JP3181308B2 - Heat treatment equipment - Google Patents
Heat treatment equipmentInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、熱処理装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat treatment apparatus.
【従来の技術】一般に、熱処理装置、例えば酸化拡散装
置にあっては、酸化拡散反応は、CVD等による成膜処
理と比較して高温状態、例えば1200℃にて行なわれ
ることから、高温状態にさらされる炉内部分にもし金属
材料を使用すると、処理ガスとして腐食性ガスを使用し
た場合には、この金属材料が腐食して生成物が半導体ウ
エハに付着拡散し、性能の劣化を生ずるおそれがあるの
で、処理容器全体が1重構造あるいは2重構造に一体成
形された耐熱性および耐腐食性のある石英等で構成され
ている。そして、処理ガスの導入管および処理済みガス
を排出する排気管は、上記石英処理容器自体に一体的に
取付けられており、処理容器内に水蒸気等を供給しつつ
常圧で、例えば1200℃で半導体ウエハを酸化処理す
るように構成されている。2. Description of the Related Art Generally, in a heat treatment apparatus, for example, an oxidation diffusion apparatus, an oxidation diffusion reaction is performed at a higher temperature, for example, 1200 ° C. than a film forming process by CVD or the like. If a metal material is used in the exposed part of the furnace, if a corrosive gas is used as the processing gas, the metal material may corrode and the product may adhere to and diffuse on the semiconductor wafer, resulting in deterioration of performance. Therefore, the entire processing container is made of heat-resistant and corrosion-resistant quartz or the like integrally formed in a single structure or a double structure. The introduction pipe for the processing gas and the exhaust pipe for discharging the processed gas are integrally attached to the quartz processing container itself, and at a normal pressure, for example, at 1200 ° C. while supplying steam or the like into the processing container. The semiconductor wafer is configured to be oxidized.
【0002】[0002]
【発明が解決すようとする課題】ところで、近年、LS
Iの高集積度化により、例えばMOSFETの実装密度
が向上し、最近のLSIでは、例えば1M、4MDRA
Mの最小設計幅が1mm以下になり、ゲート酸化膜の膜
厚も200Å以下となってきた。更に、16MDRAM
のゲート酸化膜は、100〜150Åとさらに薄膜化の
傾向となっている。成膜前の前処理としてシリコン表面
をHFやHClにてウエット洗浄した場合、洗浄直後は
清浄なシリコン表面が表れるが、すぐに空気中の酸素や
水分とシリコンが反応してシリコン表面に10Å前後の
自然酸化膜が形成される。また、横型炉の場合には、半
導体ウエハを搭載したボートを例えば1000℃に加熱
された反応管内部へ水平方向の駆動によりローデーィン
グする際に、炉内と炉外の温度差に起因する対流により
空気が反応管内部へ混入することが避けられなかった。
従って、横型炉の場合には、ウエハをローディングする
際に加熱されたウエハと空気中の酸素が反応し、50〜
100Åの自然酸化膜の形成が避けられず、また、自然
酸化膜はポーラスで膜質が悪いためゲート酸化膜を制御
する必要のある高密度素子への対応がその構造的理由に
より自ずから限界があった。By the way, in recent years, LS
As the degree of integration of I increases, for example, the mounting density of MOSFETs increases.
The minimum design width of M has become 1 mm or less, and the thickness of the gate oxide film has also become 200 ° or less. In addition, 16MDRAM
Has a tendency to be further reduced to 100 to 150 °. If the silicon surface was wet cleaned with HF and HC l as pretreatment before the deposition, but right after washing appears a clean silicon surface, 10 Å on the silicon surface immediately react oxygen and moisture and silicon in air The front and rear natural oxide films are formed. In the case of a horizontal furnace, when a boat loaded with semiconductor wafers is loaded into a reaction tube heated to, for example, 1000 ° C. by driving in a horizontal direction, convection caused by a temperature difference between the inside of the furnace and the outside of the furnace causes It was inevitable that air would enter the inside of the reaction tube.
Therefore, in the case of a horizontal furnace, the heated wafer reacts with oxygen in the air when the wafer is loaded, and 50 to 50 mm.
The formation of a natural oxide film of 100 ° is unavoidable, and the natural oxide film is porous and has poor film quality, so that there is a natural limit to a high-density element that requires control of the gate oxide film due to its structural reason. .
【0003】一方、縦型炉の場合には、横型炉と比較し
て酸素の巻き込みが少なく、自然酸化膜の形成も30〜
50Åと少ないため現在の1MDRAMの成膜に使用さ
れる装置は、この縦型炉が主流となっている。しかしな
がら、4M、16Mとさらに高密度化が促進すると、こ
の縦型炉の場合にもローディング、アンローディング時
に空気の差し込み、及びウエハの吸着水分に起因して発
生する自然酸化膜の生成を抑制すべき改良が必要とな
り、特に、素子の高密度化が急速に進み、酸化膜の膜厚
のコントロールがより緻密化すると、ウエハ洗浄後から
熱処理炉への搬送の間に空気中の酸素や水分とシリコン
が反応して形成される10Å前後の自然酸化膜の生成の
抑制あるいは自然酸化膜の形成要因となる熱処理炉内の
残留水分や酸素の排除が必要とされるに至っている。ま
た、酸化膜の成膜装置以外の処理装置にあっても、特に
コンタクト抵抗を小さくする必要のあるポリシリコン膜
生成やキャパシタンス、、膜生成時にも余分な自然酸化
膜の生成を抑制する必要がある。本発明は、以上のよう
な問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案された
ものであり、本発明の目的は、熱処理部へのウエハロー
ディング時の自然酸化膜の形成を抑制することができる
と共にマニホールドの腐食及びマニホールドの下端開口
部を開閉するキャップ部の腐食も防止することができる
熱処理装置を提供することにある。On the other hand, in the case of a vertical furnace, the entrapment of oxygen is small and the formation of a natural oxide film is reduced by 30 to 30 hours as compared with a horizontal furnace.
