JPH04306824A

JPH04306824A - 熱処理装置

Info

Publication number: JPH04306824A
Application number: JP9813291A
Authority: JP
Inventors: Osamu Yokogawa; 横川　修
Original assignee: Tokyo Electron Sagami Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Sagami Ltd
Priority date: 1991-04-03
Filing date: 1991-04-03
Publication date: 1992-10-29
Anticipated expiration: 2016-07-03
Also published as: JP3181308B2

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱処理装置に関する。

【従来の技術】一般に、熱処理装置、例えば酸化拡散装
置にあっては、酸化拡散反応は、ＣＶＤ等による成膜処
理と比較して高温状態、例えば１２００℃にて行なわれ
ることから、高温状態にさらされる炉内部分にもし金属
材料を使用すると、処理ガスとして腐食性ガスを使用し
た場合には、この金属材料が腐食して生成物が半導体ウ
エハに付着拡散し、性能の劣化を生ずるおそれがあるの
で、処理容器全体が１重構造あるいは２重構造に一体成
形された耐熱性および耐腐食性のある石英等で構成され
ている。そして、処理ガスの導入管および処理済みガス
を排出する排気管は、上記石英処理容器自体に一体的に
取付けられており、処理容器内に水蒸気等を供給しつつ
常圧で、例えば１２００℃で半導体ウエハを酸化処理す
るように構成されている。

【０００２】

【発明が解決すようとする課題】ところで、近年、ＬＳ
Ｉの高集積度化により、例えばＭＯＳＦＥＴの実装密度
が向上し、最近のＬＳＩでは、例えば１Ｍ、４ＭＤＲＡ
Ｍの最小設計幅が１ｍｍ以下になり、ゲート酸化膜の膜
厚も２００Å以下となってきた。更に、１６ＭＤＲＡＭ
のゲート酸化膜は、１００〜１５０Åとさらに薄膜化の
傾向となっている。成膜前の前処理としてシリコン表面
をＨＦやＨＣＬにてウエット洗浄した場合、洗浄直後は
清浄なシリコン表面が表れるが、すぐに空気中の酸素や
水分とシリコンが反応してシリコン表面に１０Å前後の
自然酸化膜が形成される。また、横型炉の場合には、半
導体ウエハを搭載したボートを例えば１０００℃に加熱
された反応管内部へ水平方向の駆動によりローディング
する際に、炉内と炉外の温度差に起因する対流により空
気が反応管内部へ混入することが避けられなかった。従
って、横型炉の場合には、ウエハをローディングする際
に加熱されたウエハと空気中の酸素が反応し、５０〜１
００Åの自然酸化膜の形成が避けられず、また、自然酸
化膜はポーラスで膜質が悪いためゲート酸化膜を制御す
る必要のある高密度素子への対応がその構造的理由によ
り自ずから限界があった。

【０００３】一方、縦型炉の場合には、横型炉と比較し
て酸素の巻き込みが少なく、自然酸化膜の形成も３０〜
５０Åと少ないため現在の１ＭＤＲＡＭの成膜に使用さ
れる装置は、この縦型炉が主流となっている。しかしな
がら、４Ｍ、１６Ｍとさらに高密度化が促進すると、こ
の縦型炉の場合にもローディング、アンローディング時
に空気の差し込み、及びウエハの吸着成水分に起因して
発生する自然酸化膜の生成を抑制すべき改良が必要とな
り、特に、素子の高密度化が急速に進み、酸化膜の膜厚
のコントロールがより緻密化すると、ウエハ洗浄後から
熱処理炉への搬送の間に空気中の酸素や水分とシリコン
が反応して形成される１０Å前後の自然酸化膜の生成の
抑制あるいは自然酸化膜の形成要因となる熱処理炉内の
残留水分や酸素の排除が必要とされるに至っている。ま
た、酸化膜の成膜装置以外の処理装置にあっても、特に
コンタクト抵抗を小さくする必要のあるポリシリコン膜
生成やキャパシタンス、、膜生成時にも余分な自然酸化
膜の生成を抑制する必要がある。本発明は、以上のよう
な問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案された
ものであり、本発明の目的は、熱処理部へのウエハロー
ディング時の自然酸化膜の形成を抑制することができる
熱処理装置を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、上記問題
点を解決するために、処理用ボートに収容された複数枚
の被処理体に所定の熱処理を行なう熱処理部と、該熱処
理部内を真空引きするための真空排気系と、前記熱処理
部に開閉自在に接続され、内部に不活性ガスが充填され
ると共に、前記熱処理部へ前記被処理体を搬入搬出させ
るロードロック室とを備えるようにしたものである。第
２の発明は、上記問題点を解決するために、処理用ボー
トに収容された複数枚の被処理体に所定の熱処理を行な
う熱処理部と、該熱処理部の開口部に接続されるマニホ
ールドと、該マニホールドに接続され、前記熱処理部内
を真空引きするための真空排気系と、前記マニホールド
全体を冷却するための冷却手段とを備えるようにしたも
のである。

