JP2005277286A

JP2005277286A - 基板処理装置

Info

Publication number: JP2005277286A
Application number: JP2004091647A
Authority: JP
Inventors: Kazuto Sasaki; 和人佐々木
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2005-10-06

Abstract

【課題】基板間での膜厚均一性に優れる基板処理装置を提供する。
【解決手段】ウエハ２００を処理する反応管２０３と、反応管２０３内に酸化用ガスを供給する酸化用ガス供給ライン３３１と、反応管２０３内にゲッタリング用ガスを供給するゲッタリング用ガス供給ライン３３２とを有し、酸化用ガス供給ライン３３１とゲッタリング用ガス供給ライン３３２はそれぞれ別個に設けられ、各ガスはそれぞれ別々に反応管２０３内に供給される。
【選択図】図１

Description

本発明は基板処理装置に関し、特に、反応管内に酸化用ガスとゲッタリング用ガスとを供給して半導体ウエハを酸化する低温酸化炉に関する。

従来の低温酸化炉では、ゲッタリング用ガスは酸化用ガスと混合した状態で反応管上部よりシャワーヘッドにて反応管内に導入し、反応管内に設けられたボートに垂直方向に積層して搭載された複数の半導体ウエハを酸化処理していた。

しかしながら、この場合、ボート上部のウエハとガスが反応することにより、ボート下部ではガスの濃度が薄くなり、このことが、ウエハ間の膜厚均一性を悪化させる原因の一つとなっていた。

従って、本発明の主な目的は、基板間での膜厚均一性に優れる基板処理装置を提供することにある。

本発明によれば、
基板を処理する反応管と、
前記反応管内に酸化用ガスを供給する酸化用ガス供給ラインと、
前記反応管内にゲッタリング用ガスを供給するゲッタリング用ガス供給ラインとを有し、
前記酸化用ガス供給ラインと前記ゲッタリング用ガス供給ラインはそれぞれ別個に設けられ、各ガスはそれぞれ別々に反応管内に供給されることを特徴とする基板処理装置が提供される。

なお、ここで、ゲッタリング用ガスとは、酸化膜形成時に基板表面上での欠陥の要因となるＮａ等の可動イオンを表面上から除去するためのガスのことである。

好ましくは、ゲッタリング用ガスは多孔ノズルにて反応管内に供給される。

また、好ましくは、ゲッタリング用ガスはリターンノズルにて反応管内に供給される。

また、好ましくは、酸化用ガスとは酸素と水素を含むガスである。

また、好ましくは、酸化用ガスとは酸素と水素を燃焼させて得たガスである。

また、好ましくは、ゲッタリング用ガスとはＨＣｌ、またはＤＣＥ（ジクロロエチレン）を含むガスである。

本発明によれば、基板間の膜厚均一性に優れる基板処理装置が提供される。

次に、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の好ましい実施例の低温酸化炉を説明するための概略縦断面図である。

本実施例では、低温拡散炉における酸化プロセスで、酸化用ガス（Ｈ_２，Ｏ_２等）と同時に流すゲッタリング用ガス（ＨＣｌ、ＤＣＥ（ジクロロエチレン、Ｃ_２Ｈ_２Ｃｌ_２）等）について、酸化用ガスラインとゲッタリング用ガスラインとを分離し、ゲッタリング用ガスを多孔ノズルで直接炉内に導入することで、酸化用ガスと混合して炉内上部より導入した場合と比較して、ボート下部でゲッタリング用ガスの濃度が薄くなるのを防止でき、炉内のガス濃度をより均一化でき、ウエハ間の膜厚均一性を改善できる。さらにゲッタリング用ガス導入ノズルをリターンノズルとし、反応管内導入までの時間を延長することで、反応管内にガスを導入する前にガスの温度を十分上げておくことができるようになり、ガス導入時において反応管内温度が変化することを防ぐことができ、ウエハ間の膜厚均一性をさらに改善できる。

