JP2006295020A - Apparatus and method for forming oxide film - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体基板等の表面に酸化膜を形成する酸化膜形成装置及び酸化膜形成方法に関するものである。 The present invention relates to an oxide film forming apparatus and an oxide film forming method for forming an oxide film on the surface of a semiconductor substrate or the like.
半導体基板の製造プロセスにおいて、例えば、シリコン等の基板原料は酸化膜形成装置によってその表面に酸化膜が形成される。酸化膜形成装置では、シリコンウエハは耐圧容器に収容され、この耐圧容器の内部は、湿式の酸化方式の場合、例えば、0.65MPa、950℃といった高圧かつ高温とされる。シリコンウエハは、このような状態の耐圧容器内で水蒸気と反応する。これにより、酸化膜がシリコンウエハの表面に形成される。 In the semiconductor substrate manufacturing process, for example, an oxide film is formed on the surface of a substrate material such as silicon by an oxide film forming apparatus. In the oxide film forming apparatus, the silicon wafer is accommodated in a pressure vessel, and the inside of the pressure vessel is set to a high pressure and high temperature such as 0.65 MPa and 950 ° C. in the case of a wet oxidation method. The silicon wafer reacts with water vapor in the pressure vessel in such a state. Thereby, an oxide film is formed on the surface of the silicon wafer.
図2は、従来の酸化膜形成装置の一例の構成を示す概略図である。
図2に示すように、酸化膜形成装置200は耐圧容器203を有し、この耐圧容器203は外殻部201と床部202によって覆われている。耐圧容器203の内側には、反応室201aが形成されている。
この酸化膜形成装置200では、シリコンウエハAは純水の入った複数の蒸発皿205a、205bにセットされ、耐圧容器203に収容される。また、耐圧容器203の外周に設けられたヒータ群204a、204b、204cは、反応室201aを所定の温度まで加温すると共に、図示しないコンプレッサは反応室201aを所定圧力まで加圧する。これにより、純水が蒸発して水蒸気となり、この水蒸気とシリコンウエハAとが反応して酸化膜がシリコンウエハAの表面に形成される。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of an example of a conventional oxide film forming apparatus.
As shown in FIG. 2, the oxide
In this oxide
しかし、上記の酸化膜形成装置200では反応室201aを加温及び加圧し始めた初期の段階から純水が気化し、シリコンウエハAに酸化膜が形成されるため、酸化膜を形成する全工程においてシリコンウエハAの周囲の雰囲気が一定していないことになる。また、蒸発皿205a、205bも同時に加温されるので、これらの素材がイオン化して純水中に溶け込む可能性がある。したがって、シリコンウエハAに高品位の酸化膜を形成することが困難である。
さらに、シリコンウエハAを交換する際には、蒸発皿205a、205b内の純水は交換されなければならないが、蒸発皿205a、205bの付近の温度が十分に下がらないうちは、この交換作業は困難である。よって、装置の稼働率が低下する。
However, in the oxide
Further, when exchanging the silicon wafer A, the pure water in the evaporating
また、上記のような諸問題点を解決した酸化膜形成装置の一例が、特許文献1に示されている。
図3は、そのような酸化膜形成装置300の構成を示す概略図である。
図3に示すように、酸化膜形成装置300は耐圧容器303を有し、この耐圧容器303は外殻部301と側蓋部302によって覆われている。耐圧容器303の内側には、反応室301aが形成されている。
また、酸化膜形成装置300はガス制御部306を備えている。ガス制御部306は水素ガス取得口306b、及び、酸素ガス取得口306cから、それぞれ水素ガス及び酸素ガスの供給を受け、これらのガスを適正な比率で調整してガス吐出口306aからそれぞれ反応室301aに供給する。
An example of an oxide film forming apparatus that solves the above-mentioned problems is disclosed in Patent Document 1.