This vertical furnace is the mainstream apparatus used for film formation of the current 1M DRAM because it is as small as 50 °. However, 4M, the 16M further densification promoting, loading in the case of the vertical furnace, insertion of the air at the time of unloading, and the formation of native oxide film generated due to absorption landing portion of the wafer Improvements that need to be suppressed are needed, especially when the density of devices is rapidly increasing and the control of the oxide film thickness is becoming more and more precise. It has become necessary to suppress the formation of a natural oxide film of about 10 ° formed by the reaction of moisture and silicon, or to remove residual moisture and oxygen remaining in the heat treatment furnace, which cause formation of the natural oxide film. In addition, even in a processing apparatus other than an oxide film forming apparatus, it is necessary to suppress the formation of a polysilicon film and a capacitance, which require a particularly low contact resistance, and the generation of an extra natural oxide film even when the film is formed. is there. The present invention has been made in view of the above problems, and has been made in order to effectively solve the problems. An object of the present invention is to suppress the formation of a natural oxide film at the time of loading a wafer into a heat treatment section. Can be with manifold erosion and manifold bottom opening
It is an object of the present invention to provide a heat treatment apparatus capable of preventing corrosion of a cap part for opening and closing a part .
【0004】[0004]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために、処理用ボートに収容された複数枚の被
処理体に所定の熱処理を行なう縦型の熱処理部と、該熱
処理部の開口部に接続されるマニホールドと、該マニホ
ールドに接続され、前記熱処理部内を真空引きするため
の真空排気系と、前記マニホールド全体を冷却するため
の冷却手段と、前記熱処理部に前記マニホールドの下端
開口部を介して接続され、内部に不活性ガスが充填され
ると共に、前記熱処理部へ前記被処理体を搬入搬出させ
るロードロック室と、前記マニホールドの下端開口部を
開閉するために昇降可能になされたキャップ部とを備
え、前記キャップ部にはこれを冷却する冷却手段が設け
られるようにしたものである。SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a vertical heat treatment section for performing a predetermined heat treatment on a plurality of workpieces housed in a processing boat; A manifold connected to the opening of the unit, a vacuum exhaust system connected to the manifold and for evacuating the inside of the heat treatment unit, cooling means for cooling the entire manifold, lower end
A load lock chamber connected via an opening, filled with an inert gas therein, and configured to carry the object into and out of the heat treatment unit, and a lower end opening of the manifold.
It has a cap that can be moved up and down to open and close.
A cooling means for cooling the cap is provided in the cap.
Those who like to be.
【0005】[0005]
【作用】本発明によれば、熱処理部にて被処理体の熱処
理、例えば酸化処理が終了すると真空排気系を駆動して
熱処理部内に残留する自然酸化膜形成の要因である水蒸
気、酸素成分を排除する。その後、不活性ガス、例えば
窒素(N2)で内部雰囲気を置換し、常圧にする。つい
で、すでに不活性ガスにより常圧に維持されているロー
ドロック室内へ処理済みの被処理体をアンロードする。
この時、熱処理部内とロードロック室内は連通するが、
熱処理部内の水蒸気や酸素成分はすでに排除されている
ので、これがロードロック室内へ流入することがない。
また、被処理体を熱処理部にロードした状態で真空排気
し、内部の水蒸気や酸素成分を排除する。熱処理部にて
被処理体に熱処理、例えば酸化拡散処理を行なうとき、
金属性マニホールドが高温になって腐食性ガスにより腐
食されることを防止するために、冷却手段により上記マ
ニホールド全体を冷却する。そして、熱処理操作が終了
したならば、処理ガスの供給を停止し、上記マニホール
ドに接続した真空排気系を駆動し、内部の残留水蒸気、
酸素成分、処理ガスを排除する。その後、内部雰囲気を
窒素で置換して常圧にし、処理済みの被処理体をアンロ
ードする。また、マニホールドの下端開口部を開閉する
キャップ部にも冷却手段を設けてこれを冷却するように
しているので、腐食性ガスによりこのキャップ部が腐食
されることを防止することができる。 According to the present invention, heat treatment of the workpiece in the heat treatment section, for example, oxidation processing is completed is a main cause of a natural oxide film formed remaining in the heat treated portion by driving the vacuum evacuation system water vapor, oxygen component To eliminate. Thereafter, the internal atmosphere is replaced with an inert gas, for example, nitrogen (N 2 ), and the pressure is adjusted to normal pressure. Next, the processed object is unloaded into the load lock chamber already maintained at normal pressure by the inert gas.
At this time, the interior of the heat treatment section communicates with the load lock chamber,
Since the water vapor and oxygen components in the heat treatment section have already been eliminated, they do not flow into the load lock chamber.