次に、図１を参照して本実施例の低温酸化炉を説明する。

均熱管２０６は例えばＳiＣ等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞され、下端に開口を有する円筒状の形態である。例えば石英（ＳｉＯ２）等の耐熱性材料からなる反応容器（以下反応管２０３）は、下端に開口を有する円筒状の形態を有し、均熱管２０６内に同心円状に配置されている。

反応管２０３内に酸化用ガスを供給する酸化用ガス供給ライン３３１と、反応管２０３内にゲッタリング用ガスを供給するゲッタリング用ガス供給ライン３３２とをそれぞれ別個に設けている。

反応管２０３の下部には例えば石英からなるガス供給管２３２、２３５と排気管２３１が連結されている。排気管２３１は反応管２０３の排気口２３５に接続されている。
酸化用ガス供給ライン３３１は、酸素源３１２、マスフローコントローラー３０２、水素源３１１、マスフローコントローラー３０１、外部燃焼装置３２０、ガス供給管２３２、導入口２３４、細管２７１、天井部２７２を備えている。ガス供給管２３２と連結する導入口２３４は反応管２０３下部から、反応管２０３側部に添って例えば細管２７１状に立ち上がり、天井部２７２で反応管２０３内部に至っている。反応管２０３の導入口２３４にはガス供給管２３２により、酸化用ガスが反応管２０３内に供給されるようになっている。マスフローコントローラー３０１、３０２はガス流量制御部１０３に接続されており、ガス流量制御部１０３により、水素源３１１、酸素源３１２からそれぞれ供給する水素ガスおよび酸素ガスの流量をそれぞれ所定の量に制御する。ガス供給管２３２の途中には、外部燃焼装置３２０が接続されており、水素ガスと酸素ガスを燃焼して水蒸気（Ｈ_２Ｏ）を発生させる。

ゲッタリング用ガス供給ライン３３２は、マスフローコントローラー３０３、ジクロロエチレン源３１３、ガス供給管２３５、ガス供給ノズル２７３を備えている。マスフローコントローラー３０３はガス流量制御部１０３に接続されており、ガス流量制御部１０３により、ジクロロエチレン源３１３から供給するジクロロエチレンの流量を所定の量に制御する。所定の流量に制御されたジクロロエチレンは、ガス供給管２３５およびそれに接続されたガス供給ノズル２７３をとおり、反応管２０３内に供給される。ガス供給ノズル２７３は、往側ガス導入ノズル２７４と復側ガス導入ノズル２７５とを備えており、復側ガス導入ノズル２７５には、ボート２１７に搭載された最上部のウエハ２００よりも上側から最下部のウエハ２００の下側までに至って、複数のガス供給孔２７６が設けられており、多孔ノズルとなっている。ガス供給ノズル２７３は、往側ガス導入ノズル２７４と復側ガス導入ノズル２７５とを備えたリターンノズルとなっている。

酸化用ガスは酸化用ガス供給ライン３３１から、ゲッタリング用ガスはゲッタリング用ガス供給ライン３３２から別個にそれぞれ反応管２０３内に供給され、反応管２０３下部に接続された排気管２３１から排気されるようになっている。

反応管２０３の排気口２３５には、圧力調節器（例えばＡＰＣ２４２）に連結されたガスの排気管２３１が接続されており、反応管２０３内を流れるガスを排出し、反応管２０３内をＡＰＣ２４２により圧力を制御することにより、所定の圧力にするよう圧力検出手段（以下圧力センサ２４５）により検出し、圧力制御部１０４により制御する。

反応管２０３の下端開口部には、例えば石英からなる円盤状の保持体（以下ベース２５７）が、Ｏリング２２０を介して気密シール可能に着脱自在にあり、ベース２５７は円盤状の蓋体（以下シールキャップ２１９）の上に取付けられている。又、シールキャップ２１９には、回転手段（以下回転軸２５４）が連結されており、回転軸２５４により、保持体（以下石英キャップ２１８）及び基板保持手段（以下ボート２１７）、ボート２１７に保持されている基板（以下ウエハ２００）を回転させる。また、シールキャップ２１９は昇降手段（以下ボートエレベータ１１５）に連結されていて、ボート２１７を昇降させる。回転軸２５４、及びボートエレベータ１１５を所定のスピードにするように、駆動制御部１０５により制御する。

