JPH0547746A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 絶縁物から成る炉心管内で基板の表面に、信
頼性の高い酸化膜を形成すること酸化反応処理等が可能
な熱処理装置を提供することを目的とする。 【構成】絶縁物から成り、開閉可能な開口部１３を介し
て被加熱物４を搬出入可能に構成された炉心管１を有す
る熱処理装置において、前記炉心管内に導入されるガス
体に向けて紫外光を照射するための照射手段６を備えた
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は例えば半導体製造プロセ
スにおいて汎用される熱酸化炉装置のような熱処理装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば熱酸化炉装置においては、
シリコン基板の表面に酸化膜を形成するべく、電気抵抗
加熱方式によって加熱された石英管から成る炉心管に酸
素、不活性ガス等のガス体を混合した酸素等を導入し、
該ガス体を加熱したシリコン基板に接触させるように構
成されている。

【０００３】この場合、信頼性の高い酸化膜を形成する
ためには、酸化反応プロセスを行う炉心管自体は、パー
ティクルにより汚染されてはならず、可及的に清浄化が
図られることが要求される。

【０００４】また、酸化膜とシリコン界面の欠陥を低減
し、電気的に安定な半導体デバイスの製造を実現するた
めには、シリコン基板に付着するパーティクル数も可及
的に少なくする必要がある。

【０００５】このように、熱処理プロセス雰囲気中の超
清浄化は、超微細化ＬＳＩの実現に不可欠である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の装置
は、導入されたガス体が絶縁体である石英管、シリコン
基板を保持する石英サセプタと接触しながら流れるた
め、石英管および石英サセプタが帯電して多数のパーテ
ィクルが付着し、このパーティクルがシリコン基板の汚
染源となる。また、炉心管内への搬出入時、反応処理時
等にシリコン基板もガス体に接触するのでパーティクル
がシリコン基板に付着し易くなる。

【０００７】本発明は、上記従来技術の課題を解決すべ
く、絶縁物から成る炉心管内で基板の表面に、信頼性の
高い酸化膜を形成すること酸化反応処理等が可能な熱処
理装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による熱処理装置
は、絶縁物から成り、開閉可能な開口部を介して被加熱
物を搬出入可能に構成された炉心管を有する熱処理装置
において、前記炉心管内に導入されるガス体に向けて紫
外光を照射するための照射手段を備えたことを特徴とす
る。

【０００９】本発明における炉心管を構成する絶縁物
は、紫外光に対して透明な材料であることが望まれる。

【００１０】本発明において、ガス体に光を照射する光
照射手段の光源は、３．４ｅＶ以上のエネルギーの光を
含むことが好ましい。

【００１１】

【作用】絶縁物で構成された管状の炉心管内に、紫外線
が照射されたガス体を導入されると、該照射によってガ
ス体を電離し、その電離した正イオンや電子が炉心管内
の被加熱物の帯電電荷と選択的に中和する。従って、被
加熱物が帯電してパーティクルが付着することはない。
また炉心管が絶縁物であるから前記電離したイオンや電
子を中和しパーティクルの付着を防止できる。ガス体に
光を照射する光照射部の光源が、３．４ｅＶ以上のエネ
ルギーの光を含む場合、帯電している、炉心管を構成す
る絶縁体、炉心管内に搬入される固体基板を支持する絶
縁体サセプタ、固体基板等を効率よく中和することがで
きる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１３】図１は、本発明の実施例を示す横型単管酸
化反応炉装置である。なお、以下の各実施例の説明にお
いて互いに同一又は均等の構成部材は、同一の符号で示
す。図１に示すように、炉心管本体１は、管長方向の一
端側にガス導入部２が形成され、その他端側にガス導出
部１４が形成されており、前記ガス導入部２は、合成石
英で構成され、ガス導入部２の外側には照射手段たる紫
外線ランプ６が設置されている。なお、前記ガス導入部
２の材質は、合成石英の他、酸化マグネシウム、フッ化
カルシウム、溶融石英等でもよい。すなわち、少なくと
も紫外線を高い効率で透過する材料であればよく、望ま
しくは炉心管本体１内を汚染しない材料（例えばパーテ
ィクルフリー、脱ガスフリー）であればよい。ガス導入
部２の上流側にはバルブ７を介して図示省略のガス供給
系が接続されているガス導入部２と紫外線ランプ６の間
隔は、紫外光が空気中のガス（例えば酸素、窒素等）に
よって吸収されるのを防ぐため、狭い方がよい。したが
って、紫外線ランプ６からの紫外光によってガス導入部
２内を図１の矢印方向に流れる導入ガスを効率的に励起
するためには、紫外光を吸収しないガスでガス導入部２
と紫外線ランプ６の間をシールすることが有効である。
すなわち、該シール用ガスはガス導入部２内を流れる導
入ガスの紫外光吸収帯より高いエネルギ領域にあるガス
を用いることが有効である。例えば、前記導入ガスが酸
素ガスである場合、前記シール用のガスとしては窒素ガ
スが有効であり、前記導入ガスが窒素ガスである場合、
前記シール用のガスとしては水素ガスが有効である。し
かし、シール用ガスは高いエネルギ領域の紫外光を吸収
するために、高いエネルギ領域の紫外光は減衰してしま
う。そこで、例えばガス導入部２と紫外線ランプ６との
間の紫外光の通路を密閉容器で覆い、該密閉容器の中を
真空ポンプで排気することが有効である。

