JP3271680B2 - 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、純水を沸騰させて水蒸気を発生させ
る沸騰式水蒸気発生部と、この沸騰式水蒸気発生部より
発生する水蒸気を加熱手段により加熱された搬送用ガス
と共に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。

【０００８】また、請求項２の発明は、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、純水を沸騰させて水蒸気を発生させる沸騰式水
蒸気発生部と、この沸騰式水蒸気発生部より発生する水
蒸気を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、前記沸騰式水蒸気発生部が、耐
熱性粒状物を集合させて焼結してなるフィルタと、この
フィルタを収容し、一端に純水を導入する純水導入管路
が接続され、他端に前記水蒸気供給管路が接続された耐
熱性容器と、この容器の周囲に設けられ前記フイルタを
介して純水を加熱沸騰させる加熱部とを備えていること
を特徴とする。

【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、沸騰式水蒸気発生部により発生した水蒸気を加熱手
段により加熱された搬送用ガスと共に水蒸気供給管路を
介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。

【００１０】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、耐熱性粒状物の集合体からなる表面積の大きいフィ
ルタを介して純水を加熱沸騰させるようにしたので、簡
単な構成で水蒸気を効率よく安定して供給することが可
能となり、設備コストの低減が図れる。

【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ト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２２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、純水を沸騰させて水蒸気を発生させる沸騰式
水蒸気発生部２３と、この沸騰式水蒸気発生部２３より
発生する水蒸気を前記反応管２に供給する水蒸気供給管
路２４とが用いられ、この水蒸気供給管路２４は前記水
蒸気導入管１０に二重のＯリング２５を介設したフラン
ジ継手２６を介して気密に接続されている。前記沸騰式
水蒸気発生部２３は、図２に示すように例えば炭化ケイ
素（ＳｉＣ）からなる耐熱性粒状物２７を集合させて焼
結してなる円柱状のフィルタ２８と、このフィルタ２８
を収容し、一端に純水を導入する純水導入管路２９が接
続され、他端に前記水蒸気供給管路２４が接続された円
筒状の耐熱性容器（ケーシング）３０と、この容器３０
の周囲に設けられ前記フィルタ２８を介して純水を加熱
沸騰させる加熱部３１とから主に構成されている。

【００１７】前記容器３０は例えば金属汚染を防止する
表面処理が施されたステンレススチールにより形成さ
れ、純水導入管路２９及び水蒸気供給管路２４は例えば
ステンレススチールにより形成されている。また、容器
３０内の両端部にはフィルタ２８より脱離した粒状物２
７の容器３０外への流出を防止するための例えばセラミ
ックフィルタからなる補助フィルタ３２が配設されてい
る。前記加熱部３１は円筒状に形成された例えば電気ヒ
ータからなり、容器３０を例えば２００℃程度に加熱す
るようになっている。

【００１８】前記純水導入管路２９には、図１に示すよ
うに開閉弁３３及び流量制御機構３４を介して純水供給
用の純水源３５が接続されると共に、開閉弁３３の下流
近傍位置で分岐した配管３６には開閉弁３７及び流量制
御機構３８を介してガスパージ用不活性ガスとしての窒
素ガス供給用の窒素ガス源３９が接続されている。ま
た、純水導入管路２９における前記沸騰式水蒸気発生部
２３の上流近傍位置で分岐した配管４０には、開閉弁４
１及び流量制御機構４２を介してキャリアガス（搬送用
ガス）としての酸素ガス供給用の酸素ガス源４３が接続
されている。

【００１９】また、前記酸素ガス供給用の配管４０に
は、酸素ガス（搬送用ガス）を所定の温度例えば２００
℃程度に加熱する加熱手段であるガス加熱部４４が介設
されている。このガス加熱部４４は前記沸騰式水蒸気発
生部２３と略同様に、フィルタ２８及び補助フィルタ３
２を収容した容器３０と、この容器３０の周囲に設けら
れた加熱部３１とから主に構成されている（図２参
照）。なお、前記水蒸気供給管路２４には開閉弁４５が
介設されると共にこの開閉弁４５の上流近傍位置で開閉
弁４６を有する排出管４７が分岐され、酸化処理終了時
に余剰の水蒸気等を排出すると共に沸騰式水蒸気発生部
の容器３０内を窒素ガスにより置換できるようになって
いる。

【００２０】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、開閉弁１７，３７，４５を開
に、開閉弁１９，３３，４１，４６を閉にした状態で、
窒素ガス源３９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開閉弁３７を閉に、開
閉弁３３，４１を開にして水蒸気を反応管２内に供給す
る。なお、窒素ガス源３９から酸素ガス源４３に切替え
て反応管２内を酸素ガスにより一度置換した後、水蒸気
を反応管２内に供給するようにしてもよい。

【００２１】前記開閉弁３３，４１の開により、純水源
３５から純水が流量制御機構３４及び純水導入管路２９
を介して沸騰式水蒸気発生部２３の容器３０内に導入さ
れると共に、酸素ガス源４３から酸素ガスが流量制御機
構４２及びガス加熱部４４を介して且つ前記純水に伴っ
て前記容器３０内に供給される。容器３０内に酸素ガス
と共に導入された純水は、加熱部３１により加熱された
表面積の大きいフィルタ２８を通過する過程で加熱沸騰
して水蒸気となり、その水蒸気がキャリアガスである酸
素ガスに伴って水蒸気供給管路２４及び水蒸気導入管１
０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、キャリアガス
である酸素ガスも前記酸化処理に寄与することとなる。
なお、反応管２内への水蒸気の供給量は、純水源３５及
び酸素ガス源４３の流量制御機構３４，４２によって制
御される。

