JP3271679B2 - 酸化処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被処理体である例えば
半導体ウエハを高温下で水蒸気と接触させて酸化処理す
るための酸化処理装置に係り、特に減圧下での酸化処理
を可能にした酸化処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、半導体デバイスの製造において
は、半導体ウエハの表面に酸化膜を形成する酸化処理工
程があり、その酸化処理の一つの方法として、処理炉内
において半導体ウエハを高温下で水蒸気と接触させて酸
化（ウエット酸化）させる方法がある。そして、このよ
うな酸化処理を行うために、例えば特公昭６３−６０５
２８号公報、特開昭６３−２１０５０１号公報などに示
されているように、水素ガスと酸素ガスを燃焼させて水
蒸気を発生させる燃焼装置を処理炉の外部に独立させて
設け、この燃焼装置により発生する水蒸気を水蒸気供給
管路を介して処理炉に供給する方法が知られている。

【０００３】この方法によれば、処理炉内で水素ガスと
酸素ガスを燃焼させて水蒸気を発生させる方法と異な
り、処理炉における加熱状態を、燃焼装置の動作状態と
分離して制御することができるので、処理炉での半導体
ウエハに対する酸化処理を高い信頼性、安全性及び再現
性を持って実施することが可能になる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
酸化処理においては、酸化膜の膜質を如何に向上させる
かが重要な課題となり、燃焼装置の燃焼条件、処理炉の
温度条件等の選定により膜質の向上が図られている。し
かしながら、現状の酸化処理装置の構成では、選定すべ
き条件が限られており、膜質の向上を図る上である程度
限界に近いものがある。そこで、減圧ＣＶＤが減圧下で
の成膜処理によって膜質の向上に成果を収めていること
に着目し、これと同様の発想により前記酸化処理を減圧
下で行う発案がなされている。

【０００５】しかしながら、前記処理炉における酸化処
理を減圧下で行おうとすると、燃焼装置における燃焼が
不安定になり、水蒸気を安定して供給することが困難に
なるばかりでなく、水素ガスによる爆発の危険性が増大
する問題があり、減圧下でのウエット酸化処理を実現す
ることが困難であった。

【０００６】本発明は、このような事情を考慮してなさ
れたもので、燃焼装置を用いずに減圧下でのウエット酸
化処理を可能にした酸化処理装置を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１の発明に係る酸化処理装置は、被処理体を高
温下で酸化処理する処理炉と、この処理炉を減圧する減
圧手段と、処理炉内の圧力を検出し所定の圧力に制御す
る圧力制御手段と、純水を霧化させる霧化手段と、その
霧化された純水を加熱手段により加熱された搬送用ガス
と共に加熱しつつ水蒸気として前記処理炉に供給する水
蒸気供給管路とを備えたことを特徴とする。請求項２の
発明に係る酸化処理装置は、被処理体を高温下で酸化処
理する処理炉と、この処理炉を減圧する減圧手段と、純
水を霧化させる霧化手段と、その霧化された純水を加熱
しつつ水蒸気として前記処理炉に供給する水蒸気供給管
路とを備えた酸化処理装置において、前記霧化手段が、
前記水蒸気供給管路内に純水を供給する純水供給ノズル
部と、その供給される純水をガス流により霧化させて処
理炉へ搬送すべく前記水蒸気供給管路に供給される酸素
ガス若しくは不活性ガスからなる搬送用ガスとから構成
されていることを特徴とする。

【０００８】

【０００９】

【作用】請求項１の発明によれば、被処理体を高温下で
酸化処理する処理炉を減圧手段により減圧すると共に、
処理炉内の圧力を圧力制御手段により所定の圧力に制御
し、霧化手段により霧化された純水を水蒸気供給管路を
介して加熱手段により加熱された搬送用ガスと共に加熱
しつつ水蒸気として前記処理炉に供給するようにしたの
で、燃焼装置を用いずに減圧下でのウエット酸化処理が
可能となり、安全性の向上が図れると共に酸化膜の膜質
の向上が図れる。請求項２の発明によれば、燃焼装置を
用いずに減圧下でのウエット酸化処理が可能となり、安
全性の向上が図れると共に酸化膜の膜質の向上が図れる
と共に、いわゆる霧吹きの原理で純水を霧化させるよう
にしたので、簡単な構成で水蒸気を安定して得ることが
可能となり、設備コストの低減が図れる。

