JPH0261068A

JPH0261068A - 縦型熱処理装置

Info

Publication number: JPH0261068A
Application number: JP21177588A
Authority: JP
Inventors: Makoto Takado; 真高堂; Osamu Yokogawa; 横川　修; Katsuhiko Iwabuchi; 勝彦岩渕
Original assignee: Tokyo Electron Sagami Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Sagami Ltd
Priority date: 1988-08-26
Filing date: 1988-08-26
Publication date: 1990-03-01
Anticipated expiration: 2012-10-29
Also published as: JP2670515B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は熱処理装置に関する。

（従来の技術）熱処理装置例えば減圧ＣＶＤ装置は、抵抗加熱ヒータ等
に囲まれた石英製の反応管内に、ａ数枚のウェハを配列
搭載したボートを上記反応管開口端から挿入し、反応管
の予め定められた位置に設定した後、上記開口端を蓋体
により気密に封止し、予め定められた圧力に排気し、上
記ヒータの発熱により上記ウェハを所定温度に加熱した
状態で所定の反応ガスを反応管内に導入し熱処理反応を
？テい、上記ウェハの表面に薄膜を成長させる。そして
、上記熱処理反応後、排気路を通り未反応ガスや反応生
成物等が排気ガスとなって外部へ排出される。しかしな
がら、この排気ガス中に含まれる反応生成物等は、排気
路を構成している排気管壁や真空排気用メカニカルブー
スターポンプへ悪影響を与えたり、ロータリーポンプの
ロータリーポンプオイルに混入してこのオイルを劣化さ
せてしまい排気性能を落すことになる。この対策として
反応管から真空ポンプにいたる排気路の途中に排気ガス
を冷却し反応生成物等を捕獲するコールドトラップを設
け、反応生成物等をこのコールドトラップに捕獲し、ロ
ータリーポンプのポンプオイルへの反応生成物等の混入
及びメカニカルブースターポンプへの悪影響を軽減させ
ていた。この様な技術は特開昭６２−６５４１４及び特
開昭６２−１６１９７１号公報に開示されている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、プロセスの多様化や半導体装置ハの大口
径化及び−括１００枚以上の大量処理に伴い一回に流す
ガス流量も増加し、−回のプロセスでコールトド“ラッ
プに付着する反応生成物の量も増加することになる。ま
た、大量のガスを流すため排気路の排気コンダクタンス
を高くすることも要求される。さらに、プロセスによっ
ては反応生成物等が綿状で非常に硬くメカニカルブース
ターポンプの両型ａ−ター等の隙間に入り込み、ロータ
ーが回転できなくなるロック現象を起こすという問題も
あった。特にプロセス途中でロック現象が起こった場合
、処理中のウェハに対する所定のプロセス条件が維持で
きなくなり製品不良となる問題があった。しかも、−括
大量処理のため製品不良による損失金額は膨大なものに
なっている。

また、ロック現象を起こしたメカニカルブースターポン
プの修理・交換等では、真空配管等の取り外し、再組み
立て及び真空配管系のリークチエツク等の検査を伴うた
め、装置全体が停止しているダウンタイムが長く作業効
率の低下につながっていた。

この発明は上記点を改善するためになされたもので、プ
ロセスを止めることなく真空排気手段の変更ができ、必
要に応じ排気容量を高くてきる排気路を持った熱処理装
置を提供しようとするものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）この発明は処理室内で被処理体を処理したガスを排気路
から排気しながら処理する装置に於て、上記排気路に並
列に接続された複数の排気手段を設けたことを特徴とす
る熱処理装置を得るものである。

（作用効果）本発明によれば、処理室内で被処理体を処理したガスを
排気路から排気しながら処理する装置に於て、上記排気
路に並列に接続された複数の排気手段を設けたことによ
り、プロセスを止めることなく真空排気手段の変更がで
き、必要に応じ排気容量を高くできる排気路を構成でき
る。

