JP2696570B2

JP2696570B2 - 縦型熱処理装置

Info

Publication number: JP2696570B2
Application number: JP20238989A
Authority: JP
Inventors: 伸吾渡辺
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1988-08-08
Filing date: 1989-08-04
Publication date: 1998-01-14
Anticipated expiration: 2013-01-14
Also published as: JPH02138733A

Description

【発明の詳細な説明】（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）半導体装置の製造工程では、被処理体である半導体ウ
エハに絶縁膜、化合物半導体薄膜、有機金属薄膜等を形
成するために、加熱炉が使用されている。このような加
熱炉は、量産性を向上させるために、通常100枚以上の
ウエハを一度に処理するようになっている。加熱炉に
は、炉を水平方向に設置する横型炉と、垂直方向に設置
する縦型炉とがある。そして、縦型炉が、設置スペース
を小さくできるので、注目されている。

縦型炉は、例えば次のように構成されている。

すなわち、縦型炉は、ボートを垂直方向に昇降させる
ローディング機構を有している。ボートには、多数枚の
ウエハが所定隔で搭載されている。ローディング機構の
上方には、反応炉が設けられている。

縦型炉は、通常、クリーンルーム内に設置されてい
る。クリーンルームは、清浄なエアーを縦型炉に供給し
てウエハに不純物が付着するのを防止するようになって
いる。クリーンルームの清浄度を高い状態に縦持させる
には、膨大な費用が必要である。そこで、クリーンルー
ム内の限られたスペースを有効に利用する必要がある。
かかる観点から、縦型炉の前面部をクリーンルーム内に
臨むように設置し、他の部分を、クリーンルームと隣接
する部屋であって、クリーン度の低い部屋内に設置する
ことが提案されている。

しかしながら、清浄エアーの流れは、通常、クリーン
ルーム内の上から下へ向かうダウンフローになってい
る。このため、縦型炉が障害となって、炉の下方に位置
するローディング機構まで清浄エアーが達し難い。そこ
で、ローディング機構の設置領域（以下、ローディング
領域と記す）に、別個に清浄エアーの送風機構を設けて
いる。この送風機構から、ローディング領域を通過して
クリーンルーム内に清浄エアーを送風していた。このた
め、ローディング領域内の塵等の不純物が、クリーンル
ーム内に送出される。しかし、クリーンルーム内の清浄
エアーの流れは、ダウンフローである。このため、ロー
ディング領域を通過した送風機構からの不純物を含んだ
エアーと、クリーンルーム内の清浄エアーが、クリーン
ルームの床部で衝突する。その結果、ローディング領域
からクリーンルーム内に送出された不純物は、クリーン
ルームの床に向けて排除される。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上述のように構成された縦型炉を備え
る縦型熱処理装置は、次のような問題を有する。

ローディング領域内の不純物を除去するために、専用
の清浄エアー送風機構を設けると、装置全体が複雑にな
り大型化する。

専用の送風機構から送り出す清浄エアーの流量によっ
ては、縦型炉の近傍で乱気流が発生し、クリーンルーム
内の縦型炉等の装置に不純物を到達させて悪影響を及ぼ
す。

かかる問題を解消するために、次のような策が採られ
ている。

すなわち、通常、クリーンルームは、これと隣接する
保守等を行なうための保守ルームよりも高い陽圧の雰囲
気に設定されている。この雰囲気の圧力差点を利用し
て、クリーンルーム内に、ダウンフローされた清浄エア
ーをローディング領域を通過させて、保守ルーム側に導
くための流路を形成しておく。

しかし、この場合、クリーンルームと保守ルームの圧
力差や、清浄エアー流路の大きさ等によって、ローディ
ング領域に、保守ルーム側の清浄エアーが流れ込み、乱
気流等を発生させる。このため、依然、ローディング領
域に存在する不純物を確実に除去できず、縦型炉等に悪
影響を及ぼす問題があった。

本発明の目的は、小型で被処理体に不純物が付着する
のを防止して生産性を向上させることができる縦型熱処
理装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明は、所定の清浄度の雰囲気を有する第１クリー
ンルームと、該第１クリーンルームに隣接し、かつ、該
第１クリーンルームよりも低い清浄度の雰囲気を有する
第２クリーンルームと、該第２クリーンルームと前記第
１クリーンルームとを仕切る仕切壁の該第２クリーンル
ーム側に設けられ、底部に被処理体の出入口を有する熱
処理部と、前記出入口の直下に位置し、前記第１クリー
ンルームとを連通する開口部を有すると共に、前記被処
理体の搬出入用の扉を有し、かつ、前記第１クリーンル
ームから前記第２クリーンルーム側に流出する清浄エア
ーの流量を調整する機構とを備えたローディング領域と
を具備する縦型熱処理装置である。

