JPH02138733A

JPH02138733A - 縦型熱処理装置

Info

Publication number: JPH02138733A
Application number: JP1202389A
Authority: JP
Inventors: Shingo Watanabe; 伸吾渡辺
Original assignee: Tokyo Electron Sagami Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Sagami Ltd
Priority date: 1988-08-08
Filing date: 1989-08-04
Publication date: 1990-05-28
Anticipated expiration: 2013-01-14
Also published as: JP2696570B2

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】（産業上の利用分野）本発明は縦型熱処理装置に関する。

（従来の技術）半導体装置の製造工程では、被処理体である半導体ウェ
ハに絶縁膜、化合物半導体薄膜、有機金属薄膜等を形成
するために、加熱炉が使用されている。このような加熱
炉は、量産性を向上させるために、通常１００枚以上の
ウェハを一度に処理するようになっている。加熱炉には
、炉を水平方向に設置する横型炉と、垂直方向に設置す
る縦型炉とがある。そして、縦型炉が、設置スペースを
小さくできるので、注目されている。

縦型炉は１例えば次のように構成されている。

すなわ、ち、縦型炉は、ボートを垂直方向に昇降させる
ローディング機構を有している。ボートには、多数枚の
ウェハが所定隔で搭載されている。

ローディング機構の上方には、反応炉が設けられている
。

縦型炉は、通常、クリーンルーム内に設置されている。

クリーンルームは、清浄なエアーを縦型炉に供給してウ
ェハに不純物が付着するのを防止するようになっている
。クリーンルームの清浄度を高い状態に縦持させるには
、膨大な費用が必要である。そこで、クリーンルーム内
の限られたスペースを有効に利用する必要がある。かか
る観点から、縦型炉の前面部をクリーンルーム内に臨む
ように設置し、他の部分を、クリーンルームと隣接する
部屋であって、クリーン度の低い部屋内に設置すること
が提案されている。

しかしながら、清浄エアーの流れは、通常、クリーンル
ーム内の上から下へ向かうダウンフローになっている。

このため、縦型炉が障害となって、炉の下方に位置する
ローディング機構まで清浄エアーが達し難い。そこで、
ローディング機構の設置領域（以下、ローディング領域
と記す）に、別個に清浄エアーの送風機構を設けている
。この送風機構から、ローディング領域を通過してクリ
ーンルーム内に清浄エアーを送風していた。このため、
ローディング領域内の塵等の不純物が、クリーンルーム
内に送出される。しかし、クリーンルーム内の清浄エア
ーの流れは、ダウンフローである。このため、ローディ
ング領域を通過した送風機構からの不純物を含んだエア
ーと、クリーンルーム内の清浄エアーが、クリーンルー
ムの床部で衝突する。その結果、ローディング領域から
クリーンルーム内に送出された不純物は、クリーンルー
ムの床に向けて排除される。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上述のように構成された縦型炉を備える
縦型熱処理装置は、次のような問題を有する。

■ローディング領域内の不純物を除去するために、専用
の清浄エアー送風機構を設けると、装置全体が複雑にな
り大型化する。

■専用の送風機構から送り出す清浄エアーの流斌によっ
ては、縦型炉の近傍で乱気流が発生し、クリーンルーム
内の縦型炉等の装置に不純物を到達させて悪影響を及ぼ
す。

かかる問題を解消するために、次のような策が採られて
いる。

すなわち１通常、クリーンルームは、これと隣接する保
守等を行なうための保守ルームよりも高い陽圧の雰囲気
に設定されている。この雰囲気の圧力差点を利用して、
クリーンルーム内に、ダウンフローされた清浄エアーを
ローディング領域を通過させて、保守ルーム側に導くた
めの流路を形成しておく。

しかし、この場合、クリーンルームと保守ルームの圧力
差や、清浄エアー流路の大きさ等によって、ローディン
グ領域に、保守ルーム側の清浄エアーが流れ込み、乱気
流等を発生させる。このため、依然、ローディング領域
に存在する不純物を確実に除去できず、縦型炉等に悪影
響を及ぼす問題があった。

本発明の目的は、小型で被処理体に不純物が付着するの
を防止して生産性を向上させることができる縦型熱処理
装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明は、所定の清浄度の雰囲気を有する第１クリーン
ルームと、該第１クリーンルームに隣接し、かつ、該第
１クリーンルームよりも低い清浄度の雰囲気を有する第
２クリーンルームと、該第２クリーンルームと前記第１
クリーンルームとを仕切る仕切壁の該第２クリーンルー
ム側に設けられ、底部に被処理体の出入口を有する熱処
理部と、前記出入口の直下に位置し、前記第１クリーン
ルームとを連通ずる開口部を有すると共に、前記被処理
体の搬出入用の扉を有し、かつ、前記第１クリーンルー
ムから前記第２クリーンルーム側に流出する清浄エアー
の流量を調整する機構とを備えたローディング領域とを
具備する縦型熱処理装置である。