（実施例）以下本発明熱処理装置を縦型ＣＶＤ装置に適用した一実
施例につき図面を参照して説明する。

この８２は、例えば第２図に示すように、軸方向を垂直
にした処理容器例えば石英からなる円筒状反応管（１）
から成る処理部（２）と、この処理部（２）に搬入・搬
出される被処理体例えば半導体ウェハ（３）を上記垂直
方向に複数枚例えば２５〜５０枚程度所定の間隔例えば
約３　ｍｍのギャップを設けて載置可能に構成された支
持体例えば、耐熱性石英ボート（４）と、このボート（
４）を、上記反応管（１）下方から上記反応管（１）内
にロード・アンロードする搬送機構（５）とから構成さ
れている。

上記処理部（２）の上記反応管（１）は耐熱性で処理ガ
スに対して反応しにくい例えば石英ガラスにより構成さ
れている。この反応管（１）は二重管構造と成っており
、上記と同様例えば石英ガラスにより構成された上部が
円弧状に封止された筒状内管（１ａ）が上記反応管（１
）内に非接触状態で設けられている。上記反応管（１）
内面及び上記反応管（ｌａ）の外面との間には、所定の
間隔例えば１５ｍｍの間隙（７）が設けられており、こ
の間隙（７）は下端例えばステンレス製の管状マニホー
ルド（８）に着脱自在に封止されている。

このマニホールド（８〉は外側の反応管（］）を保持す
る上側マニホールド（８ａ）と、内側の内管（１ａ）を
保持し、メンテナンスや組み立て時の内管（１ａ）の取
り付は及び取り外しを容易にするための下側マニホール
ｌ”（８ｂ）とから構成され、各々の接合部はシール材
例えば０−リング（ｌＯ）により気密保持されている。

また、上記マニホールド（８ｂ）の下端に上記搬送機構
（５）の昇降により当接可能とされた板状の例えばステ
ンレス製蓋体（９）が設けられている。この蓋体（９）
の上記マニホールド（８ｂ）との当接部には、シール部
材例えばＯ−リング（１０）が設けられ、上記内管（ｌ
ａ）及び上記反応管（１）内を気密に保持可能と成って
いる。また、上記マニホールド（８ｂ）を貫通して上記
内管（ｌａ）内に延びた反応ガスやキャリアガスの導入
管（１１）が設けられている。このガス導入管（１１）
は、上記内管（１ａ）内面に沿って垂直に延び、先端は
上記ボート（４）の上面とほぼ同じ高さに配設されてい
る。そして、この反応ガス導入管（１１）には、上記ボ
ート（４）に載置されている各ウェハに対応する位置に
１個または複数の開孔を持ったガス噴き出し孔（１２）
が設けられ、この噴き出し孔（１２）と対向した位置の
内管（１ａ）側壁のほぼ半周〜４１５ｆｆｉにわたりガ
ス排出細孔（１３）が複数個形成され、上記ガス導入管
（１１）の開孔から上記ウェハ（３）に対し平行で均一
な反応ガスを流入可能としている。そして、上記マニホ
ールド（８ｂ）には排気管（１４）が接続されており、
上記ウェハ（３）の表面処理を終了したガスが上記間隙
（７）を介して排気可能としている。そして上記蓋体（
９）のほぼ中央部には温度、ガスの均一性向上をはかる
ボートの回転を可能にする回転機能を付加可能な支持体
（１５）が設けられている。この支持体（１５）は保温
筒く１６）下面に設けられている例えばセラミックから
成る保温受は台（］７）と接続し、上記保温筒（１６）
及びボート（４）を支持する如く構成されている。上記
保温筒（１６）は、例えば石英ガラスより成る筒状体で
、上記反応管（１）内の熱を下方に逃がさない為に配設
されている。この保温筒（１６）上には、上記ボート（
４）が載置されており、上記蓋体（９）の搬送機構（５
）による昇降移動に同動する構造となっている。また、
上記反応管（１）を同軸的に取り囲む如く筒状加熱装置
例えばコイル状に巻回されたヒータ（１８）が設けられ
、このヒータ（１８）は上記ウェハ（３）の載置される
領域内を所望する温度例えば６００〜１２００℃程度に
均一加熱する如く設けられている。そして上記排気管（
！４）から、第１図に示すように排気ガスに含まれる反
応生成物等を捕獲するコールドトラップ例えば水冷トラ
ップ（２０）が接続されている。このコールドトラップ
（２０）から２系統の排気路が設けられている。