（作用効果）本発明の縦型熱処理装置は、第１クリーンルームから
第２クリーンルームに向けて流出する清浄エアーの流量
を所定値に設定できる調整機構を有している。このため
小型で被処理体に不純物が付着するのを防止して生産性
を向上させることができるものである。

（実施例）以下、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図は、本発明の一実施例の縦型熱処理装置の構成
を示す説明図である。この縦型熱処理装置は、半導体ウ
エハをバッチ処理する縦型CVD装置を構成している。図
中１は、縦型熱処理炉を構成する二重構造の反応管であ
る。反応管１は、その長手方向を垂直にして設置されて
いる。反応管１は、外管1aと、この外管1aと非接触状態
の内管1bとで構成されている。反応管１は、処理ガスと
反応し難い材料であって耐熱性を有する例えば石英のよ
うなもので形成されている。反応管１の外周部には、こ
れを囲むようにして例えばコイル状のヒータ７例えば抵
抗加熱ヒータが設けられている。

このヒータ７は、交流電源等で構成された加熱機構
（図示せず）に接続されている。このヒータ７によっ
て、後述する反応管１内に搬入された多数枚の半導体ウ
エハ３列を例えば500〜1000℃に均一に加熱するように
なっている。ウエハ３の枚数は適宜選択されるが70枚か
ら200枚位が選択される。勿論200枚以上でもよい。

反応管１の下端部は、蓋体10によって開閉自在になっ
ている。また、反応管１の下端部には、排気管９が接続
されている。排気管９は、処理ガスを排出可能な図示し
ない真空ポンプに接続されている。排気管９からの排気
量に応じて反応管１内の圧力を所定値に設定できるよう
になっている。

反応管１の下端部には、内管1bの内部に、所定の処理
ガスを供給するためのガス供給管８が１本又は複数本取
り付けられている。ガス供給管８は、図示しないマイク
ロコントローラ等を介してガス供給源に接続されてい
る。ガス供給管８から反応管１内に定められたプログラ
ムにより所定の処理ガスが供給される。供給された処理
ガスは、内管1bの下部から上部へと流れ、上部で内管1b
と外管1a間を流下し、排気管９から外部に放出される。
このような処理ガスの連続した流下状態の中で、半導体
ウエハ３に所定の熱処理が施されるようになっている。

蓋体10上には、内管1bの内に収容される保温筒11が設
けられている。保温筒11上には、被処理体例えば半導体
ウエハ３を搭載したボート４が設置されるようになって
いる。このボート４上には、通常100〜150枚の半導体ウ
エハ３が垂直方向に所定間隔を設けて搭載されるように
なっている。ボート４は、処理ガスと反応し難い材料で
あって耐熱性を有する例えば石英のようなもので形成さ
れている。

このように構成された反応管１等により、熱処理部２
が構成されている。

蓋体10は、反応管１とほぼ平行に立設された搬送機構
５に取り付けられている。すなわち、蓋体10は、搬送機
構５を構成するボールネジ5aに沿って昇降し、反応管１
の直下のローディング領域６からボート４を反応管１内
壁に非接触で搬出入するようになっている。例えば反応
管１の管軸とボート４の中心軸が一致するように構成さ
れている。ローディング領域６には、図示しない搬送機
構により、ボート４が受け渡しされるようになってい
る。

このように構成された縦型熱処理装置本体30の動作
は、図示しない制御部によって行われるようになってい
る。

縦型熱処理装置本体30は、第２図に示す如く、その前
面部100を清浄度の高い第１のルームである第１クリー
ンルームに例えばクリーンルーム内に位置させて設置
し、かつ、その前面部以外の後部101を比較的清浄度の
低い第２のルームである第２クリーンルーム13例えばク
リーンルーム内に設置している。第１クリーンルーム12
の清浄度は、例えばクラス10程度に設定される。第２ク
リーンルーム13の清浄度は、例えばクラス100以上に設
定される。ここで、清浄度を表す例えばクラス10は、１
立方フィート当たりに存在する0.5μｍ以上のごみの数
が、10個以下であることを意味している。

隣接する第１クリーンルーム12と第２クリーンルーム
13の境界部であって、縦型熱処理装置本体30の前面部分
を含む平面部分には、垂れ壁であるパーティションウォ
ール（仕切壁）14が設けられている。

