JP3406104B2

JP3406104B2 - 熱処理装置

Info

Publication number: JP3406104B2
Application number: JP34050294A
Authority: JP
Inventors: 健一山賀; 幸正斎藤
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1994-12-28
Filing date: 1994-12-28
Publication date: 2003-05-12
Anticipated expiration: 2018-05-12
Also published as: JPH08227883A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造工程において被処理体の熱処
理に際しプロセスガスを供給するプロセスチューブを有
する熱処理装置の一例として、酸化・拡散装置がある。

【０００３】上記熱処理装置において酸化処理を行なう
場合には、水素と酸素とを燃焼筒内で燃焼化合させるこ
とで水蒸気を発生させ、この水蒸気を被処理体が配置さ
れている加熱炉をなすプロセスチューブ内に供給するよ
うになっている。このため、水蒸気を含む高温雰囲気下
に置かれた被処理体は、自身での変質によって表面に酸
化膜を生成する。

【０００４】また、熱処理装置において拡散処理を行な
う場合にも、被処理体を加熱するための加熱炉をなすプ
ロセスチューブが用いられ、このプロセスチューブ内に
配置された被処理体に対して不純物化合物からの蒸発気
体を供給することで被処理体の表面に不純物原子の拡散
が行なわれる。

【０００５】上記したように、酸化・拡散装置等の熱処
理装置においては、当然のことながらプロセスチューブ
に対して供給源からプロセスガスを供給するための供給
用石英管により供給している。この石英管はプロセスチ
ューブに取着された短い取出管と、供給源に取着された
短い取出管を連結管を中継させて連結させるのが慣用手
段になっている。

【０００６】ところで、上記熱処理装置において酸化処
理を実行することにより酸化膜を生成する場合でいう
と、被処理体の面内での成膜の厚さを均一にする、所
謂、面内均一性を確保することが重要である。このため
には、供給する気体、すなわち水蒸気の温度を処理温度
に対して大きく変化しない状態に維持することが必要で
ある。

【０００７】そこで、このような供給気体の温度の低下
を防止するために、当然、プロセスチューブと燃焼筒と
の間の距離を短くすることが考えられる。

【０００８】上記連結間両端部での連結手段には、図３
に示すような、配管の端部にフランジ部１２０を設け、
これら両フランジ部１２０の対向面間にＯリング１２１
を介在させた構造等の手段がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した連
結構造においては、経時的に連結部での気密性が悪化す
るという問題があった。

【００１０】すなわち、この種の問題対策として、定期
的にプロセスチューブおよび配管をクリーニングするこ
とでウエハ上にパーティクル等の不純物が混入付着する
のを防止している。このため、上記した連結部も洗浄対
象となるが、例えば、この洗浄に用いられる薬液によっ
て連結部での接合面の平面性が損われてしまい、これに
よって、接合面での気密性が悪化することがある。一例
を挙げると、洗浄液としてフッ酸系溶剤を用いた場合に
は、石英管の表面が腐食されることで粗くなり、連結面
での平面性が損ねられて気密性が悪化する。

【００１１】したがって、気密性が悪化すると、熱処理
装置内での熱処理に用いられるプロセスガスの漏洩が発
生しやすくなったり、また、外部からの不純物、特に酸
素の浸入を許容してしまうことがある。このため、酸化
処理の場合でいうと、所定の厚さの酸化膜を形成するた
めに設定されている水蒸気の量が変化してしまったり、
外部からの酸素の巻き込みにより所望する膜質が得られ
なくなってしまう場合がある。ちなみに、外部から酸素
を巻き込んだ場合には、燃焼筒から供給される水蒸気に
含まれる酸素のみで生成される被処理体上での酸化膜の
膜質が変化してしまうことになる。しかも、酸素を巻き
込んだりあるいは巻き込まなかったりという事態が発生
すると、被処理体の酸化膜の性質が被処理体毎で変化し
てしまうことになり、被処理体の歩留りが悪化する。

【００１２】また、プロセスガスの漏洩が発生した場合
には、例えば、酸化用気体の一つとして塩素ガスを用い
ることもあり、この場合には、漏洩したガスをオペレー
タが吸引してしまう危険がある。

