JP2670515B2

JP2670515B2 - 縦型熱処理装置

Info

Publication number: JP2670515B2
Application number: JP63211775A
Authority: JP
Inventors: 真高堂; 修横川; 勝彦岩渕
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1988-08-26
Filing date: 1988-08-26
Publication date: 1997-10-29
Anticipated expiration: 2012-10-29
Also published as: JPH0261068A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は縦型熱処理装置に関する。

（従来の技術）縦型熱処理装置例えば減圧CVD装置は、抵抗加熱ヒー
タ等の加熱装置を筒状の断熱層の内周面に配設してなる
加熱炉の中に、上端が閉じられ下端が開口している石英
製の縦型の反応管を装着すると共に、反応管の中にガス
供給管を突入し反応管の下部に排気管を接続して構成さ
れる。そしてプロセスを行う場合には、複数枚のウエハ
を配列搭載したボートを上記反応管の下端開口部から挿
入し、反応管の予め定められた位置に設定した後、上記
開口端を蓋体により気密に封止し、予め定められた圧力
に排気し、上記ヒータの発熱により上記ウエハを所定温
度に加熱した状態で所定の反応ガスを反応管内に導入し
熱処理反応を行い、上記ウエハの表面に薄膜を成長させ
る。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら反応管内の処理ガスは、排気管の接続部
である排気口から局所的に排気されるため、反応管内の
処理ガスの流れの均一性が悪く、デバイスの回路パター
ンの微細化に伴い、成膜すべき薄膜の膜圧が薄くなる
と、特にウエハ間の膜圧の均一性が低くなり、歩留まり
が低くなるという問題がある。

そこで反応管を二重管構造に構成して例えば内管から
処理ガスを供給し、外管から排気する試みもなされてい
るが、加熱炉の下端部に二重管を取り付けると、ガス供
給管、排気管も含めた周辺の構造が複雑になり、またメ
ンテナンスもやりにくいという問題がある。

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、ガスの流れの均一性を高め、しかもメンテ
ナンスを行いやすい縦型熱処理装置を提供することにあ
る。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明は、複数の被処理体を上下に間隔をおいて支持
体に保持させ、加熱装置に囲まれた縦型の反応管内に搬
入して、被処理体に対して熱処理を行なう縦型熱処理装
置において、二重管の反応管を構成する内管及び外管と、この内管及び外管を保持すると共に下端開口部が前記
支持体の搬入、搬出口をなす筒状のマニホールドと、を
備え、前記マニホールドは、前記外管を保持すると共に側面
部にガス排気口を備えた上部マニホールドと、この上部
マニホールドの下側にシール部材を介して取り外し自在
に接合され、前記内管を保持すると共に側面部にガス導
入口を備えた下部マニホールドと、を有し、前記下部マニホールドで囲まれた空間は、内管の内部
空間から、内管と外管との間の空間を経て、前記ガス排
気口に連通するように構成されていることを特徴とす
る。

（作用）複数の被処理体を支持具に上下に間隔をおいて搭載
し、マニホールドの下端開口部から内管の中に搬入す
る。内管の中に供給された処理ガス、例えば反応ガス及
びキャリアガスは外管を通じて排気口から排気されてい
く。従って単一の反応管で局所的に排気していた場合に
比べて熱処理領域における処理ガスの流れの均一性が高
くなる。そしてマニホールドに内管及び外管を取り付け
たいわばユニット構造としているので、反応管の取り付
け、取り外し作業を行いやすい。またマニホールドは、
上部マニホールドと下部マニホールドとをシール部材を
介して取り外し自在に接合し、下部マニホールドに内管
を支持しているため、内管の取り外しが容易である。二
重管構造の反応管では、内管に膜が付きやすく、特に内
管の洗浄の頻度が高いため、この構造は有利である。

（実施例）以下本発明縦型熱処理装置を縦型CVD装置に適用した
一実施例につき図面を参照して説明する。

この装置は、例えば第１図に示すように、軸方向を垂
直にした処理容器例えば石英からなる反応管１から成る
処理部２と、この処理部２に搬入・搬出される被処理体
例えば半導体ウエハ３を上記垂直方向に複数枚例えば10
0〜150枚程度所定の間隔例えば約3mmのギャップを設け
て載置可能に構成された支持体例えば、耐熱性石英ボー
ト４と、このボート４を、上記反応管１下方から上記反
応管１内にロード・アンロードする搬送機構５とから構
成されている。

