JP2684456B2 - 熱処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、半導体製造装置、特に酸化、拡散装置に関
するものである。

背景技術 図1a及び1b並びに図2a及び2bに酸化、拡散プロセスを
常圧下で行う従来型縦型熱処理装置と従来型ロードロッ
ク式熱処理装置を示す。

石英等の高純度材料からなる反応チャンバー（１）の
周囲には加熱体（２）があり、反応チャンバー（１）の
開放された一方の端部は移動機構（図示せず）によって
移動されるシールフランジによって密封される。移動機
構によって移動する移動体とシールフランジはバネ体で
連結されており、シールフランジと反応チャンバーの密
封性を良くしている。プロセス中の反応チャンバー内部
圧力と外部圧力はほとんど同じなので、バネ体は反応チ
ャンバーにシール材を介してシールフランジを軽く押し
付ける程度の反発力があれば良い。シールフランジは石
英製フランジ（９）と金属製フランジ（10）によって構
成され。反応チャンバーを密封したとき、チャンバー内
部に露出されるのは石英製フランジのみである。反応チ
ャンバー（１）にはガス導入部（６）が設けられ、これ
はチャンバー外部側壁に沿って反応チャンバーの閉じら
れた一方の端部まで通じており、そこからチャンバー内
部にガスが導入される。反応チャンバーの開放された一
方の端部側にはガス排気口（７）があり、そこからガス
は排気される。シールフランジ上には複数の熱処理体
（４）を積層状に保持したボート（３）及びボートテー
ブル（５）が設けられ、移動機構によって反応チャンバ
ー内部への挿入、取出しが行われる。

ボートが移動機構によって反応チャンバー（１）外部
に取り出されたときに（図1b）、被熱処理体がボートに
セットされる。移動機構によってボートが反応チャンバ
ー内へ移動し、フランジがシールされ、反応チャンバー
内が密封される。ガス導入口から窒素ガス等の不活性ガ
スが導入され、チャンバー内部にボート移動時に混入し
た大気成分をパージする。加熱体によって被熱処理体が
所定の温度に達すると、所定のプロセス用ガスが導入さ
れる。ドライ酸化プロセスでは、酸素等を、ウエット酸
化プロセスでは、導入口（６）の手前に設けられた外部
燃焼装置（図示せず）で酸素と水素を燃焼させて発生さ
せた水蒸気等を又リン拡散プロセスではオキシ塩化リン
（POCl₃）等を導入する。導入口の内径は通常10数mmか
ら20数mmである。排気口（７）は大気圧雰囲気に開放さ
れており、導入されたガスは所定の反応に寄与した後、
押し出されるように排気口から排出される。排気口の内
径は通常10数mmから20数mmであり、導入口内径より大き
めにすることが多い。プロセス終了後、プロセスガスの
導入が停止され、再び窒素ガス等でパージした後、移動
機構によってボートは反応チャンバーから取り出され
る。

近年、半導体デバイスの高集積化にともない、大気成
分（酸素、水蒸気等）やプロセス後に反応チャンバー内
へ残存するプロセスガスによって起こる予期しない酸化
を防止するために、ロードロック式の熱処理装置が考案
されてきた。図2a及び図2bにその例を示す。ボールネジ
（13）、移動体（12）等によって構成される移動機構は
大気から密封するため移動機構収納チャンバー（11）の
内部に置かれる。移動機構収納チャンバー（11）は内部
を真空排気するための排気口（15）がある。常圧でのプ
ロセスを行うと反応チャンバー内部圧力と移動機構収納
チャンバー内の圧力との差によってシールフランジを押
し開く力が発生するので、シールフランジと移動体（1
2）をバネ体でなく剛体で連結したり、プロセス中だけ
または常時、真空排気後に高純度の窒素ガスを導入して
移動機構収納チャバー（11）の内部圧力を常圧程度にし
ておく。移動機構収納チャンバー（11）には、被熱処理
体を挿入し、また、取り出すための開口部（14）が設け
られ、ゲートバルブ（16）を介して前室（17）と連結さ
れている。前室には開口部から被熱処理体をボートに挿
入しまた、取り出すための搬送機構が収納される。石英
等の高純度材料からなる反応チャンバー内部を真空排気
するために排気口（7b）を有する金属製マニホールド
（23）が反応チャンバーに接続して設けられ、同マニホ
ールドは冷却部（23b）を有する。プロセス終了後、排
気口（7b）につながる真空排気装置によって内部を10^-6
トール程度まで真空排気した後、ボートをアンロードし
て被熱処理体を取り出す。