【００１０】

【００１１】

【実施例】以下に、本発明の一実施例を添付図面に基づ
いて詳述する。

【００１２】酸化処理装置の全体構成を示す図１におい
て、１は被処理体である半導体ウエハＷを例えば８５０
℃程度の高温下で酸化処理する縦型の処理炉で、この処
理炉１は下端が開放した縦長円筒状の石英製の反応管２
を備えている。この反応管２の下方にはその下端開口部
を開閉する蓋体３が配置され、この蓋体３上には多数枚
の半導体ウエハＷを水平状態で上下方向に間隔をおいて
多段に支持するウエハボート４が保温筒５を介して支持
されている。

【００１３】前記蓋体３は反応管２内への前記ウエハボ
ート４の搬入及び搬出を行うと共に蓋体３の開閉を行う
昇降機構６に連結されている。また、前記反応管２の周
囲には内部を８００〜１０００℃程度の所望温度に加熱
するヒータ７が配設され、その更に外周には断熱材８を
介してアウターシェル９が設けられている。

【００１４】前記反応管２の一側部には水蒸気導入管１
０が一体に形成され、この水蒸気導入管１０の基部側は
反応管２の管壁と一体となって上方に導かれてから、反
応管２内の上端部に凹状に形成された水蒸気導入ポート
１１に臨んで開口されている。また、反応管２の他側部
には排気管１２が一体に形成され、この排気管１２には
反応管２内を減圧する減圧手段としての減圧ポンプ１３
を備えた減圧管１４が二重のＯリング１５を介設したフ
ランジ継手１６を介して気密に接続されている。

【００１５】この減圧管１４には例えばアングル弁から
なる開閉弁１７が介設されると共にこの開閉弁１７をバ
イパスするバイパス管１８が接続され、バイパス管１８
には例えばエアオペレータバルブからなる開閉弁１９と
例えばピエゾバルブからなる圧力制御弁２０が介設され
ている。前記反応管２内を３００〜５００Ｔｏｒｒ程度
の所定の圧力に減圧する場合、減圧管１４に設けられた
圧力センサ２１で圧力を検出しつつ先ず減圧管１４の開
閉弁１７を開にして所定の圧力まで減圧し、以後は減圧
管１４の開閉弁１７を閉に且つバイパス管１８の開閉弁
１９を開にして圧力制御弁２０で所定の圧力を維持する
ようコントローラ（圧力制御手段）によって制御される
ようになっている。なお、減圧管１４の下流は図示しな
い工場排気ダクトに接続されている。

【００１６】前記処理炉１の反応管２に水蒸気を供給す
るために、純水を霧化させる霧化手段２３と、その霧化
された純水を加熱しつつ水蒸気として反応管２に供給す
る水蒸気供給管路２４とが用いられている。そして、前
記霧化手段２３は、図２に示すように前記水蒸気供給管
路２４内に純水を供給する純水供給ノズル部２５と、そ
の供給される純水をガス流により霧化させて処理炉１へ
搬送すべく前記水蒸気供給管路２４に供給される酸素ガ
ス若しくは不活性ガスからなる搬送用ガス（キャリアガ
ス）Ｇとから主に構成されている。

【００１７】これを具体的に説明すると、図１に示すよ
うに前記水蒸気導入管１０には石英製の前記水蒸気供給
管路２４の一端が二重のＯリング２６を介設したフラン
ジ継手２７を介して気密に接続され、この水蒸気供給管
路２４の他端（入口側）には切替えバルブ２８及び流量
制御機構２９を介して酸素ガス供給用の酸素ガス源３０
が接続されると共に、切替えバルブ２９から分岐された
配管及び流量制御機構３１を介して不活性ガスとしての
窒素ガス供給用の窒素ガス源３２が接続されている。こ
の水蒸気供給管路２４の入口側の周囲には酸素ガス若し
くは窒素ガスからなる搬送用ガスＧを所定温度、例えば
２００℃程度に加熱する加熱手段である第１の加熱ヒー
タ３３が配設されている。

【００１８】この第１の加熱ヒータ３３よりも下流の前
記水蒸気供給管路２４内には、図２に示すように搬送用
ガスＧの流速を速めるための絞り部３４が一体に形成さ
れ、この絞り部３４にこれを貫通するように前記純水供
給ノズル部２５が一体に形成されている。この純水供給
ノズル部２５の基部には純水供給管３５が接続され、こ
の純水供給管３５には開閉弁３６及び流量制御機構３７
を介して純水源３８が接続されている。また、純水供給
管３５における開閉弁３６と流量制御機構３７との間に
は開閉弁３９を有する排水管４０が分岐され、純水を純
水供給ノズル部２５に供給しない時には排水管４０より
排水することにより純水の純度を維持するようなってい
る。また、前記純水供給ノズル部２５よりも下流の水蒸
気供給管路２４の周囲には、加熱された搬送ガスＧのガ
ス流により霧化されつつ気化される純水の気化を促進す
るため及び気化熱を補給するために例えば２００℃程度
に加熱する第２の加熱ヒータ４１が配設されている。