即ち、一方の排気路は主に処理室内（２）内の真空置換
を分担している。この真空置換用排気路はηすえば２イ
ンチの配管で行なわれ、この排気路を制御するメインバ
ルブ（２１）と、このメインバルブ（２１）に並列にサ
ブバルブ（２２）が例えば３／８インチ配管にて接続さ
れている。また上記メインバルブ（２１）の他端には真
空排気を行なうロータリーポンプ（２３）が接続されて
いる。

上記他方の排気路は主に成膜用の真空排気を分担してい
る。この成膜用排気路は例えば４インチ配管で行なわれ
、この成膜用排気路を制御する主バルブ（２４）が上記
コールドトラップ（２０）に接続されている。そして、
上記主バルブ（２４）から、成膜時の処理部（２）内の
排気圧を制御する自動圧力調整装置（ＡＰＣ）例えばバ
タフライバルブ（２５）に接続されている。そして、こ
のＡＰＣ（２５）により排気路の分岐点（２６）を経由
して、排気路の開閉を行なうバルブ（２７）と真空排気
ポンプの前段ポンプとなるメカニカルブースターポンプ
（２日）の順に接続された構成を第１のブロックとし、
この構成のブロックが分岐点く２Ｇ）から並列に上記第
１のブロックともう一つの第２のブロック即ち、バルブ
（３０）、メカニカルブースターポンプ（３１）とから
成っており、排気路の結合点（３３）を経由して、主排
気を行なうロータリーポンプ（３４）に接続されている
。また、ロータリーポンプ（３４）には排気ガス中の反
応生成物等により汚れたポンプオイルの浄化を行なうオ
イルフィルトレイジョン装置が設けられている。また、
主に真空置換用排気を分担しているロータリーポンプ（
２３）と成膜用排気を分担しているロータリーポンプ（
３４）間を接続する流路を開閉制御する事により、ロー
タリーポンプ（２３）、　　（３４）を各々の故障時に
於けるバックアップ用ポンプとして使用可能な如くバル
ブく３６）が設けられている。一方また、処理部（２）
とコールドトラップ（２０）との間に、コールドトラッ
プ（２０）の排気ガス導入口近傍の圧力を測定する例え
ばビラニーゲージ（３７）が設けられている。そして、
成膜時の排気路の主バルブ（２４）とＡＰＣ（２５）と
の間に成膜時の排気圧力を測定・制御する例えばキャパ
シタンスマノメータ（３８）が設けられ、このキャパシ
タンスマノメータ（３８）からの出力信号がＡＰＣ（２
５）にフィードバックされ成膜時の排気圧力が制御され
ている。また、上記ＡＰＣ（２５）と排気路の分岐点（
２６）との間にはこの間の排気圧力を測定する例えばビ
ラニーゲージ（３９）が設けられている。