より高集積化したデバイスの処理の実現を図るために
考案されたロードロック式熱処理装置において、反応チ
ャンバー内部を真空排気するために金属製マニホールド
が設けられたが、それによって被熱処理体への重金属汚
染を引き起こし、この点に関し、装置の性能を後退させ
ている。酸化プロセスは通常1000℃前後の高温で行うた
め、その輻射熱の影響は大きなものがある。冷却部を設
けても、従来型酸化拡散装置のように反応チャンバー内
部表面全てが石英であるものより、金属汚染が著しく大
きくなることは避けられない。また、冷却し過ぎると、
ウェット酸化時にマニホールド内部表面に水蒸気等が結
露することになり、金属の腐食等さらに大きな弊害を引
き起こす。また、冷却によって発熱体下部からの熱の発
散が大きくなり、発熱体の均熱特性が悪くなる。

また移動機構収納チャンバーを真空排気後に高純度窒
素で充満させた場合、装置内雰囲気の清浄度は供給され
る窒素ガスの純度や、ガス供給システムの清浄度に依存
した限界を有する。より高集積度のデバイスへの要求に
対応するには、残存する酸素、水蒸気等の濃度を一層低
減させるために、移動機構収納チャンバー圧力を常時10
^-7トール以下の高真空雰囲気に保つ必要がある。常圧下
で行われるプロセスの間、移動機構収納チャンバー雰囲
気を窒素ガスによって常圧状態にし、プロセス終了後に
真空排気していたのでは装置のスループットが低くなる
上に、供給する高純度窒素ガスのコスト負担が増大す
る。移動体とシールフランジを剛体で連結したのなら、
移動体の停止位置精度やシールフランジと相手面との平
行度を厳密に管理しなければならず、製造コストが大き
くなるとともに、反応チャンバーメインテナンス後の再
組立に多大の熟練度を必要とするという問題もある。

発明の開示 反応チャンバーにその内部を真空排気するための排気
口を設け、シールフランジを石英製フランジ部と金属製
フランジ部との二重構造とし、金属製フランジ部が移動
限界位置にあるとき、反応チャンバーと石英製フランジ
との間でシール材を介してシールがなされるように構成
する。

また、シールフランジと移動体をバネ体で連結し、シ
ールフランジがシール位置に移動した後、さらに移動体
を移動させることによって発生するバネ体の反発力の大
きさが、移動機構収納チャンバー圧力が真空で反応チャ
ンバー圧力が常圧のときに、反応チャンバー側からシー
ルフランジにかかる力の大きさ以上になるように移動体
を移動させ停止保持させる。

図面の簡単な説明 図1aは、従来型熱処理装置である。

図1bは、反応チャバーからボートテーブルを出したと
ころの従来型縦型熱処理装置である。

図2aは、従来型ロードロック式熱処理装置である。

図2bは、反応チャンバーからボートテーブルを出した
ところの従来型ロードロック式熱処理装置である。

図３は、本発明を示す装置の全体図である。

図4aは、図３に示した装置の部分拡大図である。

図4bは、図３に示した装置の部分拡大図である。

図4cは、他の実施例の部分拡大図である。

発明の実施するための最良の形態 図３は本発明の一つの実施例を示す装置全体図であ
る。図4aは図３の部分拡大図である。

反応チャンバー（１）には内部を真空排気するための
排気口（７）が設けられている。反応チャンバー内部を
短時間で高真空にするために、排気口（７）の内径は少
なくとも50mm程度以上にすることが必要である。我々の
装置では反応チャンバー内径240mm、排気口内径100mmで
あるが、石英で構成しても強度等何等問題ない。常圧プ
ロセス時のベントラインをこの排気口（７）とは別に設
けても良いし、排気口（７）の先で分岐しても良い。排
気口（７）前後の反応チャンバー周囲には断熱材（８）
を取付けることによって、この部分からの熱の逃げを防
ぎ、発熱体均熱特性を良くするとともに、反応チャンバ
ー内壁温度をウェット酸化プロセス時に水蒸気が内部に
結露させない温度に維持する。