均熱管２０６の外周には加熱手段（以下ヒータ２０７）が同心円状に配置されている。ヒータ２０７は、反応管２０３内の温度を所定の処理温度にするよう温度検出手段（以下熱電対２６３）により温度を検出し、温度制御部１０２により温度制御する。

図１に示した処理炉による酸化処理方法の一例を説明すると、まず、ボートエレベータ１１５によりボート２１７を下降させる。ボート２１７に複数枚のウエハ２００を保持する。ウエハ２００を保持したボート２１７は、ボートエレベータ１１５により、シールキャップ２１９に保持された状態で反応管２０３内に導入され、反応管２０３はシールキャップ２１９によって気密に閉じられる。反応管２０３内部が排気管２３１によって排気され、ヒータ２０７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３２０の燃焼室にそれぞれ所定の流量供給される。

外部燃焼装置３２０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（Ｈ₂Ｏ）が生成される。外部燃焼装置３２で生成された水蒸気は水素ガスと共に酸化用ガスとして酸化用ガス供給ライン３３１から反応管２０３内に供給される。また、ジクロロエチレンは、ゲッタリング用ガス供給ライン３３２から反応管２０３内に別個に供給され、ウエハ２００が酸化される。酸化用ガスとジクロロエチレンの供給時間すなわち酸化処理時間は３０分〜１２０分である。また、反応管２０３内の圧力は常圧（大気圧）である。反応管２０３内に供給された酸化用ガスとジクロロエチレンは排気管２３１から排気される。なお、反応管２０３内の圧力が所定の圧力になるようＡＰＣ２４２により圧力制御することもできる。

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３２０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、また、ゲッタリング用ガス供給ライン３３２からのジクロロエチレンの供給も停止され酸化処理が終了する。

このようにして酸化処理が終了すると、次のウエハ２００の酸化処理に移るべく、反応管２０３内のガスを不活性ガスで置換するとともに、その後、ボートエレベータ１１５によりボート２１７を下降させて、ボート２１７及び処理済のウエハ２００を反応管２０３から取り出す。反応管２０３から取り出されたボート２１７上の処理済のウエハ２００は、未処理のウエハ２００と交換され、再度同様にして反応管２０３内に挿入され、酸化処理が成される。

本発明の好ましい実施例の低温酸化炉を説明するための概略縦断面図である。

符号の説明

１０１…主制御部
１０２…温度制御部
１０３…ガス流量制御部
１０４…圧力制御部
１０５…駆動制御部
１１５…ボートエレベータ
２００…ウエハ
２０３…反応管
２０６…均熱管
２０７…ヒータ
２１７…ボート
２１８…石英キャップ
２１９…シールキャップ
２２０…Ｏリング
２３１…排気管
２３２、２３５…ガス供給管
２３５…排気口
２４１…ＭＦＣ
２４２…圧力調整器（ＡＰＣ）
２４５…圧力センサ
２５４…回転軸
２５７…ベース
２６３…熱電対
２７１…細管
２７２…天井部
２７３…ガス導入ノズル
２７４…往側ガス導入ノズル
２７５…復側ガス導入ノズル
２７６…ガス供給孔
３０１、３０２、３０３…マスフローコントローラー（ＭＦＣ）
３１１…水素源
３１２…酸素源
３１３…ジクロロエチレン源
３２０…外部燃焼装置
３３１…酸化用ガス供給ライン
３３２…ゲッタリング用ガス供給ライン

Claims

基板を処理する反応管と、
前記反応管内に酸化用ガスを供給する酸化用ガス供給ラインと、
前記反応管内にゲッタリング用ガスを供給するゲッタリング用ガス供給ラインとを有し、
前記酸化用ガス供給ラインと前記ゲッタリング用ガス供給ラインはそれぞれ別個に設けられ、各ガスはそれぞれ別々に反応管内に供給されることを特徴とする基板処理装置。