【０００５】

【作用】第１の発明によれば、熱処理部にて被処理体の
熱処理、例えば酸化処理が終了すると真空排気系を駆動
して熱処理部内に残留する自然酸化膜形成のの要因であ
る水蒸気、酸素成分を排除する。その後、不活性ガス、
例えば窒素（Ｎ２）で内部雰囲気を置換し、常圧にする
。ついで、すでに不活性ガスにより常圧に維持されてい
るロードロック室内へ処理済みの被処理体をアンロード
する。この時、熱処理部内とロードロック室内は連通す
るが、熱処理部内の水蒸気や酸素成分はすでに排除され
ているので、これがロードロック室内へ流入することが
ない。第２の発明によれば、被処理体を熱処理部にロー
ドした状態で真空排気し、内部の水蒸気や酸素成分を排
除する。熱処理部にて被処理体に熱処理、例えば酸化拡
散処理を行なうとき、金属性マニホールドが高温になっ
て腐食性ガスにより腐食されることを防止するために、
冷却手段により上記マニホールド全体を冷却する。そして、熱処理操作が終了したならば、処理ガスの供給
を停止し、上記マニホールドに接続した真空排気系を駆
動し、内部の残留水蒸気、酸素成分、処理ガスを排除す
る。その後、内部雰囲気を窒素で置換して常圧にし、処
理済みの被処理体をアンロードする。

【０００６】

【実施例】以下に、本発明に係る熱処理部の一実施例を
添付図面に基づいて詳述する。本実施例においては、熱
処理装置として酸化拡散装置を例にとって説明する。図
１及び図２に示すごとくこの熱処理装置は、熱処理部１
を有し、この熱処理部１は例えば石英にて円筒状に形成
されて天井部を有す外筒２と、この内側に所定の距離だ
け隔てて同心状に設置されると共に、例えば石英により
円筒状に形成されて上端が開放された内筒３とにより主
に構成されており、全体として縦型の２重管構造の処理
容器を構成している。そして、上記外筒２の外周には、
これを囲繞するごとく加熱ヒータ４が設けられている。そして、上記外筒２および内筒３の下端部の開口部５に
は、例えばステンレススチールよりなるマニホールド６
が接続されており、上記外筒２及び内筒３を保持してい
る。具体的には、上記外筒２の下端部には環状フランジ
部７が形成されると共に、上記マニホールド６の上端部
にも同様な環状フランジ部８が形成されており、これら
両フランジ部７、８を係止部材９を介してボルト１０で
固定することにより、上記外筒２とマニホールド６とを
固定している。また、上記両フランジ部７、８の接触面
には、例えばフッ素ゴムよりなるＯリング１１が介設さ
れており、シール性を保持している。また、上記係止部
材９と外筒フランジ部７のの上面との間には、このフラ
ンジ部７の放熱を促進すべく熱伝導性の良好な例えば炭
素繊維よりなる弾性パッキング部材１３が介設されてい
る。また、上記マニホールド６の内壁には環状凸部１４
が形成されており、この環状凸部１４に上記内筒３の下
端部を支持固定させている。そして、上記マニホールド
６の上部側壁には、例えば石英よりなるガス導入管１８
が貫通させて設けられると共に、その先端部を起立させ
て上記外筒２と内筒３との間に配置し、上端部に設けた
噴出孔２０から処理ガスを放出し得るように構成されて
いる。また、上記ガス導入管１８には、窒素などの不活
性ガス供給源或いは処理ガス供給源、例えば酸化処理を
行なう場合には酸素と水素を燃焼させて水蒸気を発生さ
せる燃焼装置２１が接続されている。更に、上記ガス導
入管１８の下部には、比較的大口径、例えば直径６０ｍ
ｍの真空引口２３が形成されると共に、この真空引口２
３には、例えばターボ分子ポンプ等を備えた真空排気系
２５が接続されており、容器内を例えば１０−６Ｔｏｒ
ｒ程度まで真空引きできるように構成されている。また
、上記真空引口２３の対向部分のマニホールド６には、
処理ガスを排気するための排気口２６が形成されると共
に、この排気口２６には排気管２７が接続されており、
処理済みガスを処理系へ供給するように構成されている
。更に、上記排気口２６の上部には、処理容器内の温度
を測定するための温度測定用治具２９が挿入されている
。

