JP3063695B2 - 複数の水素ノズルを有する外部燃焼酸化装置 - Google Patents

複数の水素ノズルを有する外部燃焼酸化装置

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JP3063695B2
JP3063695B2 JP9220891A JP22089197A JP3063695B2 JP 3063695 B2 JP3063695 B2 JP 3063695B2 JP 9220891 A JP9220891 A JP 9220891A JP 22089197 A JP22089197 A JP 22089197A JP 3063695 B2 JP3063695 B2 JP 3063695B2
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oxygen
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修一 増田
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は外部燃焼酸化装置に
関し、特に、半導体製造に用いて好適とされる、水素ガ
スと酸素ガスを燃焼して水蒸気を発生させウエハーを熱
酸化させる外部燃焼酸化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の複数の水素ノズルを有す
る外部燃焼酸化装置は、例えば特開平4−196536
号公報に記載されるように、水素と酸素を反応、燃焼さ
せる燃焼室への水素供給ノズルを2個以上備え、各々の
水素供給を独立に制御し、燃焼室及び水素ノズルの寿命
を損なうことなく、多量の水素を燃焼させることを目的
として用いられている。
【0003】図3は、従来の複数の水素ノズルを有する
外部燃焼酸化装置を示す断面図である。図3に示すよう
に、外部燃焼酸化装置は、水素ノズル1a,1b、酸素
ノズル2、接続管3、水素の燃焼を行う燃焼室4、燃焼
室を加熱するヒーター5、ガス制御装置6、熱処理用ヒ
ーター7、石英管8、モーター9、ボールネジ10、ガ
イド11、半導体ウエハ用ボート12、石英管キャップ
14、断熱治具15を備えており、13は半導体ウエハ
13。
【0004】図4は、図3の外部燃焼酸化装置のガス系
統図である。図4を参照すると、まず、酸素を燃焼室4
に供給するため空気作動弁16cを開けて、酸素の供給
量を数SLMとする。所定時間経過後、水素燃焼を開始
するため空気作動弁16a、16bを開き、空気作動弁
16jは閉じる。水素用マスフローコントローラー19
bで数SLMの水素を燃焼室4に供給させる。燃焼室4
で着火後、酸素供給量を所定量まで酸素用マスフローコ
ントローラー18bで増量し、後に水素供給量を増量す
る。
【0005】水素ノズル1bの許容水素流量以内での燃
焼は、この後、空気作動弁16fを閉じ、許容水素流量
以上の燃焼の場合は、空気作動弁16kを閉じ空気作動
弁16jを開け、2つの水素ノズル1a、1bにて燃焼
室4内で水素と酸素の燃焼を行う。
【0006】通常、酸素量は、水素量の1/2より多く
するため、図3の石英管8には水蒸気と酸素の混合気体
が供給され、半導体ウエハ13の酸化を行う。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来技術は下記記載の問題点を有している。
【0008】第1の問題点は、従来技術は、大量の水素
を流すことを目的としており、水素ガスを小流量精度良
く流すことができない、ということである。
【0009】その理由は、大流量用マスフローコントロ
ーラー1個のみで水素流量をコントローラしているから
である。通常、マスフローコントローラーは流量を精度
良く制御できる範囲が決まっており(たとえば最大流量
の5〜95%)、大流量用マスフローコントローラー
(たとえば最大流量30SLM)では小流量(たとえば
0.1SLM)を精度良く流すことができない。
【0010】第2の問題点は、水素ノズルの形状にあ
る。通常水素を供給するノズルの形状は以下の理由で選
定している。 ・水素の燃焼によるノズルの消耗を少なくし、一定の寿
命を確保する。 ・水素燃焼炎による燃焼室の失透及び変形を防止する。
【0011】したがって、水蒸気を極少量必要とする酸
化処理には、水素ノズルの噴出径を小さくする必要があ
り、水蒸気を多量に必要とする酸化処理には、水素ノズ
ル本数を増やす必要があるが、燃焼管の大きさより一定
以上増やすことができないのが現状である。
【0012】このため、流すことのできる水素流量の範
囲は自ずと決まってくるので、大流量と小流量を併用す
ることはできない、という問題点があった。
【0013】したがって本発明は、上記問題点に鑑みて
なされたものであって、その目的は、水素ガス流量の供
給範囲を広げることによって大流量を必要とする酸化処
理と小流量を必要とする酸化処理を併用することのでき
る外部燃焼酸化装置を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る外部燃焼酸化装置は、水素ガスと酸素
ガスを燃焼して水蒸気を発生させて半導体ウェハを酸化
させる外部燃焼酸化装置において、噴出径の異なる複数
