JP2001015499A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アルコキシシランを処理ガスとして用い、被
処理体の成膜処理を行う熱処理装置において、当該熱処
理装置の排気ポート内壁面に付着する処理ガスの反応生
成物を、ＨＦガスにより容易に除去できる装置を提供す
ること。 【解決手段】 排気ポートと排気管との接続部位近傍の
排気管管壁に突入して設けた洗浄ガス導入管を、排気ポ
ートの上流端付近まで延ばして配管し、洗浄ガス導入管
のガス導入口が排気ポート上流側に向かないように位置
決めする。具体的には、当該ガス導入口が処理容器内に
おける排気ポート開口部に臨む位置、または排気ポート
内壁面に対向する位置となるようにし、排気ポート内壁
面全体にＨＦガスが供給されるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は処理ガスとしてアル
コキシシランを用いて被処理体の処理を行う熱処理装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造プロセスの一つにＣＶ
Ｄ（Chemical vapor deposition）処理と呼ばれる方法
により被処理体となる基板上に成膜を行うものがある。
このような成膜プロセスを行う従来の装置の一つとして
図６の略解図に示すような縦型熱処理装置がある。

【０００３】この縦型熱処理装置はバッチ式で被処理体
上へ熱処理を行うものであり、この装置を用いた酸化シ
リコン（ＳｉＯ2）膜の成膜は以下のように行われる。
先ずウエハボートと呼ばれる保持具１ａに多数枚のウエ
ハ（基板）Ｗを棚状に保持させ、その後石英製の内管１
１及び外管１２の二重管からなる円筒状の反応管１内に
保持具１ａを下方側から搬入する。その後ヒータ１３に
より反応管１内を７８０℃程度の加熱雰囲気にすると共
にガス導入管１０よりテトラエトキシシラン（ＴＥＯ
Ｓ）の蒸気を反応管１内に供給し、ウエハＷへの成膜処
理が行われる。成膜処理の終了後、内管１１と外管１２
との間に挿入されたパージガス導入管１０ａからパージ
ガスとして例えば窒素ガスを供給して反応管１内の圧力
を常圧にする。そしてウエハＷを一定時間放置して冷却
した後、保持具１ａを下降させてアンロードする。

【０００４】前記成膜処理にて発生する排気ガスは、反
応管１の外管１２と下方側にて接続する金属製の筒状体
マニホールド１４の周面に形成される排気ポート１５か
ら、排気管１６を介して真空ポンプ１７より吸引され
る。排気管１６にはディスクトラップ１８が介設されて
おり、排気ガス中に含まれる反応生成物を取り除くよう
に構成されている。

【０００５】テトラエトキシシランを用いた成膜処理で
発生する反応生成物は冷却しても加熱しても装置内壁面
に付着しやすく、排気ポート１５から下流側は反応管１
に比して排気コンダクタンスが低いため、反応生成物が
多く付着する。このため排気管１６の側壁に、フッ化水
素（ＨＦ）ガス供給源２０と接続され、ガス導入口が当
該接続部位より下流側を向くように構成したガス導入管
２１を設け、ＨＦガス導入管２１からＨＦガスを供給
し、この付着物（反応生成物）とＨＦガスとを反応させ
て排気管１６内のクリーニングを行うことが検討されて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ここで既述のようにテ
トラエトキシシランによる反応生成物は冷却しても加熱
しても壁面に付着しやすい性質を持ち、しかも排気ポー
ト１５は排気コンダクタンスが急激に小さくなる部位で
あるため、この排気ポート１５内壁面は前記反応生成物
が特に付着しやすい。そして、保持具１ａを搬入、搬出
するときに排気ポート１５に付着している付着物が剥れ
て内管１１の中に舞い込んでウエハＷを汚染するおそれ
があるし、また付着量が多くなると真空ポンプ１７の排
気能力が低下する。

