JP2717170B2 - 縦型熱処理装置及び熱処理方法 - Google Patents

縦型熱処理装置及び熱処理方法

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JP2717170B2 JP63329950A JP32995088A JP2717170B2 JP 2717170 B2 JP2717170 B2 JP 2717170B2 JP 63329950 A JP63329950 A JP 63329950A JP 32995088 A JP32995088 A JP 32995088A JP 2717170 B2 JP2717170 B2 JP 2717170B2
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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、縦型熱処理装置及び熱処理方法に関する。
(従来の技術) 近年、半導体デバイスの製造工程における熱拡散工程
や成膜工程で使用される熱処理装置として、省スペース
化、省エネルギー化、被処理物である半導体ウエハの4
インチから5インチ、6インチ、8インチと大口径化お
よび自動化への対応が容易であること等の理由から縦型
熱処理装置が開発されている。
このような縦型熱処理装置では、石英等からなる円筒
状の反応管およびその周囲を囲繞する如く設けられたヒ
ータ、均熱管、断熱材等から構成された反応炉本体はほ
ぼ垂直に配設されており、石英等からなるウエハボート
に間隔を設けて積層する如く多数の半導体ウエハを設置
して、例えば上下動可能とされた搬送機構によって、反
応管内へ下方から半導体ウエハをロード・アンロードす
るよう構成されている。
このような縦型熱処理装置における処理は、反応容器
内に所定の処理ガスを導入し、ロータリーポンプ等の真
空機構により反応容器内が所定の真空度となるように排
気しながら処理を行う。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、このような縦型熱処理装置において
は、真空機構にロータリーポンプ等のオイル式ポンプを
使用しているため、この真空機構のオイル(HaCb:ハイ
ドロカーボン系)が反応容器内に逆流するいわゆる逆拡
散現象が生じ、この逆拡散したオイルが被処理物に付着
し、歩留りの低下を招くという問題があった。この問題
を解決するために排気ポンプをポンプ動作用オイルが不
要なオイルレスポンプで構成しようとすると、処理工程
中にクリーニング処理等のエッチング処理工程が含まれ
ている場合には、エッチングガス中の有害成分例えばNF
3等がポンプ動作用オイルでトラップすることができ
ず、装置外に排出されてしまうという問題もあった。
本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもの
で、真空機構の作動オイルの逆拡散による歩留り低下を
防止でき、さらには排ガス中の有害物質の除去も可能な
縦型熱処理装置及び熱処理方法を提供することを目的と
するものである。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 請求項1の発明は、略垂直に立設された反応炉本体内
に所定の処理ガスを供給して被処理物を処理し、この処
理済みの処理ガスを排気ポンプにより排気するようにし
た縦型熱処理装置において、 前記排気ポンプをオイルレスポンプのみにより構成
し、 この排気ポンプの排気下流側に、前記処理済みの処理
ガス中に含まれる有害物質を除去するための第1の除去
機構と、前記被処理物を処理した後、前記反応炉本体内
のクリーニングを行うクリーニングガス中に含まれる有
害物質を除去するための第2の除去機構とを具備し、前
記被処理物を処理する工程と前記反応炉本体内のクリー
ニングを行う工程とで当該第1の除去機構と第2の除去
機構とを切り換えて排ガス処理を行う排ガス処理機構を
設けたことを特徴とする。
請求項2の発明は、請求項1記載の縦型熱処理装置に
おいて、 前記排気ポンプの排気上流側に反応生成物を捕捉する
トラップ機構とこのトラップ機構の排気上流側の排気配
管を加熱するための配管加熱機構とを設けたことを特徴
とする。
請求項3の発明は、略垂直に立設された反応炉本体内
に所定の処理ガスを供給して被処理物を処理し、この処