In addition , the object to be processed is evacuated while being loaded into the heat treatment section, thereby removing water vapor and oxygen components therein. When performing a heat treatment, for example, an oxidative diffusion treatment on the object to be processed in the heat treatment unit,
In order to prevent the metallic manifold from becoming hot and being corroded by corrosive gas, the entire manifold is cooled by cooling means. Then, when the heat treatment operation is completed, the supply of the processing gas is stopped, the vacuum exhaust system connected to the manifold is driven, and the residual water vapor inside,
Eliminates oxygen components and processing gases. Thereafter, the internal atmosphere is replaced with nitrogen to make the pressure normal, and the processed object is unloaded. Open and close the lower end opening of the manifold
Cooling means is also provided in the cap part to cool it
The cap is corroded by corrosive gas
Can be prevented.
【0006】[0006]
【実施例】以下に、本発明に係る熱処理部の一実施例を
添付図面に基づいて詳述する。本実施例においては、熱
処理装置として酸化拡散装置を例にとって説明する。図
1及び図2に示すごとくこの熱処理装置は、熱処理部1
を有し、この熱処理部1は例えば石英にて円筒状に形成
されて天井部を有す外筒2と、この内側に所定の距離だ
け隔てて同心状に設置されると共に、例えば石英により
円筒状に形成されて上端が開放された内筒3とにより主
に構成されており、全体として縦型の2重管構造の処理
容器を構成している。そして、上記外筒2の外周には、
これを囲繞するごとく加熱ヒータ4が設けられている。
そして、上記外筒2および内筒3の下端部の開口部5に
は、例えばステンレススチールよりなるマニホールド6
が接続されており、上記外筒2及び内筒3を保持してい
る。具体的には、上記外筒2の下端部には環状フランジ
部7が形成されると共に、上記マニホールド6の上端部
にも同様な環状フランジ部8が形成されており、これら
両フランジ部7、8を係止部材9を介してボルト10で
固定することにより、上記外筒2とマニホールド6とを
固定している。また、上記両フランジ部7、8の接触面
には、例えばフッ素ゴムよりなるOリング11が介設さ
れており、シール性を保持している。また、上記係止部
材9と外筒フランジ部7のの上面との間には、このフラ
ンジ部7の放熱を促進すべく熱伝導性の良好な例えば炭
素繊維よりなる弾性パッキング部材13が介設されてい
る。また、上記マニホールド6の内壁には環状凸部14
が形成されており、この環状凸部14に上記内筒3の下
端部を支持固定させている。そして、上記マニホールド
6の上部側壁には、例えば石英よりなるガス導入管18
が貫通させて設けられると共に、その先端部を起立させ
て上記外筒2と内筒3との間に配置し、上端部に設けた
噴出孔20から処理ガスを放出し得るように構成されて
いる。また、上記ガス導入管18には、窒素などの不活
性ガス供給源或いは処理ガス供給源、例えば酸化処理を
行なう場合には酸素と水素を燃焼させて水蒸気を発生さ
せる燃焼装置21が接続されている。更に、上記ガス導
入管18の下部には、比較的大口径、例えば直径60m
mの真空引口23が形成されると共に、この真空引口2
3には、例えばターボ分子ポンプ等を備えた真空排気系
25が接続されており、容器内を例えば10-6Torr
程度まで真空引きできるように構成されている。また、
上記真空引口23の対向部分のマニホールド6には、処
理ガスを排気するための排気口26が形成されると共
に、この排気口26には排気管27が接続されており、
処理済みガスを処理系へ供給するように構成されてい
る。更に、上記排気口26の上部には、処理容器内の温
度を測定するための温度測定用治具29が挿入されてい
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a heat treatment section according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In this embodiment, an oxidation diffusion device will be described as an example of the heat treatment device. As shown in FIG. 1 and FIG.
The heat treatment unit 1 is formed in a cylindrical shape with quartz, for example, and has a ceiling portion. The outer tube 2 is concentrically installed inside the outer case 2 with a predetermined distance therebetween. And an inner cylinder 3 having an open upper end, and constitutes a processing container having a vertical double-tube structure as a whole. And, on the outer circumference of the outer cylinder 2,
A heater 4 is provided so as to surround this.
An opening 6 at the lower end of the outer cylinder 2 and the inner cylinder 3 is provided with a manifold 6 made of, for example, stainless steel.
Are connected, and hold the outer cylinder 2 and the inner cylinder 3. Specifically, an annular flange portion 7 is formed at a lower end portion of the outer cylinder 2, and a similar annular flange portion 8 is also formed at an upper end portion of the manifold 6. The outer cylinder 2 and the manifold 6 are fixed by fixing the nut 8 with a bolt 10 via a locking member 9. Further, an O-ring 11 made of, for example, fluoro rubber is interposed between the contact surfaces of the flange portions 7 and 8 to maintain a sealing property. Further, an elastic packing member 13 made of, for example, carbon fiber having good thermal conductivity is provided between the locking member 9 and the upper surface of the outer cylinder flange portion 7 to promote heat radiation of the flange portion 7. Have been. In addition, an annular convex portion 14 is provided on the inner wall of the manifold 6.
The lower end of the inner cylinder 3 is supported and fixed to the annular projection 14. A gas introduction pipe 18 made of, for example, quartz is provided on an upper side wall of the manifold 6.