【００１９】次に、以上の構成からなる酸化処理装置の
作用を説明する。先ず、窒素ガス源３２から水蒸気供給
管路２４を介して窒素ガスを処理炉１の反応管２内に供
給しつつ反応管２内を減圧管１４及び減圧ポンプ１３を
介して排気することにより反応管２内を窒素ガスにより
置換してから、蓋体３を開けて半導体ウエハＷを支持し
たウエハボート４を保温筒５と共に反応管２内に装入す
る。次いで、窒素ガスの供給を続けた状態でコントロー
ラ２２による圧力制御により反応管２内を所定の圧力例
えば４００Ｔｏｒｒに減圧した後、この圧力を維持しつ
つ窒素ガス源３２から酸素ガス源３０に切替えて反応管
２内を酸素ガスにより置換する。

【００２０】この酸素ガスからなる搬送用ガスＧを流量
制御機構２９を介して供給しつつ反応管２内を前記圧力
（４００Ｔｏｒｒ）に維持した状態で、純水源３８から
純水を純水供給ノズル部２５を介して水蒸気供給管路２
４内に供給し、第１の加熱ヒータ３３により加熱され且
つ水蒸気供給管路２４の絞り部３４において加速された
搬送用ガス（ホットガス）Ｇのガス流によって前記純水
供給ノズル部２５から噴出される純水を霧化させつつ気
化させる。これにより生じた水蒸気は更に第２の加熱ヒ
ータ４１で加熱されることにより一部の霧化状態のもの
が完全に気化されると共に反応管２内での半導体ウエハ
Ｗの酸化処理に影響を与えない温度（２００℃程度）に
加熱され、搬送用ガスＧにより水蒸気導入管路２４を介
して反応管２内に供給され、反応管２内での半導体ウエ
ハＷの酸化処理に寄与する。また、搬送用ガスＧとして
の酸素ガスも前記酸化処理に寄与することとなる。な
お、水蒸気の供給量は、酸素ガス源３０及び純水源３８
の流量制御機構２９，３７によって制御される。

【００２１】このように半導体ウエハＷを高温下で酸化
処理する反応管２を減圧し、この高温且つ減圧下の反応
管２に、霧化手段２３により霧化された純水を純水供給
管路２４を介して加熱しつつ水蒸気として供給するよう
にしたので、燃焼装置を用いずに減圧下で半導体ウエハ
Ｗを酸化処理することが可能となる。特に、減圧下で水
素ガスと酸素ガスを燃焼させて水蒸気を得るのではな
く、純水を搬送用ガスＧのガス流によって霧化させつつ
気化させて水蒸気を得るため、水蒸気を安定して反応管
２に供給することができ、酸化膜の膜質の向上が図れる
と共に、安全性の向上が図れる。また、いわゆる霧吹き
の原理で純水を霧化させるようにしたので、簡単な構成
で水蒸気を安定して得ることが可能となり、設備コスト
の低減が図れる。

【００２２】このようにして酸化処理が終了した後は、
水蒸気の供給を停止して、反応管２内の酸素ガスによる
置換及び窒素ガスによる置換を順次行い、減圧ポンプ１
３を停止して反応管２内を常圧に戻し、処理済み半導体
ウエハＷをウエハボート４及び保温筒５と共に昇降機構
６により反応管２内から下方へ搬出すればよい。図３は
霧化手段の変形例を示している。本実施例における霧化
手段２３は、純水Ｈを収容した石英製の容器４２と、こ
の容器４２内の底部に設けられ純水Ｈを超音波振動によ
って霧化させるための超音波発信部４３とから主に構成
されている。前記容器４２には純水供給管４４及び排水
管４５が接続され、純水の純度が維持されるようになっ
ている。また、容器４２の頂部には霧化状態の純水を前
記実施例と略同一構成の水蒸気供給管路２４内に供給す
る供給管４６が一体に形成され、水蒸気供給管路２４内
に設けられた絞り部３４には前記供給管４６からの霧化
状態の純水を噴出するための前記実施例の純水供給ノズ
ル部２５よりも口径の大きいノズル部４７が形成されて
いる。本実施例によれば、水蒸気供給管路２４を流れる
搬送用ガスＧのガス流とは独立して純水を霧化させるこ
とができ、この霧化された純水を加熱された搬送用ガス
Ｇにより気化させて水蒸気にしつつ反応管２に供給する
ことができる。また、水蒸気の供給量は超音波発信部４
３によって制御することができる。