FIG. 3 is a schematic view showing the configuration of such an oxide
As shown in FIG. 3, the oxide
The oxide
この酸化膜形成装置300では、シリコンウエハAは反応室301aに設けられた試料皿305にセットされる。次いで、耐圧容器303の外部に設けられたヒータ群304a、304bが、反応室301aを所定の温度まで加温すると共に、図示しないコンプレッサが反応室301aを所定圧力まで加圧する。
この後、水素ガス及び酸素ガスがガス制御部306から反応室301aに送り込まれ、反応室301aで水素ガスと酸素ガスとが反応し、水蒸気が発生する。これにより、水蒸気とシリコンウエハAとが反応して酸化膜がシリコンウエハAの表面に形成される。
In this oxide
Thereafter, hydrogen gas and oxygen gas are sent from the
この場合、反応室301aへ送り込まれる水素ガス及び酸素ガスの量は、理論式に基づいて算出される。しかし、ガスを理論通りの正確な比率で管理することは困難である。また、可燃性ガスを使用するため、安全面での管理が煩雑となる。さらに、警報機等の設置が必要になり、装置が大型化するという問題があった。
本発明の課題は、高品位の酸化膜を形成することができ、かつ、管理が容易な酸化膜形成装置及び酸化膜形成方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide an oxide film forming apparatus and an oxide film forming method capable of forming a high quality oxide film and easy to manage.
本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。
請求項1の発明は、被処理体を収容する耐圧容器と、前記耐圧容器内を加温する加温部と、前記耐圧容器内を加圧する加圧部と、前記耐圧容器の外部に設けられ、水を気化して水蒸気を生成すると共に前記水蒸気を前記耐圧容器内に供給する水蒸気供給部と、前記水蒸気供給部へ水を供給する水供給部とを備える酸化膜形成装置である。
請求項2の発明は、耐圧容器内に被処理体を収容し、前記耐圧容器内を加温すると共に加圧し、前記耐圧容器の外部で水を気化して水蒸気を生成し、前記水蒸気を前記耐圧容器内に供給し、前記水蒸気と前記被処理体とを反応させ、前記被処理体の表面に酸化膜を形成する酸化膜形成方法である。
The present invention solves the above problems by the following means.
The invention of claim 1 is provided outside the pressure vessel, a pressure vessel that accommodates the object to be processed, a heating unit that heats the inside of the pressure vessel, a pressure unit that pressurizes the inside of the pressure vessel, and the pressure vessel. An oxide film forming apparatus comprising: a water vapor supply unit that vaporizes water to generate water vapor and supplies the water vapor into the pressure-resistant vessel; and a water supply unit that supplies water to the water vapor supply unit.
The invention of claim 2 accommodates an object to be processed in a pressure vessel, warms and pressurizes the inside of the pressure vessel, vaporizes water outside the pressure vessel, generates water vapor, It is an oxide film forming method in which an oxide film is formed on the surface of the object to be processed by supplying it into a pressure vessel and reacting the water vapor and the object to be processed.
以上説明したように、本発明によれば以下のような効果がある。
請求項1及び請求項2の発明によれば、水蒸気は耐圧容器の外部で生成されて加温及び加圧された状態の耐圧容器内に供給されるため、被処理体の周囲の雰囲気は酸化膜形成プロセスの全工程を通じ一定する。したがって、被処理体に形成される酸化膜は高品位なものとなる。
また、水は使用量の管理が容易であるので装置の構造が簡単である。さらに、可燃性ガスを使用せず水を使用する構成なので、安全面の管理も容易であり、かつ、環境に優しい。また、ガスを使用する場合に比べ、警報機等も不要であるので装置が大型化しない。しかも、水の取り扱いはガスボンベ等の取り扱いに比べ容易であるから作業が省力化される。
As described above, the present invention has the following effects.
According to the first and second aspects of the present invention, since the water vapor is generated outside the pressure vessel and supplied into the heated and pressurized pressure vessel, the atmosphere around the object to be processed is oxidized. Constant throughout the film formation process. Therefore, the oxide film formed on the object to be processed is of high quality.