【０００７】そこで、上述のように排気管１６側壁にＨ
Ｆガスの導入管を設け、下流側へＨＦガスを供給するよ
うに構成した場合には、マニホールド１４に形成されて
いる排気ポート１５内の付着物をＨＦガスで除去できな
いという問題があった。

【０００８】このため排気ポート１５の付着物を除去す
るには排気ポート１５と排気管１６とを分解し、ＨＦ酸
溶液を用いて手作業でウエット洗浄を行っていたが、メ
ンテナンス作業が面倒であり、また上述のように反応生
成物が特に付着しやすい部位であるため、メンテナンス
作業を頻繁に行う必要も生じていた。従ってメンテナン
ス作業に費やす時間が長くなり、稼動効率が低くなると
いう問題が生じていた。

【０００９】一方、ＨＦガス導入管２１のガス導入口の
方向を変え、排気管１６上流側に供給するようにして排
気ポート１５内壁面へ付着した反応生成物を除去する方
法や、パージガス導入管１０ａから内管１１と外管１２
との隙間にＨＦガスを供給する方法も検討されたが、こ
れらの方法ではＨＦガスが排気ポートの軸方向上流側に
設けられている内管１１に接触してしまう。ここで内管
１１は石英製であり、ＨＦガスには石英治具のエッチン
グ作用があるためこの方法で排気ポート１５のクリーニ
ングを行うのは好ましくない。

【００１０】本発明はこのような事情によりなされたも
のであり、例えばテトラエトキシシランの蒸気などのア
ルコキシシランガスを用いて熱処理をするにあたり、排
気ポートのクリーニングが容易な熱処理装置を提供する
ものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る熱処理装置
は、被処理体が搬入された処理容器内にアルコキシシラ
ンガスを導入すると共に該処理容器内を真空雰囲気かつ
加熱雰囲気にして被処理体に対する熱処理を行い、処理
容器に形成された排気ポート及びこの排気ポートに接続
された排気管から処理容器内を真空排気する熱処理装置
において、前記排気ポートの内面に付着した付着物をフ
ッ化水素ガスにより洗浄するために、排気ポート内、ま
たは処理容器内における排気ポート開口部に臨む位置に
ガス導入口が形成されたフッ化水素ガス導入管を備える
ことを特徴とする。

【００１２】またフッ化水素ガス導入管のガス導入口
は、処理容器内に向いていないことが好ましく、これに
よりフッ化水素ガスが直接処理容器内壁面に吹き付けら
れ、例えば処理容器に用いられる石英をエッチングする
ことを抑えることができる。

【００１３】このときフッ化水素ガス導入管のガス導入
口は、排気ポート内にて排気ポート内壁面を向いている
こと、または処理容器内における排気ポート開口部に臨
む位置にて排気ポートの軸方向に向いている構成とする
ことができる。

【００１４】本発明に係る熱処理装置で用いる処理容器
は、例えば側面に排気ポートが形成された筒状のマニホ
ールドと、このマニホールドの上端部に接続された反応
管と、からなる。

【００１５】また、処理容器は例えば側面に排気ポート
が形成されると共に下端開口部が被処理体の搬入出口を
なす筒状のマニホールドと、このマニホールドの上端部
に接続され、上部が塞がっている外管と、前記マニホー
ルドの中において排気ポートよりも低い位置にて下端部
が支持されると共に、外管の内側に間隙を介して設けら
れ、熱処理雰囲気を形成する両端開口の内管と、からな
り、内管の内側からアルコキシシランガスを導入し、内
管の上端部から内管と外管との空間を経て排気ポートよ
り排気されるように構成される。

