JP2002151499A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 残留物を充分に排出し、その影響を低減す
る。 【解決手段】 プロセスチューブ１１の下部に処理室１
２に連通して開設された排気口２７には排気装置２９に
接続された排気ライン２８が接続され、プロセスチュー
ブ１１の外側に敷設された処理ガス導入管３０の下端部
には外部燃焼装置３２が接続された処理ガス導入ライン
３１が接続され、処理ガス導入ライン３１には排気ライ
ン２８に接続されたバイパスライン３９が接続されてい
る。処理ガス導入管３０と反対側にはパージガス導入管
４１が敷設され、パージガス導入管４１の下端部にはパ
ージガス導入ライン４２が接続されている。 【効果】 パージステップ時、パージガス導入ラインか
ら処理室にパージガスを導入しつつ排気ラインで排気
し、処理ガス導入ラインからもパージガスを導入しつつ
バイパスラインから排気することで、残留物を確実に排
気できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置に
関し、特に、処理室をパージガスによってパージする技
術に係り、例えば、半導体素子を含む半導体集積回路が
作り込まれる半導体ウエハ（以下、ウエハという。）に
酸化膜を形成する酸化膜形成装置に利用して有効なもの
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ウエハに酸化膜を形成する従来の酸化膜
形成装置として、処理室内に処理ガスを導入する処理ガ
ス導入ラインと、処理室内を排気する排気ラインとを備
えており、処理ガス導入ラインを使用した処理室での酸
化膜形成ステップ後に、処理ガス導入ラインに残留した
処理ガスや反応生成物等の残留物を押し出すパージステ
ップを実施するように構成されているものがある。すな
わち、この酸化膜形成装置においては、酸化膜形成ステ
ップ後にパージガスを処理ガス導入ラインに流すことに
より、処理ガス導入ラインの残留物を押し出すようにな
っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記した従来
の酸化膜形成装置においては、酸化膜形成ステップ後の
パージステップでは処理ガス導入ラインの残留物を充分
にパージしきれない場合がある。パージしきれない残留
物は酸化膜形成後のステップにおいてパージガスと共に
少しずつ処理室内に導入され続けることにより、膜厚変
化や膜厚均一性の低下を招くことになる。そこで、従来
の酸化膜形成装置においては、処理ガス導入ラインを加
熱したり処理ガス導入ラインを短縮したりして、残留物
の影響を低減するための対策が講じられている。

【０００４】ところで、近年の半導体集積回路の微細化
に伴い、ウエハに形成する成膜処理の膜厚分布の均一化
および薄膜化が進んでおり、特に、ウエハに酸化膜を形
成する酸化膜形成工程においてはこれらが顕著である。
そのため、酸化膜形成装置において処理ガス導入ライン
を加熱したり短縮したりする残留物の低減対策は限界に
近づいている。すなわち、膜厚分布の均一化および薄膜
化が進んだ酸化膜形成工程においては、処理ガス導入ラ
インの加熱や短縮による残留物低減対策では残留物の影
響を充分に低減することができないため、膜厚変化や膜
厚均一性の低下を招いてしまう。

【０００５】本発明の目的は、残留物の影響を充分に低
減することができる半導体製造装置を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体製造
装置は、処理室内に処理ガスを導入する処理ガス導入ラ
インと、処理室内を排気する排気ラインと、前記処理ガ
ス導入ライン内を排気するバイパスラインと、前記処理
ガス導入ラインに連通し前記処理室内にパージガスを導
入するパージガス導入ラインとを備えており、前記処理
室内のパージを実行する際に、前記パージガス導入ライ
ンから前記処理室内に前記パージガスを導入しつつ、前
記排気ラインによって排気し、それと同時に前記処理ガ
ス導入ラインからも前記パージガスを導入しつつ前記バ
イパスラインから排気することを特徴とする。

【０００７】前記した手段によれば、パージを実行する
際に、パージガス導入ラインから処理室内にパージガス
を導入しつつ排気ラインによって排気するとともに、処
理ガス導入ラインからもパージガスを導入しつつバイパ
スラインから排気することにより、処理ガス導入ライン
および処理室の処理ガスや未反応生成物の残留物を確実
に排出させることができるため、残留物の影響を充分に
低減することができる。したがって、膜厚分布の均一化
や薄膜化が進んだ段階においても、膜厚変化や膜厚均一
性の低下が発生するのを防止することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
面に即して説明する。