水素ガス供給ノズルを有し、前記複数の水素ガス供給
ノズルへのガス供給をそれぞれ独立に制御する複数の制
御装置を備えたことを特徴とする。
【0015】[発明の概要]本発明においては、小流量
の水蒸気を必要とする酸化処理の場合、水素ガス供給ノ
ズルの噴出径が小さいものを使用し、小流量用マスフロ
ーコントローラーにて流量を制御し、大流量の水蒸気を
必要とする酸化処理の場合、水素ガス供給ノズルの噴出
径が大きいものを使用し、大流量用マスフローコントロ
ーラーにて流量を制御する。ただし安全に着火するため
に、初期着火は上記極低流量用の水素ノズルと小流量用
マスフローコントローラーを用いて行い、次に大流量用
の水素ノズル及びマスフローコントローラーを用いて徐
々に所定の流量まで増加する。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について以下
に説明する。本発明の外部燃焼酸化装置は、その好まし
い実施の形態において、半導体ウエハを加熱処理する処
理室と、該処理室に不活性ガス、酸素、水蒸気等の供給
を行うガス供給装置と、を有する半導体ウエハの外部燃
焼酸化において、水素の燃焼を行う燃焼室への水素ガス
供給ノズルの噴出径が異なるノズルを少なくとも2本以
上有し、その噴出径は供給流量に適したものであり、各
々のノズルからのガス供給は供給流量に適したマスフロ
ーコントローラーで独立に制御するものである。
【0017】すなわち、燃焼する水素の流量によって適
正な水素のノズル、すなわち、大流量にはノズルの噴出
径が大で、小流量にはノズルの噴出径が小のノズルを少
なくとも2本以上設置し、マスフローコントローラーも
各々のノズルに合せたものを用い、これにより燃焼可能
な水素流量の幅を広げることができ、その流量の精度も
向上する。これは大流量を必要とする酸化処理と小流量
を必要とする酸化処理を1台の装置で併用することがで
きる。
【0018】本発明の実施の形態においては、特に小流
量の水素を精度良く燃焼することが可能となるため、窒
素等の希釈ガスで小量の水蒸気を希釈することによって
酸化速度を低減することができるようになる。その結
果、より高温下においても半導体ウエハ上の極薄膜の膜
厚の制御性が向上する。
【0019】
【実施例】上記した本発明の実施の形態について更に詳
細に説明すべく、本発明の実施例について図面を参照し
て以下に説明する。図1は、本発明の複数の水素ノズル
を有する外部燃焼酸化装置の一実施例を示す断面図、図
2は図1のガス系統図である。
【0020】図1を参照すると、本発明の一実施例の半
導体ウエハの外部燃焼酸化装置は、水素の燃焼を行う燃
焼室4と、燃焼室4を加熱するヒーター5と、燃焼室で
生成された水蒸気、余剰酸素及び希釈ガスを石英管8ま
で供給する接続管3と、燃焼室4に水素を供給する少な
くとも2本以上の水素ノズル1a,1b,1cと酸素を
供給する酸素ノズル2と、各ノズルに供給するガスを制
御するガス供給装置6と、を備えている。
【0021】また、7は熱処理用ヒーター、9はモータ
ー、10はボールネジ、11はガイド、12は半導体ウ
エハ用ボート、13は半導体ウエハ、14は石英管キャ
ップ、15は断熱治具である。
【0022】図2のガス系統図において、16a〜nは
空気作動弁、17は窒素用マスフローコントローラー、
18a,18bは酸素用マスフローコントローラー、1
9a,19b,19cは水素用マスフローコントローラ
ーである。
【0023】本実施例では、小流量の範囲を0.05〜
0.95SLM、中流量の範囲を0.95〜9.5SL
M、大流量の範囲を9.5〜28.5SLMと仮に定義
すると、水素ノズル1aは小流量用、1bは中流量用、
1cは大流量用であり、そのノズルの噴出径はそれぞれ
の流量を流すのに適した径をしている(順にノズルの噴
出径が小・中・大)。
【0024】小流量用水素ノズル1aは小流量用マスフ
ローコントローラー19aで、中流量用水素ノズル1b
は中流量用マスフローコントローラー19bで、大流量
用水素ノズル1cは大流量用マスフローコントローラー
19cで、それぞれ独立に流量制御された水素ガスが供
給される。
【0025】小流量用マスフローコントローラー19a
の最大流量は1SLMであり、中流量用マスフローコン
トローラー19bの最大流量は10SLMであり、大流
量用マスフローコントローラー19cの最大流量は30
SLMである。
【0026】酸素用マスフローコントローラー18aの
最大流量は1SLMで、18bの最大流量は20SLM
である。窒素用マスフローコントローラー17の最大流
量は20SLMで、希釈ガス用マスフローコントローラ
ー20の最大流量は50SLMである。
【0027】半導体ウエハ13を積載した半導体ウエハ
用ボート12は石英管8に挿入される。このとき、大気
雰囲気による酸化を低減するため、酸素と窒素の混合気
体を石英管8に供給する。半導体ウエハ13が所定の処
理位置に達し、石英管8内の温度が安定した後、酸化処
理を行う。
【0028】まず小流量の水蒸気を必要とする酸化処理
の場合を説明する。酸素を燃焼室4に供給するため空気
作動弁16cと16dを開けて、酸素の供給量を1SL
Mとする。燃焼室4内を酸素で充分満たした後に水素用
マスフローコントローラー19aで0.1SLMの水素
を燃焼室4に供給させる。