ボート（３）、ボートテーブル（５）を乗せた石英製
フランジ（９）は、金属製フランジ（10）の上に置かれ
移動機構によって移動させられる。ボート（３）が反応
チャンバー（１）内の所定の位置にくると、金属製フラ
ンジ（10）の肩部が移動機構収納チャンバー肩部（11）
と接してそれ以上移動できなくなる。このとき、石英製
フランジ（９）と反応チャンバー（１）の端部との間に
は僅かな間隙があり、フッ素ゴム等からなるシール材
（18）によってシールするように構成される。従って、
石英同士が衝突したり、石英部品に余分な力がかからな
いので石英の破損の恐れがない。このときの移動体（1
2）と金属製フランジ（10）の間の寸法が「Ａ」である
とすると、移動体（12）はさらに移動させられ、寸法
「Ｂ」になる。図4bに従って、バネ体（30）のバネ定数
と圧縮量「Ａ−Ｂ」を積した大きさのバネ体の反発力
で、金属製フランジ（10）は移動機構収納チャンバー
（11）の肩部に押し付けられる。この状態で移動機構収
納チャンバーを真空に保ったまま反応チャンバー内で常
圧プロセスを行う。このとき、二つのチャンバーの圧力
差にシール材（18）の有効径内面積を掛けた大きさの方
が移動機構収納チャンバー側からシールフランジにかか
る。この力の大きさ以上にバネ体の反発力の大きさにな
るようにバネ体のバネ定数と圧縮量「Ａ−Ｂ」が決定さ
れている。圧力差による力が上からかかっても、石英製
フランジ（９）に対して金属製フランジ（10）が補強と
して働くので石英製フランジ（９）が破損することはな
い。金属製フランジ（10）は移動機構収納チャンバー側
から働く力の大きさ以上力をバネ体によって下から受け
ているので、下側に移動させられることはない。従っ
て、プロセス中、プロセスガスが移動機構収納チャンバ
ー側にリークすることはない。反応チャンバー（１）端
部のフランジ部は、移動機構収納チャンバー（11）上に
シール材（19a）と緩衝材（21a）を介して取り付けら
れ、冷却部（20b）を有する固定フランジ（20）によっ
て緩衝材（21b）を介して固定される。冷却部を移動機
構収納チャンバー側に設けてもよい。

図4cは、別の実施例を示す部分拡大図である。反応チ
ャンバー（１）はフランジ部より下方側まで管状に形成
され、その端部付近では内径が広げられ、その端部でシ
ールされる。これによって、透明な石英の内部を光線で
伝わって来る熱のエネルギーを屈折させ、シール材（1
8）への熱の影響を少なくできる。反応チャンバー
（１）のフランジ部は、冷却手段（22b）を有するフラ
ンジ（22）上に固定され、フランジ（22）は移動機構収
納チャンバー（11）上に固定される。

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】石英等の高純度材料からなる反応チャンバ
   ーと、同反応チャンバーの周囲に配された加熱装置と、
   同反応チャンバーに被熱処理体を保持したボートを挿入
   し、取り出すための移動機構と、同移動機構を大気から
   遮蔽隔絶するための移動機構収納チャンバーとからなる
   ロードロック式熱処理装置において、 反応チャンバーと移動機構収納チャンバーを分離するシ
   ールフランジが前記移動機構によって駆動され、 前記シールフランジが石英等の高純度材料からなるフラ
   ンジ部と金属材料からなるフランジ部とによる二重構成
   となっており、金属フランジが移動限界位置にあると
   き、石英フランジ部と反応チャンバー開口端部がシール
   材を介してシールされ、 シールフランジと移動機構によって移動する移動体とが
   バネ体によって連結され、シールフランジが移動限界位
   置まで移動した後、さらに移動体の移動により発生する
   バネ体の反発力の大きさが、プロセス中の移動機構収納
   チャンバー圧力より反応チャンバー内のプロセス圧力が
   大きいときに生じるフランジを押し開けようとする力の
   大きさより大きく、プロセス中、その位置で移動体を停
   止保持させることを特徴とするロードロック式熱処理装
   置。
2. 【請求項２】反応チャンバー内部を真空排気するための
   排気口が同反応チャンバー隔壁に設けられていることを
   特徴とする請求項１記載の記載の装置。
3. 【請求項３】前記排気口が前記加熱装置と移動機構収納
   チャンバーとの間に設けられていることを特徴とする請
   求項２記載の装置。
4. 【請求項４】前記排気口の内径が50mm以上であることを
   特徴とする請求項２又は３記載の熱処理装置。
5. 【請求項５】反応チャンバー内部を真空排気する排気装
   置に、チャンバー圧力を10トールから10^-3トールの範囲
   で制御する機能を有することを特徴とする請求項２又は
   ３記載の熱処理装置。