このようにして縦型ＣＶＤ装置が構成されてい勺。

次に上述した縦型ＣＶＤ装置の動作作用を説明する。

まず、図示しないウェハ移し替え装置により位置合わせ
されたウェハ（３）がロボット技術により目動的に積載
された処理用ボート（４）を保温筒（１６）上にロボッ
ト搬送により自動的に載置する。そして、上記ボート（
４）を載置した保温筒（１６）を、搬送機構（５）によ
り所定量上昇させ、上記反応管（１）内の予め定められ
た位置に内管（１ａ）内壁に接触させることなく搬入す
る。この時、上記反応管（１）下端のマニホールド（８
ｂ）部と上記蓋体（９）を気密に当接させる事により、
自動的にウェハ（３）を位置決めする。次に成膜系の排
気路にある主バルブ（２４）を閉じた状態で、真空置換
用排気路のロータリーポンプ（２３）を始動する。処理
室（２）内を急激に減圧し、パーティクル汚染とならな
いように、サブバルブ（２２）を開き、次にメインバル
ブ（２１）の順に開き処理室（２）内を段階的に排気し
、真空置換または不活性ガスによるパージを行なう。次
に、成膜用排気路の主ポンプであるロータリーポンプ（
３４）を始動し、バルブ（２７）。

（３０）を開き、主バルブ（２４）の下流を所定の圧力
例えば１０〜３０Ｔｏｒｒまで排気した後に、例えば第
２の排気ブロックのバルブ（３０）を閉じ、メカニカル
ブースターポンプ（３１）をスタンバイ状態に保持し、
第１の排気ブロックのメカニカルブースターポンプ（２
８）を始動する。

そして、真空置換用排気路で排気している圧力をコール
ドトラップ（２０）近傍のビラニーゲージ（３７）で測
定し、排気路の分岐点く２６）とＡＰＣ（２５）間のビ
ラニーゲージ（３９）との圧力が等しくなったところで
真空置換用排気路のバルブ（２１）、　　（２２）を閉
じると同時に、成膜用排気路を制御している主バルブく
２４）を開く。

即ち、真空置換用排気路が閉じ、成膜用排気路がアクテ
ィブとなる。そして、反応管（１）内を所望の減圧状態
例えば１〜５Ｔｏｒｒに保つようキャパシタンスマノメ
ータ（３８）で成膜用排気路の圧力を測定し、結果をＡ
ＰＣ（２５）にフィードバックし、所定の減圧状態に排
気制御する。そして、ヒーター（１８）により所望の温
度例えば６００℃〜１２００℃程度に設定する。この設
定後、上記排気制御しながらガス供給源から図示しない
マスフローコントローラ等で流量を適正流量域に調節し
つつ、反応ガス例えば５ｉＨａ（シラン）または５ｉ８
２ＣＩ２（ジクロロシラン）を反応管（１）内に反応ガ
ス導入管（１１）から例えば流量５００３ＣＣＭ導入す
る。すると、上記ガス導入管（１１）のガス噴き出し口
（１２）から導入された反応ガスはウェハ（３）の表面
に平行でほぼ均一な反応ガスの流れを作りながら、内管
（１ａ）のガス排出細孔（１３）へ向い流れ、このガス
排出細孔（１３）を通り、間隙（７）の排気路を流れガ
ス排気管（１４）より排気される。この間ウェハ（３）
の表面では反応ガスの分解による例えばＳｉ膜が形成さ
れる。これらの操作ブロクラムは総てコンピュータに予
め記憶し、自動的に実行される。

一方、排気管（１４）から排気された高温の排気ガスを
水冷トラップ（２０）に導入し、急激に冷却し、反応生
成物等を水冷トラップ（２０）内に捕獲する。水冷トラ
ップ（２０）を通過し温度の下がった排気ガスは第１の
排気ブロックのメカニカルブースターポンプ（２８）及
びロータリーポンプ（３４）の真空排気ポンプにより排
気する。

このようにしてＣＶＤ処理後、反応ガスの供給を停止し
、反応ガスを排気置換した後、ガス導入管（１１）から
不活性ガス例えばＮ２ガスを導入することで、上記反応
管（１）内を大気圧に復帰できる。そして、蓋体（９）
が開ける状態となり、上記処理後のウェハ（３）を積載
したボート（４）を、搬送機構（６）により取り出し、
処理が終了する。