【０００９】本実施の形態において、本発明に係る半導
体製造装置は、機能的にはウエハに酸化膜を形成するた
めの酸化膜形成装置の一例であるパイロジェニック酸化
装置として構成されており、構造的にはバッチ式縦形ホ
ットウォール形熱処理装置として構成されている。すな
わち、図１に示されているように、本実施の形態に係る
半導体製造装置（以下、パイロジェニック酸化装置とい
う。）１０はバッチ式縦形ホットウォール形熱処理装置
として構成されている。

【００１０】パイロジェニック酸化装置１０は石英ガラ
スが使用されて上下両端が開口した円筒形状に一体成形
されたプロセスチューブ１１を備えており、プロセスチ
ューブ１１は中心線が垂直になるように縦に配されて筐
体（図示せず）に支持されている。プロセスチューブ１
１の筒中空部は処理室１２を形成しており、処理室１２
は複数枚のウエハ１を同心的に整列させた状態で保持し
たボート２０が搬入されるように構成されている。プロ
セスチューブ１１の下端開口はウエハ１群を保持したボ
ート２０を搬入搬出するための炉口１３を構成してい
る。

【００１１】プロセスチューブ１１の上端開口には分散
板１４が載置されて被せられており、分散板１４には複
数個の流通孔１５がガスを処理室１２の全体に分散させ
るように配置されて厚さ方向に開設されている。プロセ
スチューブ１１の外部にはヒータユニット１６がプロセ
スチューブ１１を包囲するように同心円に設備されてお
り、ヒータユニット１６は筐体に支持されることにより
垂直に据え付けられた状態になっている。ヒータユニッ
ト１６は処理室１２内を全体にわたって均一または所定
の温度分布に加熱するように構成されている。

【００１２】プロセスチューブ１１の真下にはプロセス
チューブ１１の外径と略等しい円盤形状に形成されたシ
ールキャップ１７が同心的に配置されており、シールキ
ャップ１７は送りねじ機構によって構成されたエレベー
タ（一部のみが図示されている。）１８によって垂直方
向に昇降されるようになっている。シールキャップ１７
はエレベータ１８によって上昇された状態において、プ
ロセスチューブ１１の下端面にシールリング１９を挟ん
で密着することにより、処理室１２を気密シールするよ
うになっている。シールキャップ１７の中心線上にはボ
ート２０が垂直に立脚されて支持されている。

【００１３】ボート２０は上下で一対の端板２１、２２
と、両端板２１、２２間に架設されて垂直に配設された
複数本（本実施の形態では三本）の保持部材２３とを備
えており、各保持部材２３には複数条の保持溝２４が長
手方向に等間隔に配されて互いに同一平面内において開
口するようにそれぞれ刻設されている。そして、ウエハ
１の外周辺部が三条の保持溝２４に同時に挿入されるこ
とにより、複数枚のウエハ１がボート２０に水平にかつ
互いに中心を揃えた状態に整列させて保持されるように
なっている。ボート２０の下側端板２２の下には断熱キ
ャップ部２５が形成されており、断熱キャップ部２５の
下面には断熱キャップ部２５の外径よりも若干だけ大径
の円板形状に形成されたベース２６が水平に設けられて
いる。ボート２０はベース２６がシールキャップ１７の
上面に当接されて着脱自在に固定されることによって、
シールキャップ１７の上に据え付けられている。

【００１４】プロセスチューブ１１の側壁の下部には排
気口２７が処理室１２に連通するように開設されてお
り、排気口２７には排気ライン２８の一端が接続されて
いる。排気ライン２８の他端には真空ポンプやブロア等
によって構成された排気装置２９が接続されている。

【００１５】プロセスチューブ１１の外側には処理ガス
導入管３０が敷設されており、処理ガス導入管３０はプ
ロセスチューブ１１の一部に沿って上下方向に延在した
状態になっているとともに、分散板１４の上方を被覆し
た状態になっている。処理ガス導入管３０の下端部には
処理ガス導入ライン３１が接続されており、処理ガス導
入ライン３１には処理ガス供給装置としての外部燃焼装
置３２が接続されている。詳細な図示は省略するが、外
部燃焼装置３２は処理ガス導入管３０に接続された燃焼
室を備えており、燃焼室の処理ガス導入管３０と反対側
には酸素（Ｏ₂ ）ガス源３３に接続された酸素ガス導入
ライン３４と、水素（Ｈ₂ ）ガス源３５に接続された水
素ガス導入ライン３６と、パージガス源３７に接続され
たパージガス導入ライン３８とがそれぞれ接続されてい
る。

