JPH0710935U - 縦型熱処理炉 - Google Patents

縦型熱処理炉

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JPH0710935U JP044645U JP4464593U JPH0710935U JP H0710935 U JPH0710935 U JP H0710935U JP 044645 U JP044645 U JP 044645U JP 4464593 U JP4464593 U JP 4464593U JP H0710935 U JPH0710935 U JP H0710935U
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external combustion
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 縦型熱処理炉でウェット酸化を行なう際に酸
化膜の膜厚ばらつきを低減する。 【構成】 プロセスチューブ１０を取囲むように加熱手
段を設ける。プロセスチューブ１０の上部には、外部燃
焼装置１４からガス導入管１２ａ，１２ｂを介して水素
燃焼による水蒸気を含む酸化性ガスを導入し、プロセス
チューブ１０の下部から排気する。外部燃焼装置１４に
おいて水素に点火してから炎が安定するまでの間、Ｎ2
等の希釈用ガスを２０ａ，２０ｂ等のガス導入管を介し
てプロセスチューブ１０の上部に導入することにより初
期酸化を抑制する。他の初期酸化抑制策としては、Ｎ2
等の非酸化性ガスをプロセスチューブ１０の上部に導入
しつつ外部燃焼装置１４からの酸化性ガスを排気系にバ
イパスするようにしてもよい。

Description

【考案の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この考案は、半導体ウェハ等の被処理ウェハにウェット酸化処理を施すための 縦型熱処理炉に関し、特に外部燃焼装置で水素に点火してから所定時間の間初期 酸化を抑制することにより酸化膜の膜厚ばらつきを低減するようにしたものであ る。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体ウェハにウェット酸化処理を施すための縦型熱処理炉としては、 図６，７に示すものが知られている。
【０００３】 図６，７において、１０は、直立配置されるプロセスチューブであり、例えば 円筒状の石英管からなっている。プロセスチューブ１０の上部は、閉じられてい るが、便宜上破断した状態で示してある。
【０００４】 プロセスチューブ１０の側部には、下方のガス導入部１２から分岐して上方に 延長する２本の石英製のガス導入管１２ａ，１２ｂが設けられ、ガス導入部１２ には、外部燃焼装置１４が接続されている。
【０００５】 外部燃焼装置１４は、水素（Ｈ2 ）及び酸素（Ｏ2 ）を受取って水素を燃焼さ せることにより水蒸気等を含む酸化性ガスを発生するもので、該酸化性ガスは、 ガス導入部１２及びガス導入管１２ａ，１２ｂを介してプロセスチューブ１０の 上部に導入される。
【０００６】 プロセスチューブ１０の下部には、排気管１６が設けられており、チューブ１ ０内のガスは、排気管１６を介して排気ガスＧとして排気系へ排出される。加熱 装置１８は、図７に示すようにガス導入管１２ａ，１２ｂ及びプロセスチューブ １０を取囲むように設けられている。
【０００７】 処理の際には、ウェハ保持具（図示せず）に保持された半導体ウェハＷＦがプ ロセスチューブ１０の下端から内部に挿入され、チューブ１０の下端は、ウェハ 保持具と一体の蓋で閉じられる。ウェット酸化処理は、酸化速度が速く、欠陥密 度が小さいなどの特長があり、例えばＭＯＳ型ＩＣの製造ではフィールド酸化膜 、ゲート酸化膜等の形成に使用される。
【０００８】