上記処理部２の上記反応管１は耐熱性で処理ガスに対
して反応しにくい例えば石英ガラスにより構成されてい
る。この反応管１は二重管構造と成っており、上記と同
様例えば石英ガラスにより構成された筒状内管1aが、石
英ガラスにより構成された外管1b内に非接触状態で設け
られている。上記外管1b内面及び上記内管1aの外面との
間には、所定の間隔例えば15mmの間隙７が設けられてお
り、このマニホールド８は外側の外管1bを保持し、排気
口81を備えた上側マニホールド8aと、ガス導入口82を備
えると共に内側の内管1aを保持し、メンテナンスや組み
立て時の内管1aの取り付け及び取り外しを容易にするた
めの下側マニホールド8bとから構成され、各々の接合部
はシール材例えばＯ−リング10により気密保持されてい
る。

また、上記下側マニホールド8bの下端開口部は石英ボ
ート４の搬入、搬出口をなすものであり、上記搬送機構
５の昇降により当接可能とされた板状の例えばステンレ
ス製蓋体９により開閉される。この蓋体９の上記マニホ
ールド8bとの当接部には、シール部材例えばＯ−リング
10が設けられ、上記内管1a及び上記反応管１内を気密に
保持可能と成っている。また、上記マニホールド8bを貫
通して、詳しくはガス導入口82に嵌合して上記内管1a内
に延びた反応ガスやキャリアガスの導入管11が設けられ
ている。

このガス導入管11は、上記内管1a内面に沿って垂直に
延び、先端は上記ボート４の上面とほぼ同じ高さに配設
されている。そして、この反応ガス導入管11には、上記
ボート４に載置されている各ウエハに対応する位置に１
個または複数の開孔を持ったガス噴き出し孔12が設けら
れ、この噴き出し孔12と対向した位置の内管1a側壁のほ
ぼ半周〜4/5周にわたりガス排出細孔13が複数個形成さ
れ、上記ガス導入管11の開孔から上記ウエハ３に対し平
行で均一な反応ガスを流入可能としている。そして、上
側マニホールド8aの排気口81には排気管14が接続されて
おり、上記ウエハ３の表面処理を終了したガスが上記間
隙７を介して排気可能としている。

そして上記蓋体９のほぼ中央部には温度、ガスの均一
性向上をはかるボートの回転を可能にする回転機能を付
加可能な支持体15が設けられている。この支持体15は保
温筒16下面に設けられている例えばセラミックから成る
保温受け台17と接続し、上記保温筒16及びボート４を支
持する如く構成されている。上記保温筒16は、例えば石
英ガラスより成る筒状体で、上記反応管１内の熱を下方
に逃がさない為に配設されている。

この保温筒16上には、上記ボート４が載置されてお
り、上記蓋体９の搬送機構５による昇降移動に同動する
構造となっている。また、上記反応管１を同軸的に取り
囲む如く筒状加熱装置例えばコイル状に巻回されたヒー
タ18が設けられ、このヒータ18は上記ウエハ３の載置さ
れる領域内を所望する温度例えば600〜1200℃程度に均
一加熱する如く設けられている。そして上記排気管14か
ら、第２図に示すように排気ガスに含まれる反応生成物
等を捕獲するコールドトラップ例えば水冷トラップ20が
接続されている。このコールドトラップ20から２系統の
排気路が設けられている。即ち、一方の排気路は主に処
理室内２内の真空置換を分担している。この真空置換用
排気路は例えば２インチの配管で行なわれ、この排気路
を制御するメインバルブ21と、このメインバルブ21に並
列にサブバルブ22が例えば3/8インチ配管にて接続され
ている。また上記メインバルブ21の他端には真空排気を
行なうロータリーポンプ23が接続されている。上記他方
の排気路は主に成膜用の真空排気を分担している。この
成膜用排気路は例えば４インチ配管で行なわれ、この成
膜用排気路を制御する主バルブ24が上記コールトドラッ
プ20に接続されている。

そして、上記主バルブ24から、成膜時の処理部２内の
排気圧を制御する自動圧力調整装置（APC）例えばバタ
フライバルブ25に接続されている。そして、このAPC25
により排気路の分岐点26を経由して、排気路の開閉を行
なうバルブ27と真空排気ポンプの前段ポンプとなるメカ
ニカルブースターポンプ28の順に接続された構成を第１
のブロックとし、この構成のブロックが分岐点26から並
列に上記第１のブロックともう一つの第２のブロック即
ち、バルブ30、メカニカルブースターポンプ31とから成
っており、排気路の結合点33を経由して、主排気を行な
うロータリーポンプ34に接続されている。また、ロータ
リーポンプ34には排気ガス中の反応生成物等により汚れ
たポンプオイルの浄化を行なうオイルフィルトレイショ
ン装置が設けられている。

