JPH03218017A - 縦型熱処理装置 - Google Patents

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、縦型熱処理装置に関する。

（従来の技術） 近年、ＬＳＩの高集積度化により、例えばＭＯＳ　−　
ＦＥＴの実装密度が向上し、最近のＬＳＩ下になってき
た。さらに、１６ＭＤＲＡＭのゲート酸化膜は、１→人
とさらに薄膜化の傾向となって／ｔ）０〜／９０ いる。

成膜前の前処理としてシリコン表面をＩＦやＨＣＱにて
ウェット洗浄した場合、洗浄直後は清浄なシリコン表面
が表われるが、すぐに空気中の酸素や水分とシリコンが
反応してシリコン表面に１０人前後の自然酸化膜が形成
される。

また、横型炉の場合には、半導体ウエハを搭載したボー
トを例えば１０００℃に加熱された反応管内部へ水平方
向の駆動によりローディングする際に、炉内と炉外の温
度差に起因する対流により空気が反応管内部へ混入する
ことが避けられなかった。

従って，横型炉の場合には、ウエハをローディングする
際に加熱されたウエハと空気中の酸素が反応し５０〜１
００人の自然酸化膜の形成が避けられず、また自然酸化
膜はポーラスで膜質が悪いためゲート酸化膜の膜厚を制
御する必要のある高密度素子への対応がその構造的理由
により自ずから限界があった。

一方，縦型炉の場合には、横型炉と比較して酸素の巻込
みが少なく、自然酸化膜の形成も３０〜５０人と少ない
ため現在のＩＭＤＲＡＭの成膜の使用される装置はこの
縦型炉が主流となっている。

しかしながら、４Ｍ，１６Ｍとさらに高密度化が促進す
ると、この縦型炉の場合にもローディグ・アンローディ
ング時に空気の差込み，およびウエハの吸着水分に起因
して発生する自然酸化膜の生成を抑制すべき改良が必要
となってくる。

１９８９年３月に発行された雑誌「電子材料」の第３８
頁から第３９頁には、縦型炉においてウエハを口−ディ
ングする雰囲気を厳密に制御するための構成が開示され
ている。

ここに開示されているロードロック方式とは、縦型炉の
下方に配置されるボート上下機構等をロード口ックチャ
ンバー内に配置し、このチャンバー内部を真空にした後
窒素等の不活性ガスで完全に置換した後にボートのロー
ディングを行うようにしている。この結果、ローディン
グ時にウエハが酸化されることを防止し、自然酸化膜の
形成を大幅に抑制している。さらに、このロード口ツク
チャンバーに予備室を接続し、ロードロックチャンバー
へのウエハのローディングまたはアンローディングをも
、窒素雰囲気にて実施するようにしている。

また，特開昭６２　−　２６３６４２号公報には、プラ
ズマ気相成長装置に真空予備室を接続し、この真空予備
室にてウエハをプリベークして水分等を除去するものが
開示されている。

（発明が解決しようとする課題） 上述した従来の技術は、縦型炉にウエハをローディング
する空間を酸素を断った雰囲気とすることで、自然酸化
膜の膜厚を極力少なくすることにあった。

しかしながら、素子の高密度化が急速に進み、酸化膜の
膜厚コントロールがより緻密化すると、上述した従来の
技術のように縦型炉へウエハローディング時の自然酸化
膜の生成を抑制するだけでは対処することはできず、ウ
エハ洗浄後から熱処理炉へ搬送の間に空気中の酸素や水
分とシリコンが反応して形成される１０人前後の自然酸
化膜の生成を抑制する必要にせまられている。

また、酸化膜の成膜装置以外の処理装置にあっても、特
にコンタクト抵抗を小さくする必要のあるポリシリコン
膜生成やキャパシタ膜生成時にも余分な自然酸化膜を除
去して歩留りの向上を確保する要求がある。

（発明の目的） この発明は上記点に鑑みなされたもので、ウエハ洗浄後
の自然酸化膜の形成および縦型炉へウエハローディング
時の自然酸化膜の形成されない状態で成膜等の処理をす
ることのできる熱処理装置を提供することにある。

（発明の概要） この発明は複数枚の被処理体が処理用ボートに収納され
た所定の熱処理を行う縦型熱処理部とこの熱処理部で処
理される被処理体が搬入搬出されるロードロック室と、
このロードロック室を介して気密に結合され上記処理用
ボート内の被処理体を１枚づつ自然酸化膜除去するドラ
イエッチング部を設けたものである。

