JP2010043362A - 処理装置、膜の形成方法、及び熱処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ボートアンロード時、加熱されたウェーハからの輻射熱が、インレットフランジのアウタチューブシール部近傍を加熱して、これに付着したＮＨ_４Ｃｌ等の副生成物が蒸発するのを抑え、チューブ内の汚染やパーティクルを低減する。
【解決手段】石英製外管と、石英製外管の下端にシール部を介して設けられたガス排気口を備えるインレットフランジと、インレットフランジの内壁に設けられたチューブ受けと、石英製外管の内側のチューブ受けに石英製外管と同心に設けられ、ウェーハを載せたボートがロードされる石英製内管と、石英製内管の外側のチューブ受けに、石英製内管と同心で、チューブ受けから石英製外管のシール部の近傍にかけて設けられ、石英製内管よりも熱線の透過率が小さい管と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は処理装置、膜の形成方法、及び熱処理方法に関し、特にボートアンロード時に管内に生じるパーティクルを低減したものに係る。

常圧ＣＶＤ装置（ＬＰＣＶＤ装置）の縦形炉は、石英製インナチューブと石英製アウタチューブとを備えた二重管構造をしている。アウタチューブの下端には、ガス導入口及びガス排出口を設けたインレットフランジが気密に設けられる。ウェーハの成膜処理時、アウタチューブは加熱されて温度は高くなるが、処理に直接寄与しないインレットフランジは加熱されず温度は低い状態にある。ウェーハ処理時に発生する副生成物を含む排気ガスはインナチューブとアウタチューブとの間を通ってインレットフランジに設けた排気口から排出されるが、このとき温度の低いインレットフランジとアウタチューブとのシール部近傍に前記副生成物が付着しやすい。

この副生成物は、例えばＣＶＤ膜としてＳｉ_３Ｎ_４膜を形成する場合にはＮＨ_４Ｃｌ等で構成される。Ｓｉ窒化膜形成用原料として、現在ＳｉＨ_２Ｃｌ_２あるいはＳｉＨ_４が主として用いられており、成膜温度は７００℃程度である。ＳｉＨ_４−ＮＨ_３がもっともシンプルな系であるが、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２−ＮＨ_３の方が使用頻度が高い。いずれの反応によっても、目的とするＳｉ_３Ｎ_４膜の他に、副生成物であるＮＨ_４Ｃｌが生じる。大半のＮＨ_４Ｃｌはインレットフランジに設けた排出口から排気されるが、既述したように一部はインレットフランジとアウタチューブとのシール部近傍に付着する。

上述した縦形炉はインレットフランジの内壁に取り付けたチューブ受けにインナチューブがアウタチューブと同心に設けられるが、アウタチューブの内側には一重構造のインナチューブが配置されているだけである。このようにインナチューブが一重構造であると、炉内処理後、石英製インナチューブから加熱されたボートを引き抜くボートアンロード時に、ボートに載置した多数のウェーハからの輻射熱が、石英製インナチューブを透過して（ここで幾分減じられるが）、温度の低いインレットフランジのアウタチューブシール部近傍に到達し、これを加熱する。そのため、アウタチューブシール部近傍に付着しているＮＨ_４Ｃｌ等の副生成物が蒸発し、チューブ内の汚染やパーティクルの原因になっている。

なお、最近、チューブ材料としてシリコンカーバイド（ＳｉＣ）が注目されている。これはＳｉＣが石英に比べて堆積膜の膜剥がれを起こしにくく、メンテナンス周期を長くできるためである。そこで、石英製アウタチューブ及びインレットフランジに代えてＳｉＣ製インナチューブ及びインレットフランジを用いることが考えられるが、現在のところＳｉＣは石英に比べて非常に高価であるため実用的でない。

また、ＳｉＣは熱線の透過率が石英よりも低いので、石英製インナチューブに代えてＳｉＣ製インナチューブにすれば、アウタチューブシール部近傍への輻射熱の到達量が低減するため、上述したボートアンロード時の汚染問題も解消するが、上述したように、石英をＳｉＣに置換することは経済的に困難であり、かといって石英製インナチューブを部分的にＳｉＣ製とすることも技術的に不可能である。

本発明の課題は、ボートアンロード時、簡単かつ安価な構造で汚染やパーティクルを低
減することが可能な処理装置、膜の形成方法、及び熱処理方法を提供することにある。

本発明は、炉内からボートを引き抜いて処理後のウェーハを取り出すアンロード時に、ウェーハから放出される輻射熱を遮り、外管の副生成物の付着しやすいに箇所に熱線が当たらないようにしたものである。