また、主に真空置換用排気を分担しているロータリー
ポンプ23と成膜用排気を分担しているロータリーポンプ
34間を接続する流路を開閉制御する事により、ロータリ
ーポンプ23,34を各々の故障時に於けるバックアップ用
ポンプとして使用可能な如くバルブ36が設けられてい
る。一方また、処理部２とコールドトラップ20との間
に、コールドトラップ20の排気ガス導入口近傍の圧力を
測定する例えばピラニーゲージ37が設けられている。そ
して、成膜時の排気路の主バルブ24とAPC25との間に成
膜時の排気圧力を測定・制御する例えばキャパシタンス
マノメータ38が設けられ、このキャパシタンスマノメー
タ38からの出力信号がAPC25にフィードバックされ成膜
時の排気圧力が制御されている。また、上記APC25と排
気路の分岐点26との間にはこの間の排気圧力を測定する
例えばピラニーゲージ39が設けられている。

このようにして縦型CVD装置が構成されている。

次に上述した縦型CVD装置の動作作用を説明する。

まず、図示しないウエハ移し替え装置により位置合わ
せされたウエハ３がロボット技術により自動的に積載さ
れた処理用ボート４を保温筒16上にロボット搬送により
自動的に載置する。そして、上記ボート４を載置した保
温筒16を、搬送機構５により所定量上昇させ、上記反応
管１内の予め定められた位置に内管1a内壁に接触させる
ことなく搬入する。

この時、上記反応管１下端のマニホールド8b部と上記
蓋体９を気密に当接させる事により、自動的にウエハ３
を位置決めする。次に成膜系の排気路にある主バルブ24
を閉じた状態で、真空置換用排気路のロータリーポンプ
23を始動する。処理室２内を急激に減圧し、パーティク
ル汚染とならないように、サブバルブ22を開き、次にメ
インバルブ21の順に開き処理室２内を段階的に排気し、
真空置換または不活性ガスによるパージを行なう。次
に、成膜用排気路の主ポンプであるロータリーポンプ34
を始動し、バルブ27、30を開き、主バルブ24の下流を所
定の圧力例えば10〜30Torrまで排気した後に、例えば第
２の排気ブロックのバルブ30を閉じ、メカニカルブース
ターポンプ31をスタンバイ状態に保持し、第１の排気ブ
ロックのメカニカルブースターポンプ28を始動する。

そして、真空置換用排気路で排気している圧力をコー
ルドトラップ20近傍のピラニーゲージ37で測定し、排気
路の分岐点26とAPC25間のピラニーゲージ39との圧力が
等しくなったところで真空置換用排気路のバルブ21、22
を閉じると同時に、成膜用排気路を制御している主バル
ブ24を開く。即ち、真空置換用排気路が閉じ、成膜用排
気路がアクティブとなる。そして、反応管１内を所望の
減圧状態例えば１〜5Torrに保つようキャパシタンスマ
ノメータ38で成膜用排気路の圧力を測定し、結果をAPC2
5にフィードバックし、所定の減圧状態に排気制御す
る。そして、ヒーター18により所望の温度例えば600℃
〜1200℃程度に設定する。この設定後、上記排気制御し
ながらガス供給源から図示しないマスフローコントロー
ラ等で流量を適正流量域に調節しつつ、反応ガス例えば
SiH₄（シラン）またはSiH₂Cl₂（ジクロロシラン）を反
応管１内に反応ガス導入管11から例えば流量500SCCM導
入する。すると、上記ガス導入管11のガス噴き出し口12
から導入された反応ガスはウエハ３の表面に平行でほぼ
均一な反応ガスの流れを作りながら、内管1aのガス排出
細孔13へ向い流れ、このガス排出細孔13を通り、間隙７
の排気路を流れガス排気管14より排気される。この間ウ
エハ３の表面では反応ガスの分解による例えばSi膜が形
成される。これらの操作プログラムは総てコンピュータ
に予め記憶し、自動的に実行される。

一方、排気管14から排気された高温の排気ガスを水冷
トラップ20に導入し、急激に冷却し、反応生成物等を水
冷トラップ20内に捕獲する。水冷トラップ20を通過し温
度の下がった排気ガスは第１の排気ブロックのメカニカ
ルブースターポンプ28及びロータリーポンプ34の真空排
気ポンプにより排気する。

このようにしてCVD処理後、反応ガスの供給を停止
し、反応ガスを排気置換した後、ガス導入管11から不活
性ガス例えばN₂ガスを導入することで、上記反応管１内
を大気圧に復帰できる。そして、蓋体９が開ける状態と
なり、上記処理後のウエハ３を積載したボート４を、搬
送機構６により取り出し、処理が終了する。