【００１６】また本発明に係る熱処理装置のフッ化水素
ガスによる洗浄時は、排気ポート内の圧力が１５０Ｔｏ
ｒｒ〜２５０Ｔｏｒｒであることが好ましい。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る縦型熱処理装
置を示す一例の概略図である。３は反応管であり、例え
ば各々が石英からなる内管３１及び外管３２により構成
される二重管となっている。外管３２は筒状体状をなし
てその上方側を塞ぎ、内管３１を覆う形で設けられてお
り、その下方側には金属性の筒状体であるマニホールド
４が気密に接続されている。内管３１は上方側が開口
し、外管３２と適宜間隔を形成するように設けられ、マ
ニホールド４の内周面に突出して形成されている支持リ
ング４１に支持されている。

【００１８】内管３１は、ボートエレベータ３３により
マニホールド４下方側開口部から搬入されるウエハボー
ト（保持具）３４に棚状に載置されるウエハ（被処理
体）Ｗの熱処理雰囲気を形成するものであり、ボートエ
レベータ３３上方側にはマニホールド４下方側開口部を
塞ぐことが可能な蓋体３５が設けられている。

【００１９】反応管３の周囲にはこれを取り囲むように
断熱体３６が設けられており、その内壁面には例えば抵
抗加熱体からなるヒータ３７が備えられて加熱炉を構成
している。

【００２０】マニホールド４における支持リング４１よ
りも下方部位の周面には複数の処理ガスのガス導入管が
突入できるように孔部４２（図示の便宜上一つだけ描い
てある）が形成されると共に、夫々の孔部４２には処理
ガスを内管３１の内方側に供給するためのガス導入管４
４が突入されており、その先端部は上方に屈曲した構成
になっている。処理ガスのガス源からはアルコキシシラ
ンガス例えばテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）の蒸気
がガス導入管４４を介して反応管３内へと供給される構
成となっている。

【００２１】一方マニホールド４における支持リング４
１よりも上方部位の周面には、例えば当該周面部位に一
体的に設けられた短い筒状の排気ポート（排気口）４３
が形成されている。排気ポート４３の排気側には屈曲部
位を有する排気管５が気密に接続され、この排気管５は
加熱可能な複数のディスクを備えるディスクトラップ６
１、バルブＶ１を介して真空ポンプ６２と接続されてい
る。

【００２２】排気管５の側壁には排気管５内を洗浄する
ための洗浄ガス導入管５１,５２が挿入されており、各
々洗浄ガスであるＨＦガス（フッ化水素ガス）の供給源
５３からＨＦガスが供給されるように構成されている。
洗浄ガス導入管（以下ＨＦガス導入管という）５１，５
２には例えば管径３／８インチのステンレス管が用いら
れ、ＨＦガス導入管５１は排気管５の上流端近傍即ち排
気ポート４３との接続部位の直ぐ下流側に挿入されてお
り、洗浄ガス導入管５２はディスクトラップ６１の上流
側近傍に挿入されている。

【００２３】次に図２は排気管５を含めたマニホールド
４の横断面図であり、ガス導入管４４は図示を省略して
ある。ＨＦガス導入管５１のガス導入口７は、マニホー
ルド４の内方側に向かないように位置決めされている。
この例ではＨＦガス導入管５１は排気管５の内側から挿
入され、その内周面に沿って排気ポート４３の入口側開
口部４５付近まで配管され、図３に示すように先端部が
排気管５の中心部に向けて直角に屈曲され、ガス導入口
７が対向する排気ポート４３の内壁面に向かってＨＦガ
スを供給するように構成されている。

