JP3320505B2 - 熱処理装置及びその方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱処理装置及びその方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）
の製造プロセスの一つとして成膜や不純物の拡散などを
行うために熱処理を行うプロセスがある。この熱処理を
行う装置としては最近では外気の巻き込みが少ないなど
の理由から、従来主流であった横型熱処理装置に代って
縦型熱処理装置が多く使用されるようになってきてい
る。

【０００３】図３は従来の縦型熱処理装置を示す図であ
り、この装置では、垂直に立てた内管１ａ及び外管１ｂ
よりなる二重構造の反応管１の周囲にヒータ１１を設け
て熱処理炉を構成し、多数枚のウエハＷが上下に棚状に
配列保持されたウエハボート１２を熱処理炉内にその下
方側からボートエレベータ１３により導入してウエハＷ
の熱処理が行われる。そして熱処理後に熱処理炉の下端
の蓋体（キャップ）１４を開く前即ちウエハボート１２
を降下させる前に、大気の巻き込みを抑えるためにガス
供給管１５から例えば窒素ガスを熱処理炉内に導入し、
熱処理炉内の圧力が大気圧よりも若干高くなったときに
圧力スイッチ１６がオンになるように設定しておいて圧
力スイッチ１６がオンになったときに、制御部１７から
ボートエレベータ１３のモータ１８に駆動指令を出力す
るようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、大気圧は気
圧配置によって大きく変動するが、圧力スイッチ１６が
オンになるときの熱処理炉内の圧力は常に一定であるた
め、蓋体１４が開くときの、熱処理炉内と外部との圧力
差が大きい場合がある。このため蓋体１４を開いたとき
に開口部付近で大きな気流の乱れが生じてパーティクル
が発生し、このパーティクルがウエハＷの表面に付着す
る。ここでデバイスは高集積化してそのパターン幅も非
常に微細化しているため、パーティクルの付着の許容範
囲が一段と厳しい状況になっており、熱処理炉からのウ
エハのアンロード時におけるパーティクルの付着は、デ
バイスの歩留まりの低下の一要因になるという問題があ
る。

【０００５】また蓋体１４の開放時に熱処理炉内よりも
外部の圧力が高い場合には外気が熱処理炉内に巻き込ま
れ、ウエハＷの表面が高温の雰囲気で酸素と接触するの
で、特にウエハボート１２の下部側に位置するウエハＷ
の表面に厚い自然酸化膜が形成される。ここで次工程が
自然酸化膜の影響を受ける場合にはウエハの表面を洗浄
するようにしているが、上述のようにして形成された酸
化膜は不均一であるため、洗浄を行っても均一に除去す
ることは困難であり、例えばＤＲＡＭの高集積化に伴っ
て採用されている多層絶縁膜中のシリコンナイトライド
膜に膜質の悪い酸化膜が残存しているとデバイスの特性
が悪化し、この点からも歩留まりを低下させるという問
題がある。

【０００６】本発明は、このような事情のもとになされ
たものであり、その目的は、蓋体の開放時における気流
の乱れを防止してパーティクルの発生を抑えることので
きる熱処理装置及びその方法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】本発明の熱処理装置は、
多数の被処理体を保持具に保持させて熱処理炉内に搬入
し、被処理体の熱処理後に不活性ガスを熱処理炉内に導
入して熱処理炉内の圧力が大気圧付近になったときに蓋
体を開いて前記保持具を搬出する熱処理装置において、
前記熱処理炉内の圧力が大気圧付近の設定圧力を越えた
ときに出力信号を発する圧力検出部と、一端が熱処理炉
に接続されると共に他端が大気に開放され、前記圧力検
出部の出力信号にもとづいて開かれるバルブＶ１、及び
大気側から熱処理炉内へ向かうガスの流れを阻止するた
めの逆止弁を備えた大気開放管と、前記熱処理炉内に対
してバルブＶ２により遮断される領域に設けられ、熱処
理炉内の圧力と大気圧との差圧を検出するための差圧検
出部と、前記圧力検出部の出力信号にもとづいて前記バ
ルブＶ１、及びＶ２を開き、前記差圧検出部の差圧検出
値が設定値以下になったときに蓋体を開くように制御す
る制御部と、を有してなることを特徴とする。