Is provided between the outer cylinder 2 and the inner cylinder 3 with its leading end standing upright so that the processing gas can be released from the ejection hole 20 provided at the upper end. I have. In addition, an inert gas supply source such as nitrogen or a processing gas supply source, for example, a combustion device 21 for burning oxygen and hydrogen to generate steam by performing oxidation treatment is connected to the gas introduction pipe 18. I have. Further, a relatively large diameter, for example, a diameter of 60 m, is provided below the gas introduction pipe 18.
m vacuum evacuation port 23 is formed, and this vacuum evacuation port 2 is formed.
3, for example an evacuation system 25 with a turbo-molecular pump is connected, in the container for example 10 -6 Torr
It is configured so that it can be evacuated to the extent. Also,
An exhaust port 26 for exhausting a processing gas is formed in the manifold 6 at a portion opposite to the vacuum port 23, and an exhaust pipe 27 is connected to the exhaust port 26.
It is configured to supply the processed gas to the processing system. Further, a temperature measurement jig 29 for measuring the temperature inside the processing container is inserted above the exhaust port 26.
【0007】また、上記マニホールド6には、酸化拡散
処理時にこのマニホールド6全体を冷却するための冷却
手段30が設けられている。具体的には、この冷却手段
30は、上記マニホールド6を2重管構造とすることに
より内部に冷却水を流通させる冷却水通路31を形成す
ることにより構成されている。そして、上記マニホール
ド6の下端部には、環状フランジ部33が形成されると
共に、この環状フランジ部33は、例えばステンレスス
チール等よりなるベースプレート34すなわち後述する
ロードロック室の上壁側へ補助部材35を介してボルト
36、37により支持固定されている。そして、この処
理容器の下方には、後述するごとく気密性を必要とされ
るロードロック室40が設けられることから、上記環状
フランジ部33の上面と上記補助部材35との間、及び
この補助部材35と上記ベースプレート34との接触部
にはOリング41、42が介設されている。一方、上記
マニホールド6の下端開口部には、例えばステンレスス
チールよりなるキャップ部45がOリング46を介して
封止可能に設けられている。このキャップ部45には、
図示しない駆動手段により回転自在になされた回転軸4
7が挿通されると共に、この回転軸47の上端には、例
えば石英よりなる保温筒50が取付けられている。そし
て、この保温筒50の上に、例えば石英よりなる処理用
ボートとしてのウエハボート51が載置されると共に、
このウエハボート51内に被処理体、例えば多数の半導
体ウエハ52が所定のピッチで積層されている。そし
て、上記キャップ部45は、下方に設けられたボートエ
レベータ54により上記保温筒50、ウエハボート51
と一体となって昇降自在に構成されている。The manifold 6 is provided with a cooling means 30 for cooling the entire manifold 6 during the oxidation diffusion process. Specifically, the cooling means 30 is configured by forming a cooling water passage 31 through which cooling water flows by making the manifold 6 have a double pipe structure. An annular flange portion 33 is formed at a lower end portion of the manifold 6. The annular flange portion 33 is attached to a base plate 34 made of, for example, stainless steel or the like, that is, an auxiliary member 35 to an upper wall side of a load lock chamber described later. And are fixedly supported by bolts 36 and 37. Since a load lock chamber 40 that requires airtightness is provided below the processing container as described later, the load lock chamber 40 is provided between the upper surface of the annular flange portion 33 and the auxiliary member 35 and the auxiliary member 35. O-rings 41 and 42 are provided at contact portions between the base plate 34 and the base plate 34. On the other hand, a cap 45 made of, for example, stainless steel is provided at the lower end opening of the manifold 6 via an O-ring 46 so as to be sealable. In this cap part 45,
Rotating shaft 4 rotatable by driving means (not shown)
7 is inserted, and a heat retaining cylinder 50 made of, for example, quartz is attached to the upper end of the rotating shaft 47. Then, a wafer boat 51 as a processing boat made of, for example, quartz is placed on the heat retaining cylinder 50,
An object to be processed, for example, a large number of semiconductor wafers 52, is stacked in the wafer boat 51 at a predetermined pitch. Then, the cap section 45 is moved by the boat elevator 54 provided below the heat insulating cylinder 50 and the wafer boat 51.
It is configured to be able to move up and down as one unit.
【0008】一方、この熱処理部1の下方には、内部に
不活性ガス、例えば窒素が充填されると共に、上記熱処
理部1内の半導体ウエハ52を搬入搬出させる、例えば
ステンレススチールにより直方体状に形成された気密構
造のロードロック室40が開口部100を介して設けら
れている。このロードロック室40には、前記ボートエ
レベータ54の全体が収容されており、少なくとも上記
ウエハボート51の全体を収容し得る高さを有してい
る。そして、図3乃至図6にも示すごとく、このロード
ロック室40の側壁には、例えば窒素のごとき不活性ガ
スを供給するガス供給口59が形成されると共に、この
ガス供給口59には途中にバルブ等を介した不活性ガス
管60が接続され、この不活性ガス60の他端には不活
性ガス供給源61が接続されている。また、このロード
ロック室40の同じ側壁には、比較的大口径の排気口6
3が形成されると共に、この排気口63には圧力スイッ
チ64a、圧力計64bを備えた排気管65が接続さ
れ、この排気管65の他端には、ターボ分子ポンプ、ド
ライポンプ等を備えた排気系66が接続されている。ま
た、このロードロック室40の他の側壁には、この室内
のメンテナンスを行なうときに開閉すメンテナンスドア
67が開閉自在に取付けられている。そして、上記ロー
ドロック室40には、ゲート弁70を介して気密自在に
なされたロボット室71が接続されており、このロボッ
ト室71内には、半導体ウエハを移載する移載装置(図
示せず)や半導体ウエハの表面に形成された自然酸化膜
を除去する清浄装置(図示せず)等が収容されている。
そして、このロボット室71の側壁には、内部の操作状
況を観察するためのガラス等よりなる複数の観察窓73
が形成されている。On the other hand, an inert gas such as nitrogen is filled in the lower part of the heat treatment unit 1, and the semiconductor wafer 52 in the heat treatment unit 1 is loaded and unloaded. An airtight load lock chamber 40 is provided through the opening 100 . The load lock chamber 40 houses the entire boat elevator 54, and has a height that can accommodate at least the entire wafer boat 51. As shown in FIGS. 3 to 6, a gas supply port 59 for supplying an inert gas such as nitrogen is formed in the side wall of the load lock chamber 40, and the gas supply port 59 is provided in the middle thereof. Is connected to an inert gas pipe 60 via a valve or the like, and the other end of the inert gas 60 is connected to an inert gas supply source 61. The same side wall of the load lock chamber 40 is provided with a relatively large-diameter exhaust port 6.