【０００７】また、上記マニホールド６には、酸化拡散
処理時にこのマニホールド６全体を冷却するための冷却
手段３０が設けられている。具体的には、この冷却手段
３０は、上記マニホールド６を２重管構造とすることに
より内部に冷却水を流通させる冷却水通路３１を形成す
ることにより構成されている。そして、上記マニホール
ド６の下端部には、環状フランジ部３３が形成されると
共に、この環状フランジ部３３は、例えばステンレスス
チール等よりなるベースプレート３４すなわち後述する
ロードロック室の上壁側へ補助部材３５を介してボルト
３６、３７により支持固定されている。そして、この処
理容器の下方には、後述するごとく気密性を必要とされ
るロードロック室４０が設けられることから、上記環状
フランジ部３３の上面と上記補助部材３５との間、及び
この補助部材３５と上記ベースプレート３４との接触部
にはＯリング４１、４２が介設されている。一方、上記
マニホールド６の下端開口部には、例えばステンレスス
チールよりなるキャップ部４５がＯリング４６を介して
封止可能に設けられている。このキャップ部４５には、
図示しない駆動手段により回転自在になされた回転軸４
７が挿通されると共に、この回転軸４７の上端には、例
えば石英よりなる保温筒５０が取付けられている。そし
て、この保温筒５０の上に、例えば石英よりなる処理用
ボートとしてのウエハボート５１が載置されると共に、
このウエハボート５１内に被処理体、例えば多数の半導
体ウエハ５２が所定のピッチで積層されている。そして
、上記キャップ部４５は、下方に設けられたボートエレ
ベータ５４により上記保温筒５０、ウエハボート５１と
一体となって昇降自在に構成されている。

【０００８】一方、この熱処理部１の下方には、内部に
不活性ガス、例えば窒素が充填されると共に、上記熱処
理部１内の半導体ウエハ５２を搬入搬出させる、例えば
ステンレススチールにより直方体状に形成された気密構
造のロードロック室４０が開口部８０を介して設けられ
ている。このロードロック室４０には、前記ボートエレ
ベータ５４の全体が収容されており、少なくとも上記ウ
エハボート５１の全体を収容し得る高さを有している。ぞして、図３乃至図６にも示すごとく、このロードロッ
ク室４０の側壁には、例えば窒素のごとき不活性ガスを
供給するガス供給口５９が形成されると共に、このガス
供給口５９には途中にバルブ等を介した不活性ガス管６
０が接続され、この不活性ガス６０の他端には不活性ガ
ス供給源６１が接続されている。また、このロードロッ
ク室４０の同じ側壁には、比較的大口径の排気口６３が
形成されると共に、この排気口６３には圧力スイッチ６
４ａ、圧力計６４ｂを備えた排気管６５が接続され、こ
の排気管６５の他端には、ターボ分子ポンプ、ドライポ
ンプ等を備えた排気系６６が接続されている。また、こ
のロードロック室４０の他の側壁には、この室内のメン
テナンスを行なうときに開閉すメンテナンスドア６７が
開閉自在に取付けられている。そして、上記ロードロッ
ク室４０には、ゲートベン７０を介して気密自在になさ
れたロボット室７１が接続されており、このロボット室
７１内には、半導体ウエハを移載する移載装置（図示せ
ず）や半導体ウエハの表面に形成された自然酸化膜を除
去する清浄装置（図示せず）等が収容されている。そし
て、このロボット室７１の側壁には、内部の操作状況を
観察するためのガラス等よりなる複数の観察窓７３が形
成されている。