理済みの処理ガスを排気ポンプにより排気する縦型熱処
理装置による熱処理方法において、 前記反応炉本体内に前記処理ガスを供給して前記被処
理物を処理した後、前記反応炉本体内に所定のクリーニ
ングガスを供給して前記反応炉本体内のクリーニングを
行い、かつ、 前記排気ポンプの排気下流側に、前記処理済みの処理
ガス中に含まれる有害物質を除去するための第1の除去
機構と、前記クリーニングガス中に含まれる有害物質を
除去するための第2の除去機構とを具備した排ガス処理
機構を設け、前記被処理物を処理する工程と前記反応炉
本体内のクリーニングを行う工程とで当該第1の除去機
構と第2の除去機構とを切り換えて排ガス処理を行うよ
うにしたことを特徴とする。
請求項4の発明は、請求項3記載の熱処理方法におい
て、 前記クリーニングガスがNF3ガスであることを特徴と
する。
(作 用) 上記構成の縦型熱処理装置では、排気ポンプをオイル
レスポンプで構成し、このオンイルレスポンプの排気下
流側に排ガス中の有害成分を除去する排ガス処理機構を
設けたので、真空機構の作動オイルの逆拡散を防止する
とともに、排ガス中の有害物質の完全な除去が可能とな
る。
また、上記構成の熱処理方法では、反応炉本体内にNF
3ガス等の所定のクリーニングガスを供給して反応炉本
体内のクリーニングを行うので、清浄な雰囲気で被処理
物の処理を行うことができ、反応生成物の付着等による
歩留まりの低下を防止でき生産性の向上を図ることがで
きる。
(実施例) 以下、本発明を多連式縦型熱処理装置に適用した一実
施例について図を参照して説明する。
筐体1は、クリーンルーム2とメンテナンスルーム3
との境界に沿って一列に複数、例えば3連配列されてい
る。これらの各筐体1内の上には、夫々例えば石英等か
ら円筒状に構成された反応管およびその周囲を囲繞する
如く設けられたヒータ、均熱管、断熱材等から構成され
た反応炉本体4がほぼ垂直に配設されている。また、こ
れらの筐体1内の各反応炉本体4の下部には、反応炉本
体4内に被処理物例えばウエハボート上に配列された半
導体ウエハをロード・アンロードするための機構として
夫々ボートエレベータ5が設けられている。
これらの筐体1と独立して例えば後方のメンテナンス
ルーム3内には、筐体1と所定距離、例えば120cm隔て
て、反応炉本体4に所定の処理ガスおよび電力を供給す
るための制御部6が配設されており、これらの制御6の
後方には、夫々オイルレスポンプ例えばメカニカルブー
スタポンプを備えた真空機構7が配設されている。
一方、筐体1の前方、即ちクリーンルーム2内には、
ウエハカセット8内に収容された半導体ウエハをウエハ
ボート9上に移載するための移載機構10、このウエハボ
ート9を各筐体1の前方へ搬送するボートライナー11、
移載機構10からウエハボート9を垂直に立ててボートラ
イナー11上に載置するインターフェースメカ12が設けら
れている。
このような構成の縦型熱処理装置では、移載機構10に
より、ウエハカセット8内に収容された半導体ウエハを
ウエハボート9上に移載し、インターフェースメカ11に
よってこのウエハボート9を垂直に立ててボートライナ
ー12上に載置する。この後、このボートライナー12によ
ってウエハボート9を各筐体1の前方へ搬送し、ボート
エレベータ5によって反応炉本体4内に挿入する。そし
て、制御部6および真空機構7によって反応炉本体4内
に所定のガスを流通させるとともに、制御部6から電力
を供給して反応炉本体4内を所定温度に加熱し、半導体
ウエハの処理、例えばCVDによる成膜を行う。
ところで、本実施例の排気系は第3図に示すように、
排気管中に未反応ガスおよび反応生成物等が堆積しない
ようにするための排気管加熱機構13、トラップ機構14、
オイルレスポンプ例えばルーツ式メカニカルブースタポ
ンプ15からなる真空機構7、排ガス中の有害成分を除去
するための排ガス処理機構16から構成されている。
排気管加熱機構13の構造としては種々のものが考えら
れるが、本実施例では、例えば排気外管と中空管からな
る二重管構造で、この中空管内にヒータ機構例えばモー
ルドヒータが内蔵された構造となっている。この排気管
加熱機構16により排ガスを加熱することにより、排ガス
中に含まれている未反応ガスおよび反応生成物等が、こ
の配管部分で堆積することなくトラップ機構14へと導か
れ、ここで集中的に捕集される。
トラップ機構14で塵埃を除去された排ガスは、ルーツ
式メカニカルブースタポンプ15を経て排ガス処理機構16
