JP2002009010A - 熱処理装置及びその方法 - Google Patents
熱処理装置及びその方法Info
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Abstract
ハを搬入し、塩化水素ガスを含む酸化用のガスを用いて
ウエハ上のシリコン表面部を酸化処理するにあたって、
反応管のフランジ部と石英製のキャップ部との接合では
気密性が不十分である点を解決すること。 【解決手段】 反応管の下端開口部を閉じるキャップ部
を金属製の本体と、本体の周縁部よりも内側の表面を覆
う石英製のカバー体により構成すると共に、周縁部の表
面にOリングを設けてフランジ部との気密性を確保する
一方、Oリングよりも内側の両者の対向部位の隙間をN
2ガスによりパージして、金属部分に塩化水素ガスが触
れるのを防止すると共にOリングを冷却する。またOリ
ングの近傍に冷却水路を設け、これによってもOリング
を冷却する。
Description
の複数の被処理体に対して熱処理例えば酸化や拡散処理
を一括して行う熱処理装置及びその方法に関する。
う)をバッチで熱処理する装置として縦型熱処理装置が
あり、その中にはいわゆる成膜炉と酸化、拡散炉とがあ
る。これらの炉はいずれも石英製の反応管が用いられる
が、処理及びその温度領域が異なるため装置構成が大き
く異なる。成膜炉は処理温度がせいぜい800℃以下で
行われるため、反応管の下部には、ガス供給管及び排気
管が接続される金属製の筒状のマニホ−ルドが接合さ
れ、このマニホ−ルドの下端の開口部は金属製のキャッ
プ部により開閉されると共に、マニホ−ルドとキャップ
部との接合部には樹脂製のシ−ル部材であるOリングが
介在して気密性が保たれている。
上と高く、またウエハ上のシリコンを酸化する酸化処理
は、通常塩化水素によるゲッタリングを併用して行われ
る。そして水蒸気を用いるウエット酸化の場合だけでな
く、酸素(02 )ガス及び塩化水素(HCl)ガスを用
いるドライ酸化においても微量ながら水分が生成される
ため、高温下でしかも水分が存在することから塩化水素
の腐食性が大きく、従って金属を用いることができな
い。このため酸化処理が行われる縦型熱処理装置は、石
英製の反応管のフランジ部と石英製のキャップ部とを接
合するようにしているが、石英は輻射光を透過するため
この間にOリングを介在させるとその温度が耐熱温度を
越えてしまい、また石英の中に冷却水路を形成すること
は加工上無理があることからOリングは使用できず、従
って石英の面接触により気密性を確保するようにしてい
る。
ける従来のシ−ル構造について図8を参照しながら述べ
る。図8において11は下端が開口した石英製の反応管
であり、ガス供給管11a及び排気管11bを備えてい
る。12はこの反応管11の周りを囲むように設けられ
たヒ−タ、13は石英製のキャップ部であり、このキャ
ップ部13の上には、多数枚のウエハWが棚状に保持さ
れたウエハボ−ト14が保温筒15を介して載置されて
いる。キャップ部13はボ−トエレベ−タ10により昇
降され、上昇位置にあるときには周縁部13aが反応管
11のフランジ部16に接合される。そしてフランジ部
16の接合面には周方向に沿って溝部17が形成されて
おり、この溝部17にパ−ジガス例えば窒素ガスを供給
するようにしている。このようなシ−ル構造によれば、
キャップ部13の周縁部13a及びフランジ部16の接
合が不均一であっても、窒素ガスが反応管11の内外を
仕切るいわばカ−テンの役割を果たし、反応管11内の
雰囲気ガスが外に漏洩することを防止している。
において溝部17の内側領域を切り欠いてその下面がキ
ャップ部13から浮いた状態にすることも検討してい
る。即ち、図 の構成において溝部17の外側の接合面