In addition, since the amount of water used is easily managed, the structure of the apparatus is simple. Furthermore, since it uses water without using flammable gas, it is easy to manage safety and is environmentally friendly. Further, compared with the case where gas is used, an alarm device or the like is unnecessary, so that the apparatus does not increase in size. Moreover, since the handling of water is easier than the handling of gas cylinders and the like, work is saved.
本発明は、高品位の酸化膜を形成することができ、かつ、管理が容易な酸化膜形成装置及び酸化膜形成方法を、水蒸気を耐圧容器の外部で生成し、この水蒸気を加温及び加圧された状態の耐圧容器内に供給することによって実現した。 The present invention provides an oxide film forming apparatus and an oxide film forming method that can form a high-quality oxide film and that are easy to manage by generating water vapor outside the pressure vessel and heating and heating the water vapor. This was realized by supplying the pressure vessel in a pressurized state.
以下、図面を参照して、本発明の実施例についてさらに詳しく説明する。
図1は、本発明の実施例に係る酸化膜形成装置100の構成を示す概略図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of an oxide
酸化膜形成装置100は、酸化膜形成部10を有している。
酸化膜形成部10は、外殻部11、床部12、反応室11aを備える耐圧容器13、石英テーブル14、複数のヒータ(加温部)15a、15b、及び、コンプレッサ(加圧部)16等を有している。
外殻部11は、軸方向が略鉛直方向とされた略円筒形状の胴部と、その上側開口部に設けられたドーム状の屋根部とで構成されている。床部12は、略円形の板状をしており、外殻部11の下側の開口部を閉じるように外殻部11に取り付けられている。また、この床部12は、その中央部分に略円形状の孔部12aを有している。
The oxide
The oxide
The outer shell portion 11 is composed of a substantially cylindrical trunk portion whose axial direction is a substantially vertical direction, and a dome-shaped roof portion provided in the upper opening thereof. The
耐圧容器13は、外殻部11及び床部12の内側に設けられている。耐圧容器13は外殻部11と略同軸とされた略円筒状の胴部と、その上部開口部に設けられたドーム状の屋根部とで構成されている。この耐圧容器13は、例えば、1.5MPaの耐圧力性能を有している。また、耐圧容器13の内側には反応室11aが形成されている。
The
ヒータ15a、15b(以下、「ヒータ群15」という)は、外殻部11と耐圧容器13との間に配置され、耐圧容器13の胴部の外周を囲んでいる。これらのヒータ群15は、耐圧容器13内の温度を、例えば、1000℃程度の高温まで加温することができるようになっている。なお、本実施例の酸化膜形成装置100においては、シリコンウエハAに酸化膜を形成する際の処理温度範囲は、例えば、700〜950℃に設定されている。
コンプレッサ16は、外殻部11の外部に設けられている。このコンプレッサ16は、配管16aを介して耐圧容器13内を加圧できるようになっている。なお、本実施例のコンプレッサ16は、耐圧容器13内を、例えば、0.7MPaまで加圧することができる性能を有している。
The
The
石英テーブル14は、耐圧容器13の内部に設けられている。この石英テーブル14は、複数の円盤状のテーブルを上下方向に階層状に並べたものであり、円盤状の昇降テーブル17に載置されている。この昇降テーブル17の半径方向寸法は、床部12の孔部12aの半径方向寸法に対応している。図1に示す石英テーブル14が耐圧容器13内にセットされた状態では、床部12の孔部12aは昇降テーブル17により塞がれており、反応室11aは密閉されている。なお、本実施例の石英テーブル14は、例えば、6インチ及び8インチのシリコンウエハA(被処理体)に対応しており、最大処理枚数は、例えば、それぞれ75枚、50枚となっている。