（作用効果）本発明の縦型熱処理装置は、第１クリーンルームから第
２クリーンルームに向けて流出する清浄エアーの流量を
所定値に設定できる調整機構を有している。このため小
型で被処理体に不純物が付着するのを防止して生産性を
向上させることができるものである。

（実施例）以下１本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は、本発明の一実施例の縦型熱処理装置の構成を
示す説明図である。この縦型熱処理装置は、半導体ウェ
ハをバッチ処理する縦型ＣＶＤ装置を構成している。図
中１は、縦型炉を構成する二重構造の反応管である。反
応管１は、その長手方向を垂直にして設置されている。

反応管１は、外管１ａと、この外管１ａと非接触状態の
内管ｔｂとで構成されている。反応管１は、処理ガスと
反応し難い材料であって耐熱性を有する例えば石英のよ
うなもので形成されている。反応管１の外周部には、こ
れを囲むようにして例えばコイル状のヒータ７例えば抵
抗加熱ヒータが設けられている。

このヒータ７は、交流電源等で構成された加熱機構（図
示せず）に接続されている。このヒータ７によって、後
述する反応管１内に搬入された多数枚の半導体ウェハ３
列を例えば５００〜１０００℃に均一に加熱するように
なっている。ウェハ３の枚数は適宜選択されるが７０枚
から２００枚位が選択される。勿論２００枚以上でもよ
い。

反応管１の下端部は、蓋体ｌＯによって開閉自在になっ
ている。また１反応管上の下端部には、排気管９が接続
されている。排気管９は、処理ガスを排出可能な図示し
ない真空ポンプに接続されている。排気管９からの排気
量に応じて反応管１内の圧力を所定値に設定できるよう
になっている。

蓋体１０には、内管１ｂの内部に、所定の処理ガスを供
給するためのガス供給管８が１本又は複数本取り付けら
れている。ガス供給管８は、図示しないマイクロコント
ローラ等を介してガス供給源に接続されている。ガス供
給管８がら反応管１内に定められたプログラムにより所
定の処理ガスが供給される。供給された処理ガスは、内
管１ｂの下部から上部へと流れ、上部で内管１ｂと外管
１８間を流下し、排気管９から外部に放出される。この
ような処理ガスの連続した流下状態の中で、半導体ウェ
ハ３に所定の熱処理が施されるようになっている。

蓋体１０上には、内管１ｂの内に収容される保温筒１１
が設けられている。保温筒１１上には、被処理体例えば
半導体ウェハ３を搭載したボート４が設置されるように
なっている。このボー１へ４上には、通常１００〜１５
０枚の半導体ウェハ３が垂直方向に所定間隔を設けて搭
載されるようになっている。ボ−ト４は、処理ガスと反
応し難い材料であって耐熱性を有する例えば石英のよう
なもので形成されている。

このように構成された反応管１等により、処理部２が構
成されている。

蓋体ＩＱは１反応管１とほぼ平行に立設された搬送機構
５に取り付けられている。すなわち、蓋体ｌＯは、搬送
機構５を構成するボールネジ５ａに沿って昇降し、反応
管１の直下のローディング領域６からボート４を反応管
１内壁に非接触で搬出入するようになっている。例えば
反応管Ｊの管軸とボート４の中心軸が一致するように構
成されている。

ローディング領域６には、図示しない搬送機構により、
ボート４が受は渡しされるようになっている。

このように構成された縦型熱処理装置本体３０の動作は
、図示しない制御部によって行われるようになっている
。

縦型熱処理装置本体３０は、第２図に示す如く、その前
面部１００を清浄度の高い第１クリーンルーム１２例え
ばクリーンルーム内に位置させて設置し、かつ、その前
面部以外の後部１０１を比較的清浄度の低い第２クリー
ンルーム１３例えばクリーンルーム内に設置している。

第１クリーンルーム１２の清浄度は、例えばクラス１０
程度に設定される。第２クリーンルーム１３の清浄度は
、例えばクラス１００以上に設定される。ここで、清浄
度を表す例えばクラス１０は、１立方フイート当たりに
存在する０゜５μｍ以上のごみの数が、１０個以下であ
ることを意味している。

隣接する第１クリーンルーム１２と第２クリーンルーム
１３の境界部であって、縦型熱処理装置本体３０の前面
部分を含む平面部分には、垂れ壁であるパーティション
ウオール１４が設けられている。