第１クリーンルーム12の雰囲気圧は、第２クリーンル
ーム13の雰囲気圧よりも高圧（陽圧）に設定される。こ
の圧力差を利用して、第１クリーンルーム12から、第２
クリーンルーム13内に設置された縦型熱処理装置本体30
の下部に向けて、ダウンフローの清浄エアー19が流れ、
ローディング領域６を通過して、保守ルームである第２
クリーンルーム13側に送出されるように構成される。

ここで、縦型熱処理装置本体30の後部101側には、ロ
ーディング領域６を通過する清浄エアーの流量を調整す
る調整機構15が取り付けられている。調整機構15は、例
えば第３図に示す構造を有している。

第３図は、第２クリーンルーム13側から第１クリーン
ルーム12に向かって見た調整機構15を示している。調整
機構15は、縦型熱処理装置本体30のローディング領域６
と連通する開口部を形成した枠体31を有している。枠体
31には、その開口部を開閉するための扉32が蝶番33a,33
bによって取り付けられている。すなわち、調整機構15
は、ローディング領域６と第２クリーンルーム12を仕切
るように設けられた扉32に設けられている。扉32は、例
えば縦800mm、横600mmのステンレススチールで形成され
ている。扉32の両側部には、エア流通口となる開口34が
形成されている。開口34は、例えば縦50mm、横5mmのス
リットの複数個を縦横所定間隔で扉32の両側部に穿設す
ることにより形成されている。開口34の開口率は、例え
ば扉32の片面側の表面の面積の約50％に設定されてい
る。上記開口34は縦長配列に限らず横長配列でも円孔で
も多角形孔でも何れでもよい。また流出側に流路が所定
の方向例えば下方に形成されるフードを設けてもよい。

扉32は、二重構造になっている。すなわち、上述の開
口34を有する２枚の扉構成板32a,32bが、摺動自在に重
ね合わせられている。一方の扉構成板32aは、上下の両
端部に設けられたガイドバー18にガイドされて他方の扉
構成板32bに対して例えば15mm程度横方向（幅方向）に
移動可能になっている。つまり、２枚の扉構成板32a,32
bが、夫々の開口34を衝合させた状態になっている時
に、開口率が、扉32の片面側の表面の面積に対して50％
になるように設定されている。この状態から、一方の扉
構成板32aを他方の扉構成板32bに対してずらすように移
動させることにより、開口率を０〜50％の範囲で自在に
調節できるようになっている。一方の扉構成板32aの固
定は、例えば第４図に示す如く、一方の扉構成板32aの
下端部を支持するナット40に固定された止め金具41上の
締め付けボルト42を、扉構成板32aに押し付けることに
より行われるようになっている。このようにして、この
開口率を変化させることにより、第１クリーンルーム12
からローディング領域６を通過して第２クリーンルーム
13に流れ込む清浄エアーの流量を調整できるようになっ
ている。

このように構成された縦型熱処理装置は、次のように
して半導体ウエハ３に所定の熱処理を施して薄膜を形成
するようになっている。

まず、図示しないウエハ移替え装置により半導体ウエ
ハ３をボート４上に積載する。そして、ボート４を図示
しないボート搬送装置でローディング領域６に搬送す
る。搬送されて来たボート４は、保温筒11上に載置され
る。

次いで、搬送機構５によりボート４を所定量だけ上昇
させる。この操作によって反応管１の内壁に接触させる
ことなく、ボート４を反応管１内の予め設定された位置
に設置する。この時、反応管１の下端部と蓋体10とを接
触させることにより、自動的に全ての半導体ウエハ３を
所定位置に位置決めすると共に、反応管１内を気密に封
止するようになっている。

次に、反応管１内を例えば0.1〜2Torrに設定するよう
に排気管９を介して図示しない真空ポンプにより雰囲気
ガスの排気を行う。また、予めヒータ７に電力を供給
し、ヒータ７の加熱温度を例えば500〜1000℃に設定す
る。

この状態で、ガス供給管８から図示しないマスフロー
コントローラ等により流量を調節しつつ、処理ガスを内
管1bに供給する。処理ガスとしては、例えばSiH₄とO₂の
混合ガスである。

内管1b内に設置された半導体ウエハ３の表面には、下
記式に従う反応によって、SiO₂膜が形成される。

SiH₄＋O₂→SiO₂＋2H₂↑ また、反応後の処理ガスは、排気管９から外部に排出
される。このようなCVD処理の後、処理ガスの供給を停
止する。そして反応管１の内部の雰囲気ガスを例えばN₂
のような不活性ガスと置換する。この操作により反応管
１内の圧力を常圧に戻す。