【0029】燃焼室4で着火後、水素供給量を所定量ま
で水素用マスフローコントローラー19aで増減量し、
後に酸素供給量を所定量まで酸素用マスフローコントロ
ーラー18aで増減量する。
【0030】希釈ガスで発生した水蒸気を希釈して石英
管8に供給する場合は空気作動弁16nを開けて希釈ガ
スを導入し、その流量は希釈ガス用マスフローコントロ
ーラー20で制御する。この場合石英管8にて水蒸気と
酸素と希釈ガスの混合気体が供給される。
【0031】次に中流量の水蒸気を必要とする酸化処理
の場合を説明する。酸素を燃焼室4に供給するため空気
作動弁16cと16dを開けて、酸素の供給量を1SL
Mとする。燃焼室4内を酸素で充分満たした後に水素用
マスフローコントローラー19aで0.1SLMの水素
を燃焼室4に供給させる。燃焼室4で着火後、空気作動
弁16eを開けて、16dを閉じる。酸素用マスフロー
コントローラー18bで酸素の供給量を所定まで増量
し、後に空気作動弁16fと16gを開けて、水素用マ
スフローコントローラー19bで水素の供給量を所定ま
で増量し、空気作動弁16a、16bを閉じる。
【0032】次に大流量の水蒸気を必要とする酸化処理
の場合を説明する。酸素を燃焼室4に供給するため空気
作動弁16cと16dを開けて、酸素の供給量を1SL
Mとする。燃焼室4内を酸素で充分満たした後に水素用
マスフローコントローラー19aで0.1SLMの水素
を燃焼室4に供給させる。燃焼室4で着火後、空気作動
弁16eを開けて、16dを閉じる。酸素用マスフロー
コントローラー18bで酸素の供給量を所定まで増量
し、後に空気作動弁16hと16iを開けて、水素用マ
スフローコントローラー19cで水素の供給量を所定ま
で増量し、空気作動弁16a、16bを閉じる。
【0033】酸化処理後、石英管8に窒素が供給されて
後、半導体ウエハ13は出炉し所定のシーケンスが完了
する。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば下
記記載の効果を奏する。
【0035】本発明の第1の効果は、燃焼可能な水素流
量の幅を広げることができ、その流量の精度も向上す
る、ということである。その理由は、本発明において
は、燃焼する水素の流量によって適正な水素のノズルを
少なくとも2本以上設置し、マスフローコントローラー
もそれに合わせたものを用いているためである。このた
め、本発明によれば、これは大流量を必要とする酸化処
理と小流量を必要とする酸化処理を1台の装置で併用す
ることができる。
【0036】本発明の第2の効果は、小流量の水素を精
度良く燃焼することが可能となり、窒素等の希釈ガスで
小量の水蒸気を希釈することによって酸化速度を低減す
ることができる、ということである。その結果、より高
温下においても半導体ウエハ上の極薄膜の膜厚の制御性
が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す断面図である。
【図2】図1のガス系統図である。
【図3】従来の半導体ウエハの外部燃焼装置を示す断面
図である。
【図4】図3のガス系統図である。
【符号の説明】
1a,1b,1c 水素ノズル 2 酸素ノズル 3 接続管 4 燃焼室 5 ヒーター 6 ガス制御装置 7 熱処理用ヒーター 8 石英管 9 モーター 10 ボールネジ 11 ガイド 12 半導体ウエハ用ボート 13 半導体ウエハ 14 石英管キャップ 15 断熱治具 16a〜n 空気作動弁 17 窒素用マスフローコントローラー 19a,19b,19c 水素用マスフローコントロー
ラー 18a、18b 酸素用マスフローコントローラー 20 希釈ガス用マスフローコントローラー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/31 F23D 23/00 G05D 7/00 H01L 21/205

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】水素ガスと酸素ガスを燃焼して水蒸気を発
    生させて半導体ウェハを酸化させる外部燃焼酸化装置に
    おいて、 噴出径の異なる複数の水素ガス供給ノズルを有し、 前記複数の水素ガス供給ノズルへのガス供給をそれぞれ
    独立に制御する複数の制御装置を備えたことを特徴とす
    る外部燃焼酸化装置。
  2. 【請求項2】水素ガスと酸素ガスを燃焼して水蒸気を発
    生させて半導体ウェハを酸化させる外部燃焼酸化装置に
    おいて、 水素の燃焼を行う燃焼室への水素ガスを供給する水素ガ
    ス供給ノズルとして噴出径の異なるノズルを少なくとも
    2本以上備え、 前記各水素ガス供給ノズルの噴出径はそれぞれの水素ガ
    供給流量に適したとされ、前記各水素ガス供給ノズ
    水素ガス供給はそれぞれの水素ガス供給流量に
    適したマスフローコントローラにて独立して制御され
    ことを特徴とする外部燃焼酸化装置。
JP9220891A 1997-08-01 1997-08-01 複数の水素ノズルを有する外部燃焼酸化装置 Expired - Lifetime JP3063695B2 (ja)

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