第１クリーンルーム１２の雰囲気圧は、第２クリーンル
ーム１３の雰囲気圧よりも高圧（陽圧）に設定される。

この圧力差を利用して、第１クリーンルームＩ２から、
第２クリーンルーム１３内に設置された縦型熱処理装置
本体３０の下部に向けて、ダウンフローの清浄エアー１
９が流れ、ローディング領域６を通過して、保守ルーム
１３側に送出されるように構成される。

ここで、縦型熱処理装置本体３ｏの後部ｌ旧制には、ロ
ーディング領域６を通過する清浄エアーの流量を調整す
る調整機構１５が取り付けられている。

調整機構１５は、例えば第３図に示す構造を有している
。

第３図は、第２クリーンルーム１３側から第１クリーン
ルーム１２に向かって見た調整機構１５を示している。

調整機構１５は、縦型熱処理装置本体３０のローディン
グ領域６と連通ずる開口部を形成した枠体３１を有して
いる。枠体３１には、その開口部を開閉するための扉３
２が蝶番３３ａ、　３３ｂによって取り付けられている
。扉３２は、例えば縦８００　ｎｕｎ、横６００ｍのス
テンレススチールで形成されている。扉３２の両側部に
は、エア流通口となる開口３４が形成されている。開口
３４は、例えば縦５０に＠、横５ｎｍのスリットの複数
個を縦横所定間隔で扉３２の両側部に穿設することによ
り形成されている。開口３４の開口率は１例えば扉３２
の片面側の表面の面積の約５０％に設定されている。上
記開口３４は縦長配列に限らず横長配列でも円孔でも多
角形孔でも何れでもよい。また流出側に流路が所定の方
向例えば下方に形成されるフードを設けてもよい。

扉３２は、二重構造になっている。すなわち、上述の開
口３４を有する２枚の扉構成板３２ａ、　３２ｂが、摺
動自在に重ね合わせられている。一方の扉構成板３２ａ
は、上下の両端部に設けられたガイドバー１８にガイド
されて他方の扉構成板３２ｂに対して例えば１５ｎｗｎ
程度横方向（幅方向）に移動可能になっている。つまり
、２枚の扉構成板３２ａ、　３２ｂが、夫々の開口３４
を衝合させた状態になっている時に、開口率が、扉３２
の片面側の表面の面積に対して５０％になるように設定
されている。この状態から、一方の扉構成板３２ａを他
方の扉構成板３２ｂに対してずらすように移動させるこ
とにより、開口率を０〜５０％の範囲で自在に調節でき
るようになっている。一方の扉構成板３２ａの固定は、
例えば第４図に示す如く、一方の扉構成板３２ａの下端
部を支持するナツト４０に固定された止め金具４１上の
締め付けボルト４２を、扉構成板３２ａに押し付けるこ
とにより行われるようになっている。このようにして。

この開口率を変化させることにより、第１クリーンルー
ム１２からローディング領域６を通過して第２クリーン
ルーム１３に流れ込む清浄エアーの流量を調整できるよ
うになっている。

このように構成された縦型熱処理装置は、次のようにし
て半導体ウェハ３に所定の熱処理を施して薄膜を形成す
るようになっている。

まず、図示しないウェハ移替え装置により半導体ウェハ
３をボート４上に積載する。そして、ボート４を図示し
ないボート搬送装置でローディング領域６に搬送する。

搬送されて来たボート４は、保温筒ｌｌ上に載置される
。

次いで、搬送機構５によりボート４を所定量だけ上昇さ
せる。この操作によって反応管１の内壁に接触させるこ
となく、ボート４を反応管１内の予め設定された位置に
設置するにの時、反応管１の下端部と蓋体１０とを接触
させることにより、自動的に全ての半導体ウェハ３を所
定位置に位置決めすると共に、反応管１内を気密に封止
するようになっている。

次に、反応管１内を例えば０．１〜２　Ｔｏｒｒに設定
するように排気管９を介して図示しない真空ポンプによ
り雰囲気ガスの排気を行う。また、予めヒータ７に電力
を供給し、ヒータ７の加熱温度を例えば５００〜１００
０℃に設定する。

この状態で、ガス供給管８から図示しないマスフローコ
ントローラ等により流量を調節しつつ、処理ガスを内管
１ｂ内に供給する。処理ガスとしては、例えばＳ　ｉ　
Ｈ４と０２の混合ガスである。

内管１ｂ内にｉ置された半導体ウェハ３の表面には、下
記式に従う反応によって、５ｉｎ２膜が形成される。

ＳｉＨ４＋Ｏ，→　５ｉｎ２＋２Ｈ，↑また、反応後の
処理ガスは、排気管９から外部に排出される。このよう
なＣＶＤ処理の後、処理ガスの供給を停止する。そして
反応管１の内部の雰囲気ガスを例えばＮ２のような不活
性ガスと置換する。この操作により反応管１内の圧力を
常圧に戻す。