これを実施するために、本発明は、石英製内管の外側に外管を同心に備えた炉を有し、ウェーハを載せたボートを前記炉内にロードしてウェーハを処理するＣＶＤ装置において、ボートアンロード時、ボート側から放出される輻射熱を遮って前記外管の副生成物の付着しやすい箇所に当たる輻射熱量を低減する遮熱管を、前記石英製内管の外側に同心に設けたものである。

管内でボートに搭載したウェーハを熱処理するとき、処理に直接寄与しない外管の下方部は加熱されていないため温度が低くなっており、ここに副生成物が付着しやすい。ウェーハ処理後、内管からボートを抜き出すボートアンロード時に、ボートが外管の温度の低い下方部にさしかかると、その下方部がボート側からの輻射熱で加熱される。しかし、本発明では、輻射熱を遮る遮熱管を石英製内管の外側に設けたので、ボートアンロード時にボート側から放出される輻射熱が遮られ、外管の副生成物が付着しやすい低温箇所に到達する輻射熱が低減する。従って、石英製外管に付着している副生成物の加熱が抑えられるため、副生成物の再蒸発が有効に防止される。

本発明によれば、石英製内管の外側に遮熱管を設置するという簡単な構造で、ボートアンロード時、前記遮熱管によりボート側から輻射される熱線が遮られ、熱線が外管の副生成物の付着しやすい箇所に及ばないようにしたので、副生成物の蒸発による管内汚染やパーティクルの発生を有効に低減することができ、高品質のウェーハ処理が可能になる。また、外管の副生成物の付着しやすい箇所に熱線が及ばないように遮熱管を部分的に設置すればよいので、遮熱管を高価な材料から構成する場合であっても、材料費を節約できるので、比較的安価に構成できる。

実施の形態によるＣＶＤ装置の縦形炉の概略構成図である。

以下に本発明の実施の形態を、図１を用いて説明する。図１はＬＰＣＶＤ装置が有する縦形炉の概略構成図である。

縦形炉１は反応管５と反応管５を加熱するヒータ２とを備える。反応管５は、石英製インナチューブ４の外側に石英製アウタチューブ３を備えて構成される。アウタチューブ３の下端にガス排気口９とガス導入口８とを設けた石英製インレットフランジ７がＯリング１３を介して気密に設けられる。インレットフランジ７の内壁には耐食耐熱製のチューブ受け１２が設けられ、このチューブ受け１２に前記インナチューブ４が前記アウタチューブ３と同心に設けられる。

ここで石英製アウタチューブ３とインレットフランジ７とで外管１１が構成され、外管１１の下方部がインレットフランジ７となる。石英製インナチューブ４は内管を構成する。

前記アウタチューブ３とインナチューブ４よりなる反応管５内に、多数枚のウェーハＷ
を載せた石英製ボート１０を挿入して密閉する。ウェーハＷをアウタチューブ３の外側に設けられるヒータ２により加熱すると共に、インナチューブ４内にガス導入口８よりＳｉ窒化膜形成用のプロセスガスを供給してインナチューブ４内を上昇させ、反応管５の頂部で向きを変え、アウタチューブ３とインナチューブ４との間を下降させて排気口９より排気する。これによりウェーハＷにＳｉ_３Ｎ_４膜が生成されるとともに、ＮＨ_４Ｃｌ等の副生成物がインレットフランジ７のアウタチューブシール部近傍７ａに付着する。

ウェーハＷからの輻射熱をＮＨ_４Ｃｌ等の副生成物が付着しているインレットフランジ７のアウタチューブシール部近傍７ａにまで拡散させないために、ＳｉＣ製遮熱チューブ６を石英製インナチューブ４の下方の外側に設置する。ここで、遮熱チューブ６の材料をセラミックであるＳｉＣ製としたのは、耐熱性、熱伝導性、耐食性をもち、強度に優れた物質でありながら、石英よりも透過率が小さいからである。このＳｉＣ製遮熱チューブ６は、副生成物の付着し易いインレットフランジ７のアウタチューブシール部近傍７ａのみが、ボートアンロード時の輻射熱で加熱されないようにすればよいため短管でよく、インナチューブ４のように長い必要はない。また、遮熱チューブ６の取り付けは、インナチューブ４と同様に、インレットフランジ７の内壁に取り付けたチューブ受け１２にアウタチューブ３と同心に取り付ける。このときＳｉＣ製遮熱チューブ６は、ボート１０側からの輻射熱の拡散をできるだけ小さくするために、インナチューブ４寄りに取り付けることが好ましい。これによりインナチューブは部分的に二重構造となる。