【００１３】このような気密性の悪化は、直接、石英同
士を接触させたフラットなフランジあるいは球状連結部
において顕著である。

【００１４】そこで、このように連結面が直接接触する
構造での問題を解消するために、図９に示すような連結
部の接合面間にＯリングを介在させて気密性を確保する
場合には、Ｏリングの耐熱性あるいは耐腐食性が低いと
気密性を損ねることがある。

【００１５】つまり、Ｏリングとしてゴム製のＯリング
を用いた場合には、その耐熱性が低いことも相俟って、
酸化工程に用いられる水蒸気や上記した塩素ガスに接触
するとイオウ等の不純物が生成される虞れがある。

【００１６】特に、プロセスチューブに有する供給用石
英管は、その長さが比較的短いために、熱源から出射さ
れてプロセスチューブの周壁を伝わる赤外線が接合面に
達しやすくなり、接合部での温度上昇が著しくなる。し
たがって、Ｏリングは、過熱状態に陥ることでその部分
での気密性を確保することが困難になる。

【００１７】そこで、このような事態を回避するため
に、比較的耐熱性の高い金属製のガスケットを用いるこ
とも考えられるが、このようなガスケットを用いた場合
には、ガスケットのスプリングバックによる気密性を得
るために石英管同士の締結力を大きくする必要がある。
しかし、締結力を大きくすると石英製の連結部を破損し
てしまうという新たな問題がある。

【００１８】このように、石英管同士の連結部での気密
性が悪くなると、所望の成膜条件を維持することができ
なくなる。

【００１９】なお、以上は熱処理装置によって酸化処理
を行なう場合での問題として挙げたが、拡散工程におい
ても同様な問題が発生する虞がある。

【００２０】そこで、本発明の目的は、上記従来の熱処
理装置における、特に、配管連結部での問題に鑑み、連
結部での気密性を確保することができる構造を備えた熱
処理装置を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に請求項１記載の発明は、反応管にガス導入管またはガ
ス排気管が気密に設けられた熱処理装置において、前記
ガス導入管またはガス排気管と外部とを連通するために
接続された外部連通配管との接続部に設けられたフラン
ジ部と、これら両フランジ部の対向面間に配置されたシ
ール部材と、このシール部材の温度上昇を抑制する温度
抑制手段とを備え、前記温度抑制手段は、一方のフラン
ジ部側の配管から他方のフランジ部側の配管に向って延
長形成された円筒状の隔壁と、この隔壁の外周と前記両
フランジ部の内周との間に形成された環状の空間部とか
らなり、この空間部が前記配管内と連通していることを
特徴とする。

【００２２】請求項２記載の発明は、前記隔壁の先端部
と他方のフランジ部の配管との間に隙間が設けられてい
ることを特徴とする。

【００２３】

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【作用】本発明では、フランジ部の温度上昇が抑えられ
る。この結果、フランジ部の対向面間に位置するシール
部材の温度上昇が抑制され、シール部材の熱的な変性が
防止され、シール効果を保持することができる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明装置を縦型バッチ式酸化処理装
置に適用した一実施例を、図面を参照して詳細に説明す
る。

【００２８】図１において、１は酸素と水素とを燃焼化
合させる外部燃焼装置であって、この外部燃焼装置１
は、耐熱材料たとえば石英ガラスよって円筒状に形成さ
れた燃焼容器２を備えている。この燃焼容器２の一端部
中央には、酸素ガスを供給する酸素導入管３と、水素ガ
スを供給する水素導入管４が接続されている。また、上
記燃焼容器２の一端部を覆うように、酸素ガスと水素ガ
スを燃焼化合温度（着火点温度）以上例えば９００℃に
加熱することのできる水蒸気生成用の抵抗加熱ヒーター
５が設けられている。

【００２９】上記燃焼容器２の他端部中央には、生成ガ
スを供給するための耐熱耐腐食性材料、たとえば石英ガ
ラス製ガス供給管６の一端が接続され、このガス供給管
６の他端は縦型熱処装置７に接続されている。

【００３０】この縦型熱処装置７は、その内部に、耐熱
材料たとえば石英ガラス製で略垂直に設置された気密容
器例えば円筒状の石英製反応管８を備えている。この反
応管８内には、耐熱材料、たとえば石英ガラス製のウエ
ハボート９が搬入例えば下方から搬入されるようになっ
ている。