【考案が解決しようとする課題】
上記した縦型熱処理炉にあっては、外部燃焼装置１４にＯ2 を導入した後Ｈ2 ＋Ｏ2 を導入し、Ｈ2 に点火してＨ2 を燃焼させることにより炉内にＯ2 、水蒸 気等を含む酸化性ガスを供給する。この場合、Ｏ2 導入から水素の炎が安定する までの１分程度の期間中酸化種の分圧が不安定である。このため、ウェハは、酸 化速度が比較的速い初期酸化膜の形成時に不安定な雰囲気にさらされることにな り、酸化膜の膜厚ばらつきの増大や再現性の低下を招いていた。特に、極薄酸化 膜を歩留りよく形成するのが困難であった。
【０００９】 この考案の目的は、酸化膜の膜厚ばらつきを低減することができる新規な縦型 熱処理炉を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この考案は、直立配置されるプロセスチューブを取囲むように加熱手段を設け ると共に前記プロセスチューブの上部に外部燃焼装置から水素燃焼による水蒸気 を含む酸化性ガスを導入し且つ前記プロセスチューブの下部から排気することに よりウェット酸化処理を行なうようにした縦型熱処理炉において、 前記外部燃焼装置で水素に点火してから所定時間の間前記外部燃焼装置からの 酸化性ガスを希釈するための非酸化性ガスを前記プロセスチューブの上部に導入 するガス導入手段を設けたことを特徴とするものである。
【００１１】 このような構成にあっては、前記外部燃焼装置で水素に点火してから所定時間 の間前記プロセスチューブの上部に非酸化性のガスを導入しつつ前記外部燃焼装 置からの酸化性ガスを排気系にバイパスするガス導入・バイパス手段を前記ガス 導入手段の代りに設けてもよい。
【００１２】
【作用】
この考案の構成によれば、ガス導入手段を設けた場合には、水素に点火してか ら炎が安定するまでの間外部燃焼装置からの酸化性ガスがガス導入手段からの非 酸化性ガスで希釈されるので、初期酸化が抑制される。また、ガス導入・バイパ ス手段を設けた場合にも、水素に点火してから炎が安定するまでの間プロセスチ ューブ内が非酸化性ガスでパージされると共に外部燃焼装置からの酸化性ガスが 排気系にバイパスされるので、初期酸化が抑制される。いずれの場合であっても 、炎が安定してからウェット酸化が進行するようになり、酸化膜の膜厚ばらつき の低減が可能となる。
【００１３】
【実施例】
図１は、この考案の第１実施例に係る縦型熱処理炉を示すものであり、図６， ７と同様の部分には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。また、加熱装置 が図７で述べたと同様に設けられているが、図示を省略した。
【００１４】 外部燃焼装置１４には、制御弁Ｖ1 を有するガス導入管を介してＨ2 又はＮ2 が導入されると共に、制御弁Ｖ2 を有するガス導入管を介してＯ2 又はＮ2 が導 入されるようになっている。外部燃焼装置１４は、一例として集光加熱方式のも のを用いる。この方式のものでは、Ｈ2 を導入する導入管の先に取付けられたＳ ｉＣ製の集熱台（図示せず）を赤外線ランプヒータＬＨで加熱可能になっている 。
【００１５】 下方のガス導入部２０から分岐して上方に延長するガス導入管２０ａ，２０ｂ は、それぞれガス導入管１２ａ，１２ｂに接続されており、ガス導入部２０には 、制御弁Ｖ3 を介して希釈用の非酸化性ガスとしてＮ2 が供給されるようになっ ている。
【００１６】 制御装置ＣＮＴは、炉の温度、炉へのガス供給等を制御するもので、この考案 の実施に関しては、制御弁Ｖ1 〜Ｖ3 をそれぞれ制御するための制御信号ＶＣ1 〜ＶＣ3 、ランプヒータＬＨを制御するための制御信号ＬＣ等を発生するように なっている。
【００１７】 次に、図２を参照して図１の炉の酸化処理時の制御シーケンスを説明する。
