JPH0729840A

JPH0729840A - 熱処理装置

Info

Publication number: JPH0729840A
Application number: JP5193996A
Authority: JP
Inventors: Wataru Okase; 亘大加瀬
Original assignee: Tokyo Electron Ltd; Tokyo Electron Tohoku Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd; Tokyo Electron Tohoku Ltd
Priority date: 1993-07-09
Filing date: 1993-07-09
Publication date: 1995-01-31

Abstract

(57)【要約】【目的】重金属汚染を防いで、かつ、均熱ゾーンでの
温度を安定させることによって、集積度が高い素子の処
理を均一化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。【構成】プロセスチューブ１２内へのガスの導入部お
よびプロセスチューブ内からの排気部をそれぞれ備えて
いて上記プロセスチューブとの間の連結部にシール部１
８を備えたマニホールド部１６とを有する熱処置装置１
０において、マニホールド部１６をアルミニュウム系の
金属材料で構成し、この金属材料の内壁表面にシリコン
系の金属汚染防止層を設けている。これにより、マニホ
ールド部での温度の変化を抑えて一定温度に維持するこ
とで均熱ゾーンでの温度変化を防止することができる。
このため、均熱ゾーンでの均一な熱処理が可能になる。

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】一般に、半導体ウエハ製造工程での各種
薄膜形成装置には、ＣＶＤ装置、エピタキシャル装置や
酸化膜形成装置あるいはドーピング装置の熱拡散装置等
の熱処理装置のひとつに縦型熱処理装置があり、この縦
型熱処理装置の一例としては、特開平３−８２０１６号
公報に記載された構造がある。

【０００３】上記公報によれば、アウタチューブとイン
ナチューブとで構成された二重管方式のプロセスチュー
ブを備えた縦型熱処理装置が示されている。この縦型熱
処理装置は、アウタチューブおよびインナチューブの下
端がＯリングを介してマニホールド部に支持され、この
マニホールド部によって、プロセスガスおよびパージガ
スの供給さらには熱処理後のプロセスチューブ内の雰囲
気ガスの排気が行なわれるようになっている。

【０００４】ところで、このような縦型熱処理装置にお
いては、プロセスチューブを構成するインナチューブが
石英等によって形成されており、そして、マニホールド
部は、一例としてステンレス鋼等の金属で形成されてい
る。石英は、断熱性に優れ、汚染の少ないことを理由に
用いられている。また、マニホールド部は、各種パイプ
類の取付けが必要であること等を理由に金属材料が用い
られている。しかも、金属材料の場合には、マニホール
ドを含めてプロセスチューブ全域を石英によって構成し
た場合に比べ、マニホールド部との接続部でのシール性
が比較的確保しやすい。特に、減圧雰囲気下において熱
処理する場合には、石英で構成した場合のシール性に比
べ良好であることが実験等で確認されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年では、
例えば、半導体ウエハ等での素子の緻密化が進んでい
る。しかしながら、上記したような構造の縦型熱処理装
置では、マニホールド部にステンレス鋼等の金属部品が
用いられていると、プロセスガスとの接触によってある
いは高温雰囲気下に曝されることで、所謂、重金属汚染
が深刻な問題となる。

【０００６】一方、バッチ処理によって半導体ウェハを
製造するような場合には、各ウェハ間での処理の均一性
が歩留りに影響を及ぼす。特に、このような処理の均一
性を得るための重要な要素としては、処理領域である均
熱ゾーンにおける温度の均一性がある。しかしながら、
この温度の均一性は、プロセスチューブ内だけでなくこ
れに接続されているマニホールド部での温度が影響す
る。つまり、マニホールド部では、プロセスチューブと
の接続位置に配置されているＯリングの耐熱性を維持す
る目的でこれを冷却するための構造が設けられている。
このため、マニホールド部では、局所的な冷却部が存在
していることでこの部分での温度を安定させることが困
難である。従って、プロセスチューブに配置されている
ヒータからの熱がこの部分に伝達された場合には、この
部分での温度が安定しないことによって、上記均熱ゾー
ンでの温度が安定しなくなる。

【０００７】そこで、本発明の目的は、上記従来の熱処
理装置における問題に鑑み、重金属汚染を防いで、か
つ、均熱ゾーンでの温度を安定させることによって、集
積度が高い素子の処理を均一化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。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、プロセスチューブと、上記
プロセスチューブ内へのガスの導入部およびプロセスチ
ューブ内からの排気部をそれぞれ備えていて上記プロセ
スチューブとの間の連結部にシール部を備えたマニホー
ルド部とを有する熱処置装置において、マニホールド部
をアルミニュウム系の金属材料で構成し、この金属材料
の内壁表面にシリコン系の金属汚染防止層を設けたこと
を特徴としている。

【０００９】請求項２記載の発明は、請求項１におい
て、上記マニホールド部は、該マニホールド部領域の温
度を略一定に設定する温度調整機構を備えていることを
特徴としている。

