JP4884607B2

JP4884607B2 - 熱処理装置

Info

Publication number: JP4884607B2
Application number: JP2001211648A
Authority: JP
Inventors: 庸之岡部; 成幸大倉
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2001-07-12
Filing date: 2001-07-12
Publication date: 2012-02-29
Anticipated expiration: 2021-07-12
Also published as: JP2003031562A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理体として例えば半導体ウエハを熱処理するための熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数枚の半導体ウエハを保持具上に積層して熱処理する装置として縦型の熱処理装置があり、この装置には、減圧ＣＶＤ等の成膜処理、酸化処理、不純物の拡散処理などの熱処理が知られている。
【０００３】
この熱処理装置には、一般に半導体ウエハを複数の被処理体を保持具に積層して熱処理するための反応炉が収納され、この熱処理装置の近傍に配置された収納容器内に反応炉に各種の処理ガスを導入する流体供給装置が収納され、この流体供給装置とは別の恒温槽ボックス内に液体気化供給器（ベーパライザ）が収納され、全体として大型の熱処理装置として構成されている。
【０００４】
従来より、この種の装置は各種の形態が知られており、そのうちの一例を図９〜図１２に従って説明する。同図によると、反応炉１を収納した熱処理装置２を多連に配置し、処理ガスを供給する流体供給装置を内蔵した収納容器３を熱処理装置２の背面側に設置し、一方、この収納容器３とは、別個に恒温槽ボックス４を配置し、この恒温槽ボックス４内に液体気化供給器５を収納配置している。この恒温槽ボックス４の配置例は、各種の例があるが、図９に示すように、収納容器３の隣設位置に恒温槽ボックス４を設けた装置も提案されている。その他、図示しないが、恒温槽ボックス４を収納容器３とは離間させた位置のフロアに設けたり、又は熱処理装置２を設置しているフロアの地下に設置した例もあるが、何れの例も熱処理装置２とは、離れた位置に恒温槽ボックス４を配置しているのが一般である。
【０００５】
また、液体気化供給器５の内部には、液体収納容器１９や配管２０、切替弁、流体制御装置（マスフローコントローラ）２２等の部品配置構成が３次元的に内蔵されているので、図１２に示すように、液体気化供給器５の筐体は、保守用の扉５ａを設け、更に、他面に内部部品等の接続部を設けた接続面５ｂと液体収納容器１９収納用の収納面５ｃをそれぞれ有した構成となっている。
【０００６】
更には、液体気化供給器５より気化したガスを反応炉１のガス導入部まで供給する供給管は、気化したガスを液化させない為に、供給管を加熱する加熱手段を設ける必要があるが、装置の設置上、長く、曲折されて複雑になっているばかりでなく、途中に弁やジョイント等を装着した構成となっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のこの種の熱処理装置は、上述のような構成例を一般に採用しているので、次に示すような各種の課題点を有している。即ち、収納容器３とは別個に離れた位置に恒温槽ボックス４を配置しているので、熱処理装置全体の設置面積を大きくする原因となっていると共に、恒温槽ボックス４内の液体気化供給器５と反応炉１との接続配管が長く、しかも複雑であるため、前記加熱手段の温度管理が難しく、加熱に要するコストも大きくなり、また、真空引きやパージガスの際における置換特性に悪影響があるばかりでなく、熱処理装置２側に於ける被処理体の熱処理時に於ける成膜均一性にも悪影響を及ぼす等の欠点を有している。
【０００８】
また、図１２に示すように、恒温槽ボックス４に対して多面（扉５ａ、接続面５ｂ、収納面５ｃ）からの保守が必要になるので、恒温槽ボックス４を小型化したとしても保守エリアの確保が必要であるため、設置面積に影響し、収納筐体も大型化する欠点を有している。
【０００９】
更には、多種の液体ソースを使用する場合、各種の液体気化供給器５を収納した恒温槽ボックス４を多連設置するのは、少ない占有スペースでは困難であって、多連設置したとしても大きいスペースを占有してしまう欠点がある。一方、一方向から保守が可能な恒温槽ボックスにすると、ボックス自体が極めて大きくなってしまう。
【００１０】
更には、液体気化供給器５から熱処理装置２までの配管が長いために、熱処理装置２側と液体気化供給器５側の双方に、弁制御や温度制御等の機能を重複して持っている場合があるため、大型化するばかりでなく、熱処理装置２側の設置面積に悪影響があり、配管占有容積も大きくなるため、置換特性が低下し、かつ温度制御に影響があり、ひいては熱処理工程にも悪影響を及ぼす欠点を有している。
【００１１】
また、液体気化供給器５の配管や接続配管に反応炉１に向けて除々に温度を高めるための温度勾配をかけて、気化後ガスの再液化を防止したり、蒸気圧になる温度に保つ必要があるが、液体気化供給器５内の配管配置が３次元的になっていると共に、液体気化供給器５から反応炉１までの接続配管が長く、複雑であるため、再液化のおそれがあったり、蒸気圧の温度保持が不可能である等の欠点も有している。