【０００９】そして、上記ロボット室７１には、ゲート
ベン７５を介して気密自在になされたカセット室７６が
接続されており、開閉ドア７７を介して、複数枚の半導
体ウエハを収容するカセット（図示せず）を搬入搬出し
得るように構成されている。そして、上記ロボット室７
１及びカセット室７６にも前記不活性ガス供給源６１へ
直結されたガス供給管８０、８１及び前記排気系６６へ
連結された排気管８３、８４が接続されている。次に、
以上のように構成された本実施例の動作について説明す
る。まず、酸化拡散処理を行なうに際して、熱処理装置
のマニホールド６に接続した真空排気系２５及びロード
ロック室４０、ロボット室７１、カセット室７６に接続
した排気系６６を長時間駆動して全体体を真空引きして
例えば１０−５〜１０−６Ｔｏｒｒの真空状態にする。これにより、処理容器内や各室４０、７１、７６内に残
留する水分や酵素成分などの自然酸化膜の形成要因とな
るガスをほぼ確実に排除する。この排除が完了したなら
ば、次いでガス導入管１８を介して処理容器内に窒素ガ
スを常圧まで供給すると共に、不活性ガス供給源６１よ
りロードロック室４０、ロボット室７１、カセット室７
６に窒素ガスを常圧まで供給する。このように内部圧力
が常圧になったならば、図示しないカセット搬送手段に
より、例えば２５枚の半導体ウエハを収容したカセット
を開閉ドア７７を介してカセット室７６内へ搬入する。このカセット室７６内の半導体ウエハは、ロボット室７
１内の枚葉移載手段（図示せず）により把持されて、洗
浄によりウエハ表面の自然酸化膜を除去した後、ロード
ロック室４０内に降下されているウエハボート５１に順
次収容する。

【００１０】このようにして、全ての半導体ウエハをウ
エハボート５１に収容したならば、次に、ボートエレベ
ータ５４によりウエハボート５１を上昇させて、これを
熱処理部１内に収容すると共に、キャップ部４５により
マニホールド６の下端開口部を気密封止する。今までの
各工程は、常圧の窒素雰囲気中にて行なわれているので
、半導体ウエハに新たに自然酸化膜が付着することはな
い。また、各工程が終了したならば、各室４０、７１、
７６間における気体の移動を防止するために各ゲートベ
ン７０、７５を閉じるようにする。以上のように、熱処
理部１内に半導体ウエハ５２を収容したときには、熱処
理部をすでに加熱ヒータ４により所定の温度、例えば酸
化拡散を行なう場合には約１２００℃に加熱しておく。そして、燃焼装置２１にて水素と酸素とを燃焼させるこ
とにより水蒸気を発生させ、これをガス導入管１８を介
して外筒２と内筒３との間に供給する一方、処理容器内
の圧力が常圧を維持するように排気管２７から排気し、
酸化処理を行なう。この時、マニホールド６に設けた冷
却手段３０に冷却水を流通し、この金属性マニホールド
６を、１００℃以下、好ましくは７０℃以下に冷却し、
この腐食を防止する。特に、拡散処理においてポックル
（ＰＯＣＬ３　）等の腐食性ガスを使用した場合にあっ
ても、上述のような温度までマニホールド６を冷却する
ことができるので腐食を抑制でき、歩留まり低下の原因
となるパーティクルの発生を阻止できる。また、この時
、キャップ部４５にも水冷ジャケットよりなる冷却手段
を設けておけば、一層の腐食抑制効果を発揮することが
できる。更には、マニホールド６の内壁面に沿って石英
カバーを一面に設けておけば、温度抑制効果は一層向上
する。