同士の当たりが内側の接合面同士の当たりよりも弱いと
きには、窒素ガスが外側に流れ、それに引き込まれて雰
囲気ガスが外部に漏洩するおそれがあるが、溝部17の
内側領域を切り欠けば、内側に向かう窒素ガスの流れが
形成されるので、そのような懸念がなくなる。
ウエハをクロ−ズ型カセット(密閉型カセット)に入れ
て搬送することが行われ、これに合わせて縦型熱処理装
置側においても熱処理炉の下方側のウエハの移載領域
(ロ−ダ室)をパ−ジガスの陽圧雰囲気とすることが検
討されている。酸化処理や拡散処理を行うときの反応管
11内の圧力は常圧付近であるから、この場合には反応
管11内の圧力が外部よりも低くなる。一方反応管11
の内部と外部との気密構造は、フランジ部16とキャッ
プ部13の周縁部13aとの面接触に頼っているが、互
いに接合する両面は石英部材であるため高精度の加工が
困難であるし、高精度に加工できたとしてもわずかな組
み立て誤差により面接触の精度が落ちてしまう。このた
めロ−ダ室内のパ−ジガスがフランジ部16とキャップ
部13の周縁部13aとの対向部位を通って反応管11
内に流入するおそれがある。このようにパ−ジガスが反
応管11内に流入すると、反応管11の底部付近の温度
が低くなり、ウエハボ−ト14の下段側のウエハWのプ
ロセスに対して悪影響を及ぼすことになる。
を例えば133Pa(1Torr)〜46550Pa
(350Torr)程度の微減圧雰囲気にすることも検
討されており、この場合には反応管11の外部が大気圧
雰囲気であっても空気が前記対向部位を通って反応管1
1内に流入し、ウエハW上に自然酸化膜が形成されてし
まうおそれがある。本発明はこのような事情の下になさ
れたものであり、その目的は、腐食性ガスを含む処理ガ
スにより被処理体に対して熱処理を行う縦型の熱処理装
置において高い気密性を確保できる技術を提供すること
にある。
体を棚状に保持させた保持具を、下端にフランジ部を有
する縦型の石英製の反応容器内に下端開口部から搬入す
ると共に反応容器内を所定の熱処理温度に加熱し、腐食
性のガスを含む処理ガスにより被処理体に対して熱処理
を行う熱処理装置において、前記保持具を搭載して反応
容器内の下端開口部を開閉すると共に少なくとも前記反
応容器のフランジ部に接合される周縁部が金属により構
成されたキャップ部と、前記フランジ部との間を気密に
シ−ルするために前記キャップ部の周縁部に周方向に沿
ってリング状に設けられた樹脂製のシ−ル部材と、前記
フランジ部と前記キャップ部の周縁部との対向部位にお
いて前記シ−ル部材よりも内側の領域にパ−ジガスを供
給するためのパ−ジガス供給部と、を備えたことを特徴
とする。
る、シリコン酸化膜を得るための酸化処理に好適であ
り、腐食性のガスとしては例えば被処理体をゲッタリン
グするための塩化水素ガスが挙げられる。
ランジ部に接合されるキャップ部の周縁部は金属製であ
るから、シ−ル部材を設けても石英の場合よりも昇温が
抑えられ、またシ−ル部材を嵌め込む溝を高精度で加工
することができ、従って樹脂製のシ−ル部材を用いたシ
−ル構造を実現できる。そしてパ−ジガスによりフラン
ジ部及びキャップ部の周縁部間をパ−ジしているから、
キャップ部の金属部分に腐食性ガスが触れるのを防止で
きると共にこのパ−ジガスにより前記シ−ル部材を冷却
できる。なおシ−ル部材を冷却するためにキャップ部の
前記周縁部に周方向に沿って冷却流体の流路を設けるこ
とが好ましい。
本体と、周縁部よりも内側部位のキャップ部本体の表面
を覆うように設けられたセラミックス製例えば石英製の
カバ−部と、を備えた構成とされる。この場合パ−ジガ
ス供給部は、キャップ部本体とカバ−部との間の隙間に
開口するパ−ジガス供給路を備え、当該隙間に供給され