The exhaust port 63 is connected to an exhaust pipe 65 having a pressure switch 64a and a pressure gauge 64b. The other end of the exhaust pipe 65 is provided with a turbo molecular pump, a dry pump, and the like. An exhaust system 66 is connected. On the other side wall of the load lock chamber 40, a maintenance door 67 that opens and closes when performing maintenance in the chamber is movably mounted. The load lock chamber 40 is connected to an airtight robot chamber 71 via a gate valve 70. In the robot chamber 71, a transfer device (not shown) for transferring a semiconductor wafer. And a cleaning device (not shown) for removing a natural oxide film formed on the surface of the semiconductor wafer.
A plurality of observation windows 73 made of glass or the like for observing the internal operation state are provided on the side wall of the robot room 71.
Are formed.
【0009】そして、上記ロボット室71には、ゲート
弁75を介して気密自在になされたカセット室76が接
続されており、開閉ドア77を介して、複数枚の半導体
ウエハを収容するカセット(図示せず)を搬入搬出し得
るように構成されている。そして、上記ロボット室71
及びカセット室76にも前記不活性ガス供給源61へ直
結されたガス供給管80、81及び前記排気系66へ連
結された排気管83、84が接続されている。次に、以
上のように構成された本実施例の動作について説明す
る。まず、酸化拡散処理を行なうに際して、熱処理装置
のマニホールド6に接続した真空排気系25及びロード
ロック室40、ロボット室71、カセット室76に接続
した排気系66を長時間駆動して全体体を真空引きして
例えば10−5〜10−6Torrの真空状態にする。
これにより、処理容器内や各室40、71、76内に残
留する水分や酵素成分などの自然酸化膜の形成要因とな
るガスをほぼ確実に排除する。この排除が完了したなら
ば、次いでガス導入管18を介して処理容器内に窒素ガ
スを常圧まで供給すると共に、不活性ガス供給源61よ
りロードロック室40、ロボット室71、カセット室7
6に窒素ガスを常圧まで供給する。このように内部圧力
が常圧になったならば、図示しないカセット搬送手段に
より、例えば25枚の半導体ウエハを収容したカセット
を開閉ドア77を介してカセット室76内へ搬入する。
このカセット室76内の半導体ウエハは、ロボット室7
1内の枚葉移載手段(図示せず)により把持されて、洗
浄によりウエハ表面の自然酸化膜を除去した後、ロード
ロック室40内に降下されているウエハボート51に順
次収容する。The robot room 71 has a gate.
A cassette chamber 76 which is airtightly connected via a valve 75 is connected, and is configured so that a cassette (not shown) for accommodating a plurality of semiconductor wafers can be loaded and unloaded via an opening / closing door 77. I have. And the robot room 71
Gas supply pipes 80 and 81 directly connected to the inert gas supply source 61 and exhaust pipes 83 and 84 connected to the exhaust system 66 are also connected to the cassette chamber 76. Next, the operation of the present embodiment configured as described above will be described. First, when performing the oxidation diffusion treatment, the vacuum exhaust system 25 connected to the manifold 6 of the heat treatment apparatus and the exhaust system 66 connected to the load lock chamber 40, the robot chamber 71, and the cassette chamber 76 are driven for a long time to evacuate the whole body. Then, a vacuum state of, for example, 10 −5 to 10 −6 Torr is established.
As a result, gases that form a natural oxide film, such as moisture and enzyme components, remaining in the processing container and the chambers 40, 71, and 76 are almost certainly eliminated. When the removal is completed, nitrogen gas is supplied to the processing vessel to normal pressure through the gas introduction pipe 18 and the load lock chamber 40, the robot chamber 71, and the cassette chamber 7 are supplied from the inert gas supply source 61.
6 is supplied with nitrogen gas to normal pressure. When the internal pressure becomes normal pressure in this way, a cassette containing, for example, 25 semiconductor wafers is loaded into the cassette chamber 76 via the opening / closing door 77 by cassette transport means (not shown).
The semiconductor wafer in the cassette chamber 76 is stored in the robot chamber 7.
After being held by a single-wafer transfer means (not shown) in 1 and removing a natural oxide film on the wafer surface by washing, the wafers are sequentially accommodated in a wafer boat 51 lowered into the load lock chamber 40.