【００１４】一方、炉心管本体１内の保持部材たる石英
サセプタ５上にはシリコン基板４が載置され、加熱源３
により加熱されるようになっている。前記加熱源３とし
ては、電気抵抗加熱ヒータ、赤外線ランプヒータ等によ
り構成されるものが好適である。炉心管本体１およびサ
セプタ５の材質は、合成石英、溶融石英の他に、アルミ
ナ、シリコンカーバイト、窒化アルミニウム、窒化ほう
素等が挙げられ、シリコン基板４を汚染しない（例えば
ナトリウムイオンフリー、重金属フリー、脱ガスフリ
ー、パーティクルフリー等）材料が望ましい。

【００１５】シリコン基板４は、希フッ酸溶液に接触さ
せて自然酸化膜を除去した後、シリコン基板４の超純水
洗浄、乾燥工程を経たものを用いる。その後、石英サセ
プタ５上に設置された後、炉心管本体１の開口部１２の
蓋体１１を開き、ソフトランディング搬送によって炉心
管本体１内に搬入した後蓋体１１を閉める。その後前記
加熱源３によってシリコン基板４は９００℃に加熱され
る。前記ガス導入部２に導入される酸素ガスは２０００
ｃｃ／分の流量に設定される。前記導入ガスは紫外線ラ
ンプ６により紫外光が照射される。シリコン基板４を１
０分間９００℃で加熱した後、前記ソフトランディング
搬送の逆の手順によってシリコン基板４および石英サセ
プタ５を炉心管本体１から外部に搬出させる。その後酸
化反応処理後のシリコン基板４の電位を静電電位計によ
り、そしてシリコン基板４上のパーティクルを例えばウ
ェハ表面検査器により計測する。その実測例として反応
処理後のシリコン基板４の電位はの電位は５Ｖで、パー
ティクル数は少なくとも０．５〜５μｍ径のものは検出
されないという結果を得た。

【００１６】一方、前記導入ガスに紫外線ランプによる
紫外光を照射せずに、他の行程を前述と同じ条件で、す
なわちシリコン基板４の希フッ酸溶液よる自然酸化膜除
去、超純水洗浄、乾燥工程、石英サセプタ５上への設
置、ソフトランディング搬送、酸素ガス中でのシリコン
基板４の１０分間９００℃での加熱、ソフトランディン
グ搬送による取り出しを同じ条件で行ったところ、シリ
コン基板４の電位は２０００Ｖであり、該基板４上の
０．５〜５μｍ径のパーティクルの数は２０個であっ
た。

【００１７】本実施例の装置で形成した酸化膜およびシ
リコン基板の電位は高々５０Ｖ以下程度で、酸化膜上の
パーティクル数は１個以下であった。すなわち、本発明
の装置は、シリコン基板４の電位を５０Ｖ以下に保持
し、シリコン基板４上へのパーティクルの付着を抑制す
ることがわかる。

【００１８】図２は第２実施例を示すものである。本実
施例は炉心管本体１の外側を覆うようにジャケット８を
設けるように構成したものである。なおジャケット８
は、一端側に流体導入部９が設けられ、該流体導入部９
はバルブ１０を介して流体供給源に接続されている。ジ
ャケット８の他端側には流体排流部１２が設けられてい
る。流体導入部９は、合成石英で構成され、流体導入部
９の外側に紫外線ランプ６が設置されている。流体導入
部９は、上記第１実施例におけるガス導入部２と同様に
構成されている。