【０００８】この発明において、一端が熱処理炉に接続
されると共に他端が大気に開放され、バルブＶ３を備え
た通気管を設け、制御部は、差圧検出部の差圧検出値が
設定値以下になったときに通気管のバルブＶ３を開き、
その後蓋体を開くように制御するようにしてもよい。ま
た制御部は、大気開放管のバルブＶ１を開いた後通気管
のバルブＶ３を開き、差圧検出部の差圧検出値が設定値
以下になったときに蓋体を開くように制御してもよい。

【０００９】本発明の熱処理方法は、多数の被処理体を
保持具に保持させて熱処理炉内に搬入し、被処理体の熱
処理を行う工程と、熱処理後に圧力検出部により熱処理
炉内の圧力を検出しながら不活性ガスを前記熱処理炉内
に導入する工程と、熱処理炉内の圧力が大気圧付近の設
定圧力を越えたときに圧力検出部から出力信号を発する
工程と、一端が熱処理炉に接続されると共に他端が大気
に開放された大気開放管に設けられたバルブＶ１を前記
出力信号に基づいて開く工程と、その後、前記大気開放
管に設けられた逆止弁に前記不活性ガスが到達して当該
逆止弁が動作し、熱処理炉内の不活性ガスが大気側に放
出されて熱処理炉内の圧力が下がる工程と、熱処理炉内
の圧力と大気圧との差圧を検出するための差圧検出部と
熱処理炉との間に設けられたバルブＶ２を、前記出力信
号に基いて前記バルブＶ１を開くと同時またはその前後
に開く工程と、前記差圧検出部の差圧検出値が設定値以
下になったときに前記熱処理炉の蓋体を開いて前記保持
具を搬出する工程と、を含むことを特徴とする。

【００１０】

【作用】被処理体の熱処理後に熱処理炉に不活性ガスを
導入し、熱処理炉内の圧力Ｐが大気圧付近になったとき
に大気開放管のバルブＶ１が開かれる。このとき前記圧
力Ｐが逆止弁の動作圧以上であれば逆止弁が開き、大気
側からの逆流を阻止しながら熱処理炉内が大気に開放さ
れる。そして差圧検出部の差圧検出値にもとづき熱処理
炉と大気との差圧がほとんどなくなった時点で蓋体が開
かれ、このため蓋体の開放に伴う気流の乱れが抑えら
れ、パーティクルの発生が防止できる。また請求項２、
請求項３の発明のように通気管を開放する構成とすれば
前記差圧は一層小さくなるのでより好ましい。

【００１１】

【実施例】図１は本発明の実施例に係る縦型の熱処理装
置を示す図である。図１中２は例えば石英で作られた内
管２ａ及び外管２ｂよりなる二重構造の反応管であり、
この反応管２の周囲にはこれを取り囲むようにヒータ２
１が設けられると共に、反応管２の下部側には金属製の
マニホールド３が配設され、これらによって熱処理炉２
０が構成されている。

【００１２】前記マニホールド３の側周面には、処理ガ
スを導入するためのガス供給管（図示せず）や、熱処理
後に不活性ガス例えば窒素ガスを導入するためのバルブ
３０を備えたガス供給管３１及び排気管４などが周方向
に配置されて接続されている。

【００１３】この排気管４にはバルブ４１を介して真空
ポンプ４２が接続されると共に、排気管４におけるバル
ブ４１の上流側には大気開放管５の一端が接続されてい
る。この大気開放管５の他端は大気に開放されており、
大気開放管５には、バルブＶ１と、大気側から熱処理炉
２０内へ向かうガスの流れ（逆流）を防止するための逆
止弁５１が排気管４側から順に設けられている。なおこ
の実施例では大気開放管５は排気管４を介して熱処理炉
２０に接続されているが、直接マニホールド３に接続し
てもよい。