へと導かれ、ここで排ガス中の有害成分が除去される。
このルーツ式メカニカルブースタポンプ15は、従来の
ロータリポンプ等のオイル式ポンプに用いられている作
動オイルが不要であるため、この作動オイルの逆拡散に
よる被処理物への悪影響の問題は全くない。従って、排
気ポンプとしては、上記以外のポンプ例えば水封ポン
プ、ドライポンプ等のオイルレスポンプであればいずれ
でもよい。
ルーツ式メカニカルブースタポンプ15の容量は、反応
炉本体4内の所定の真空度、例えば窒化膜形成を行うの
であれば約0.1Torrの真空度が保持できる容量が必要
で、例えば複数段直列配置する等の構成として、必要に
応じた容量を確保する。
ところで、上記ルーツ式メカニカルブースタポンプ15
等のオイルレスポンプでは、作動オイルが無いため、従
来用いられているロータリーポンプ等の場合のように排
ガス中の有害成分を作動オイルによりの除去するという
作用がなく、排ガス中の有害成分は真空機構7からその
まま排気されることになる。そこで、本発明では、オイ
ルレスポンプの下流側に排ガス中の有害成分を除去する
ための排ガス処理機構16を設けて、上記問題を解決し
た。
本実施例の排ガス処理機構16の構成は、第4図に示す
ように、排ガス中の有害成分であるエッチングガス例え
ばNF3ガスを除去するためのNF3ガス除去カラム21、反応
生成物例えばSi3N4を除去するためのSi3N4除去カラム2
2、そしてこれら除去カラム21、22に排ガスを導くため
の配管系23、この配管系23に設けられた複数の制御弁類
24〜26等から構成されている。
以下にSi3N4膜の成膜処理を行う場合を一例として排
ガス処理機構16の動作を、第4図のタイムチャート図を
参照しながら説明する。
制御部6から成膜指令例えばSi3N4膜の成膜開始指令
が出されると、所定のタイムラグt例えば約3秒後に成
膜運転が開始される。このときの排ガス処理機構16の各
バルブの動作は、成膜開始指令が出されると同時にSバ
ルブ26が開、Bバルブ24およびNバルブ25が閉となる。
即ち成膜動作中の排ガスは、Si3N4除去用カラム22内に
導入され、ここでSi3N4が除去された後排気される。
一方、制御部6からクリーニング処理指令が出される
と、所定のタイムラグをおいてNF3ガスによるクリーニ
ング運転が開始される。このときの排ガス処理機構16の
Nバルブ25の動作は、クリーニング運転が開始される少
し前に開になる。この状態では、Bバルブ24およびSバ
ルブ26は閉となっており、排ガスはNF3除去用カラム21
内に導入されて浄化された後排気される。
また、成膜運転およびクリーニング運転間で行われる
パージガス充填運転時では排ガス中に有害物質が含まれ
ていないため、、Bバルブ24のみが開となって、排ガス
が各除去用カラム21、22に導入されずにバイパスされる
ように構成されている。
このように、真空機構7にメカニカルブースタポンプ
15等のオイルレスポンプを用いるとともに、このオイル
レスポンプの下流側に排ガス処理機構16を設けることに
より、従来のオイルポンプのようなポンプ作動オイルの
逆拡散による被処理物への悪影響の問題は全くなく、さ
らに、排ガス中の有害成分の完全な除去も可能となる。
また、メカニカルブースタポンプ15は、塵埃を吸引す
るとトラブル発生の原因となるが、本実施例のように、
配管加熱機構13およびトラップ機構14を用いて、排ガス
中の塵埃等の不純物を除去した後、メカニカルブースタ
ポンプ15へ導入する構成とすれば、このような問題は発
生しない。
ところで上述した実施例では、メカニカルブースタポ
ンプとして、ルーツ型のものを使用したが、これ以外の
構造ものでも勿論よく、例えば1個の回転子がシリンダ
内に偏心して装着された容積圧縮型メカニカルブースタ
ポンプや、おすの回転子とめすの回転子とが噛み合わさ
ったLysholm圧縮型メカニカルブースタポンプ等のいず
れのものでもよい。
尚、上記実施例では、反応炉本体4を3つ設けた例に
ついて説明したが、反応炉本体の数は、2あるいは4以
上としてもいくつでもよい。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明の縦型熱処理装置によれ
ば、真空機構の作動オイルの逆拡散による被処理物への
悪影響が防止できるので、歩留り低下を防止でき、生産
性の向上を図ることができる。また、排ガス中の有害成
分の完全な除去も可能となる。