【００１２】
本発明は、従来の課題点を解決するために開発したものであり、その目的とするところは、熱処理装置の設置面積を小さくして占有スペースの効率化を図り、接続配管の置換特性や温度制御勾配を良好にして熱処理性能の向上を図ることにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、被処理体を熱処理する処理容器を有する熱処理装置の背面側近傍位置に流体供給装置を収納した収納容器を設け、この流体供給装置より前記処理容器に処理ガスを導入し、この収納容器の内部には、気化させたガスを処理容器内に供給するための液体気化供給器を前記流体供給装置とともに混載して収納配置すると共に、前記液体気化供給器内の下部に液体収納容器を設け、この液体収納容器に立設させた縦配管の途中に切替弁と流体制御装置を装着し、前記縦配管の上端接続部を前記液体気化供給器の上面に配設し、この上面には、前記液体収納容器へ流体材料を縦配管を介して流入させる流入接続部を配設した熱処理装置である。
【００１４】
請求項２に係る発明は、液体気化供給器を多連に複数個配置し、当該複数個の液体気化供給器を前記収納容器内にそれぞれ収納配置した熱処理装置である。
【００１５】
請求項３に係る発明は、液体気化供給器から前記処理容器までの供給管を適宜の加熱手段で加温して温度制御勾配を施こすようにした熱処理装置である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明における熱処理装置を半導体ウエハを熱処理する熱処理装置に配設したガス供給系統の一実施形態を図１〜図８に従って詳述する。
【００１７】
図１において、１０は半導体ウエハを熱処理する縦型熱処理装置であり、減圧ＣＶＤ等の成膜処理、酸化処理、拡散処理などの熱処理を行なう装置である。
この装置１０の筐体１１内には、処理容器（反応炉）１２が収納され、この反応炉１２内に保持具となるウエハボートを収納し、このウエハボートに棚状に半導体ウエハを載置し、このウエハを処理ガスにより半導体ウエハを所定の熱処理が行われる。この熱処理装置１０の筐体１１の前面側には、搬出入ステージ１３が配置され、背面側の近傍位置には、流体供給装置（ガスユニット）１４を収納した収納容器（ガスボックス）１５が配置されている。
【００１８】
図２において、この収納容器１５内の流体供給装置１４には、図示しない開閉弁、流量計、圧力計等の供給機器が配置されており、この流体供給装置１４に導入した処理ガスを流体供給装置１４から配管１６を介して反応炉１２内に導入するようにしている。この収納容器１５は、正面側から保守用の開閉扉１５ａにより開閉可能に設けられている。
【００１９】
また、図２及び図６において、流体供給装置１４を収納した収納容器１５のスペース内部に液体気化供給器（ベーパライザ）１７を混載させている。この液体気化供給器１７は、各種の液体ソースが用いられる場合には、図２と図７に示すように、収納容器１５の内部に多連に複数個配置させている。更に、液体気化供給器１７の正面側には、開閉可能な扉１８が設けられている。この扉１８は、保守用に開放することにより正面側から確実に対応することができる。
【００２０】
図８において、液体気化供給器１７は、筐体１７ａを外部から断熱して、内部を蒸気圧以上の所定温度に保持するようにして液体材料を気化させるものである。
同図において、液体気化供給器１７の内部には、下方の底面部分に液体材料用の液体収納容器（ソースタンク）１９を設けている。
この液体収納容器１９内の液体材料は、本例においてはＴＥＯＳ（テトラエチルオルソシリケート）を用いている。なお、液体材料は、その他各種の材料を用いることができる。
【００２１】
また、図８に示すように、液体収納容器１９には、縦方向に配管２０を設け、この配管２０の途中に、切替弁２１と流体制御装置（マスフローコントローラ）２２を装着し、この配管２０の上端を液体気化供給器１７の上面１７ａに設け、この上端に接続部２３を設けている。また、同図において、ＴＥＯＳ流入接続部２４と流入用配管２５、切替弁２６を設けており、更に、パージガス流入接続部２７と流入配管２８、切替弁２９を設けている。また、図７において、電気ケーブル等の電気的接続部３０も液体気化供給器１７の上面１７ａに配設している。なお、切替弁のアクチュエータ用のエア取入口３１等の接続部位も液体気化供給器１７の上面１７ａに設けている。
【００２２】
また、図１及び図２において、液体気化供給器１７から反応炉１２までの供給管３２を適宜の加熱手段３３で温度制御勾配を施こすようにしている。
この供給管３２は、反応炉１２に近接させた収納容器１５内の液体気化供給器１７から反応炉１２までを接続した配管であるから、従来のこの種の配管（例えば５ｍの長さ）に比較して著しく短い配管（例えば１ｍの長さ）を用いて供給することが可能となる。この短い供給管３２を例えば、テープヒータや加熱ガス等の加熱手段３３によって加温制御しながら、徐々に温度勾配をかけることができる。
【００２３】
次に、上記実施形態の作用を説明する。
