸素ガスの燃焼反応による高温
の炎が直接ウェハに当たらないように文生成された水蒸
気ガスを均一にウェハ（２０）へ流すため、耐熱材料例
えば石英ガラス製で多数の貫通した穴があいた円板状の
バッフル板（３９）が設けられている。なお、このバッ
フル板（３９）は着脱自在となっておりプロセスに合わ
せ穴の形状や穴数等を変えたバッフル板（３９）と交換
可能となっている。

次に動作について第２図および第１図を参照して説明す
る。

図示しないロボット装置によりカセット内の複数枚のウ
ェハ（２０）をボート（２１）に移し替える。キャップ
（３０）上に、上記複数枚のウェハを縦方向に所定の間
隔をもって搭観したボート（２１）を載置固定する０次
に駆動装置（３７）によりボート（２１）を載置した外
蓋（３６）を上昇させ、反応管（２２）内の所定の位置
まで移動する。このとき、ボート（２１）を載せたキャ
ップ（３０）は反応管（２２）のテーパに合致する如く
挿入嵌合される。また、反応管（２２）とキャップ（３
０）との嵌合部に少しの位置ずれが有ったとしても、支
持部（３８）の微調整機能により修正される。また、こ
れと同時、に圧力容器（２３）の間口部（３４）を蓋す
る如くフランジ（３５）と外！（３６）とが組合わさり
、図示しない高圧力ロック機構により外Ｉ！（３６）が
フランジ（３５）にロックされ、圧力容器（２３）は密
閉状態になる。そして、ヒータく２４）及び水蒸気発生
用ヒータ（２７）で反応管（２２）内の反応領域及び水
蒸気発生部の温度を所定の温度例えば反応領域は９００
〜１１００℃に上昇させる。

また同時に、Ｈ２／Ｎ２ガス導入管（２６）および不活
性ガス導入管（３２）より例えば窒素ガスを導入し所定
の高圧力に上昇させる。この時図示しない圧力制御Ｖｉ
置により反応管（２２）内圧より圧力容器（２３）内が
所定量例えば０．１気圧程度低圧になる如く制御する。

反応管（２２）内が所定の温度例えば９００〜１１００
℃および所定の圧力例えば７〜１０％圧になったところ
で、酸素ガス導入管（２５）より酸素ガスを流した後、
またＨ２／Ｎ２ガス導入管（２Ｇ）から水素ガスを流し
水蒸気発生用ヒータ（２７）の加熱により酸素ガスと水
素ガスの燃焼で水蒸気ガスを発生し、この水Ｍ気ガスで
ウェハ（２０）表面を酸化し、酸化膜を形成する。所定
の酸化反応処理時閉を経過した後、上述した酸素ガスお
よび水素ガスの供給を停止し、図示しない圧力制御装置
でコントロールしながら圧力容器（２３）および反応管
（２２）の圧力を下げるとともに、ヒータ（２４）。

（２７）の加熱を停止し、反応管（２２）内の圧力およ
び温度を下げる。このような酸化プロセス終了後、反応
管（２２）内のウェハ（２０）を取り出すため、フラン
ジ（３５）と外蓋（３６）との図示しない高圧力ロック
機構を外し、外！Ｉ（３６）およびキャップ（３０）と
処理されたウェハ（２０）の載ったボー）（２１）を駆
動装置１（３７）で下方に移動し所定の位置に降ろす。

そこで、図示しないロボット装置によりボート（２１）
からウェハく２０）をカセットに移し替える。

以上のように、反応管く２２）を縦方向に配置する事に
より、ロード／アンロードを７軸から１軸にする事がで
き、複雑な動きが無くなり、ロード／アンロード時間を
従来の１／３〜１／４に短縮できると共にコスト低減に
もつながっている。

また、ボート（２１）を垂直方向に出し入れする事によ
り反応管（２２）と完全に非接触でロード／アンロード
でき、パーティクル等によるウェハ（２０）汚染を軽減
できると共に反応管（２２）の管径は必要最小限にでき
るためヒータく２４）径も小さくでき、従って圧力容器
（２３）の容積を小さくする事ができる。また、反応管
（２２）。

圧力容器（２３）、　　ヒータ（２４）等が従来よりも
小型にできることにより、反応管（２２）内の温度分布
均一性の向上、圧力容器（２３）や反応管（２２）内に
流すガス流量を低減することができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
本発明の要旨を範囲内で種々の変形が実施が可能である
。

以下の実施例中上述した実施例と同一部分は同一番号で
示し説明は省略する。

上記実施例では、水蒸気発生部分を反応管（２２）内に
設けた内Ｍ燃焼方式を用いているが、第３図のように反
応管（２２）外の所で水素ガスと酸素ガスとを燃焼化合
させ水蒸気を発生する外部燃焼装置例えば、先に本出順
人が提案した酸化炉（特願昭６３−２９３３５）で使用
した外部燃焼装置を圧力容器（２３）内に設け、反応管
（２２）と外部燃焼装置（４０）とをボールジヨイント
で結合している。この様に圧力容器（２３）内で水蒸気
発生部分を反応管（２２）外に設けてもよい。