たパ−ジガスがキャップ部本体の表面に沿って外側に流
れて前記対向部位に供給される。なおパ−ジガス供給部
は反応容器に設けてもよい。
のであり、その方法は、複数の被処理体を棚状に保持さ
せた保持具を、少なくとも周縁部が金属により構成され
たキャップ部の上に搭載して、縦型の石英製の反応容器
内に下端開口部から搬入し、前記キャップ部の周縁部と
反応容器の下端のフランジ部とを接合する工程と、前記
キャップ部の周縁部に周方向に沿ってリング状に設けら
れた樹脂製のシ−ル部材により、前記キャップ部の周縁
部と反応容器のフランジ部との対向部位を気密にシ−ル
すると共に、前記対向部位におけるシ−ル部材よりも内
側の領域にパ−ジガスを供給してこのパ−ジガスにより
前記周縁部と処理ガスとの接触を防ぎかつ前記シ−ル部
材を冷却する工程と、この工程を行いながら、所定の熱
処理温度の雰囲気下にて腐食性のガスを含む処理ガスに
より被処理体に対して熱処理を行う工程と、を含むこと
を特徴とする。
の形態を説明するが、先ず熱処理装置の全体構成につい
て図1及び図2を参照しながら述べておく。この熱処理
装置は一般に縦型熱処理装置と呼ばれているものであ
り、縦型の熱処理炉2を備えている。この熱処理炉2
は、下端が開口部している円筒状の石英製の反応容器で
ある反応管21と、この反応管21を囲むように設けら
れた抵抗発熱体などからなる加熱手段であるヒ−タ22
と、前記反応管21及びヒ−タ22の間にて断熱体23
に支持されて設けられた均熱用容器24と、ガス供給管
25と、前記反応管21に接続された排気管26とを備
えている。前記反応管21は下端が開口すると共に、上
面21aの少し下方側に多数のガス穴21bを有するガ
ス拡散板21cが設けられている。また前記ガス供給管
25は前記反応管21と均熱用容器24との間にて垂直
に立ち上げられており、その先端部は反応管31の上面
21aとガス拡散板21cとの間の空間に突入されてい
ると共に、基端側は反応管21の底部付近にてL字に屈
曲されて外部に配管されている。
40の上に設けられたキャップ部3を備えており、この
キャップ部3はボ−トエレベ−タ40が上がりきった位
置にて反応管21のフランジ部5にその周縁部31の上
面が接合して反応管21の下端開口部27を閉じ、ボ−
トエレベ−タ40が下がったときに前記開口部27を開
くように構成されている。なお図1及び図2ではキャッ
プ部3及びフランジ部5は簡略して記載してある。
て保持具であるウエハボ−ト4が搭載されている。ウエ
ハボ−ト4は、図2において例えば天板41及び底板4
2の間に複数の支柱43を設け、この支柱43に上下方
向に形成された溝にウエハWの周縁を挿入して保持する
ように構成されている。保温部材28はこの例では石英
製の保温筒として記載してあるが、石英製のフィンを多
段に積層したものなどであってもよい。
ンジ部5及びキャップ部3のシ−ル構造について図3を
参照しながら述べるが、キャップ部3がフランジ部5か
ら離れた状態についても図4に示しておく。キャップ部
3は金属製例えばステンレス製のキャップ部本体30と
石英製の第1及び第2のカバ−体61、62と、石英製
のタ−ンテ−ブル63とを備えている。キャップ部本体
30の周縁部31は図5にも示すようにその内側の領域
よりも高い段部になっており、周縁部31の上面(フラ
ンジ部5との対向部位)には周方向に沿ってリング状に
溝32が形成されている。この溝32内には、前記フラ
ンジ部5との間を気密にシ−ルするためにOリングと呼
ばれているリング状の樹脂製のシ−ル部材(以下Oリン
グという)33が嵌め込まれている。
側には、前記Oリング33を冷却するための冷却流体例
えば冷却水を通流させるための冷却水路(冷却流体流
路)71が周方向に沿って形成されており、この冷却水