また、本発明の熱処理方法では、反応炉本体内にNF3
ガス等の所定のクリーニングガスを供給して反応炉本体
内のクリーニングを行うので、清浄な雰囲気で被処理物
の処理を行うことができ、反応生成物の付着等による歩
留まりの低下を防止でき生産性の向上を図ることができ
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の構成を示
す上面図、第2図は第1図の側面図、第3図は実施例の
排気系の構成を示す図、第4図は実施例の排ガス処理機
構の構成を示す図、第5図は実施例の排ガス処理機構の
動作を説明するための動作タイムチャート図である。 1……筐体、2……クリーンルーム、3……メンテナン
スルーム、4……反応炉本体、5……ボートエレベー
タ、6……制御部、7……真空機構、9……ウエハボー
ト、13……排気管加熱機構、14……トラップ機構、15…
…メカニカルブースタポンプ、16……排ガス処理機構、
21……NF3除去用カラム、22……Si3N4除去用カラム、23
……配管系、24〜26……制御弁。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河野 敏明 神奈川県津久井郡城山町川尻字本郷3210 番1 テル相模株式会社内 (72)発明者 宮崎 伸治 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 守屋 孝彦 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝総合研究所内 審査官 吉水 純子 (56)参考文献 特開 昭60−114570(JP,A) 特開 昭62−192582(JP,A) 特開 昭62−93375(JP,A) 特開 昭62−214175(JP,A)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】略垂直に立設された反応炉本体内に所定の
    処理ガスを供給して被処理物を処理し、この処理済みの
    処理ガスを排気ポンプにより排気するようにした縦型熱
    処理装置において、 前記排気ポンプをオイルレスポンプのみにより構成し、 この排気ポンプの排気下流側に、前記処理済みの処理ガ
    ス中に含まれる有害物質を除去するための第1の除去機
    構と、前記被処理物を処理した後、前記反応炉本体内の
    クリーニングを行うクリーニングガス中に含まれる有害
    物質を除去するための第2の除去機構とを具備し、前記
    被処理物を処理する工程と前記反応炉本体内のクリーニ
    ングを行う工程とで当該第1の除去機構と第2の除去機
    構とを切り換えて排ガス処理を行う排ガス処理機構を設
    けたことを特徴とする縦型熱処理装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載の縦型熱処理装置において、 前記排気ポンプの排気上流側に反応生成物を捕捉するト
    ラップ機構とこのトラップ機構の排気上流側の排気配管
    を加熱するための配管加熱機構とを設けたことを特徴と
    する縦型熱処理装置。
  3. 【請求項3】略垂直に立設された反応炉本体内に所定の
    処理ガスを供給して被処理物を処理し、この処理済みの
    処理ガスを排気ポンプにより排気する縦型熱処理装置に
    よる熱処理方法において、 前記反応炉本体内に前記処理ガスを供給して前記被処理
    物を処理した後、前記反応炉本体内に所定のクリーニン
    グガスを供給して前記反応炉本体内のクリーニングを行
    い、かつ、 前記排気ポンプの排気下流側に、前記処理済みの処理ガ
    ス中に含まれる有害物質を除去するための第1の除去機
    構と、前記クリーニングガス中に含まれる有害物質を除
    去するための第2の除去機構とを具備した排ガス処理機
    構を設け、前記被処理物を処理する工程と前記反応炉本
    体内のクリーニングを行う工程とで当該第1の除去機構
    と第2の除去機構とを切り換えて排ガス処理を行うよう
    にしたことを特徴とする熱処理方法。
  4. 【請求項4】請求項3記載の熱処理方法において、 前記クリーニングガスがNF3ガスであることを特徴とす
    る熱処理方法。
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