The quartz table 14 is provided inside the
また、この酸化膜形成装置100は、酸化膜形成部10の下方に昇降装置18を有している。この昇降装置18は、昇降テーブル17の下端面に接続されており、石英テーブル14を反応室11aにセットする際は、石英テーブル14を載置した昇降テーブル17を酸化膜形成部10の下方から移動させるようになっている。
なお、この酸化膜形成装置100は、酸化膜形成部10の外部に図示しないシリコンウエハ搬送ロボットを有しており、石英テーブル14にシリコンウエハAをセットする作業はこのシリコンウエハ搬送ロボットが行うようになっている。
In addition, the oxide
The oxide
さらに、酸化膜形成装置100は、酸化膜形成部10の外部に水蒸気生成部20を有している。
水蒸気生成部20は、気化器21、タンク22、純水供給部26、純水計量部31、昇圧用ガス供給部23、昇圧用ガス計測部30、キャリアガス供給部24、及び、ヒータ25、27等を有している。
Furthermore, the oxide
The
気化器21は図示しないヒータを有しており、水を気化して水蒸気を生成することが可能になっている。気化器21と反応室11aとは水蒸気供給管21aで接続されており、この水蒸気供給管21aを介して、気化器21で生成された水蒸気は反応室11aに供給されるようになっている。なお、この水蒸気供給管21aは、装置内において気化器21と反応室11aとを最短距離で接続している。
タンク22は気化器21の近傍に設けられ、常に純水を貯蔵している。このタンク22は、耐圧容器13と同等の耐圧力性能を有している。タンク22と気化器21とは配管で接続されており、純水はこの配管を介してタンク22から気化器21へと供給されるようになっている。
The
The
純水供給部26はタンク22の近傍に設けられ、タンク22に純水を供給する水源となっている。また、純水計量部31は、純水供給部26とタンク22との間に設けられている。この純水計量部31は、重量センサ22bを有している。重量センサ22bは、例えば、ロードセル等を備えており、タンク22内の純水重量を計量することができるようになっている。また、純水計量部31はCPU28を有しており、重量センサ22bはこのCPU28に対して計量した純水量を信号として発するようになっている。また、純水計量部31は、純水供給部26とタンク22とを接続する配管の途中にバルブ26aを有している。CPU28は、重量センサ22bからの信号に基づいてこのバルブ26aに信号を発し、バルブ26aの開度を操作するようになっている。
The pure
昇圧用ガス供給部23は、タンク22の近傍に設けられている。この昇圧用ガス供給部23は、例えば、窒素ガス等の不活性ガスをタンク22に供給するものである。この不活性ガスの吐出圧力は酸化膜生成時の耐圧容器13内の圧力より高く設定されている。
昇圧用ガス計測部30は、昇圧用ガス供給部23とタンク22との間に設けられている。この昇圧用ガス計測部30は、圧力センサ22aを有している。この圧力センサ22aは、タンク22内の圧力を計測することができるようになっている。また、昇圧用ガス計測部30は、CPU29を有しており、圧力センサ22aは、このCPU29に対して計測したタンク内圧力を信号として発するようになっている。また、昇圧用ガス計測部30は、昇圧用ガス供給部23とタンク22とを接続する配管の途中にバルブ23aを有している。CPU29は、圧力センサ22aからの信号に基づいてこのバルブ23aに信号を発し、バルブ23aの開度を操作するようになっている。
The boosting
The boosting
キャリアガス供給部24は気化器21の近傍に設けられ、気化器21と配管を介して接続されている。このキャリアガス供給部24は、例えば、窒素ガス等の不活性ガスを気化器21に供給するものである。この不活性ガスの吐出圧力も酸化膜生成時の耐圧容器13内の圧力より高く設定されている。
ヒータ27は水蒸気供給管21aに対し設けられている。また、ヒータ25は、キャリアガス供給部24に対して設けられている。これらのヒータ27、25は、加圧されることで通常の沸点(100℃)より高くなっている水蒸気の沸点以上の温度で、気化器21が生成した水蒸気、及び、キャリアガスを加温するようになっている。
The carrier
The
次に、本実施例の酸化膜形成装置100の動作を酸化膜の形成方法を含めて説明する。
酸化膜形成装置100でシリコンウエハAに酸化膜を形成する際には、シリコンウエハAは酸化膜形成部の外部で、シリコンウエハ搬送ロボットにより石英テーブル14上の所定位置に載置される。その後、石英テーブル14は、昇降装置18により反応室11aにセットされる。このとき、床部12の孔部12aは昇降テーブル17によって塞がれ、反応室11aは密閉される。次いで、ヒータ群15が反応室11aの温度を、例えば、950℃まで加温すると共に、コンプレッサ16が反応室11aの圧力を、例えば、0.65MPaまで加圧する。
Next, the operation of the oxide
When the oxide