【００１６】処理ガス導入ライン３１における外部燃焼
装置３２と処理ガス導入管３０との間にはバイパスライ
ン３９の一端が接続されており、バイパスライン３９の
他端は排気ライン２８に接続されている。バイパスライ
ン３９の途中には開閉弁４０が介設されており、開閉弁
４０は常時閉じで、パージステップ時に開くように構成
されている。

【００１７】プロセスチューブ１１の外側における処理
ガス導入管３０と反対側にはパージガス導入管４１が敷
設されており、パージガス導入管４１はプロセスチュー
ブ１１の一部に沿って上下方向に延在した状態になって
いるとともに、処理ガス導入管３０に接続して分散板１
４の上方を被覆した状態になっている。パージガス導入
管４１の下端部には第二のパージガス導入ライン４２が
接続されており、第二のパージガス導入ライン４２には
第二のパージガス源４３が接続されている。なお、パー
ジガスとしては、窒素（Ｎ₂ ）やアルゴン（Ａｒ）等の
不活性ガスが使用される。また、図示は省略するが、各
ガス導入ラインにはマスフローコントローラや開閉弁が
適宜に介設されている。

【００１８】次に、前記構成に係るパイロジェニック酸
化装置の運用方法をウエハに酸化膜が形成される場合を
例にして説明する。

【００１９】図１に示されているように、酸化膜形成処
理に際して、複数枚のウエハ１を整列保持したボート２
０はシールキャップ１７の上にウエハ１群が並んだ方向
が垂直になる状態で載置され、エレベータ１８によって
差し上げられてプロセスチューブ１１の炉口１３から処
理室１２に搬入されて行き、シールキャップ１７に支持
されたままの状態で処理室１２に存置される。この状態
で、シールキャップ１７はシールリング１９を挟んで密
着することにより、処理室１２を気密に閉じた状態にな
る。

【００２０】処理室１２がシールキャップ１７によって
気密に閉じられた状態で、処理室１２の内部が排気ライ
ン２８によって排気され、ヒータユニット１６によって
所定の温度（約７５０℃）に加熱されると、酸素ガスお
よび水素ガスが外部燃焼装置３２の燃焼室にそれぞれ酸
素ガス導入ライン３４および水素ガス導入ライン３６に
よって所定の流量供給される。

【００２１】外部燃焼装置３２の燃焼室の温度が水素ガ
スの燃焼温度以上に加熱されると、酸素ガスと水素ガス
とが燃焼反応するため、水蒸気（Ｈ₂ Ｏ）が生成され
る。図１に実線矢印で示されているように、外部燃焼装
置３２で生成された水蒸気は水素ガスと共に処理ガス
（酸化ガス）４４として処理ガス導入ライン３１から処
理ガス導入管３０へ送り出され、処理ガス導入管３０に
よってプロセスチューブ１１の処理室１２へ導入され、
分散板１４によって処理室１２内の全体にわたって均等
に分散される。酸化種である水蒸気を含む処理ガス４４
の導入時間すなわち酸化ステップの処理時間は３０分〜
１２０分である。また、処理室１２の圧力は常圧（大気
圧）である。

【００２２】分散板１４によって処理室１２に均一に分
散された処理ガス４４はボート２０に保持された複数枚
のウエハ１にそれぞれ均一に接触しながら処理室１２を
流下し、排気口２７から排気ライン２８の排気力によっ
て処理室１２の外部に排気される。処理ガス４４のウエ
ハ１の表面への接触による処理ガス４４の酸化反応によ
り、ウエハ１の表面には酸化膜が形成される。

【００２３】酸化膜が所望の膜厚だけ形成される予め設
定された処理時間が経過すると、外部燃焼装置３２の燃
焼室への酸素ガスおよび水素ガスの供給が停止され、図
２に示されているように、パージガス４５が外部燃焼装
置３２に接続されたパージガス導入ライン（以下、第一
のパージガス導入ラインという。）３８を通じて外部燃
焼装置３２の燃焼室へ導入されるとともに、バイパスラ
イン３９の開閉弁４０が開かれ、また、第二のパージガ
ス源４３のパージガス４５が第二のパージガス導入ライ
ン４２を通じてパージガス導入管４１に供給される。