（作　用） この発明はドライエッチング部にて自然酸化膜を除去し
た後、被処理体が空気にふれることなくロードロック室
を介して縦型熱処理部へ搬入し、被処理体に自然酸化膜
が形成されない状態で本来の成膜処理を行うようにした
ものである。

（実施例） 以下、本発明を縦型ＣＶＤ装置での実施に適用した一実
施例について、第１図〜第３図を参照して具体的に説明
する。

第１図において、プロセスチューブ１０は例えば石英に
て円情状に形成され、その軸方向を垂直方向とすること
で縦型熱処理部を構成している。このプロセスチューブ
１０の下側に設置したマニホールド１１の一端には、ガ
ス導入管１２が設けられている。このガス導入管１２は
、ＣＶＤでポリシリコンを形成するためＳｉＨ．、シリ
コン窒化膜を形成するためＮＨ４とＳｉＨ，ＣＱ，を導
入し、パージガス例えばＮ２ガスを導入可能である。ま
た、プロセスチューブ１０の周囲にはヒータ１４が設け
られ、このプロセスチューブ１０内を所定温度例えばＣ
ＶＤの場合５００〜１０００℃、酸化や拡散の場合８０
０〜１２００℃に設定可能としている。さらに、このマ
ニホールド１１の他端側には排気管１６が連結され、こ
の排気管１６は図示しない真空ポンプに接続されている
。そして、この排気管１６を介して真空引きすることで
、前記プロセスチューブｌＯ内を所定の真空度に設定し
，あるいは、プロセスチューブ１０に導入されたガスを
排気可能としている。

このプロセスチューブ１０内にはバッチ処理するための
ウエハボート１８が搬入搬出可能となっている。このボ
ート１８は、ウエハ２０を水平状態にて、かつ、縦方向
に所定間隔をおいて多数枚のウエハ２０を搭載可能とし
ている。このボート１８は、前記プロセスチューブ１０
の均熱領域に各ウエハ２０を設定するための保温簡２２
に載置固定され，この保温筒２２がボートエレベータ２
６にて上下方向に駆動されることにより，前記ボート１
８をプロセスチューブ１０内にローディングし、あるい
はアンローディングできるようにしている。尚，前記保
温筒２２の下端部にはフランジ２４が設けられ，ボート
１８をプロセスチューブ１０内に設定した後に、このフ
ランジ２４がマニホールド１１の下端開口部を密閉する
ようにしている。さらに、ボート１８がプロセスチュー
ブ１０より完全にアンローディングされた後には、シャ
ッター２８が閉鎖駆動され、マニホールド１１の下端開
口部を密閉するようにしている。

さらに、本実施例装置では前記ウエハ２０表面への自然
酸化膜の生成を極力低減するためにロードロック方式を
採用している。

すなわち，前記プロセスチューブ１０の下方の領域であ
って、前記ボートエレベータ２６の上下動機構等を含む
空間は、第１のロードロック室４０内に設定されている
。また、この第１のロードロック室４０の左側には、ウ
エハ搬送アーム６０を収納した第２のロードロック室４
２が配置され、さらに左側には第３のロードロック室４
４が配置されている。

前記第１のロードロック室４０は、その内部を真空置換
し、その非酸化雰囲気とするため不活性ガス等によるパ
ージを実施できるようにガス導入管４０ａ，徘気管４０
ｂが接続されている。同様に、第２，第３のロードロッ
ク室４２．　４４にも、それぞれ図示しないガス導入管
及び排気管が接続されている。

さらに，各ロードロック室間を気密に遮断し、あるいは
大気と遮断するために，各ロードロック室４０，　４２
．　４４の側面には、第２図に示すようなゲートバルブ
５１，　５２，　５３，　５４，　５５．　５６が設け
られている。

そして、本実施例装置では、複数枚のウエハ２０を搭載
可能なウエハストッ力−７１．　７２を前記第３のロー
ドロツク室４４内に設定し、このストッカー７１より１
枚づつウエハ２０を取り出して、第１のロードロック室
４０内部に配置されている前記ボート１８にウエハ２０
を移し換えるようにしている。そして，プロセスチュー
ブ１０での処理が終了した後は、ボート１８より１枚づ
つウエハ２０を取り出して、第３のロードロック室４４
内部に配置されているストッカー７２にウエハ２０を移
し換え、移し換え動作終了後に．第３のロードロック室
４４からウエハ１０を搬送アーム６２により搬出してカ
セット７１〜７５に移し換えるようにしている。