次いで、水蒸気生成部20が、処理するシリコンウエハAの種類、枚数等に応じた適切な量の水蒸気を生成する。
水蒸気が生成される際には、純水が純水供給部26からタンク22内に供給され、同時に、昇圧用ガスが昇圧用ガス供給部23からタンク22に供給される。
Next, the water
When water vapor is generated, pure water is supplied from the pure
ここで、純水の量を決定する際には、重量センサ22bがタンク22内の純水の重量を計量する。なお、タンク22には常に純水が貯蔵されており、重量センサ22bはこの純水の変化量を計量してCPU28に信号を発信する。CPU28は、この信号に基づいてバルブ26aに信号を発信し、バルブ26aの開度を操作して純水の流量を調節する。これにより、タンク22に供給される適切な純水量が自動的に決定される。
Here, when determining the amount of pure water, the
また、昇圧用ガスの量を決定する際には、圧力センサ22aがタンク22内の圧力を計測し、CPU29に信号を発信する。CPU29は、この信号に基づいてバルブ23aに信号を発信し、バルブ23aの開度を操作して昇圧用ガスの吐出量を調節する。これにより、タンク22に供給される昇圧用ガスの適切な圧力が自動的に制御される。
この量及び圧力が制御された純水は、昇圧用ガスによりタンク22から気化器に送り込まれ、気化器21によって気化される。これにより、適切な量の水蒸気が生成される。
Further, when determining the amount of the boosting gas, the
The pure water whose amount and pressure are controlled is sent from the
この水蒸気は、昇圧用ガス及びキャリアガスによって反応室11aへ送り込まれる。このとき、昇圧用ガス及びキャリアガスの吐出圧力は反応室11aの圧力より高いので、水蒸気供給管21a内の圧力は反応室11aの圧力より高くなっている。したがって、水蒸気は気化器21へ逆流することがない。また、ヒータ25がキャリアガス供給部24を、ヒータ27が水蒸気供給管21aを、それぞれ水蒸気の沸点以上の温度に加温しているので、水蒸気が凝結することがない。
The water vapor is sent into the reaction chamber 11a by the pressurizing gas and the carrier gas. At this time, since the discharge pressure of the pressurizing gas and the carrier gas is higher than the pressure in the reaction chamber 11a, the pressure in the water
反応室11aのシリコンウエハAは所定の反応時間、反応室11aに送り込まれた水蒸気と反応する。これにより、酸化膜がシリコンウエハAの表面に形成される。酸化膜の形成が終了した後は、石英テーブル14(シリコンウエハA)は昇降装置18により反応室11aから取り出される。これにより、酸化膜形成のプロセスは終了する。なお、例えば、1μmの酸化膜をシリコンウエハAに形成する場合の処理時間は6時間である。
The silicon wafer A in the reaction chamber 11a reacts with water vapor sent into the reaction chamber 11a for a predetermined reaction time. As a result, an oxide film is formed on the surface of the silicon wafer A. After the formation of the oxide film is completed, the quartz table 14 (silicon wafer A) is taken out from the reaction chamber 11a by the lifting
以上説明したように、本実施例の酸化膜形成装置100及び酸化膜形成方法によれば、水蒸気は耐圧容器13の外部で生成され、加温及び加圧された状態の反応室11aに供給されるため、シリコンウエハAの周囲の雰囲気は酸化膜形成プロセスの全工程を通じ一定する。したがって、シリコンウエハAに形成される酸化膜は高品位なものとなる。
また、酸化膜形成装置100は、可燃性ガスを使用せず純水を使用する構成なので、安全面の管理が容易である。さらに、純水は計量が容易であるので装置の構造も簡単である。しかも、純水は半導体工場において広く使用されているので入手が容易であると共に環境に優しい。また、可燃性ガスを用意する場合に比べ、警報機等が不要となるので装置が大型化しない。さらに、純水の取り扱いはガスボンベ等の取り扱いに比べ容易であるから作業が省力化される。
As described above, according to the oxide
Further, since the oxide