【００２４】次に上述の装置による作用について酸化シ
リコン膜を成膜する場合を例にとって説明する。例えば
１００枚のウエハＷの載置されたウエハボート３４を、
ボートエレベータ３３によりマニホールド４の下方側に
設けられた開口部から内管３１内へ搬入し、この開口部
をボートエレベータ３３の上部に設けられた蓋体３５に
より気密に封止する。次に真空ポンプ６２を駆動させ排
気管５を通じて反応管３内を例えば０．００３〜０．０
０５Ｔｏｒｒ程度の圧力まで真空引きし、ヒータ３７に
より反応管３内を例えば７８０℃程度の加熱雰囲気とす
る。この加熱雰囲気下で図示しないガス供給源から供給
されるテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）ガスを所定の
流量でガス導入管４４から供給すると共に、圧力を例え
ば０．１〜１Ｔｏｒｒの減圧雰囲気に維持し、このプロ
セス雰囲気下でＴＥＯＳが分解してウエハＷ上に酸化シ
リコン（ＳｉＯ2）膜が成膜される。熱処理時に反応管
３から排気されるガスは、前記成膜処理によりテトラエ
トキシシランガスから生じる反応生成物を含むものであ
り、例えば主反応生成物である酸化シリコンや副生成物
である炭化水素（ＣxＨy）または水分を含有する。

【００２５】このときディスクトラップ６１内に設けら
れた各ディスクは１００℃〜１５０℃程度に加熱されて
おり、排気された反応生成物はこのディスクに付着して
回収される。

【００２６】酸化シリコン膜の成膜終了後、上述の成膜
ガスの供給を止めて、一旦０．００３〜０．００５Ｔｏ
ｒｒの圧力まで真空引きした後、Ｎ2ガスを反応管３内
に導入して大気雰囲気に戻し、ウエハボート３４の搬出
を行う。

【００２７】このような熱処理を繰り返し行うと、排気
ポート４３や排気管５の管壁、特に排気ポート４３に
は、既述したようにコンダクタンスが急激に小さくなる
ため反応生成物が付着しやすく、他の部位に比べて付着
量が多くなるのでＨＦガスによる付着物の除去を行う。
付着物の除去は先ずウエハボート３４を搭載しない状態
で蓋体３５により開口部を塞ぎ、真空ポンプ６２による
真空排気を行いながらＨＦガス導入管５１，５２に設け
た図示しないバルブを開放し、ＨＦガス供給源５３から
ＨＦガスを供給する。このとき排気ポート４３内の圧力
は例えば２００Ｔｏｒｒとなるように調節される。なお
この圧力は１５０Ｔｏｒｒ〜２５０Ｔｏｒｒであること
が好ましい。

【００２８】ＨＦガスによる洗浄について先ずＨＦガス
導入管５１から説明すると（図３参照）、既述のように
ＨＦガス導入管５１のガス導入口７は排気ポート４３の
内壁面と対向して位置決めされているため、ＨＦガス供
給源５３から供給されたＨＦガスは図３の矢印にて示す
ように、ガス導入口７から当該内壁面に向かって噴出
し、突き当たって上下（排気管５の軸方向から見た上
下）に分かれて流れる。このとき排気ポート４３内には
前述真空排気による下流側への流れが生じているため、
上下に分かれたＨＦガスが夫々周方向に流れつつも下流
側へと向い、内壁面全体に供給される。この結果排気ポ
ート４３の内壁面に付着しているＴＥＯＳの反応生成物
がＨＦと反応して分解除去され、分解物が下流側へと流
れていく。

【００２９】他方の洗浄ガス導入管５２のガス導入口７
からもＨＦガス導入管５１同様に排気管５内壁面に対す
るＨＦガスの噴出が行われ、下流側近傍に位置するディ
スクトラップ６１内に付着した反応生成物が分解され、
当該分解物が排気側へと除去される。除去された分解物
は排気ガスと共に真空ポンプを介して排気される。

【００３０】このような実施の形態によれば、排気管５
の管壁に挿入されたＨＦガス導入管５１のガス導入口７
が排気ポート４３の入口側開口部４５近傍まで来るよう
に配管されているため、排気コンダクタンスが急激に小
さくなる排気ポート４３の内壁面に付着したＴＥＯＳの
反応生成物を除去することができる。従って排気管５を
排気ポート４３から外さなくてよいので、洗浄作業が容
易である。