【００２４】開閉弁４０が開かれたので、第一のパージ
ガス導入ライン３８から外部燃焼装置３２の燃焼室へ導
入されたパージガス４５は排気ライン２８に接続された
排気装置２９の排気力によってバイパスライン３９に導
出され、排気ライン２８に排出されて行く。この際、第
一のパージガス導入ライン３８が処理ガス導入管３０と
反対側において外部燃焼装置３２の燃焼室に接続されて
いるので、外部燃焼装置３２の燃焼室は処理ガス導入ラ
イン３１の一部を実質的に構成していることになる。つ
まり、第一のパージガス導入ライン３８から導入された
パージガス４５は、この処理ガス導入ライン３１の一部
である燃焼室→処理ガス導入ライン３１→バイパスライ
ン３９→排気ライン２８を流通することにより、燃焼室
を含めて処理ガス導入ライン３１に残留した処理ガス４
４や反応生成物等の残留物を確実に押し流すことにな
る。そして、燃焼室を含めた処理ガス導入ライン３１の
残留物はバイパスライン３９を通じて排出されるため、
その残留物が処理室１２側へ流出することはない。

【００２５】他方、第二のパージガス導入ライン４２か
らパージガス導入管４１に供給されたパージガス４５は
パージガス導入管４１によってプロセスチューブ１１の
処理室１２へ導入され、分散板１４によって処理室１２
内の全体にわたって均等に分散される。分散板１４によ
って処理室１２に均一に分散された処理ガス４４はボー
ト２０に保持された複数枚のウエハ１にそれぞれ均一に
接触しながら処理室１２を流下し、排気口２７から排気
ライン２８の排気力によって処理室１２の外部に排気さ
れる。処理室１２に残留した処理ガス４４や反応生成物
等の残留物はこのパージガス４５の流れによって押し流
される。

【００２６】また、開閉弁４０が開かれたので、第二の
パージガス導入ライン４２からパージガス導入管４１に
供給されたパージガス４５の一部は、バイパスライン３
９に印加する排気ライン２８の排気装置２９の排気力に
よって処理ガス導入管３０に吸引され、処理ガス導入管
３０→処理ガス導入ライン３１→バイパスライン３９→
排気ライン２８に排出されて行く。処理ガス導入管３０
および処理ガス導入ライン３１に残留した処理ガス４４
や反応生成物等の残留物は、このパージガス４５の流れ
によって押し流される。この際、外部燃焼装置３２側の
圧力はバイパスライン３９側の圧力よりも高くなってい
るので、処理ガス導入管３０側のパージガス４５が外部
燃焼装置３２側に逆流することはない。

【００２７】以上のパージステップが終了すると、ボー
トアンローディング（ボート搬出）ステップが実施され
る。すなわち、シールキャップ１７がエレベータ１８に
よって下降され、ボート２０が処理室１２から搬出され
る。ボートアンローディングステップが終了すると、ボ
ート２０から処理済みのウエハ１を取り出すためのウエ
ハディスチャージステップが実行される。

【００２８】以降、前述した作用が繰り返されることに
より、パイロジェニック酸化装置によってウエハがバッ
チ処理されて行く。

【００２９】前記実施の形態によれば、次の効果が得ら
れる。

【００３０】1) 処理室に第二のパージガス導入ライン
を接続することにより、処理室にパージガスを第二のパ
ージガス導入ラインを通じて導入しつつ排気ラインによ
って排気することができるため、処理室に残留した処理
ガスや反応生成物等の残留物を処理室を流通するパージ
ガスによって押し流すことができ、処理室の残留物によ
る悪影響を防止することができる。

【００３１】2) 第二のパージガス導入ラインから供給
されたパージガスの一部を処理室を迂回させて処理ガス
導入管および処理ガス導入ラインの一部に流通させるこ
とにより、処理ガス導入管および処理ガス導入ラインに
残留した処理ガスや反応生成物等の残留物を押し流すこ
とができるため、処理ガス導入管および処理ガス導入ラ
インの残留物の悪影響を防止することができる。

【００３２】3) 第二のパージガス導入ラインを処理ガ
ス導入管に処理室側端部において接続するとともに、処
理ガス導入管の処理ガス導入ライン側端部においてバイ
パスラインを接続することにより、第二のパージガス導
入ラインから供給されたパージガスの一部をバイパスラ
インに印加する排気ラインの排気装置の排気力によって
処理ガス導入管に吸引させて、処理ガス導入管→処理ガ
ス導入ライン→バイパスライン→排気ラインに排出させ
ることができるため、処理ガス導入管側のパージガスが
処理ガス導入ラインの外部燃焼装置側に逆流するのを防
止することができる。