次に、半導体ウエハ３を搭載したボート４を、搬送機
構５によって反応管１からローディング領域６に搬出し
て熱処理を完了する。

而して、上述の熱処理を行うに際して、予めローディ
ング領域６を通過する清浄エアーの流量を調整してお
く、すなわち、調整機構15の扉32の開口率を所定の値に
設定しておく。この値は、例えば第１クリーンルーム12
と第２クリーンルーム13の圧力差や、第１クリーンルー
ム12でダウンフローされる清浄エアーの量等によって決
定することができる。

このようにして、第１クリーンルーム12でダウンフロ
ーされる清浄エアー19の所定量を、第２図に示す如く、
ローディング領域６を通過して第２クリーンルーム13に
導く。

この結果、ローディング領域６に存在する塵等を第１
クリーンルーム12からの清浄エアーによって、第２クリ
ーンルーム側に排除することができる。このため、装置
を大型化することなく、被処理体への塵等の不純物が付
着するのを防止して、歩留まりを向上させることができ
る。

また、第１クリーンルーム12からの清浄エアーの量
を、上述のように決定した範囲内でさらに所定値に設定
することにより、熱処理後の半導体ウエハ３の冷却を促
進させて、熱歪みの発生を抑えて生産性を向上させるこ
とができる。

なお、本発明は、CVD処理用の装置に限定されず、拡
散・酸化やアニール・エピタキシャル成長等の熱処理用
の装置、或いは、スパッタ・エッチング・イオン注入等
の処理装置にも適用できることは勿論である。

また、調整機構15は、２枚の扉構成板で扉32を構成し
た二重構造の扉を有するものについて説明したが、これ
に限定されず、要は、第１クリーンルーム12からの清浄
エアーの量を調整できるものであれば如何なるものであ
っても良い。

また、本発明の対象とする被処理体は、半導体ウエハ
の他にも液晶板等であっても良いことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の縦型熱処理装置本体の構
成を示す説明図、第２図は、第１図の層流状態を示す説
明図、第３図は、第１図の縦型熱処理装置の調整機構を
示す説明図、第４図は、第１図の調整機構の要部を度す
説明図である。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/31 Ｈ０１Ｌ 21/324 Ｄ 21/324 21/265 Ｄ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の清浄度の雰囲気を有する第１のルー
ムと、該第１のルームに隣接し、かつ、該第１のルーム
よりも低い清浄度の雰囲気を有する第２のルームと、該
第２のルームと前記第１のルームとを仕切る仕切壁の該
第２のルーム側に設けられ、底部に被処理体の出入口を
有する熱処理部と、上記出入口が清浄エアー流の上流側
に位置し、前記第１のルームと連通する開口部を有する
と共に、前記第１のルームから前記第２のルーム側に流
出する清浄エアーの流量を調整する調整機構とを備えた
ローディング領域とを具備する縦型熱処理装置。
【請求項２】第１のルームの雰囲気圧力は、第２のルー
ムの雰囲気圧力よりも高いものである特許請求の範囲第
１項記載の縦型熱処理装置。
【請求項３】調整機構は、第１のルームから第２のルー
ム側に流出する清浄エアーの流量を調整するための開口
であって開口率が可変の開口を有するものである特許請
求の範囲第１項記載の縦型熱処理装置。
【請求項４】調整機構は、ローディング領域と第２のル
ームを仕切るように設けられた扉に設けられており、該
扉を構成する二重構造の扉構成板に開口が形成され、扉
構成板の位置をずらすことにより開口率を変化させるも
のである特許請求の範囲第１項記載の縦型熱処理装置。
【請求項５】開口率は、扉構成板の片面の表面面積に対
して０〜50％の範囲で可変するものである特許請求の範
囲第４項記載の縦型熱処理装置。
【請求項６】開口の形状が、スリット状、矩形状、多角
形状、略円形状の何れかである特許請求の範囲第４項記
載の縦型熱処理装置。
【請求項７】熱処理部は、縦型熱処理炉で構成されてい
る特許請求の範囲第１項記載の縦型熱処理装置。
【請求項８】縦型熱処理炉は、CVD炉、酸化・拡散炉、
アニール炉、エピタキシャル成長炉、スパッタリング
炉、エッチング炉、イオン注入炉の何れかを構成する特
許請求の範囲第７項記載の縦型熱処理装置。
【請求項９】被処理体は、半導体ウエハ、液晶板の何れ
かであって、ボート上に多数枚搭載されてローディング
領域をへて熱処理部に搬出入されるものである特許請求
の範囲第１項記載の縦型熱処理装置。