路71には給水管72及び排水管73が接続されてい
る。給水管72及び排水管73はキャップ部3の下面側
を通ってボ−トエレベ−タ40内に配管されている。
レ−ト50に固定されており、前記周縁部31に対向す
る対向部位はOリング33を潰すように平らな接合面と
して構成されている。なお前記ガス供給管25は、この
例では反応管21の底部に一体化された水平管25aに
垂直管25bを接続して構成されている。
も内側部位は低くなっていてリング状の凹部34が形成
されており、その凹部34の底面は外側寄りに対して内
側寄りの方が高い段差になっている。前記石英製の第1
及び第2のカバ−体61、62は夫々この凹部34の外
側寄り及び内側寄りに嵌め込まれており、第1のカバ−
体61の外縁側の表面は前記フランジ部5の内縁側の下
面と接合されることとなる。またキャップ部本体30に
は、前記第1のカバ−体6の底面の一部と凹部34の底
面(キャップ部本体30の表面)との隙間に開口するよ
うに窒素ガス(N2 ガス)供給路73が厚さ方向に貫通
して設けられ、この窒素ガス供給路73には、窒素ガス
供給管74が接続されている。窒素ガス供給管74の基
端側には図示しない窒素ガス供給源が接続され、ここか
ら供給されるパージガスである窒素ガスはキャップ部3
の金属部分を腐食性ガスから保護すると共に前記Oリン
グ33を冷却するために用いられるものである。この例
では窒素ガス供給路73及び窒素ガス供給管74により
パ−ジガス供給部をなす窒素ガス供給部が構成される。
3の上に載置されており、このタ−ンテ−ブル63は、
キャップ部本体30の下部に連続するハウジング35に
軸受された回転軸64の上に取り付けられている。回転
軸64は、モ−タM、プ−リP1,P2及びベルトBか
らなる駆動部65により回転される。なお66は、ボ−
トエレベ−タ40に対してキャップ部3を支持する支持
部分である。
材28の下面には夫々リング状突起61a及び28aが
設けられ、互いに重なり合ってラビリンスが形成されて
いると共に、前記第2のカバ−体62の上面及びタ−ン
テ−ブル63の下面にも夫々リング状突起62a及び6
3aが設けられ、互いに重なり合ってラビリンスが形成
されている。これらラビリンスは、反応管21内の処理
ガスがキャップ部61の内側の金属部分に回り込むのを
防止する役割を果たしている。
る。先ず多数枚例えば60枚のウエハWをウエハボ−ト
4に棚状に保持させ、ヒ−タ22により予め所定の温度
に加熱された反応管21内にボ−トエレベ−タ40によ
り搬入し、炉口である開口部27をキャップ部44によ
り気密に閉じる(図1の状態)。続いて反応管31内を
所定の温度に昇温すると共に、反応管31内を例えば1
33Pa(1Torr)〜46550Pa(350To
rr)程度の微減圧状態にし、この状態でウエハWの温
度を安定させてから酸化処理を行う。
ライ酸化の場合には酸素ガス及び塩化水素ガスよりなる
処理ガスが用いられ、いわゆるウエット酸化の場合には
酸素ガス、水蒸気及び塩化水素ガスよりなる処理ガスが
用いられる。処理ガスはガス供給管25を介して反応管
21の上部に流入し、ガス孔21bから反応管21内の
処理領域に供給され、下部の排気管26から排気され
る。このときウエハボ−ト4はタ−ンテ−ブル63によ
り回転し、処理ガスは棚状に積まれたウエハWの間に入
り込み、酸素ガスによりウエハW表面部のシリコン層が
酸化されかつ塩化水素ガスによりゲッタリングされなが
らシリコン酸化膜が生成される。
けられることによりOリング33が潰れて反応管21内
と外部とが気密にシ−ルされる。そして図6に示すよう
にキャップ部本体30に設けられたガス供給路73から
窒素ガスが当該キャップ部本体30の表面と石英製のカ