次に第４図は縦型の高圧酸化装置の圧力容器の下部に、
加圧ロードロック室を設けた縦型高圧酸化装置の例であ
る。上述の実施例では外１１（３６）が駆動装置に一体
に設けられていたが、外蓋（３６）の替わりにキャップ
（３０）の支持板（４１）を設けた構造で、駆動装置と
は別離し、圧力容器（２３）内の支持板（４２）上に１
ａ置できる構造となっている。反応管（２２）の収納さ
れている圧力容器く２３）の下部には圧力容器構造の加
圧ロードロック室（４３）が設けられている。このロー
ドロック室（４ａ）内にはキャップの支持板（４１）を
！！ｉせ反応管（２２）内へボート（２１）を搬送する
搬送台の付いた駆動装置ｔ（４４）が設けられている。

また、ロードロック室（４３）の一方にはボー）（２１
）の出し入れが可能な如く０−リング等のシール機構を
持った扉（４５）が設けられている。また、反応管（２
２）の収納されている圧力室ｆｆ（２３）と加圧ロード
ロック室（４３）との間には高圧力に耐えられる仕切り
例えばゲートバルブ（４Ｇ）が設けられている。また、
ロードロック室（４３）には不活性ガス例えば窒素ガス
の導入口（４７）及び排出口（４日）が設けられている
。

次に動作について説明する。複数枚のウェハ（２０）を
搭載したボート（２１）をロードロック室（４３）の扉
（４５）を開き駆動装置（４４）の搬送台上に載置され
ているキャップ（３０）上に載置する。ロードロック室
（４３）内に不活性ガス例えば窒素ガスを導入し圧力容
器（２３）と同じ圧力になる如くコントロールする。こ
れと同時に前述したオペレイジョンで、反応管（２２）
内を所定の圧力と温度にする如くコントロールする。は
ぼ所定の温度になったところで、ゲートパルプく４６）
を間き、駆動装置（４４）を所定量上昇し、ボート（２
１）及びキャップ（３０）を反応管（２２）内の所定の
位置に載置セットする。

次に、駆動装置（４−４）を所定の位置まで下げ、ゲー
トバルブ（４６）を閉じる。この後、反応管（２２）内
を所定の圧力と温度にコントロールし、酸化プロセスを
行う、プロセス終了後ゲートパルプ（４６）を間き、駆
動装置（４４）を上昇させボー）（２１）及びキャップ
（３０）を反応管（２２）内から取り出し再びロードロ
ック室（４３）の所定の位置まで下げる。そしてまた、
ゲートバルブ（４６）を閉じ圧力容器（２３）内を指定
の温度と圧力に近い値に保持する。一方、ロードロック
室（４３）内のウェハ（２ｏ）の温度が下がった所でコ
ードロック室（４３）の排気口（４８）を聞き大気圧に
戻した後、７１（４５）を閏きボー）（２１）をロード
ロック室（４３）外に取り出し、作業を終了する。この
時反応管（２２）及び圧力容器（２３）の圧力を大気圧
にコントロールしながら戻す必要がなく、これら温度及
び圧力を下げるため、従来では２０分程要していた時間
を節約できる。また、次の作業では、圧力容器（２３）
内は及び反応管（２２）内はほぼ所定の圧力及び温度に
保持されているため、従来、昇温及び昇圧に要していた
時間をほぼ２０分の時間をほとんど省く事ができる。即
ち、プロセスを行う圧力容器（２３）中の反応管（２２
）内は常にプロセス圧力と温度及びプロセスガス雰囲気
に保つことができるため、ｌブａセス毎に圧力の昇降圧
を行う事なく短時間でプロセスを行うことができる。

このためロード／アンロード中で好ましくない酸化膜等
の生成も軽減できる。

また、上述した実施例では、反応管（２２）の反応領域
を加熱する熱源として抵抗加熱ヒータをい使用している
が、温度の追従性や応答性を早める手段として、ランプ
加熱や高周波誘導加熱装置を用いても良い。また、反応
管内の気密を保つため反応管とキャップとの摺袷せ嵌合
を用いているが、反応管間口部下端を一部分平坦にし、
これに合わせキャップの下面も平坦にし、０−リング等
のシーリング方法で気密を保持しても良い。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、装置の設置スペースを減
少し、反応管内へのウェハボートのロード／アンロード
制御を単純化し、ロード／アンロードの時間を短かくす
る効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例を説明するための縦型高
圧酸化装置の構成図、第２図は第１図のボートを下げた
状態の説明図、第３図は第１図の水蒸気発生部分を外部
燃焼装置にした他の実施例の説明図、第４図は加圧ロー
ドロック室を設けた他の実施例の説明図、 である。 ２００．ウェハ ２２９１反応管 ３０８．キャップ ３６０．外蓋

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数枚の被処理体を、耐圧容器内に配置された反
   応容器内で加圧状態で酸化し、酸化膜を生成する装置に
   於て、上記被処理体の配列方向を縦方向に配置したこと
   を特徴とする縦型加圧酸化装置。
2. （２）上記酸化膜生成用の処理ガスを上記反応管の上部
   から導入し、上記反応管の下部から排出する事を特徴と
   する請求項１記載の縦型加圧酸化装置。