前記ストツカ−７１．　７２、およびカセット７４〜７
８は図示しない上下動機構によりその上下方向の位置を
可変するようにしている。

また、ウエハ搬送アーム６０，　６２は搬送アーム全体
の回転とアームの伸縮を可能にしている。

第２のロードロック室４２には第２図に示す如くゲート
バルブ５１を介してドライエッチング部８０を接続して
いる。

ドライエッチング部８０を第３図に基づいて説明を行う
と、フッ化水素の溜められた容器８２の一端にはガス導
入管８１を接続し、他端側にはガス排水管８３を接続し
マスフローコントローラ８４を介して処理容器８５に連
結している。この処理容器８５内にはウエハ２０を回転
部８６上に乗せ図示しない真空源により回転部８６に吸
着し、側面には排気管８７が接続しており、図示しない
徘気装皺で排気できるようにしている。処理容器８５に
は図示しないゲートバルブを介して図示しないロードロ
ック室の一端に連結している。

上記ロードロック室の他端側にゲートバルブ５Ｉを介し
て第２のロードロック室４２に連結している．フッ化水
素ガスに接触する容器８２や処理容器８５等は内面がフ
ッ素樹脂コーティングしてある。

第１のロードロック室４０の内側でプロセスチューブの
開口部に例えばハロゲンランプやキセノンランプ９０を
設けている。また、上記ロードロック室４０の周囲には
配管９１を設けている。ウエハ搬送アーム６０．　６２
にはそれぞれ別に動作できる２つのフォーク６３．　６
４を設けている。

第１のロードロック室４０の側面には図示しないメンテ
ナンスドアがＯリングをシール材として開閉できるよう
に設けてある。このメンテナンスドアの大きさはボート
１８や保温筒２２を出し入れできる大きさに設定してい
る。第１のロードロック室４０、または上記メンテナン
スドアの一部に図示しない内部観察用窓および内部観察
用ＴＶカメラを設けており、ロードロック室４０内部に
は図示しない照明ランプを設けている。

次に作用について説明する。

まず，ゲートバルブ５５をオープンとした状態でカセッ
ト７４〜７８に収納された複搬枚のウェハ２ｏを搬送ア
ーム６２により順次ストツヵー７１へ移送する。

その後ゲートバルブ５５をクローズとし、第３のロード
ロック室４４を図示しない排気管を介して真空引きする
。

第２のロードロック室４２は図示しない排気管から真空
排気した後ゲートバルブ５３をオープンにする。その結
果、第２のロードロック室４２と第３のロードロック室
４４は真空状態で接続される。

次にゲートバルブ５１をオープンとしてストッヵ−７１
に収納されたウエハ２０を搬送アーム６ｏによりドライ
エッチング装置８０へ一枚移送する。ドライエッチング
装置８０内の図示しないロードロック室を介して処理容
器８５内の回転部８６上にウエハ２ｏを乗せ、ガス導入
管８１よりＮ２ガスを導入し、フッ化水素ガスを含むＮ
２ガスを処理容器８５へ供給する。

ウエハ２０は回転部８６に吸着回転され、フッ化水素に
よりウエハ２０表面の自然酸化膜はドライエツ？ングさ
れる。セミコン大阪１９８９年５月２２日に橋本化成（
株）菊山他により発表されたｌ｛Ｆガスによる酸化膜の
エッチングデータでは、ドライエッチング時の温度が４
〜５０℃の間では２０℃で最も速いエッチング特性を示
している。

Ｓｉｎ２と旺の反応は主にＨ２０を含む場合■式と含ま
ない場合■式の２通りがあり，Ｈ２０を含む場合はエッ
チング反応が速くなる。

ＳｉＯ■＋４ＨＦ　＋　２Ｈ２０→ＳｉＦ．＋　４８２
０・・・■ＳｉＯ■＋４ＨＦ　−）　ＳｉＦ４＋Ｈ２０
　　　　・・■上記いずれの反応でも反応後にＨ２０が
生成されるが排気装置により除去されるため、ウエハ（
２０）のエッチング反応を速くするため図示しない８２
０発生源からＮ２をキャリアガスとして処理容器８５へ
導入しても良い。

尚，エノチングガスはＨＦに限らず塩酸（ＨＣＱ）、硝
酸（ＨＮＯ，　）等の酸性ガスを用いても良い。

自然酸化膜が除去されたウエハ２０はドライエッチング
装置８０内の図示しないロードロック室を介して搬送ア
ーム６０により、ストツカー７１へ搬送される。順次こ
の動作をくり返しストツカー７１内の複数のウエハ２０
の自然酸化膜を全て除去した後にゲートバルブ５１をク
ローズする。