【００１８】 まず、外部燃焼装置１４の燃焼室をＮ2 でパージする。そして、時刻ｔ1 から 点火イベントを開始する。点火イベント１及び２は、それぞれ１分４７秒及び１ ３秒とする。時刻ｔ1 では、制御信号ＬＣによりランプヒータＬＨをオンする。 この結果、前述の集熱台は、８００℃に加熱されるようになる。時刻ｔ2 で点火 イベント１が終り、点火イベント２が始まる。
【００１９】 時刻ｔ2 から１０秒のスロースタート期間Ｐを経て制御信号ＶＣ2 により制御 弁Ｖ2 を開き、装置１４の燃焼室内をＯ2 でパージする。このパージ期間Ｑは、 １０秒とする。パージ期間Ｑの開始時刻ｔ3 には、パージ用Ｎ2 の供給を停止す ると共に、制御信号ＶＣ3 により制御弁Ｖ3 を開いて希釈用Ｎ2 の供給を開始す る。時刻ｔ3 から点火イベント３が始まる。
【００２０】 パージ期間Ｑの終了時刻ｔ4 から１０秒のスロースタート期間Ｒを経て時刻ｔ 5 で制御信号ＶＣ1 により制御弁Ｖ1 を開いてＨ2 の供給を開始する。そして、 時刻ｔ5 から９．９秒経過した時刻ｔ6 で制御信号ＬＣによりランプヒータＬＨ をオフする。水素に点火したことは、時刻ｔ6 以降に炎センサで検知される。
【００２１】 時刻ｔ6 〜ｔ7 の３０秒の期間Ｓは、炎を安定化させるためのもので、Ｏ2 及 びＨ2 の流量は、いずれも３リットル／分とする。この後、Ｏ2 及びＨ2 の流量 を酸化に必要な設定値まで徐々に増大させ、設定値に達した時刻ｔ8 で制御信号 ＶＣ3 により制御弁Ｖ3 を閉じて希釈用Ｎ2 の供給を停止する。
【００２２】 上記した制御シーケンスによれば、水素に点火してから炎が安定するまでの間 水蒸気等を含む酸化性ガスが導入管２０ａ，２０ｂからのＮ2 により希釈される ため、初期酸化が抑制される。すなわち、Ｈ2 Ｏ等の酸化種の分圧が不安定な状 態では初期酸化の進行をおさえ、炎が安定してから酸化を進行させるようにした ので、酸化膜の膜厚ばらつきを低減することができる。また、所望膜厚の酸化膜 を再現性よく形成することができ、特に極薄酸化膜を再現性よく形成するのが容 易となる。
【００２３】 なお、希釈用Ｎ2 を外部燃焼装置１４に導入すると、炎が一層不安定になるの で、好ましくない。この考案では、外部燃焼装置１４よりプロセスチューブ１０ に近い方で希釈を行なうので、炎の安定化を害することがない。
【００２４】 図３は、この考案の第２実施例に係る縦型熱処理炉を示すもので、図１と同様 の部分には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２５】 第２実施例の特徴は、ガス導入部２０からガス導入管２０ｃを介してプロセス チューブ１０の上部に直接的に希釈用Ｎ2 を導入するようにしたことであり、こ れ以外の構成は、図１で述べたと同様である。また、制御シーケンスも図２で述 べたと同様であり、図１の炉と同様の作用効果が得られる。
【００２６】 第２実施例の構成では、プロセスチューブ１０の中で希釈用Ｎ2 とＯ2 、水蒸 気等の酸化性ガスとが十分に混合されるように導入管の形状、配置等を工夫する とよい。
【００２７】 図４は、この考案の第３実施例に係る縦型熱処理炉を示すもので、図３と同様 の部分には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２８】 第３実施例の特徴は、ガス導入部２０からガス導入管２０ｃを介してプロセス チューブ１０の上部に補助パージ用の非酸化性ガスとしてＮ2 を供給してチュー ブ１０内をパージしつつ外部燃焼装置１４からの水蒸気等の酸化性ガスを制御弁 Ｖ4 ，Ｖ5 の制御により排気ガスＧ0 として排気系にバイパスするようにしたこ とである。