【００３３】4) 第一のパージガス導入ラインを処理ガ
ス導入管と反対側において外部燃焼装置の燃焼室に接続
することにより、第一のパージガス導入ラインから導入
されたパージガスを処理ガス導入ラインの一部である燃
焼室→処理ガス導入ライン→バイパスライン→排気ライ
ンを流通させることができるため、燃焼室を含めて処理
ガス導入ラインに残留した処理ガスや反応生成物等の残
留物を確実に押し流すことができ、その残留物が処理室
側へ流出するのを防止することができる。

【００３４】5) 処理室や処理ガス導入ラインの残留物
を確実に排出することにより、残留物の悪影響を確実に
防止することができるため、膜厚分布の均一化および薄
膜化が進んだ場合であっても膜厚変化や膜厚均一性の低
下の発生を未然に防止することができる。

【００３５】6) 膜厚変化や膜厚均一性の低下の発生を
未然に防止することにより、ＩＣの製造方法における歩
留りを高めることができるとともに、ＩＣの品質並びに
信頼性を高めることができる。

【００３６】なお、本発明は前記実施の形態に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変
更が可能であることはいうまでもない。

【００３７】例えば、第二のパージガス導入ラインへの
パージガスの供給源は、処理ガス導入ラインに接続され
た第一のパージガス導入ラインへのパージガスの供給源
と別に設置するに限らず、共用するように構成してもよ
い。

【００３８】バイパスラインは排気ラインに接続するに
限らず、専用の排気装置に接続してもよい。

【００３９】処理は酸化膜を形成する処理に限らず、窒
化シリコン（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）膜やポリシリコン膜等のＣＶ
Ｄ膜を形成する成膜処理であってもよい。

【００４０】本発明はパイロジェニック酸化装置に適用
するに限らず、酸化処理や拡散だけでなくイオン打ち込
み後のキャリア活性化や平坦化のためのリフロー等にも
使用されるバッチ式縦形ホットウオール形拡散装置やＣ
ＶＤ装置等の半導体製造装置全般に適用することができ
る。

【００４１】前記実施の形態ではウエハに処理が施され
る場合について説明したが、被処理基板はホトマスクや
プリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクお
よび磁気ディスク等であってもよい。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
残留物を確実に排出することができるため、残留物によ
る悪影響を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態であるパイロジェニック
酸化装置を示す一部省略正面断面図である。

【図２】そのパージステップを示す一部省略正面断面図
である。

【符号の説明】

１…ウエハ（被処理基板）、１０…パイロジェニック酸
化装置（バッチ式縦形ホットウォール形熱処理装置、半
導体製造装置）、１１…プロセスチューブ、１２…処理
室、１３…炉口、１４…分散板、１５…流通孔、１６…
ヒータユニット、１７…シールキャップ、１８…エレベ
ータ、１９…シールリング、２０…ボート、２１、２２
…端板、２３…保持部材、２４…保持溝、２５…断熱キ
ャップ部、２６…ベース、２７…排気口、２８…排気ラ
イン、２９…排気装置、３０…処理ガス導入管、３１…
処理ガス導入ライン、３２…外部燃焼装置、３３…酸素
ガス源、３４…酸素ガス導入ライン、３５…水素ガス
源、３６…水素ガス導入ライン、３７…パージガス源、
３８…第一のパージガス導入ライン、３９…バイパスラ
イン、４０…開閉弁、４１…パージガス導入管、４２…
第二のパージガス導入ライン、４３…第二のパージガス
源、４４…処理ガス、４５…パージガス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K030 EA11 FA10 KA08 LA15 5F045 AA06 AA20 AB03 AB32 AB33 AC11 BB14 DP19 EB06 EE14 EF20 EG01

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 処理室内に処理ガスを導入する処理ガス
   導入ラインと、処理室内を排気する排気ラインと、前記
   処理ガス導入ライン内を排気するバイパスラインと、前
   記処理ガス導入ラインに連通し前記処理室内にパージガ
   スを導入するパージガス導入ラインとを備えており、前
   記処理室内のパージを実行する際に、前記パージガス導
   入ラインから前記処理室内に前記パージガスを導入しつ
   つ、前記排気ラインによって排気し、それと同時に前記
   処理ガス導入ラインからも前記パージガスを導入しつつ
   前記バイパスラインから排気することを特徴とする半導
   体製造装置。