【００１９】なお、加熱源３はジャケット部８および炉
心管１を介して被加熱部たるシリコン基板４を加熱す
る。

【００２０】ガス導入部２に流す導入ガスとしての酸素
ガスは例えば２０００ｃｃ／分の流量に設定されるが炉
心管本体１に導入される間に紫外線の照射はなされな
い。前記流体導入部９に流す流体はガス体でも液体でも
よく、ガス体として例えば、窒素ガスを用いた場合、１
０００ｃｃ／分の流量に設定する。本実施例の場合、反
応処理終了後に炉心管から取り出されたシリコン基板４
の電位は４０Ｖであり、シリコン基板４上には、少なく
とも０．５〜５μｍ径のパーティクルは検出されなかっ
た。

【００２１】なお、前記流体導入部９に紫外線を照射し
ない場合におけるシリコン基板４の電位は２０００Ｖ
で、シリコン基板４上には０．５〜５μｍ径のパーティ
クルが２５個も付着した。

【００２２】図３は、第３実施例を示すもので、縦型単
管酸化反応炉装置に係るものである。

【００２３】本実施例は、縦型の炉心管本体１の上部に
形成されたガス導入部２は、外側に紫外線ランプ６が設
置されている。縦型に構成されている以外実質的にはそ
の構成及び作用は上記第１実施例と同様である。

【００２４】すなわち、本実施例の場合、上記第１実施
例と同様炉心管本体１から取り出されたシリコン基板４
の電位は５Ｖで、シリコン基板４上のパーティクルは検
出されなかった。

【００２５】図４は第４実施例を示すもので縦型構成に
されている以外は実質的には上記第２実施例と同様であ
る。

【００２６】図５は、本発明の装置で形成した酸化膜の
耐圧を示すグラフであり、図６は、従来の装置で形成し
た酸化膜の耐圧を示すグラフである。図５、６の横軸
は、酸化膜の絶縁破壊電界を表し、縦軸は絶縁破壊した
酸化膜の数の百分率を表している。酸化膜の厚さは５ｎ
ｍである。ゲート電極としてはｎ⁺型多結晶シリコンが
使用され、ゲート電極は正に印加されている。

【００２７】本発明の装置で形成した酸化膜は、８ＭＶ
／ｃｍ以下の酸化膜の平均電界では絶縁破壊しない。一
方、従来の装置で形成した酸化膜は、８ＭＶ／ｃｍ以下
の酸化膜の平均電界で絶縁破壊が発生している。すなわ
ち、本発明の装置で形成した酸化膜は高い信頼性を示す
ことがわかった。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、被加熱物や炉心管への
帯電電荷を容易に中和できるので、例えば熱酸化炉処理
装置に適用した場合、固体表面に信頼性の高い優れた酸
化膜を形成することができる。従って、典型的には半導
体製造プロセスの高品質処理が図れ、超微細化半導体デ
バイスを実現することができる。

【００２９】また、本発明による装置を、半導体の各種
基板（例えばシリコンウェハ）もしくは薄膜（例えばＣ
ＶＤ薄膜）の熱処理装置として使用すれば、優れた特性
の半導体装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例に係る熱処理装置の概略構成図であ
る。

【図２】第２実施例に係る熱処理装置の概略構成図であ
る。

【図３】第３実施例に係る熱処理装置の概略構成図であ
る。

【図４】第４実施例に係る熱処理装置の概略構成図であ
る。

【図５】本発明の装置で形成した酸化膜の耐圧を示すグ
ラフである。

【図６】従来の装置で形成した酸化膜の耐圧を示すグラ
フである。

【符号の説明】

１ 炉心管本体、 ２ ガス導入部、 ３ 加熱源、 ４ シリコン基板（被加熱物）、 ５ サセプタ、 ６ 紫外線ランプ（照射手段）、 ７ バルブ、 ８ ジャケット、 ９ ジャケットガス導入部、 １０ バルブ、 １１ シャッター、 １２ ジャケットガス排流部、 １３ 開口部、 １４ ガス導出部。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁物から成り、開閉可能な開口部を介
   して被加熱物を搬出入可能に構成された炉心管を有する
   熱処理装置において、前記炉心管内に導入されるガス体
   に向けて紫外光を照射するための照射手段を備えたこと
   を特徴とする熱処理装置。
2. 【請求項２】 前記絶縁物は、少なくとも前記紫外光に
   対して透明な材料であることを特徴とする請求項１に記
   載の熱処理装置。
3. 【請求項３】 前記被加熱物は、絶縁物から成る保持部
   材上に保持されることを特徴とする請求項１又は請求項
   ２に記載の熱処理装置。
4. 【請求項４】 前記照射手段は、３．４ｅＶ以上のエネ
   ルギーの光を発光可能であることを特徴とする請求項１
   ないし請求項３のいずれか１項に記載の熱処理装置。