【００１４】更に前記マニホールド３には通気管６の一
端が接続されると共に、この通気管６から分岐した配管
６１には、熱処理炉２０内の圧力と大気圧との差圧を測
定するための差圧検出部例えば差圧計６２が取り付けら
れ、この差圧計６２と熱処理炉２０内とを仕切るために
配管６１にはバルブＶ２が設けられている。前記通気管
６にはバルブＶ３が設けられ、通気管６の他端は大気に
開放されている。

【００１５】また前記マニホールド３には、熱処理炉３
内の圧力が大気圧付近の設定圧力例えば７７０Ｔｏｒｒ
を越えたときにオンになって出力信号を発する例えば真
空スイッチよりなる圧力検出部６３が設けられている。
前記反応管２内には、例えば１００枚のウエハＷが各々
水平な状態で上下に間隔をおいて保持具例えばウエハボ
ート７１に載置されており、このウエハボート７１は蓋
体（キャップ）７２の上に保温筒７３を介して保持され
ている。前記蓋体７２は、ウエハボート７１を熱処理炉
２０内に搬入、搬出するための、モータ７４により昇降
されるボートエレベータ７５の上に載置されており、上
限位置にあるときにはマニホールド３の下端開口部即ち
熱処理炉２０の下端開口部を閉塞する役割をもつもので
ある。

【００１６】そして前記圧力検出部６３からの出力信号
や前記差圧計６２からの差圧検出値を取り込むと共に、
バルブＶ１〜Ｖ３、３１、４１をシーケンス制御しかつ
ボートエレベータ７５の昇降用のモータ７４を駆動制御
するための制御部８が例えば熱処理装置のコントロール
ユニット内に組み込まれている。

【００１７】次に上述実施例の作用について述べる。先
ず反応管２内の温度を所定の温度に設定し、例えば１０
０枚の被処理体であるウエハＷをウエハボート７１に載
せて、ボートエレベータ７５を上昇させることにより反
応管２内に下端開口部より搬入する。次いで真空ポンプ
４２により反応管２内を真空排気し、図示しないガス導
入管より処理ガスを反応管２内に導入してウエハＷに対
して熱処理例えばＣＶＤ処理を行う。

【００１８】熱処理が終了した後処理ガスの導入を停止
すると共に真空ポンプ４２により反応管２内を所定の真
空度まで真空排気し、続いて制御部８により排気管４の
バルブ４１を閉じ、ガス導入管３１のバルブ３０を開い
て不活性ガス例えば窒素（Ｎ2 ）ガスを熱処理炉２０内
に導入する。図２はＮ2 ガス導入後の熱処理炉２０内の
圧力Ｐの時間的変化を示す図であり、バルブ３０を開い
た時点をｔ0 としている。

【００１９】図２に示すように熱処理炉２０内の圧力Ｐ
が上昇し、ｔ1 の時点で例えば７７０Ｔｏｒｒに達する
と圧力検出部６３例えば真空スイッチがオンになって制
御部８に出力信号が発せられる。これにより制御部８は
大気開放管５のバルブＶ１及び差圧計６２の入力側のバ
ルブＶ２の開指令を出力し、これらバルブＶ１、Ｖ２が
開かれて熱処理炉２０内のＮ2 ガスが逆止弁５１まで達
すると共に差圧計６２が動作し、熱処理炉２０内の圧力
Ｐが逆止弁５１の動作圧例えば８００Ｔｏｒｒになった
とき（ｔ2 の時点）に逆止弁５１が開く。