【００２９】 図５は、図４の炉について制御シーケンスを示すもので、図２と同様の部分に は同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３０】 補助パージ用Ｎ2 は、前述の希釈用Ｎ2 と同様に時刻ｔ3 〜ｔ8 の期間中プロ セスチューブ１０に上部から導入する。時刻ｔ3 より前では、制御弁Ｖ4 を開と し且つ制御弁Ｖ5 を閉としているが、時刻ｔ3 〜ｔ8 の期間中は制御弁Ｖ4 を閉 として且つ制御弁Ｖ5 を開として外部燃焼装置１４からの水蒸気等の酸化性ガス を排気系へバイパスする。そして、時刻ｔ8 より後では、制御弁Ｖ4 を開とし且 つ制御弁Ｖ5 を閉とする。
【００３１】 図５の制御シーケンスによると、時刻ｔ3 〜ｔ8 の期間中、プロセスチューブ １０内は補助パージ用Ｎ2 でパージされると共に、プロセスチューブ１０内には 、外部燃焼装置１４からの水蒸気等の酸化性ガスが供給されない。従って、初期 酸化は殆ど進行しなくなり、図１〜３の場合に比べて膜厚ばらつき低減等の効果 が一層顕著となる。
【００３２】
【考案の効果】
以上のように、この考案によれば、水素に点火してから炎が安定するまでの間 初期酸化を抑制し、炎が安定してからウェット酸化を進行させるようにしたので 、酸化膜の膜厚ばらつきを低減すると共に再現性を向上させることができ、特に 極薄酸化膜を歩留りよく形成するのが容易となる効果が得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この考案の第１実施例に係る縦型熱処理炉を
示す一部破断斜視図である。
【図２】 図１の炉について酸化処理時の制御シーケン
スを示すタイムチャートである。
【図３】 この考案の第２実施例に係る縦型熱処理炉を
示す一部破断斜視図である。
【図４】 この考案の第３実施例に係る縦型熱処理炉を
示す一部破断斜視図である。
【図５】 図４の炉について酸化処理時の制御シーケン
スを示すタイムチャートである。
【図６】 従来の縦型熱処理炉の一例を示す一部破断斜
視図である。
【図７】 図６のＸ−Ｘ’線に沿う断面図である。
【符号の説明】
１０：プロセスチューブ、１２ａ，１２ｂ，２０ａ〜２
０ｃ：ガス導入管、１４：外部燃焼装置、１６：排気
管、１８：加熱装置、Ｖ1 〜Ｖ5 ：制御弁、ＣＮＴ：制
御装置。

Claims (2)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項１】 直立配置されるプロセスチューブを取囲
    むように加熱手段を設けると共に前記プロセスチューブ
    の上部に外部燃焼装置から水素燃焼による水蒸気を含む
    酸化性ガスを導入し且つ前記プロセスチューブの下部か
    ら排気することによりウェット酸化処理を行なうように
    した縦型熱処理炉であって、 前記外部燃焼装置で水素に点火してから所定時間の間前
    記外部燃焼装置からの酸化性ガスを希釈するための非酸
    化性ガスを前記プロセスチューブの上部に導入するガス
    導入手段を設けたことを特徴とする縦型熱処理炉。
  2. 【請求項２】 直立配置されるプロセスチューブを取囲
    むように加熱手段を設けると共に前記プロセスチューブ
    の上部に外部燃焼装置から水素燃焼による水蒸気を含む
    酸化性ガスを導入し且つ前記プロセスチューブの下部か
    ら排気することによりウェット酸化処理を行なうように
    した縦型熱処理炉であって、 前記外部燃焼装置で水素に点火してから所定時間の間前
    記プロセスチューブの上部に非酸化性のガスを導入しつ
    つ前記外部燃焼装置からの酸化性ガスを排気系にバイパ
    スするガス導入・バイパス手段を設けたことを特徴とす
    る縦型熱処理炉。
JP044645U 1993-07-24 1993-07-24 縦型熱処理炉 Pending JPH0710935U (ja)

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