【0010】このようにして、全ての半導体ウエハをウ
エハボート51に収容したならば、次に、ボートエレベ
ータ54によりウエハボート51を上昇させて、これを
熱処理部1内に収容すると共に、キャップ部45により
マニホールド6の下端開口部を気密封止する。今までの
各工程は、常圧の窒素雰囲気中にて行なわれているの
で、半導体ウエハに新たに自然酸化膜が付着することは
ない。また、各工程が終了したならば、各室40、7
1、76間における気体の移動を防止するために各ゲー
ト弁70、75を閉じるようにする。以上のように、熱
処理部1内に半導体ウエハ52を収容したときには、熱
処理部をすでに加熱ヒータ4により所定の温度、例えば
酸化拡散を行なう場合には約1200℃に加熱してお
く。そして、燃焼装置21にて水素と酸素とを燃焼させ
ることにより水蒸気を発生させ、これをガス導入管18
を介して外筒2と内筒3との間に供給する一方、処理容
器内の圧力が常圧を維持するように排気管27から排気
し、酸化処理を行なう。この時、マニホールド6に設け
た冷却手段30に冷却水を流通し、この金属性マニホー
ルド6を、100℃以下、好ましくは70℃以下に冷却
し、この腐食を防止する。特に、拡散処理においてオキ
シ塩化リン(POCl3 )等の腐食性ガスを使用した場
合にあっても、上述のような温度までマニホールド6を
冷却することができるので腐食を抑制でき、歩留まり低
下の原因となるパーティクルの発生を阻止できる。ま
た、この時、キャップ部45にも水冷ジャケットよりな
る冷却手段を設けておけば、一層の腐食抑制効果を発揮
することができる。更には、マニホールド6の内壁面に
沿って石英カバーを一面に設けておけば、腐食抑制効果
は一層向上する。After all the semiconductor wafers have been accommodated in the wafer boat 51 in this manner, the wafer boat 51 is then raised by the boat elevator 54 and accommodated in the heat treatment section 1 and the cap section By 45, the lower end opening of the manifold 6 is hermetically sealed. Since each of the steps so far is performed in a nitrogen atmosphere at normal pressure, a new natural oxide film does not adhere to the semiconductor wafer. When each process is completed, each chamber 40, 7
The gate valves 70 and 75 are closed to prevent gas movement between the gate valves 1 and 76. As described above, when the semiconductor wafer 52 is accommodated in the heat treatment unit 1, the heat treatment unit is already heated by the heater 4 to a predetermined temperature, for example, about 1200 ° C. when oxidative diffusion is performed. Then, steam is generated by burning hydrogen and oxygen in the combustion device 21, and this is supplied to the gas introduction pipe 18.
While supplying it between the outer cylinder 2 and the inner cylinder 3 through the exhaust pipe 27 so as to maintain the pressure in the processing vessel at the normal pressure, thereby performing the oxidation treatment. At this time, cooling water is circulated through cooling means 30 provided in the manifold 6 to cool the metallic manifold 6 to 100 ° C. or less, preferably 70 ° C. or less, thereby preventing this corrosion. In particular, even when a corrosive gas such as phosphorus oxychloride (POCl 3 ) is used in the diffusion treatment, the manifold 6 can be cooled to the above-mentioned temperature, so that corrosion can be suppressed and the yield is reduced. Can be prevented from being generated. At this time, if a cooling means composed of a water-cooled jacket is also provided in the cap portion 45, a further corrosion suppressing effect can be exhibited. Further, if a quartz cover is provided on the entire surface along the inner wall surface of the manifold 6, the effect of suppressing corrosion is further improved.
【0011】以上のようにして、所定時間酸化拡散処理
を行なったならば、ガス導入管18からの水蒸気の供給
を停止し、次いで、再度真空排気系25を駆動して、処
理容器内を前述と同様に10-5〜10-6Torrまで真
空引きして所定時間維持する。これにより、処理容器内
に残留する自然酸化膜の原因となる水蒸気成分や酸素成
分をほぼ完全に排除する。このようにして、排除が完了
したならば、次に、処理容器内に不活性ガスである窒素
を供給して、内部圧力を常圧にする。そして、ボートエ
レベータ54によりウエハボート51を降下して、処理
済みの半導体ウエハ52を処理容器から搬出する。この
時、ロードロック室40は、窒素雰囲気で常圧となって
おり、また、処理容器内とロードロック室40とはマニ
ホールド6の下端開口部を介して連通するが、前述の如
く処理容器内の残留水蒸気等はすでに排除されているの
で、ロードロック室40内へ水蒸気成分等が流入するこ
とはない。以後は、前述したと逆の操作手順により、処
理済みの半導体ウエハはロボット室71、カセット室7
6を介して外部へ搬出される一方、新たな未処理の半導
体ウエハが搬入され、前述と同様な操作手順が繰り返さ
れることになる。このように、本実施例によれば、熱処
理部1内を真空引きできる構造とすると共に、その下方
に不活性ガスが充填されたロードロック室40を設け
て、処理前或いは処理後の反応容器内に残留する水蒸気
成分や酸素成分を外部へ排除するようにしたので、半導
体ウエハ表面上に自然酸化膜が形成されることを大幅に
抑制することができる。また、上記実施例にあっては、
熱処理部1内を真空引きする必要から、金属性マニホー
ルド6を設ける必要が生じたが、この部分にはマニホー
ルド全体を冷却する冷却手段30を設けたので、例えば
酸化拡散時に腐食性ガスを使用してもマニホールド6の
腐食を防止でき、したがって、歩留まり低下の要因とな
るパーティクルの発生を抑制しつつ自然酸化膜の形成を
抑制できる。After the oxidation diffusion treatment has been performed for a predetermined time as described above, the supply of water vapor from the gas introduction pipe 18 is stopped, and then the vacuum exhaust system 25 is driven again to evacuate the inside of the processing vessel. In the same manner as described above, the chamber is evacuated to 10 -5 to 10 -6 Torr and maintained for a predetermined time. Thereby, the water vapor component and the oxygen component which cause the natural oxide film remaining in the processing container are almost completely eliminated. When the removal is completed in this way, next, nitrogen, which is an inert gas, is supplied into the processing container to bring the internal pressure to normal pressure. Then, the wafer boat 51 is lowered by the boat elevator 54, and the processed semiconductor wafer 52 is unloaded from the processing container. At this time, the load lock chamber 40 is at a normal pressure in a nitrogen atmosphere, and the inside of the processing vessel and the load lock chamber 40 communicate with each other through the lower end opening of the manifold 6. Since the residual water vapor and the like have already been removed, the water vapor component and the like do not flow into the load lock chamber 40. Thereafter, the processed semiconductor wafers are transferred to the robot chamber 71 and the cassette chamber 7 by the reverse operation procedure described above.