【００３１】このウエハボート９内には、上下方向に所
定ピッチで多数枚積層搭載された被処理体たとえば半導
体ウエハ１０が収容されている。上記ウエハボート９
は、ボートエレベータ１４の基台１４ａ上に支承され、
送りネジ１４ｂの回転により反応管８内に下方から送り
込まれ、処理後に下方へ送り出されるようになってい
る。

【００３２】そして、前記反応管８の側壁外周には同軸
的に加熱装置たとえば抵抗加熱ヒーター１１のような加
熱手段が設けられている。この抵抗加熱ヒーター１１
は、たとえばステンレススティール製の筒体状のアウタ
ーシェル１３の内側に断熱材１２を介して支持されてお
り、以上の部材によって加熱炉が構成されている。ま
た、この加熱炉は、固定基台１３ａ上に支持されてい
る。

【００３３】前記抵抗加熱ヒーター１１に印加する電圧
を制御することによって、上記反応管８の被処理体収容
領域の温度を、酸化膜生成温度たとえば３００ー１２０
０℃の範囲の均一温度に適宜設定することができる。

【００３４】上記反応管８の下部の一側には、処理ガス
を供給するためのガス導入管１５が設けられ、このガス
導入管１５には、外部連通管である前記ガス供給管６が
接続部２０によって気密に接続されている。また、上記
反応管８の下部の他側には処理ガスを排出するための排
出管１７が設けられ、この排出管１７には、外部連通管
であるガス排気管１６が上記と同様な接続部２０によっ
て連結されている。

【００３５】前記ガス排気管１６は、図示しない排気装
置、たとえば工場排気系に接続されている。これにより
反応管８内は、排気可能となっている。

【００３６】次に、上記接続部２０についてさらに具体
的に説明する。図２に示すように、上記接続部２０に
は、対向する一対のフランジ部３０，３１と、これら両
フランジ部３０，３１の対向面間に配置されたシール部
材３６と、このシール部材３６の温度上昇を抑制する温
度抑制手段等が設けられている。前記温度抑制手段は、
一方のフランジ部３０側の配管例えば６から他方のフラ
ンジ部３１側の配管例えば１５に向って延長形成された
円筒状の隔壁３５と、この隔壁３５の外周と前記両フラ
ンジ部３０，３１の内周との間に形成された環状の空間
部４５とからなっている。この空間部４５は前記配管例
えば６，１５内と連通している。前記隔壁３５の先端部
と他方のフランジ部３１の配管例えば１５との間に隙間
４６が設けられており、この隙間４６を介して前記空間
部４５と前記配管例えば６，１５内とが連通している。
前記空間部４５の範囲内に前記両フランジ部３０，３１
が位置されている（収まっている）。前記フランジ部３
０，３１の一方の対向面には外周側に周方向に沿って凹
部３２が設けられ、この凹部３２に例えばテフロン（商
標名）製の断面Ｕ字状のリング状の前記シール部材３６
が配置されている。前記隔壁３５の先端部は、他方のフ
ランジ部３１の配管例えば１５に接していない。すなわ
ち、隔壁３５の先端部と他方のフランジ部３１の配管例
えば１５との間には所定の隙間が形成されている。ま
た、前記シール部材３６の断面Ｕ字状の内側には、図示
しないコイル状のスプリングが設けられ、前記シール部
材３６に反力を持たせている。

【００３７】また、前記両フランジ部３０，３１同士を
押圧固定するために、例えばＳＵＳからなる円板状の一
対の押さえ板３７ａ，３７ｂが設けられている。両押さ
え板３７ａ，３７ｂにはボルト３８を通すためのボルト
孔が設けられており、ボルト３８とナット３８ｂで締め
付けることにより、前記両フランジ部３７ａ，３７ｂが
押圧固定されている。なお、ボルト３８の頭部３８ａと
押さえ板３７ａとの間には図示しないバネが介在されて
いる。

【００３８】以上説明した縦型熱処理装置の動作につい
て説明する。まず、抵抗加熱ヒータにより、予め定めら
れた燃焼化合温度に加熱した後、酸素と水素を燃焼容器
２内に供給してそれを燃焼化合させると水蒸気が発生す
る。この水蒸気はガス供給管６と接続部２０とガス導入
管１５を通って反応管８内へ供給される。