バ−体61との間に例えば2〜3slmの流量で供給さ
れ、更に両者の隙間に沿って外側に流れる。そしてこの
窒素ガスはフランジ部5の下面に当たり、当該下面とキ
ャップ部本体30の周縁部31の表面との間の隙間に沿
って外側に広がって、この隙間をパ−ジすると共に、当
該下面と前記カバ−体61の表面との隙間に沿って内側
に広がって反応管21内の雰囲気に流出し、排気管26
から排気される。
と接合される反応管21のフランジ部5は石英製として
いるが、キャップ部3の周縁部31を金属製としている
ため、Oリング33を設けても石英の場合よりも昇温が
抑えられ、またOリング33を嵌め込む溝32を高精度
で加工することができる。仮に石英の中にOリング33
を嵌め込もうとすると溝32を高精度で加工することが
難しく、Oリング33を嵌め込んだときに全周に渡って
均一な気密性を得ることが困難になる。
けることができるので、石英同士の接合の場合に比べて
組み立て許容誤差も緩和され、確実にシ−ルすることが
できる。そして従来技術の項目で述べたように、熱処理
炉2の下方側のウエハの移載領域(ロ−ダ室)をパ−ジ
ガスの陽圧雰囲気としたりあるいは反応管21内を微減
圧にして酸化処理を行う場合であっても外気が反応管2
1内に流入することを防止でき、石英同士の接合に比べ
て有利である。
冷却水路の形成が困難なことから、冷却水による冷却効
果を狙うことが実質できないが、前記周縁部31を金属
製としているのでここに冷却水を流すことによりOリン
グ33の冷却効果が得られる。ここで前記周縁部31を
金属製にするだけであれば、腐食の問題が残るが、この
実施の形態ではパ−ジガスによりフランジ部5及びキャ
ップ部3の周縁部31間をパ−ジしているから、キャッ
プ部3の金属部分に腐食性ガスが触れるのを防止できる
と共にこのパ−ジガスにより前記Oリング33を冷却で
きる。またキャップ部本体30は金属製としているが、
周縁部31よりも内側においては石英製のカバ−体6
1、62を設けているので、金属部分に腐食性ガスが触
れることを防止できる。
で酸化処理を行う装置では反応管21の下に金属性のマ
ニホ−ルドを設けることができないので、この実施の形
態は有効であり、外気の流入や処理ガスの流出を確実に
防止できる。
キャップ部3側に設けたが、本発明は反応管21のフラ
ンジ部5に設けてもよい。図7はこのような実施の形態
を示すものであり、フランジ部5におけるキャップ部3
との対向部位であってOリング33よりも内側寄りに周
方向に溝80を形成すると共に、この溝80内に開口す
るようにキャップ部3内に窒素ガス供給路81を形成
し、当該窒素ガス供給路81に窒素ガス供給管82を接
続している。この例では、窒素ガス供給路81及び窒素
ガス供給管82により窒素ガス供給部が構成され、窒素
ガスは溝80からフランジ部5及びキャップ部3の間の
微小な隙間をパ−ジして反応管21内に流出する。
給されるパージガスとしては窒素ガスに限らずアルゴン
ガスなどの不活性ガスであってもよい。またキャップ部
本体30の表面を覆うカバ−体(61、62)としては
石英に限らず炭化ケイ素(SiC)などのセラミックス
であってもよい。更にまたキャップ部3が金属製のキャ
ップ部本体とカバ−体とに分離されずに例えば周縁部3
1以外はセラミックスで構成されるような一体的なもの
も本発明の権利範囲に入るものである。
ガスにより被処理体に対して熱処理を行い、金属製のマ
ニホ−ルドが使用できない縦型の熱処理装置において高
い気密性を確保できる。
略解して示す縦断側面図である。
を、キャップ部が閉じた状態として示す断面図である。
を、キャップ部が開いた状態として示す断面図である。
れるシール構造部分を、キャップ部が閉じた状態として
示す断面図である。
Claims (12)