【００３１】また本実施の形態では、ガス導入口７の先
端部が、排気ポート４３の中心部に向けて直角に屈曲さ
れており、対向する排気ポート４３の内壁面に向かって
ＨＦガスを供給するように構成されているため、排気ポ
ート４３上流側の内管３１側壁へは直接ＨＦガスが吹き
付けられることがなく、内管３１の側壁がエッチングさ
れることを防いでいる。ここで対向する排気ポート４３
の内壁面に供給されたＨＦガスは、排気管５の軸方向か
ら見た上下（図３に示す矢印の方向）に分かれ内周面に
沿って流れつつ真空ポンプ６２の真空引きによる流れに
より下流側へと向うため、排気ポート４３の内壁面全体
に亘ってＨＦガスの供給が行われ、反応生成物の除去を
ムラなく行うことができる。

【００３２】更にまた本実施の形態によれば、ガス供給
口７の位置が排気ポート４３の入口側開口部４５近傍に
位置決めされるため、排気ポート４３内の洗浄時に、ガ
ス導入管４４からＨＦガスの供給を行わなくても済むこ
ととなる。このため反応管３内の内管３１と外管３２と
の間隙にＨＦガスを流すことなく、排気ポート４３の洗
浄を行うことができる。

【００３３】排気管５１の配管については図４に示すよ
うな実施の形態とすることも可能である。図４（ａ）
（ｂ）は共に排気管５を含めたマニホールド４の横断面
図を表したものであり、ガス導入管４４は図示を省略し
てある。図４（ａ）は図２に示す実施の形態と同じ箇所
にて排気管５の管壁に挿入されたＨＦガス導入管５１
が、排気管５の内壁に沿って軸方向に配管され、排気ポ
ート４３の入口側開口部４５より僅かに上流側の部位に
てコ字形に折曲されてガス導入口７が排気ポート４３の
入口側開口部４５に臨む位置にて下流側を向くように構
成されている。一方、図４（ｂ）はＨＦガス導入管５１
がマニホールド４の側壁に挿入されており、マニホール
ド４の内壁に沿って配管されたＨＦガス導入管５１のガ
ス導入口７が排気ポート４３の入口側開口部４５に臨む
位置となるように構成されている。これらの実施の形態
においてもガス導入口７が、排気ポート４３の入口側開
口部４５に臨むように位置決めされるため、前述実施の
形態と同様の効果を上げることができる。

【００３４】図５（ａ）（ｂ）は排気管５を軸方向から
見た縦断面図であり、ガス導入口７（ＨＦガス導入管５
１先端部）をこのような実施の形態とすることも可能で
ある。図５（ａ）は図３に示す実施の形態においてＨＦ
ガス導入管５１が直角に曲がっている部位にて上下方向
（図中矢印の方向）にＨＦガスの供給が可能な二つの孔
７１，７２を形成したものであり、これによれば排気ポ
ート４３の対向する内壁面に加え上下方向の内壁面に沿
ってＨＦガスを供給できるので、管壁に付着した反応生
成物除去の確実性を高めることができる。なおこの場合
先端のガス導入口７を塞ぎ、二つの孔７１，７２からＨ
Ｆガスが吹き出すように構成してもよい。また図５
（ｂ）はＨＦガス導入管５１が直角に曲がっている部位
にて当該管を二股に分岐し、対向する二方向から双方の
ガス導入口７へ向けてＨＦガスの供給ができるように構
成したものであり、図５（ａ）に示す実施の形態同様に
管壁に付着した反応生成物除去の確実性を高めるもので
ある。

【００３５】これら図５（ａ）（ｂ）に示した実施の形
態は既述の図２、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示した各
実施の形態と組み合わせることも可能であり、例えば洗
浄ガス供給管５１を図４（ｂ）に示すように配管し、そ
の先端部を図５（ａ）に示す実施の形態のような二つの
孔を形成した構成として、排気ポート４３の軸方向及び
内周面に沿った上下方向へＨＦガスの供給ができるよう
にすることで、排気ポート４３内の洗浄の実効を高める
ことができる。