図８において、液体収納容器１９に対して配管２５を垂直に配置し、液体気化供給器１７を縦型にすることにより、液体気化供給器１７の内部も自然温度勾配をつけることが可能となり、更に、液体気化供給器１７より短い供給管３２を介して反応炉１２に適宜の加熱手段３３により、加温制御すると、本例のように、ＴＥＯＳを液体材料として用いた場合、供給管３２内のＴＥＯＳを例えば８０℃〜１００℃まで、高精度に分割制御しながら温度勾配をかけることができ、その結果、従来に比して膜処理性能を著しく向上させることができる。
【００２４】
また、供給管３２は従来に比して短いので、置換特性や保守性が良好であり、しかも、熱処理装置側と液体気化供給器１７側に制御機構等を重複して配置する必要がなく、一方を省略することができるので、処理装置を小型化することができる。
【００２５】
また、熱処理装置１０に近接させて配置した収納容器１５内に液体気化供給器１７を収納配置したから、従来例に示す図９のように、多連配置した処理装置２の間にデッドスペースＳが生じて、無駄なスペースが生じ、かつ作業エリアＸも広く占有することになるのに対して、図３に示す処理装置は、設置面積が小さく、作業エリアＹも必要最少限度のスペースのみで良く、占有スペースの効率化が図れる。
【００２６】
また、収納容器１５の開閉扉１５ａを開け、更に、収納容器１５内部の液体気化供給器１７の正面側に位置している扉１８を開閉することによって保守を行なうことができ、しかも、液体気化供給器１７の各種接続部は上面１７ａに全て配置されているので、接続部等の取扱いや保守等も収納容器１５の正面から実施することが可能となり、設置面積を小さくすることができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上のことから明らかなように、請求項１に係る発明によると、熱処理装置の近傍に設けた収納容器内に流体供給装置と液体気化供給器を混載したので、熱処理装置全体の設置面積を小さくして占有スペースの効率化を達成することができると共に、液体気化供給器から処理容器までの接続配管の距離を短くすることができるので、置換特性及び温度制御勾配を良好にすることができ、ひいては熱処理性能の向上を図ることが可能となる。しかも、液体気化供給器の内部構成部品を２次元的に配置し、下部の液体収納容器から立設させた縦配管の上端接続部を上面に配置したので、余計なボリュームを削除することができ、正面からの保守を可能とするばかりでなく、底面は、液体収納容器のみの配置分として、設置面積を最小にすることができると共に、液体気化装置の内部を自然温度勾配をつけることが可能となり、再液化のリスクを著しく低減化することができる。また、液体気化供給器の上面に各種の接続部を集中配置したので、設置面積を最小化することができる。
【００２８】
請求項２に係る発明によると、収納容器内に液体気化供給器を多連配置することができるので、多種の液体ソースを使用する際に、収納容器内に各種の液体気化供給器を多連収納することができる。
【００２９】
請求項３に係る発明によると、液体気化供給器から処理容器までの供給管を適宜の加熱手段で温度制御勾配を施こすようにしたので、液体気化供給器から処理容器までの供給管を除々に温度を高めて温度勾配を高精度にかけることができるため、熱処理性能の向上を図ることができる等の効果を奏する。
【００３０】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における実施形態の一例を示した斜視説明図である。
【図２】本発明における熱処理装置の一例を示した説明図である。
【図３】本発明における熱処理装置のレイアウトの一例を示した平面説明図である。
【図４】図３の背面説明図である。
【図５】図３の右側面説明図である。
【図６】図３における収納容器部分を示した拡大説明図である。
【図７】図６の液体気化供給器を示した拡大説明図である。
【図８】本発明における液体気化供給器の一例を示した部品配置構成の説明図である。
【図９】従来の熱処理装置の一例を示したレイアウトの平面説明図である。
【図１０】図９の背面説明図である。
【図１１】図１０のＡ−Ａ線矢視図である。
【図１２】図９における収納容器と恒温槽ボックスの部分を示した拡大説明図である。
【符号の説明】
１０熱処理装置
１２処理容器（反応炉）
１４流体供給装置（ガスユニット）
１５収納容器（ガスボックス）
１７ａ上面
１７液体気化供給器（ベーパライザ）
１８扉
１９液体収納容器（ソースタンク）
２０配管
２１切替弁
２２流体制御装置（マスフローコントローラ）
２３接続部
３２供給管
３３加熱手段

Claims

被処理体を熱処理する処理容器を有する熱処理装置の背面側近傍位置に流体供給装置を収納した収納容器を設け、この流体供給装置より前記処理容器に処理ガスを導入し、この収納容器の内部には、気化させたガスを処理容器内に供給するための液体気化供給器を前記流体供給装置とともに混載して収納配置すると共に、前記液体気化供給器内の下部に液体収納容器を設け、この液体収納容器に立設させた縦配管の途中に切替弁と流体制御装置を装着し、前記縦配管の上端接続部を前記液体気化供給器の上面に配設し、この上面には、前記液体収納容器へ流体材料を縦配管を介して流入させる流入接続部を配設したことを特徴とする熱処理装置。
前記液体気化供給器を多連に複数個配置し、当該複数個の液体気化供給器を前記収納容器内にそれぞれ収納配置した請求項１に記載の熱処理装置。
前記液体気化供給器から前記処理容器までの供給管を適宜の加熱手段で加温して温度制御勾配を施こすようにした請求項１に記載の熱処理装置。