While being unloaded outside through 6, a new unprocessed semiconductor wafer is loaded, and the same operation procedure as described above is repeated. As described above, according to the present embodiment, the inside of the heat treatment unit 1 has a structure capable of evacuating, and the load lock chamber 40 filled with an inert gas is provided below the heat treatment unit 1 to provide a reaction vessel before or after the treatment. Since the water vapor component and the oxygen component remaining inside are excluded to the outside, the formation of a natural oxide film on the surface of the semiconductor wafer can be greatly suppressed. In the above embodiment,
Since the inside of the heat treatment section 1 needs to be evacuated, a metallic manifold 6 needs to be provided. However, since a cooling means 30 for cooling the entire manifold is provided in this portion, for example, a corrosive gas is used during oxidation diffusion. However, corrosion of the manifold 6 can be prevented, and therefore, formation of a natural oxide film can be suppressed while suppressing generation of particles that cause a reduction in yield.
【0012】更に、容器内を真空引きすることからマニ
ホールド6を用いてシール性を向上させたので、従来の
全て石英により構成した酸化拡散容器に比較してPOC
l 3等の危険ガスに対するシール性を向上でき、安全性
を向上できる。また、上記実施例にあっては、マニホー
ルド6を用いて外筒2と内筒3とを分離分割した2重管
構造としたので、従来の酸化拡散装置における一体型2
重管構造に比較して、コストを大幅に削減することが可
能となる。尚、上記実施例において、処理容器内を真空
引きするときに、マニホールド6の冷却手段30に高温
水を流すことにより、或いはマニホールド6の外周に加
熱手段を設けて真空引き時にマニホールド6全体を加熱
するように構成すれば、残留水蒸気等の排出を一層促進
でき、排出操作時間の短縮化或いは排出操作の完全性を
担保することができる。また、真空排気管と処理ガスを
排出する排気管27を別構造とすることなく、これらを
一体として弁操作により両機能を切り替えるようにして
も良い。更に、上記実施例は、真空引きしない通常の酸
化拡散装置にも適用できるし、また、酸化拡散装置以外
のたとえば、CVD装置等にも適用し得るのは勿論であ
る。Furthermore, since the inside of the container is evacuated, the sealability is improved by using the manifold 6, so that the POC is compared with the conventional oxidized diffusion container made of all quartz.
It can improve the sealing against hazardous gases l 3 etc., thereby improving the safety. Further, in the above embodiment, since the outer tube 2 and the inner tube 3 are divided and divided by using the manifold 6, the integral type 2 in the conventional oxidation diffusion device is used.
The cost can be significantly reduced as compared with the heavy pipe structure. In the above embodiment, when the inside of the processing vessel is evacuated, high-temperature water is supplied to the cooling means 30 of the manifold 6 or a heating means is provided on the outer periphery of the manifold 6 to heat the entire manifold 6 during evacuation. With such a configuration, the discharge of residual water vapor and the like can be further promoted, and the discharge operation time can be reduced or the integrity of the discharge operation can be secured. Further, the vacuum exhaust pipe and the exhaust pipe 27 for exhausting the processing gas may not be formed separately but may be integrated to switch between the two functions by a valve operation. Further, the above embodiment can be applied to a normal oxidation / diffusion apparatus without vacuuming, and can be applied to a CVD apparatus and the like other than the oxidation / diffusion apparatus.
【0013】[0013]
【発明の効果】以上ようするに、本発明によれば、熱処
理部内に残留する水蒸気成分や酸素成分を確実に排除で
きると共に、この中への水蒸気成分等の流入を阻止でき
るので、被処理体表面への自然酸化膜の形成を抑制する
ことができる。従って、被処理体表面上に品質良好な均
一な酸化膜を精度良く形成することができ、半導体製品
の高集積化に対応することができる。また、熱処理時に
マニホールドを冷却手段により冷却することにより、マ
ニホールドが腐食性ガスにより腐食されることを防止す
ることができる。 更には、キャップ部を冷却する冷却手
段を設けることにより、キャップ部の腐食を防止するこ
とができる。 また、マニホールドの内壁面に石英カバー
を設けるようにすれば、腐食抑制効果を一層向上でき
る。 また、熱処理が終了して真空引きする際に、マニホ
ールドを加熱するようにすれば、残留する水蒸気等の排
出を促進できる。 As described above, according to the present invention, the water vapor component and the oxygen component remaining in the heat treatment part can be reliably eliminated and the inflow of the water vapor component and the like into the heat treatment part can be prevented. Formation of a natural oxide film can be suppressed. Therefore, a uniform oxide film of good quality can be accurately formed on the surface of the object to be processed, and it is possible to cope with high integration of semiconductor products. Also, during heat treatment
The manifold is cooled by cooling the manifold with cooling means.