【００２２】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内に沸騰式水蒸気発生部２３により発生した水蒸気
を水蒸気供給管路２４を介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をウエ
ット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、沸騰式水蒸気発生部２３によって水蒸気を得るた
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、耐熱性粒状物２７の集合体からなる表面積
の大きいフィルタ２８を介して純水を加熱沸騰させるよ
うにしたので、簡単な構成で水蒸気を効率よく安定して
供給することが可能となり、設備コストの低減が図れ
る。

【００２３】このようにして酸化処理が終了したなら、
開閉弁３３，４１，４５を閉に、開閉弁３７，４６を開
にして純水導入管路２９、沸騰式水蒸気発生部２３の容
器３０及び水蒸気供給管路２４の内部に残存する純水及
び水蒸気を排出管４７から排出すると共にこれらの内部
を窒素ガスにより置換する。次いで、開閉弁４６を閉
に、開閉弁４５を開にして反応管２内を窒素ガスにより
置換した後、減圧ポンプ１３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。

【００２４】図３は沸騰式水蒸気発生部の変形例を示し
ている。本実施例の沸騰式水蒸気発生部２３は、一端に
純水導入管路２９が接続され、他端に水蒸気供給管路２
４が接続された略球形の容器３０を備え、この容器３０
内にはレンズ状のフィルタ２８が取付けられると共に、
容器３０の周囲には加熱部３１が配設されている。な
お、前記フィルタ２８は焼結金属からなるいわゆるメタ
ルフィルタからなっている。この沸騰式水蒸気発生部２
３においても、前記実施例と同様の作用効果が得られ
る。

【００２５】図４は沸騰式水蒸気発生部の他の変形例を
示している。本実施例の沸騰式水蒸気発生部２３は、図
２の沸騰式水蒸気発生部２３と同様に内部に円柱状のフ
ィルタ２８及び一対の補助フィルタ３２を収容した円筒
状の耐熱性容器３０を備えており、この容器３０の周囲
には加熱部３１が配設されている。特に、前記容器３０
の一端には純水導入管路２９ではなく酸素ガス供給用の
配管４０が接続され、容器３０の他端には水蒸気供給管
路２４が接続されている。また、容器３０の中間部には
純水導入管路２９が接続されている。

【００２６】本実施例によれば、前記容器３０内におい
て、その一端の酸素ガス供給用の配管４０から導入され
た酸素ガス及び中間部の純水導入管路２９から導入され
た純水が加熱部３１により加熱され、沸騰により生じた
水蒸気が酸素ガスに伴って水蒸気供給管路２４から反応
管２へ供給されることになる。このように酸素ガスが容
器３０内で加熱されるので、図１に示すように酸素ガス
供給用の配管４０に設けられたガス加熱部４４が不要に
なり、構造の簡素化及び設備コストの低減が図れる。

【００２７】なお、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、キャリアガス
として酸素ガスが用いられているが、窒素ガス等の不活
性ガスを用いるようにしてもよい。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ＬＣＤ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、沸騰式水蒸気発生部により発生した水蒸
気を加熱手段により加熱された搬送用ガスと共に水蒸気
供給管路を介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。

【００３０】（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、耐熱性粒状物の集合体からなる表面積の大き
いフィルタを介して純水を加熱沸騰させるようにしたの
で、簡単な構成で水蒸気を効率よく安定して供給するこ
とが可能となり、設備コストの低減が図れる。

【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】沸騰式水蒸気発生部の構成を示す拡大断面図で
ある。

【図３】沸騰式水蒸気発生部の変形例を示す拡大断面図
である。

【図４】沸騰式水蒸気発生部の他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） １ 処理炉 １３ 減圧ポンプ（減圧手段） ２３ 沸騰式水蒸気発生部 ２４ 水蒸気供給管路 ２７ 粒状物 ２８ フィルタ ２９ 純水導入管路 ３０容器 ３１ 加熱部

───────────────────────────────────────────────────── 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 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
   沸騰させて水蒸気を発生させる沸騰式水蒸気発生部と、
   この沸騰式水蒸気発生部より発生する水蒸気を加熱手段
   により加熱された搬送用ガスと共に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、純水を沸騰させ
   て水蒸気を発生させる沸騰式水蒸気発生部と、この沸騰
   式水蒸気発生部より発生する水蒸気を前記処理炉に供給
   する水蒸気供給管路とを備えた酸化処理装置において、
   前記沸騰式水蒸気発生部が、耐熱性粒状物を集合させて
   焼結してなるフィルタと、このフィルタを収容し、一端
   に純水を導入する純水導入管路が接続され、他端に前記
   水蒸気供給管路が接続された耐熱性容器と、この容器の
   周囲に設けられ前記フイルタを介して純水を加熱沸騰さ
   せる加熱部とを備えていることを特徴とする酸化処理装
   置。