【００３６】なお本実施の形態に係る熱処理装置におい
て、ウエハＷの成膜に用いる処理ガスはテトラエトキシ
シラン（ＴＥＯＳ）に限られるものではなく、例えばモ
ノメトキシトリクロロシラン，モノフェニルトリエトキ
シシランなどの他のアルコキシシランを処理ガスとして
用いてもよい。

【００３７】

【発明の効果】以上のように本発明はアルコキシシラン
を用いた熱処理装置において、排気ポートの洗浄を容易
に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に係る縦型熱処理装置の一例を示
す概略図である。

【図２】マニホールド及びその周辺を表す横断面図であ
る。

【図３】排気管５を軸方向から見た縦断面図である。

【図４】他の実施の形態に係るマニホールド４及びその
周辺を表す横断面図である。

【図５】排気管５を軸方向から見た他の実施の形態に係
る縦断面図である。

【図６】従来の縦型熱処理装置を示す概略図である。

【符号の説明】

Ｗ ウエハ ３ 反応管 ３１ 内管 ３２ 外管 ３４ ウエハボート ３５ 蓋体 ３６ 断熱体 ３７ ヒータ ４ マニホールド ４３ 排気ポート ４４ ガス導入管 ４５ 入口側開口部 ５ 排気管 ５１ 洗浄ガス導入管 ６２ 真空ポンプ ７ ガス導入口

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理体が搬入された処理容器内にアル
   コキシシランガスを導入すると共に該処理容器内を真空
   雰囲気かつ加熱雰囲気にして被処理体に対する熱処理を
   行い、処理容器に形成された排気ポート及びこの排気ポ
   ートに接続された排気管から処理容器内を真空排気する
   熱処理装置において、 前記排気ポートの内面に付着した付着物をフッ化水素ガ
   スにより洗浄するために、排気ポート内、または処理容
   器内における排気ポート開口部に臨む位置にガス導入口
   が形成されたフッ化水素ガス導入管を備えることを特徴
   とする熱処理装置。
2. 【請求項２】 フッ化水素ガス導入管のガス導入口は、
   処理容器内に向いていないことを特徴とする請求項１記
   載の熱処理装置。
3. 【請求項３】 フッ化水素ガス導入管のガス導入口は排
   気ポート内にて、排気ポート内壁面を向いていることを
   特徴とする請求項１または２記載の熱処理装置。
4. 【請求項４】 フッ化水素ガス導入管のガス導入口は、
   処理容器内における排気ポート開口部に臨む位置にて排
   気ポートの軸方向に向いて形成されていることを特徴と
   する請求項１または２記載の熱処理装置。
5. 【請求項５】 処理容器は、側面に排気ポートが形成さ
   れた筒状のマニホールドと、このマニホールドの上端部
   に接続された反応管と、からなることを特徴とする請求
   項１乃至４にいずれか記載の熱処理装置。
6. 【請求項６】 処理容器は、側面に排気ポートが形成さ
   れると共に下端開口部が被処理体の搬入出口をなす筒状
   のマニホールドと、このマニホールドの上端部に接続さ
   れ、上部が塞がっている外管と、前記マニホールドの中
   において排気ポートよりも低い位置にて下端部が支持さ
   れると共に、外管の内側に間隙を介して設けられ、熱処
   理雰囲気を形成する両端開口の内管と、からなり、 内管の内側からアルコキシシランガスを導入し、内管の
   上端部から内管と外管との空間を経て排気ポートより排
   気されるように構成されたことを特徴とする請求項１乃
   至４にいずれか記載の熱処理装置。
7. 【請求項７】 フッ化水素ガスによる洗浄時は排気ポー
   ト内の圧力が１５０Ｔｏｒｒ〜２５０Ｔｏｒｒであるこ
   とを特徴とする請求項１乃至６にいずれか記載の熱処理
   装置。