【００１１】以上のようにして、所定時間酸化拡散処理
を行なったならば、ガス導入管１８からの水蒸気の供給
を停止し、次いで、再度真空排気系２５を駆動して、処
理容器内を前述と同様に１０−５〜１０−６Ｔｏｒｒま
で真空引きして所定時間維持する。これにより、処理容
器内に残留する自然酸化膜の原因となる水蒸気成分や酸
素成分をほぼ完全に排除する。このようにして、排除が
完了したならば、次に、処理容器内に不活性ガスである
窒素を供給して、内部圧力を常圧にする。そして、ボー
トエレベータ５４によりウエハボート５１を降下して、
処理済みの半導体ウエハ５２を処理容器から搬出する。この時、ロードロック室４０は、窒素雰囲気で常圧とな
っており、また、処理容器内とロードロック室４０とは
マニホールド６の下端開口部を介して連通するが、前述
の如く処理容器内の残留水蒸気等はすでに排除されてい
るので、ロードロック室４０内へ水蒸気成分等が流入す
ることはない。以後は、前述したと逆の操作手順により
、処理済みの半導体ウエハはロボット室７１、カセット
室７６を介して外部へ搬出される一方、新たな未処理の
半導体ウエハが搬入され、前述と同様な操作手順が繰り
返されることになる。このように、本実施例によれば、
熱処理部１内を真空引きできる構造とすると共に、その
下方に不活性ガスが充填されたロードロック室４０を設
けて、処理前或いは処理後の反応容器内に残留する水蒸
気成分や酸素成分を外部へ排除するようにしたので、半
導体ウエハ表面上に自然酸化膜が形成されることを大幅
に抑制することができる。また、上記実施例にあっては
、熱処理部１内を真空引きする必要から、金属性マニホ
ールド６を設ける必要が生じたが、この部分にはマニホ
ールド全体を冷却する冷却手段３０を設けたので、例え
ば酸化拡散時に腐食性ガスを使用してもマニホールド６
の腐食を防止でき、したがって、歩留まり低下の要因と
なるパーティクルの発生を抑制しつつ自然酸化膜の形成
を抑制できる。

【００１２】更に、容器内を真空引きすることからマニ
ホールド６を用いてシール性を向上させたので、従来の
全て石英により構成した酸化拡散容器に比較してＰＯＣ
Ｌ３等の危険ガスに対するシール性を向上でき、安全性
を向上できる。また、上記実施例にあっては、マニホー
ルド６を用いて外筒２と内筒３とを分離分割した２重管
構造としたので、従来の酸化拡散装置における一体型２
重管構造に比較して、コストを大幅に削減することが可
能となる。尚、上記実施例において、処理容器内を真空
引きするときに、マニホールド６の冷却手段３０に高温
水を流すことにより、或いはマニホールド６の外周に加
熱手段を設けて真空引き時にマニホールド６全体を加熱
するように構成すれば、残留水蒸気等の排出を一層促進
でき、排出操作時間の短縮化或いは排出操作の完全性を
担保することができる。また、真空排気管と処理ガスを
排出する排気管２７を別構造とすることなく、これらを
一体として弁操作により両機能を切り替えるようにして
も良い。更に、上記実施例は、真空引きしない通常の酸
化拡散装置にも適用できるし、また、酸化拡散装置以外
のたとえば、ＣＶＤ装置等にも適用し得るのは勿論であ
る。

【００１３】

【発明の効果】以上ようするに、本発明によれば、熱処
理部内に残留する水蒸気成分や酸素成分を確実に排除で
きると共に、この中への水蒸気成分等の流入を阻止でき
るので、被処理体表面への自然酸化膜の形成を抑制する
ことができる。従って、被処理体表面上に品質良好な均
一な酸化膜を精度良く形成することができ、半導体製品
の高集積化に対応することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る熱処理装置を示す断面図である。

【図２】本発明に係る熱処理装置の要部を示す拡大図で
ある。

【図３】本発明に係る熱処理装置のロードロック室側を
示す概略図である。

【図４】本発明に使用されるロードロック室側を示す平
面図である。

【図５】本発明に使用されるロードロック室側を示す正
面図である。

【図６】本発明に使用されるロードロック室側を示す側
面図である。

【符号の説明】

１　　　　熱処理部２　　　　外筒３　　　　内筒４　　　　加熱ヒータ５　　　　開口部６　　　　マニホールド２１　　燃焼装置２３　　真空引口２５　　真空排気系２７　　排気管３０　　冷却手段３１　　冷却水通路４０　　ロードロック室５２　　半導体ウエハ（被処理体）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　処理用ボートに収容された複数枚の被
処理体に所定の熱処理を行なう熱処理部と、該熱処理部
内を真空引きするための真空排気系と、前記熱処理部に
開閉自在に接続され、内部に不活性ガスが充填されると
共に、前記熱処理部へ前記被処理体を搬入搬出させるロ
ードロック室とを備えたことを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】　　処理用ボートに収容された複数枚の被
処理体に所定の熱処理を行なう熱処理部と、該熱処理部
の開口部に接続されるマニホールドと、該マニホールド
に接続され、前記熱処理部内を真空引きするための真空
排気系と、前記マニホールド全体を冷却するための冷却
手段とを備えたことを特徴とする熱処理装置。