次に排気管４０ｂによって真空引きされた第１のロード
ロック室４０のゲートバルブ５２をオープンとしてスト
ツカー７１に収納された複数枚のウエハ２０を第１のロ
ードロック室４０内に設置したボート１８へ移送する。

エレベータ２６によりボート１８の位置を変えながら順
次ウエハ２０を搬送し所望枚数のウエハを搬送した後ゲ
ートバルブ５２をクローズする。

キセノンランプ９０を点灯しエレベータ２６によりボー
ト１８に収納されたウエハ２０をランプ９０の側面に移
送しウエハ２０を予備加熱することによりウエハ２０表
面に吸着しているフッ素等のエッチング残留物と水分は
除去される。

次にシャッター２８をオープンとし、エレベータ２６に
よりウエハ２０が収納されたボート１８をプロセスチュ
ーブ１０の均熱領域にコーディングする６フランジ２４
によりプロセスチューブ１０の下端開口部が密閉され排
気管１６を介して真空引きを行い、ガ？導入管１２より
所定のプロセスガス、例えばポリシリコン膜の場合には
ＳｉＨ４を供給する。

ヒータ１４によりプロセスチューブ１０は所定のプロセ
ス温度，例えばポリシリコン膜の場合、５００〜７００
℃に設定してあり、プロセスガスを流すことによりウエ
ハ２０上に成膜が行なわれる。

シリコン窒化膜を成膜する場合には６５０〜８５０℃に
設定し．　ＳｉＨ，（４，とＮＨ，ガスを導入する。ま
た，酸化や拡散を行う場合は８００〜１２００℃に設定
し，０■＋　Ｎｚその他プロセスガスを流す。プロセス
チューブ１０内部での成膜工程が終了した後、ボートエ
レベータ２６の駆動によりボート１８のアンローディン
グを実施する。

第１のロードロック室でウエハ２０は所望の温度例えば
５０℃以下になるまで待機する。勿論、強制冷却しても
良い。例えばガス導入管４０から非酸化性の不活性ガス
例えばＮ２を流しウエハ２０の冷却時間を早くする。　
この時の圧力は数Ｔｏｓ程度も効果がある。

第２のロードロック室４２、第３のロードロック室４４
もＮ２でパージして第１のロードロック室と圧力が等し
くなった後、ゲートバルブ５２．　５４をオープンする
。

ボート１８に収納されたウエハ２０を搬送アーム６０に
より順次ストツカー７２へ移送する。

次にゲートバルブ５４をクローズとした後，Ｎ２ガスを
さらにパージし第３のロードロック室４４内の圧力が大
気圧と等しくなった後、ゲートバルブ５６をオープンに
する。ストツカー７２に収納されたウエハ２０を搬送ア
ーム６２により順次カセット７４〜７８へ移送し１バッ
チ処理が終了することになる。

この一連にプロセスによりウエハ２０上の自然酸化膜を
ドライエッチング装Ｉ！８０で除去した後、ウエハ２０
が空気と接触することなく連続して膜生成を行なうこと
ができる。また、ドライエッチング後のフッ素等の残留
物を成膜前にランプ９０により加熱除去することもでき
る。

搬送アーム６０．　６２に搭載された２つのフォーク６
３．６４は膜生成前にはフォーク６３を用い、膜生成後
にはフォーク６４を用いるようにしてクロスコンタミを
さけるようにすることが望ましい。また、ストツカ−７
１は膜生成前に用い，ストッカー７２は膜生成後に用い
てクロスコンタミをさけることが望ましい。

熱処理後のウエハ２０をエレベータ２６でアンロードし
た時、加熱されたウエハ２０からの輻射熱で第１のロー
ドロック室４０が加熱されるため、配管９１に冷却水を
流し冷却する。また、メンテナンス等で第１のロードロ
ック室４０を大気開放した場合、ロードロック室内に空
気中の水分等が付着し所望の真空度を短時間に得ること
ができない。そのため配管９１に温水を流しロードロッ
ク室４０をベーキングしても良い。

さらに成膜時にプロセスチューブ１０、石英ボート１８
、保温筒２２等の付着した不用なプロセス生成物を除去
するため、プロセスチューブ１０にＮＦ，等のドライエ
ッチング用ガスを供給し、縦型熱処理部のクリーニング
を行うことができる。

尚，本発明は上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。

本発明の他の実施例として第４図に示すよな連続処理装
置がある。

第２のロードロック室４２と第３のロードロック室４４
の間に第４のロードロック室４３Ａ，　４３Ｂを設け、
処理装置９１．　９２を連結させるようにしたものであ
る。

ここで処理装置９１．　９２は成膜装置とすればキャま
た処理装置９１を膜厚測定器、ゴミ検査装置、リン濃度
測定器等に置き換えてインライン計測モニターを行うこ
ともできる。