なお、本実施例では、被処理体はシリコンウエハAであったが、被処理体はこれに限られない。したがって、例えば、被処理体はシリコンカーバイド等の化合物半導体であっても良い。また、その他にも被処理体は液晶基板や有機EL用の基板であっても良い。 In this embodiment, the object to be processed is the silicon wafer A, but the object to be processed is not limited to this. Therefore, for example, the object to be processed may be a compound semiconductor such as silicon carbide. In addition, the object to be processed may be a liquid crystal substrate or a substrate for organic EL.
また、本実施例の酸化膜形成装置100では、耐圧容器13は軸方向が鉛直方向となるような、いわゆる「縦型」の耐圧容器であったが、耐圧容器の構成はこれに限られず、軸方向が水平方向とされた、いわゆる「横型」の耐圧容器であってもよい。
さらに、本実施例の昇圧用ガス及びキャリアガスは、共に窒素ガスであったが、昇圧用ガス及びキャリアガスはこれに限られず、難燃性で管理が容易であり、かつ、酸化膜の生成に影響を及ぼさなければ、他の種類のガスであってもよい。
In the oxide
Further, the pressurization gas and the carrier gas in this example were both nitrogen gas, but the pressurization gas and the carrier gas are not limited to these, and are flame retardant and easy to manage, and the formation of an oxide film Other types of gases may be used as long as they are not affected.
100 酸化膜形成装置
13 耐圧容器
15a、15b ヒータ
16 コンプレッサ
21 気化器
22 タンク
23 昇圧用ガス供給部
25 キャリアガス供給部
26 純水供給部
A シリコンウエハ
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記耐圧容器内を加温する加温部と、
前記耐圧容器内を加圧する加圧部と、
前記耐圧容器の外部に設けられ、水を気化して水蒸気を生成すると共に前記水蒸気を前記耐圧容器内に供給する水蒸気供給部と、
前記水蒸気供給部へ水を供給する水供給部と、
を備える酸化膜形成装置。 A pressure-resistant container that accommodates an object to be processed;
A heating unit for heating the inside of the pressure vessel,
A pressurizing unit for pressurizing the inside of the pressure vessel;
A water vapor supply unit that is provided outside the pressure vessel, vaporizes water to generate water vapor, and supplies the water vapor into the pressure vessel;
A water supply unit for supplying water to the water vapor supply unit;
An oxide film forming apparatus comprising:
前記耐圧容器内を加温すると共に加圧し、
前記耐圧容器の外部で水を気化して水蒸気を生成し、
前記水蒸気を前記耐圧容器内に供給し、
前記水蒸気と前記被処理体とを反応させ、前記被処理体の表面に酸化膜を形成する酸化膜形成方法。
House the object to be processed in a pressure vessel,
Heating and pressurizing the inside of the pressure vessel,
Vaporizing water outside the pressure vessel to produce water vapor;
Supplying the water vapor into the pressure vessel,
An oxide film forming method for reacting the water vapor and the object to be processed to form an oxide film on a surface of the object to be processed.
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