【００３９】プロセスによっては、図１に示すようにＨ
Ｃｌを酸素、水素とともに反応ガスとして反応管８内へ
供給することもある。反応管８内は予め抵抗加熱ヒータ
１１によって、酸化膜生成温度例えば１０００℃に加熱
されており、エレベータ１４の上昇によって反応管８内
に搬入されているウエハボート９に支持される半導体ウ
エハ１０の表面に前記水蒸気による酸化膜を形成する。
半導体ウエハ１０を処理した後の高温処理済ガスは、排
出管１７と接続部２０とガス排気配管１６を通って図示
しない排気装置によって排出される。

【００４０】配管の寸法のばらつきや組み立て精度によ
って、上記酸化膜生成温度雰囲気近傍に設定される接続
部２０を構成する端面同士に角度が生ずることがある
が、角度がついても断面Ｕ字状のシール部材３６が押し
付けられるような構造になっているので、気密性を保つ
ことができる。また、隔壁３５を設けているので、シー
ル部材３６に直接的な熱の影響を防ぐことが出来、熱に
よるシール性の低下等の影響を受けないで済む。

【００４１】

【００４２】

【００４３】

【００４４】

【００４５】

【００４６】

【００４７】

【００４８】

【００４９】

【００５０】

【００５１】

【００５２】

【００５３】

【００５４】

【００５５】

【００５６】

【００５７】

【００５８】

【００５９】なお、本発明は上記した実施例に限られる
ものでないこと勿論であり、要は、本発明の要旨の範囲
内において変更することも可能である。また、前記リン
グ状シール材は、断面Ｕ字状の物を用いたが、これに限
られるものではなく、Ｕ字型の他、Ｖ字型、コの字型、
Ｃ字型等いずれであっても良いことは言うまでもない。
また、前記スプリングは、断面がＵ字型、Ｖ字型、Ｏ字
型のいずれでも良い。

【００６０】また、上記実施例ではプロセスガス供給管
の連結部について説明したが、パージガス供給管に、適
用することも可能である。さらに、本発明は、酸化処理
装置に限らず、熱処理装置であれば、拡散装置、ＣＶＤ
装置、エッチング装置等、何れにでも適用することが可
能である。また、上記バッチ処理に限らず、枚葉処理に
も同様に適用できる。

【００６１】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、フランジ部の温度上昇が抑えられ、この結果、フラ
ンジ部の対向面間に位置するシール部材の温度上昇が抑
制され、シール部材の熱的な変性が防止され、シール効
果を保持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による熱処理装置の実施例を説明するた
めの模式図である。

【図２】本発明による熱処理装置の配管に用いられる接
続部の実施例を説明するための断面図である。

【図３】従来の連結手段を説明するための断面図であ
る。

【符号の説明】

６ガス供給配管（外部連通配管）８反応管１５ガス導入管１６ガス排気配管（外部連通配管）１７ガス排気管２０接続部３０，３１フランジ部３６シール部材３５隔壁４５空間部４６隙間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平３−37189（ＪＰ，Ａ) 実開平４−37268（ＪＰ，Ｕ) 実開平４−71898（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/31 C23C 16/455 H01L 21/205 H01L 21/22 501 H01L 21/3065

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】反応管にガス導入管またはガス排気管が
気密に設けられた熱処理装置において、前記ガス導入管
またはガス排気管と外部とを連通するために接続された
外部連通配管との接続部に設けられたフランジ部と、こ
れら両フランジ部の対向面間に配置されたシール部材
と、このシール部材の温度上昇を抑制する温度抑制手段
とを備え、前記温度抑制手段は、一方のフランジ部側の
配管から他方のフランジ部側の配管に向って延長形成さ
れた円筒状の隔壁と、この隔壁の外周と前記両フランジ
部の内周との間に形成された環状の空間部とからなり、
この空間部が前記配管内と連通していることを特徴とす
る熱処理装置。
【請求項２】前記隔壁の先端部と他方のフランジ部の
配管との間に隙間が設けられていることを特徴とする請
求項１記載の熱処理装置。