ここで、ウェハの大口径化及び−括大量処理等に伴い、
−回のプロセスで流すガス流量が増大し、これに伴い反
応生成物等の量も増えるためコールドトラップ（２０）
で捕獲しきれなかった反応生成物等がとうしても真空排
気を行なうメカニカルブースターポンプ（２８）へ、ま
た、ロータリーポンプ（３４）へと混入してしまうこと
は避けられなく、特にプロセスによっては反応生成物等
が綿の繊維状で細かく非常に硬いものが有り、これがメ
カニカルブースター等の繭形のローターやケーシング間
の例えば１００ミクロン前後の隙間に詰まりローターが
回転できなくなりロック現象を起こし稼働不能と成って
しまう。このままでは、排気能力が下がり設定したプロ
セス条件が維持できなくなるため、すぐに第２の排気ブ
ロックのバルブ（３０）を開きスタンバイしているメカ
ニカルブースターポンプ（３１）作動し、プロセス条件
を維持する。また、第１の排気ブロックのバルブ（２７
）を閉じ、排気系から切り離した状態にする。そして、
プロセス終了時やウェハのロード・アンロード時等の成
膜用排気系が動作していない時等に分解・修理する。ま
た、第２の排気ブロックの排気系即ち、バルブ（３０）
およびメカニカルブースターポンプ（３１）を使用し、
装置を止めることなく次のプロセスの実行が可能となっ
ている。また、ロータリーポンプ（３４）には反応生成
物等で汚れたポンプ内のオイルを循環浄化するオイルフ
ィルトレイジョンＨＲ（３５）接続されており、このオ
イルフィルトレイジョン装置（３５）により常にクリー
ニングされているが故障やオイル交換等で使用出来なく
成った場合にはバルブ（３６）を開き、排気置換用のロ
ータリーポンプ（２３）を使用し、装置を働かすことを
可能としている。また逆に排気置換用のロータリーポン
プ（２３）が故障した時にはバルブ（３６）を開閉制御
し、成膜用排気ポンプ（３４）にて代替可能としている
。さらにまた、プロセスによっては大量のガスを潅す必
要が有り、この場合には第１及び第２の排気ブロックを
同時に動作させ、即ち、バルブ（２７Ｌ　　（３０）を
開き、メカニカルブースターポンプ（２Ｂ）、　　（３
１）を同時に並列動作させ、排気容量を大きくし、大量
のガスを流すことができる。また、反応生成物等の付着
により水冷トラップ（２０）の排気コンダクタンスが低
下した場合にも上記第】及び第２の排気ブロックを同時
に動作させてもよい。

上記実施例ではメカニカルブースターポンプ（２Ｂ）、
　　（３１）の並列排気構成の例につき説明したが、こ
れに限らずその要旨を逸脱しない範囲で種々な変形が可
能であることは言うまでもない。

例えばメカニカルブースターポンプとロータリーポンプ
とを一対の排気ブロックとし、このブロックを並列に複
数個設けてもよく、また、ロータリーポンプのみを並列
に複数個設けても良く、さらに上述した実施例を組合せ
使用しても良いことは言うまでもない。上記実施例では
縦型ＣＶＤ装置で説明したが、シリコンエピタキシセル
装置、プラズマＣＶＤ装置、光ＣＶＤ装置等にも特に有
効である。

（発明の効果）以上のように本発明によれば、プロセスを止めることな
く真空排気手段の変更ができ、必要に応じ排気容量を高
くできる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第】図は本発明装置の一実施例を説明するための縦型Ｃ
ＶＤ装置の構成図、第２図は第１図の処理部の構成図で
ある。１９０反応管　　　　　　１ａ０．内管２０．処理部　
　　　　　　３９．ウェハ２００．水冷トラップ　　　
２５．、ＡＰＣ２３、３４，、ロータリーポンプ

Claims

【特許請求の範囲】

処理室内で被処理体を処理したガスを排気路から排気し
ながら処理する装置に於て、上記排気路に並列に接続さ
れた複数の排気手段を設けたことを特徴とする熱処理装
置。