【００２０】この結果圧力Ｐが低下し、そのときの大気
圧よりも差圧計６２の差圧設定値例えば数Ｔｏｒｒ分
（α）だけ高い圧力になったとき（ｔ3 の時点）に制御
部８からの開指令により通気管６のバルブＶ３が開かれ
る。これにより通気管６を介して熱処理炉２０内と大気
側とが連通するので圧力Ｐはほぼ大気圧と等しくなる。
そこで制御部８はバルブＶ３を開いてから所定時間経過
した後（ｔ4 の時点）モータ７４の駆動指令を出力し、
モータ７４が駆動されてボートエレベータ７５が降下
し、蓋体７２が開かれる。図２中ｔ4 の時点における差
圧を△Ｐとして表してあるが、この△Ｐは数Ｔｏｒｒ以
下と極めて小さい。

【００２１】このような実施例によれば、熱処理炉２０
内の圧力Ｐが大気圧付近になったときに、逆止弁５１に
より大気側からの逆流を阻止しつつ熱処理炉２０内を大
気に開放し、圧力Ｐがそのときの大気圧よりわずかに高
い値になったときに通気管６を開放しているので、通気
管６を通して大気が熱処理炉２０内に逆流することなく
圧力Ｐを大気圧とほとんど同じ大きさにすることがで
き、この状態で蓋体７２を開いているため熱処理炉２０
の下端開口部付近における気流の乱れを防止でき、パー
ティクルの発生を抑えることができる。また、熱処理炉
２０内への大気の流入を抑えることができるため、熱処
理炉２０内においてウエハＷの表面に不均一な厚い自然
酸化膜が形成されるのを防ぐことができる。

【００２２】そして大気開放管５を開放して熱処理炉２
０内の圧力Ｐが大気圧付近になったときにバルブＶ２を
開いて差圧計６２を動作させるようにしてもよく、この
ようにすれば微小な差圧を検出できる差圧計を用いても
差圧計に許容限界以上の大きな差圧がかかってダメージ
を与えるといったこともない。

【００２３】ここで本発明では、大気開放管５のバルブ
Ｖ１を開いた後、差圧計６２の入力側のバルブＶ２及び
通気管６のバルブＶ３を例えば同時にあるいは異なるタ
イミングで開き、差圧計６２の差圧検出値が設定値以下
になったときに蓋体７２を開く（ボートエレベータ７５
を降下する）ようにしても同様の効果が得られる。また
通気管６を用いない構成とし、バルブＶ１、Ｖ２を開い
た後前記差圧検出値が設定値以下になったときに蓋体７
２を開くようにしてもよい。そしてバルブＶ２は、圧力
検出部の出力信号が発せられた後、バルブＶ１を開く前
に開いてもよい。

【００２４】更に圧力検出部としては真空スイッチに限
らず、絶対圧力検出計を用いてその検出値が設定値を越
えたときに出力信号を発するものであってもよい。なお
本発明は、上述実施例のような縦型のＣＶＤ炉に限らず
縦型の酸化、拡散炉に適用してもよいし、あるいは横型
の熱処理炉に適用してもよい。

【００２５】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、被処理体の熱
処理後に不活性ガスを熱処理炉内に導入して蓋体を開く
にあたって、熱処理炉内の圧力が大気圧付近になったと
きに逆止弁を備えた大気開放管を開放し、次いで差圧が
設定値以下になったときに蓋体を開くようにしているた
め、蓋体が開かれるときには熱処理炉内の圧力は大気圧
とほぼ等しくなっており、従って気流の乱れを防止でき
てパーティクルの発生を抑えることができると共に、熱
処理炉内への大気の流入を抑えることができる。

【００２６】また大気開放管を開放した後通気管を開放
することにより熱処理炉内と大気圧との差圧をより一層
小さくできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す構成図である。