Prevents the manifold from being corroded by corrosive gases
Can be Furthermore, a cooling means for cooling the cap
Providing steps prevents corrosion of the cap.
Can be. Also, a quartz cover on the inner wall of the manifold
The corrosion suppression effect can be further improved by providing
You. When vacuuming after heat treatment,
If the heat is applied to the
Can promote outing.
【図1】本発明に係る熱処理装置を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a heat treatment apparatus according to the present invention.
【図2】本発明に係る熱処理装置の要部を示す拡大図で
ある。FIG. 2 is an enlarged view showing a main part of a heat treatment apparatus according to the present invention.
【図3】本発明に係る熱処理装置のロードロック室側を
示す概略図である。FIG. 3 is a schematic view showing a load lock chamber side of the heat treatment apparatus according to the present invention.
【図4】本発明に使用されるロードロック室側を示す平
面図である。FIG. 4 is a plan view showing a load lock chamber side used in the present invention.
【図5】本発明に使用されるロードロック室側を示す正
面図である。FIG. 5 is a front view showing a load lock chamber side used in the present invention.
【図6】本発明に使用されるロードロック室側を示す側
面図である。FIG. 6 is a side view showing a load lock chamber side used in the present invention.
1 熱処理部 2 外筒 3 内筒 4 加熱ヒータ 5 開口部 6 マニホールド 21 燃焼装置 23 真空引口 25 真空排気系 27 排気管 30 冷却手段 31 冷却水通路 40 ロードロック室 52 半導体ウエハ(被処理体) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heat treatment part 2 Outer cylinder 3 Inner cylinder 4 Heater 5 Opening 6 Manifold 21 Combustion device 23 Vacuum inlet 25 Vacuum exhaust system 27 Exhaust pipe 30 Cooling means 31 Cooling water passage 40 Load lock chamber 52 Semiconductor wafer (workpiece)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/205 H01L 21/22 - 21/24 H01L 21/31 H01L 21/365 H01L 21/38 - 21/40 H01L 21/469 H01L 21/86 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/205 H01L 21/22-21/24 H01L 21/31 H01L 21/365 H01L 21/38-21 / 40 H01L 21/469 H01L 21/86
Claims (5)
理体に所定の熱処理を行なう縦型の熱処理部と、 該熱処理部の開口部に接続されるマニホールドと、 該マニホールドに接続され、前記熱処理部内を真空引き
するための真空排気系と、前記マニホールド全体を冷却
するための冷却手段と、 前記熱処理部に前記マニホールドの下端開口部を介して
接続され、内部に不活性ガスが充填されると共に、前記
熱処理部へ前記被処理体を搬入搬出させるロードロック
室と、 前記マニホールドの下端開口部を開閉するために昇降可
能になされたキャップ部とを備え、前記キャップ部には
これを冷却する冷却手段が設けられる ことを特徴とする
熱処理装置。1. A vertical heat treatment section for performing a predetermined heat treatment on a plurality of objects to be processed accommodated in a processing boat, a manifold connected to an opening of the heat treatment section, and a manifold connected to the manifold; A vacuum evacuation system for evacuating the inside of the heat treatment section, cooling means for cooling the entire manifold, and being connected to the heat treatment section via a lower end opening of the manifold and being inert therein. together with the gas is filled, a load lock chamber for loading and unloading the object to be processed to the heat treatment unit, lift-friendly in order to open and close the lower end opening of the manifold
And a cap portion provided with
A heat treatment apparatus comprising a cooling means for cooling the heat treatment apparatus.
冷却手段は、前記マニホールドを2重管構造とすること
により形成される冷却水通路よりなることを特徴とする
請求項1記載の熱処理装置。2. The cooling means for cooling the entire manifold comprises a cooling water passage formed by forming the manifold into a double pipe structure. Heat treatment equipment.
って石英カバーが設けられることを特徴とする請求項1
または2記載の熱処理装置。3. The manifold is provided with a quartz cover along the inner wall surface.
Or the heat treatment apparatus according to 2 .
了して前記熱処理部を真空引きする時に高温水を流すよ
うにして残留水蒸気の排出を促進させるように構成した
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の熱
処理装置。4. The cooling means is characterized in that high-temperature water flows when the heat treatment unit is evacuated after the heat treatment apparatus is completed, thereby facilitating the discharge of residual water vapor. Item 4. The heat treatment apparatus according to any one of Items 1 to 3 .
が終了して前記熱処理部を真空引きする時に駆動する加
熱手段を設けて残留水蒸気の排出を促進させるように構
成したことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記
載の熱処理装置。5. The system according to claim 1, wherein said manifold is provided with a heating means which is driven when said heat treatment apparatus is completed and said heat treatment section is evacuated to promote discharge of residual water vapor. The heat treatment apparatus according to any one of claims 1 to 3 .
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