ここで、ウエハの大口径化及び一括大量処理等に伴
い、一回のプロセスで流すガス流量が増大し、これに伴
い反応生成物等の量も増えるためコールドトラップ20で
捕獲しきれなかった反応生成物等がどうしても真空排気
を行なうメカニカルブースターポンプ28へ、また、ロー
タリーポンプ34へと混入してしまうことは避けられな
く、特にプロセスによっては反応生成物等が綿の繊維状
で細かく非常に硬いものが有り、これがメカニカルブー
スター等の繭形のローターやケーシング間の例えば100
ミクロン前後の隙間に詰まりローターが回転できなくな
りロック現象を起こし稼働不能と成ってしまう。このま
までは、排気能力が下がり設定したプロセス条件が維持
できなくなるため、すぐに第２の排気ブロックのバルブ
30を開きスタンバイしているメカニカルブースターポン
プ31が作動し、プロセス条件を維持する。

また、第１の排気ブロックのバルブ27を閉じ、排気系
から切り離した状態にする。そして、プロセス終了時や
ウエハのロード・アンロード時等の成膜用排気系が動作
していない時等に分解・修理する。また、第２の排気ブ
ロックの排気系即ち、バルブ30およびメカニカルブース
ターポンプ31を使用し、装置を止めることなく次のプロ
セスの実行が可能となっている。また、ロータリーポン
プ34には反応生成物等で汚れたポンプ内のオイルを循環
浄化するオイルフィルトレイション装置35が接続されて
おり、このオイルフィルトレイション装置35により常に
クリーニングされているが故障やオイル交換等で使用出
来なく成った場合にはバルブ36を開き、排気置換用のロ
ータリーポンプ23を使用し、装置を働かすことを可能と
している。また逆に排気置換用のロータリーポンプ23が
故障した時にはバルブ36を開閉制御し、成膜用排気ポン
プ34にて代替可能としている。さらにまた、プロセスに
よっては大量のガスを流す必要が有り、この場合には第
１及び第２の排気ブロックを同時に動作させ、即ち、バ
ルブ27、30を開き、メカニカルブースターポンプ28、31
を同時に並列動作させ、排気容量を大きくし、大量のガ
スを流すことができる。また、反応生成物等の付着によ
り水冷トラップ20の排気コンダクタンスが低下した場合
にも上記第１及び第２の排気ブロックを同時に動作させ
てもよい。

上記実施例ではメカニカルブースターポンプ（28）、
（31）の並列排気構成の例につき説明したが、これに限
らずその要旨を逸脱しない範囲で種々な変形が可能であ
ることは言うまでもない。例えばメカニカルブースター
ポンプとロータリーポンプとを一対の排気ブロックと
し、このブロックを並列に複数個設けてもよく、また、
ロータリーポンプのみを並列に複数個設けても良く、さ
らに上述した実施例を組合せ使用しても良いことは言う
までもない。上記実施例では縦型CVD装置で説明した
が、シリコンエピタキシャル装置、プラズマCVD装置、
光CVD装置等にも特に有効である。

（発明の効果）以上のように本発明によれば、熱処理領域における処
理ガスの流れの均一性が高くなり、歩留まりが向上し、
メンテナンスや組み立て時の反応管の取り付け、取り外
し作業が行いやすい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例を説明するための縦型CV
D装置の構成図、第２図は第１図の熱処理装置の真空排
気系を示す構成図である。１……反応管 1a……内管 1b……外管２……処理部３……ウエハ８……外管 20……水冷トラップ 25……APC 23、34……ロータリーポンプ 28、31……メカニカルブースターポンプ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の被処理体を上下に間隔をおいて支持
体に保持させ、加熱装置に囲まれた縦型の反応管内に搬
入して、被処理体に対して熱処理を行なう縦型熱処理装
置において、二重管の反応管を構成する内管及び外管と、この内管及び外管を保持すると共に下端開口部が前記支
持体の搬入、搬出口をなす筒状のマニホールドと、を備
え、前記マニホールドは、前記外管を保持すると共に側面部
にガス排気口を備えた上部マニホールドと、この上部マ
ニホールドの下側にシール部材を介して取り外し自在に
接合され、前記内管を保持すると共に側面部にガス導入
口を備えた下部マニホールドと、を有し、前記下部マニホールドで囲まれた空間は、内管の内部空
間から、内管と外管との間の空間を経て、前記ガス排気
口に連通するように構成されていることを特徴とする縦
型熱処理装置。