【図２】本発明の実施例における熱処理炉内の圧力の時
間的変化を示す特性図である。

【図３】従来の熱処理装置の一例を示す構成図である。

【符号の説明】

２ 反応管 ２０ 熱処理炉 ３ マニホールド ３１ ガス導入管 ５ 大気開放管 ５１ 逆止弁 ６ 通気管 ６２ 差圧計 ６３ 圧力検出部 ７２ 蓋体 ８ 制御部

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多数の被処理体を保持具に保持させて熱
   処理炉内に搬入し、被処理体の熱処理後に不活性ガスを
   熱処理炉内に導入して熱処理炉内の圧力が大気圧付近に
   なったときに蓋体を開いて前記保持具を搬出する熱処理
   装置において、 前記熱処理炉内の圧力が大気圧付近の設定圧力を越えた
   ときに出力信号を発する圧力検出部と、 一端が熱処理炉に接続されると共に他端が大気に開放さ
   れ、前記圧力検出部の出力信号にもとづいて開かれるバ
   ルブＶ１、及び大気側から熱処理炉内へ向かうガスの流
   れを阻止するための逆止弁を備えた大気開放管と、 前記熱処理炉内に対してバルブＶ２により遮断される領
   域に設けられ、熱処理炉内の圧力と大気圧との差圧を検
   出するための差圧検出部と、 前記圧力検出部の出力信号にもとづいて前記バルブＶ
   １、及びＶ２を開き、前記差圧検出部の差圧検出値が設
   定値以下になったときに蓋体を開くように制御する制御
   部と、 を有してなることを特徴とする熱処理装置。
2. 【請求項２】 一端が熱処理炉に接続されると共に他端
   が大気に開放され、バルブＶ３を備えた通気管を設け、 制御部は、差圧検出部の差圧検出値が設定値以下になっ
   たときに通気管のバルブＶ３を開き、その後蓋体を開く
   ように制御することを特徴とする請求項１記載の熱処理
   装置。
3. 【請求項３】 一端が熱処理炉に接続されると共に他端
   が大気に開放され、バルブＶ３を備えた通気管を設け、 制御部は、大気開放管のバルブＶ１を開いた後通気管の
   バルブＶ３を開き、差圧検出部の差圧検出値が設定値以
   下になったときに蓋体を開くように制御することを特徴
   とする請求項１記載の熱処理装置。
4. 【請求項４】 多数の被処理体を保持具に保持させて熱
   処理炉内に搬入し、 被処理体の熱処理を行う工程と、 熱処理後に圧力検出部により熱処理炉内の圧力を検出し
   ながら不活性ガスを前記熱処理炉内に導入する工程と、 熱処理炉内の圧力が大気圧付近の設定圧力を越えたとき
   に圧力検出部から出力信号を発する工程と、 一端が熱処理炉に接続されると共に他端が大気に開放さ
   れた大気開放管に設けられたバルブＶ１を前記出力信号
   に基づいて開く工程と、 その後、前記大気開放管に設けられた逆止弁に前記不活
   性ガスが到達して当該逆止弁が動作し、熱処理炉内の不
   活性ガスが大気側に放出されて熱処理炉内の圧力が下が
   る工程と、 熱処理炉内の圧力と大気圧との差圧を検出するための差
   圧検出部と熱処理炉との間に設けられたバルブＶ２を、
   前記出力信号に基いて前記バルブＶ１を開くと同時また
   はその前後に開く工程と、 前記差圧検出部の差圧検出値が設定値以下になったとき
   に前記熱処理炉の蓋体を開いて前記保持具を搬出する工
   程と、を含むことを特徴とする熱処理方法。
5. 【請求項５】 一端が熱処理炉に接続されると共に他端
   が大気に開放された通気管に設けられたバルブＶ３を、
   差圧検出部の差圧検出値が設定値以下になったときに開
   き、その後蓋体を開くことを特徴とする請求項４記載の
   熱処理方法。
6. 【請求項６】 一端が熱処理炉に接続されると共に他端
   が大気に開放された通気管に設けられたバルブＶ３を、
   大気開放管のバルブＶ１を開いた後開き、差圧検出部の
   差圧検出値が設定値以下になったときに蓋体を開くこと
   を特徴とする請求項４記載の熱処理方法。