上記のような構成による作用を説明する。ウェーハ上にＳｉ_３Ｎ_４膜を成膜処理するために、多数のウェーハを搭載したボート１０を反応管５内にロードして、成膜処理する。成膜処理後、ボート１０を反応管５内からアンロードする。すなわち加熱されたボート１０を石英製インナチューブ４から引き抜くが、その際、ボート１０に載置したウェーハＷからの輻射熱（数百度）が、石英製インナチューブ４を透過して、温度の低いインレットフランジ７のアウタチューブシール部近傍７ａに拡散する。しかし、実施の形態では、インナチューブ４の外側に石英より熱線の透過率の小さいＳｉＣ製遮熱チューブ６を配置したので、これにより石英製インナチューブ４からの熱線が遮られ、そのため、アウタチューブシール部近傍７ａに到達する熱線の量は低減し、アウタチューブシール部近傍７ａは副生成物が蒸発するまでは加熱されなくなる。

したがって、アウタチューブシール部近傍に付着しているＮＨ_４Ｃｌ等の副生成物は再蒸発することがなく、蒸発に起因する炉内の汚染やパーティクルの発生を抑制することができる。

また、ＳｉＣ製遮熱チューブ６を設けるだけでよいので構造が簡単である。また、縦形炉１内におけるＳｉＣ製遮熱チューブ６は、石英製インナチューブ４と同様にチューブ受け１２に容易に取り付けることができる。さらに、ＳｉＣ製遮熱チューブは、石英製インナチューブの一部を覆うだけなので、高価な材料であっても、安価に済ますことができ、実用化が容易である。

なお、実施の形態では、遮熱チューブをＳｉＣ製としたが、耐熱性、熱伝導性、耐薬品性、強度に優れ、石英よりも熱線の透過率が小さい物質であれば、ＳｉＣ以外でもよく、例えばｐｏｌｙ−Ｓｉでもよい。

また、ＳｉＣ製遮熱チューブは、インレットフランジのアウタチューブシール部近傍に輻射熱が当たらないように、インナチューブの下方に配置したが、石英製アウタチューブの副生成物が付着しやすい箇所であれば、いずれに配置してもよい。また、成膜処理以外の処理、例えばアニール処理など、加熱を伴う処理の後に行われるボートアンロード時にも本発明は有効である。また、Ｓｉ_３Ｎ_４膜以外の副生成物が付着する場合にも適用でき
る。

また、石英製インナチューブの当該部分に、輻射熱を遮ることが可能な所定厚さのＳｉＣ膜を一体に形成するようにしてもよい。また、ＳｉＣ製遮熱チューブを一重ではなく、二重、三重に配置してもよい。また、本発明はＬＰＣＶＤ装置以外でもよく、例えば常圧ＰＣＶ装置などにも適用できる。

３ 石英製アウタチューブ
４ 石英製インナチューブ（内管）
５ 反応管
７ インレットフランジ
１０ ボート
１１ 外管
Ｗ ウェーハ

Claims (4)

1. 石英製外管と、
   該石英製外管の下端にシール部を介して設けられたガス排気口を備えるインレットフランジと、
   該インレットフランジの内壁に設けられたチューブ受けと、
   前記石英製外管の内側の前記チューブ受けに前記石英製外管と同心に設けられ、ウェーハを載せたボートがロードされる石英製内管と、
   前記石英製内管の外側の前記チューブ受けに、前記石英製内管と同心で、前記チューブ受けから前記石英製外管の前記シール部の近傍にかけて設けられ、前記石英製内管よりも熱線の透過率が小さい管と、
   を備えた縦型炉を有する処理装置。
2. 前記石英製内管よりも熱線の透過率が小さい管は、セラミック製又はＳｉＣ製又はＰｏｌｙ−Ｓｉ製である請求項１記載の処理装置。
3. 請求項１記載の前記縦型炉内に、前記ボートをロードして成膜処理し、前記成膜処理の後、前記ボートを前記縦型炉内からアンロードする膜の形成方法。
4. 請求項１記載の前記縦型炉内に、前記ボートをロードして加熱を伴う処理をし、前記加熱を伴う処理の後、前記ボートを前記縦型炉内からアンロードする熱処理方法。

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