また他の実施例としては第５図に示すように、第３のロ
ードロック室４４を２つに分けて独立したロードロック
室４４ａ，　４４ｂとすることにより，一方のロードロ
ック室４４ａに搬送アーム６２によってウエハ２０の搬
入を行っている時，他のロック室４４ｂは搬送アーム６
０によってウエハ２０の搬出を行い、ウエハの移戦時間
を大幅に短縮することができる。

さらに図示しない光学式センサーを用いた枚葉式オリフ
ラ合せ機構をロードロック室４４ａ，　４４ｂに内蔵さ
せ、オリフラが整った状態でウエハ２０を処理用ボート
１８に収納し、所定の熱処理を行うことによりバラツキ
の少ない所望の熱処理をウエハ２０に行うことができる
し、熱処理後のウエハ２０をカセット７４〜７８に収納
した場合、カセット７４〜７８に対してオリフラが整っ
た状態で収納することができる。

尚、オリフラ合せ機構は第３のロードロック室４４以外
に設けても良く、例えば第２のロードロック室４２内で
も良いし、またカセット７４〜７８の設置場所に設けて
も良い。ロードロック室４４にウエハ２０を搬入搬出す
る際、ロードロック室４４ａを搬入専用，ロードロック
室４４ｂを搬出専用として用いることにより、ウエハ２
０に対するクロスコンタミを防止することができる。

また他の実施例としては第６図に示すように第１のロー
ドロック室４０′を設け、エレベータ２６′を上下移動
およびエレベータ軸を中心として回転できる構成にして
、押え機構９２によってボート１８の上端を押え、位置
合せ後第２のロードロック室４２からウエハ２０を移し
換えるようにしている。

第１のロードロック室４０′　の左側でウエハ２０の搬
入搬出を行った後、エレベータ２６′　を下げ、エレベ
ータを回転しウエハ２０をプロセスチューブ１０の下側
に移動した後、プロセスチューブ１０ヘウエハを搬入す
る。このような構成としているため、プロセスチューブ
１０上端からロードロック室４０’下端までの装置全高
を低くすることができる。

またボート１８上端を押え機構９２で保持しているため
ボート１８の位置精度を高くすることができ、ウエハ２
０を正確に移し換えることができる６なお、本発明は必
ずしもＣＶＤ等の成膜処理装置に適用するものに限らず
、酸化や拡散等の処理装置について適用した場合にも、
ポーラスで膜質の悪い余分な自然酸化膜の形成を除去で
きるため，半導体素子の歩留まりの向上を図ることが可
能となる。ドライエッチングは自然酸化膜を除去すれば
良く、プラズマエッチングやアッシング機構でも良い。

〔発明の効果〕

以上説明したように，本発明によれば被処理体の本来の
処理を実施する縦型熱処理部とロードロックチャンバを
介して連結されたドライエッチング部に処理ガスを供給
することで、被処理体に形成されている自然酸化膜を，
本来の処理工程実施前に除去することができる。従って
，ポリシリコン膜の成膜処理装置にあっては下地シリコ
ン部分とのコンタクト抵抗を下げることが可能となり，
他の処理装置に適用した場合にも余分な自然酸化膜を除
去できることにより歩留まりの向上を図ることが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施する縦型ＣＶＤ装置の概略説明図
、第２図は実施例装置に適用されたロードロック室を説
明するための概略説明図，第３図は実施例における枚葉
式ドライエッチング部の概略説明図、第４図，第５図，
第６図は本発明の変形例を説明するための概略説明図で
ある。 ｌＯ・・・縦型処理容器、 １２・・・ガス導入管、 １４・・・ヒータ， ｌ８・・・ボート、 ２０・・・被処理体（ウエハ）、 ２６・・・ボートエレベータ、 ４０，　４２．　４４・・・ロードロックチャンバ，５
１〜５６・・・ゲートバルブ、 ６０．　６２・・・搬送アーム、 ７１．　７２・・・ストツカー ７４〜７８・・・カセット、 ８０・・・ドライエッチング部、 ９０・・・ランプ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数枚の被処理体が処理用ボートに収納され所定の熱処
   理を行う縦型熱処理部と、この熱処理部で処理される被
   処理体が搬入搬出されるロードロック室と、このロード
   ロック室を介して気密に結合され上記処理用ボート内の
   被処理体を一枚づつ自然酸化膜除去するドライエッチン
   グ部を具備したことを特徴とする縦型熱処理装置。