【００２３】

【００２４】

【００２５】本発明は、前記実施例に限定されるもので
はなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能
である。例えば、前記実施例では反応管２内を窒素ガス
で置換した後、更に酸素ガスで置換してから酸化処理を
開始するようにしているが、酸素ガスによる置換を行わ
ずに窒素ガスによる置換から直接酸化処理に移行するよ
うにしてもよい。この場合は、窒素ガス源３２からの窒
素ガスが搬送用ガスＧとして用いられるので、酸素ガス
源３０は不要になる。

【００２６】なお、搬送用ガスＧとして用いられる不活
性ガスとしては、窒素ガス以外にアルゴンガス、ヘリウ
ムガス等が適用可能である。また、水蒸気供給管路には
第１の加熱ヒータ３３及び第２の加熱ヒータ４１が配設
されているが、霧化された純水を完全に気化させること
ができれば、いずれか一方の加熱ヒータ３３又は４１を
備えていればよい。

【００２７】また、処理炉１としては、縦型炉が例示さ
れているが、横型炉であってもよい。更に、被処理体と
しては、半導体ウエハＷが例示されているが、例えばＬ
ＣＤ等であってもよい。また、実施例の酸化処理装置
は、高温の処理炉１及び減圧手段（減圧ポンプ）を有し
ているため、処理ガス供給手段を接続することにより減
圧ＣＶＤ装置とし使用することも可能である。

【００２８】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果が得られる。

【００２９】（１）請求項１の発明によれば、被処理体
を高温下で酸化処理する処理炉を減圧手段により減圧す
ると共に、処理炉内の圧力を圧力制御手段により所定の
圧力に制御し、霧化手段により霧化された純水を水蒸気
供給管路を介して加熱手段により加熱された搬送用ガス
と共に加熱しつつ水蒸気として前記処理炉に供給するよ
うにしたので、燃焼装置を用いずに減圧下でのウエット
酸化処理が可能となり、安全性の向上が図れると共に酸
化膜の膜質の向上が図れる。（２）請求項２の発明によれば、燃焼装置を用いずに減
圧下でのウエット酸化処理が可能となり、安全性の向上
が図れると共に酸化膜の膜質の向上が図れると共に、い
わゆる霧吹きの原理で純水を霧化させるようにしたの
で、簡単な構成で水蒸気を安定して得ることが可能とな
り、設備コストの低減が図れる。

【００３０】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す酸化処理装置の全体構
成図である。

【図２】霧化手段の構成を示す拡大断面図である。

【図３】霧化手段の変形例を示す拡大断面図である。

【符号の説明】

Ｗ 半導体ウエハ（被処理体） Ｇ 搬送用ガス １ 処理炉 １３ 減圧ポンプ（減圧手段） ２２ コントローラ（圧力制御手段） ２３ 霧化手段 ２４ 水蒸気供給管路 ２５ 純水供給ノズル部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−58471（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−215793（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−147669（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−123426（ＪＰ，Ａ) 実開 昭54−115868（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−120347（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/31 H01L 21/316

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理体を高温下で酸化処理する処理炉
   と、この処理炉を減圧する減圧手段と、処理炉内の圧力
   を検出し所定の圧力に制御する圧力制御手段と、純水を
   霧化させる霧化手段と、その霧化された純水を加熱手段
   により加熱された搬送用ガスと共に加熱しつつ水蒸気と
   して前記処理炉に供給する水蒸気供給管路とを備えたこ
   とを特徴とする酸化処理装置。
2. 【請求項２】 被処理体を高温下で酸化処理する処理炉
   と、この処理炉を減圧する減圧手段と、純水を霧化させ
   る霧化手段と、その霧化された純水を加熱しつつ水蒸気
   として前記処理炉に供給する水蒸気供給管路とを備えた
   酸化処理装置において、前記霧化手段が、前記水蒸気供
   給管路内に純水を供給する純水供給ノズル部と、その供
   給される純水をガス流により霧化させて処理炉へ搬送す
   べく前記水蒸気供給管路に供給される酸素ガス若しくは
   不活性ガスからなる搬送用ガスとから構成されているこ
   とを特徴とする酸化処理装置。