次に、半導体ウェハ３を搭載したボート４を、搬送機構
５によって反応管１からローディング領域６に搬出して
熱処理を完了する。

而して、上述の熱処理を行うに際して、予めローディン
グ領域６を通過する清浄エアーの流量を調整しておく、
すなわち、調整機構１５の扉３２の開口率を所定の値に
設定しておく。この値は、例えば第１クリーンルーム１
２と第２クリーンルーム１３の圧力差や、第１クリーン
ルーム１２でダウンフローされる清浄エアーの量等によ
って決定することができる。

このようにして、第】クリーンルーム１２でダウンフロ
ーされる清浄エアー１９の所定量を、第２図に示す如く
、ローディング領域６を通過して第２クリーンルーム１
３に導く。

この結果、ローディング領域６に存在する塵等を第１ク
リーンルーム１２からの清浄エアーによって、第２クリ
ーンルーム側に排除することができる。このため、装置
を大型化することなく、被処理体への塵等の不純物が付
着するのを防止して、歩留まりを向上させることができ
る。

また、第１クリーンルーム１２からの清浄エアーの景を
、上述のように決定した範囲内でさらに所定値に設定す
ることにより、熱処理後の半導体ウェハ３の冷却を促進
させて、熱歪みの発生を抑えて生産性を向上させること
ができる。

なお、本発明は、ＣＶＤ処理用の装置に限定されず、拡
散・酸化やアニール・エピタキシャル成長等の熱処理用
の装置、或いは、スパッタ・エツチング・イオン注入等
の処理装置にも適用できることは勿論である。

また、調整機構１５は、２枚の扉構成板でＪ７１Ｓ　３
２を構成した二重構造の扉を有するものについて説明し
たが、これに限定されず、要は、第１クリーンルーム１
２からの清浄エアーの量を調整できるものであれば如何
なるものであっても良い。

また、本発明の対象とする被処理体は、半導体ウェハの
他にも液晶板等であっても良いことば勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の縦型熱処理装置本体の構
成を示す説明図、第２図は、第１図の層流状態を示す説
明図、第３図は、第１図の縦型熱処理装置の調整機構を
示す説明図、第４図は。第１図の調整機構の要部を度す説明図である。第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）所定の清浄度の雰囲気を有する第１のルームと、
該第１のルームに隣接し、かつ、該第１のルームよりも
低い清浄度の雰囲気を有する第２のルームと、該第２の
ルームと前記第１のルームとを仕切る仕切壁の該第２の
ルーム側に設けられ、底部に被処理体の出入口を有する
熱処理部と、上記出入口が清浄エアー流の上流側に位置
し、前記第１のルームと連通する開口部を有すると共に
、前記第１のルームから前記第２のルーム側に流出する
清浄エアーの流量を調整する調整機構とを備えたローデ
ィング領域とを具備する縦型熱処理装置。
（２）第１のルームの雰囲気圧力は、第２のルームの雰
囲気圧力よりも高いものである特許請求の範囲第１項記
載の縦型熱処理装置。
（３）第１のルームの清浄度が、０〜１０００個／立方
フィートであり、第２のルームの清浄度が、５００個／
立方フィート以上である特許請求の範囲第１項記載の縦
型熱処理装置。
（４）調整機構は、第１のルームから第２のルーム側に
流出する清浄エアーの流量を調整するための開口であっ
て開口率が可変の開口を有するものである特許請求の範
囲第１項記載の縦型熱処理装置。
（５）調整機構には被処理体の搬出入用の扉を有するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の縦型熱処理
装置。
（６）清浄エアーの流量を調整するための開口は、被処
理体の搬出入用の扉を構成する二重構造の扉構成板に形
成された開口部で構成され、それぞれの該扉構成板の位
置をずらすことによって開口率を変化させるものである
特許請求の範囲第４項記載の縦型熱処理装置。
（７）開口率は、扉構成板の片面の表面面積に対して０
〜５０％の範囲で可変するものである特許請求の範囲第
５項記載の縦型熱処理装置。
（８）開口部の形状が、スリット状、矩形状、多角形状
、略円形状の何れかである特許請求の範囲第５項記載の
縦型熱処理装置。
（９）処理部は、縦型熱処理炉で構成されている特許請
求の範囲第１項記載の縦型熱処理装置。
（１０）縦型熱処理炉は、ＣＶＤ炉、酸化・拡散炉、ア
ニール炉、エピタキシャル成長炉、スパッタリング炉、
エッチング炉、イオン注入炉の何かを構成する特許請求
の範囲第８項記載の縦型熱処理装置。
（１１）被処理体は、半導体ウェハ、液晶板の何れかで
あって、ボート上に多数枚搭載されてローディング領域
をへて処理部に搬出入されるものである特許請求の範囲
第９項記載の縦型熱処理装置。