- 【請求項1】 複数の被処理体を棚状に保持させた保持
具を、下端にフランジ部を有する縦型の石英製の反応容
器内に下端開口部から搬入すると共に反応容器内を所定
の熱処理温度に加熱し、腐食性のガスを含む処理ガスに
より被処理体に対して熱処理を行う熱処理装置におい
て、 前記保持具を搭載して反応容器内の下端開口部を開閉す
ると共に少なくとも前記反応容器のフランジ部に接合さ
れる周縁部が金属により構成されたキャップ部と、 前記フランジ部との間を気密にシ−ルするために前記キ
ャップ部の周縁部に周方向に沿ってリング状に設けられ
た樹脂製のシ−ル部材と、 前記フランジ部と前記キャップ部の周縁部との対向部位
において前記シ−ル部材よりも内側の領域にパ−ジガス
を供給するためのパ−ジガス供給部と、 を備えたことを特徴とする熱処理装置。 - 【請求項2】 シ−ル部材を冷却するためにキャップ部
の前記周縁部に周方向に沿って冷却流体の流路を設けた
ことを特徴とする請求項1記載の熱処理装置。 - 【請求項3】 キャップ部は、金属製のキャップ部本体
と、周縁部よりも内側部位のキャップ部本体の表面を覆
うように設けられたセラミックス製のカバ−部と、を備
えたことを特徴とする請求項1または2記載の熱処理装
置。 - 【請求項4】 カバ−部は石英製であることを特徴とす
る請求項3記載の熱処理装置。 - 【請求項5】 パ−ジガス供給部はキャップ部に設けら
れていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか
に記載の熱処理装置。 - 【請求項6】 パ−ジガス供給部は、キャップ部本体と
カバ−部との間の隙間に開口するパ−ジガス供給路を備
え、当該隙間に供給されたパ−ジガスがキャップ部本体
の表面に沿って外側に流れて前記対向部位に供給される
ことを特徴とする請求項3または4記載の熱処理装置。 - 【請求項7】 パ−ジガス供給部は反応容器に設けられ
ていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに
記載の熱処理装置。 - 【請求項8】 熱処理温度は850℃以上であることを
特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載の熱処理
装置。 - 【請求項9】 腐食性ガスは塩化水素であることを特徴
とする請求項1ないし8のいずれかに記載の熱処理装
置。 - 【請求項10】 被処理体に対して行われる熱処理はシ
リコン酸化膜を得るための酸化処理であることを特徴と
する請求項1ないし9のいずれかに記載の熱処理装置。 - 【請求項11】 複数の被処理体を棚状に保持させた保
持具を、少なくとも周縁部が金属により構成されたキャ
ップ部の上に搭載して、縦型の石英製の反応容器内に下
端開口部から搬入し、前記キャップ部の周縁部と反応容
器の下端のフランジ部とを接合する工程と、 前記キャップ部の周縁部に周方向に沿ってリング状に設
けられた樹脂製のシ−ル部材により、前記キャップ部の
周縁部と反応容器のフランジ部との対向部位を気密にシ
−ルすると共に、前記対向部位におけるシ−ル部材より
も内側の領域にパ−ジガスを供給してこのパ−ジガスに
より前記周縁部と処理ガスとの接触を防ぎかつ前記シ−
ル部材を冷却する工程と、 この工程を行いながら、所定の熱処理温度の雰囲気下に
て腐食性のガスを含む処理ガスにより被処理体に対して
熱処理を行う工程と、 を含むことを特徴とする熱処理方法。 - 【請求項12】 パ−ジガスの冷却に加えて、キャップ
部の中に冷却流体を流すことによりシ−ル部材を冷却す
ることを特徴とする請求項11記載の熱処理方法。
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