【００１０】請求項３記載の発明は、請求項１または２
において、上記金属汚染防止層はアルミニュウム系のベ
ース材表面に電解析出法により生成されたＳｉＯ₂層に
よって構成されていることを特徴としている。

【００１１】

【作用】本発明では、少なくとも、マニホールドの密閉
内壁面全域がアルミニュウム系の金属材料で構成されて
いる。従って、ヒータで加熱されることで均熱ゾーンと
されているプロセスチューブからの熱がマニホールドに
伝達された場合には、マニホールド部全域において均等
に熱が伝達されることになる。このため、マニホールド
部では温度分布が安定化されて略一定した温度に維持さ
れるので、均熱ゾーンからの熱の移動量が不安定になる
ことが原因して均熱ゾーンでの温度が安定しなくなるよ
うな事態がなくなる。

【００１２】しかも、アルミニュウム系金属の表面は非
金属のシリコン系からなる重金属汚染防止層を備えてい
るので反応炉内に供給されるプロセスガスとの接触ある
いは加熱による反応生成物の発生が抑えられることにな
る。

【００１３】

【実施例】以下、図１および図２に示す実施例によって
本発明の詳細を説明する。

【００１４】図１は、本発明による熱処理装置のひとつ
である縦型熱処理装置の構造とこの縦型熱処理装置にお
ける温度分布を示している。

【００１５】図１（Ａ）に示した縦型熱処理装置１０
は、プロセスチューブ１２、ヒータ１４およびマニホー
ルド１６を備えている。プロセスチューブ１２は、アウ
タチューブ１２２とインナチューブ１２４とを備えた二
重管方式で構成されており、アウタチューブ１２２の外
周に、この周囲を囲繞するヒータ１４が対峙している。

【００１６】一方、マニホールド１６は、アウタチュー
ブ１２２およびインナチューブ１２４の下端にそれぞれ
配置されたＯリング１８を介してプロセスチューブ１２
を支持している。そして、このマニホールド１６には、
プロセスガス用ガス導入管２０、パージガス用ガス導入
管２２および排気管２４がそれぞれ支持接続されてい
る。

【００１７】また、マニホールド１６の下方には、ボー
ト２６を着脱可能に支持した昇降自在のボートエレベー
タ２８が配置されている。ボート２６は半導体ウェハＷ
の搬送治具をなすものであって、縦方向に沿って所定間
隔をおいて複数の半導体ウェハＷを水平状態で棚積みで
きるようになっている。また、ボートエレベータ２８
は、ボート２６を上記インナーチューブ１２４内に対し
て搬入出するためのものである。このため、ボートエレ
ベータ２８のエレベータアーム３０には、上記マニホー
ルド１６の下端開口と対向する位置に蓋体３２が設けら
れていて、マニホールドの下端開口を密閉して炉内を減
圧下に設定することができる。

【００１８】エレベータアーム３０には、蓋体３２に加
えて、その上方に保温筒受け台３４が備えられている。
この保温筒受け台３４上には保温筒３６が載置され、さ
らにこの保温筒３６の上端にボート２６が着脱自在に支
持されている。この保温筒３６は、所定の長さにて形成
されることでインナーチューブ１２４内にてボート２６
を底上げし、ボート２６をインナーチューブ１２４内の
均熱ゾーンに対し最適な位置に配置する作用を有し、ま
た、均熱ゾーンを維持するために熱対流や輻射等を防止
して断熱作用を行なう機能を備えている。

【００１９】本実施例では、ボート２６およびインナー
チューブ１２４は石英によって形成される一方、マニホ
ールド１６の周壁部およびエレベータアーム３０の蓋体
３２がアルミニュウムそのものあるいはアルミニュウム
を含む合金等のアルミニュウム系の金属材料によって構
成されている。従って、マニホールド１６の周壁部およ
びエレベータアームの蓋体３２は、密閉される空間内全
域に亘って均一な熱伝達を確保できる領域とされてい
る。なお、密閉される空間全域での均一な熱伝達による
温度の均一性を確保する意味では、その空間内と外部空
間との境界位置に配置されている蓋体３２に対し、必要
に応じてヒータ等の温度調整手段を設けることが好まし
い。

【００２０】また、マニホールド１６の壁部には、Ｏリ
ングの冷却構造として、図２に示すように、冷却媒体通
路４０が設けられていることで、マニホールド１６の縦
方向での温度勾配が生じる。そこで、本実施例では、マ
ニホールド１６での温度勾配をなくして一定温度に維持
するための温度調整機構４２が設けられている。すなわ
ち、この温度調整機構４２は、一例として、マニホール
ド１６の周壁内に埋め込まれて周方向に巡らせたシーズ
ヒータ４４で構成されている。このシーズヒータ４４
は、内部に熱源を有する可撓性ヒータで形成されてい
る。このような構造により、マニホールド１６の周壁で
は、縦方向での温度勾配がなくされて一定温度、例え
ば、図１（Ｂ）に示すように、Ｏリングの耐熱温度およ
び反応生成物の付着が起こらない温度である１５０℃に
維持される。

【００２１】また、これらアルミニュウム系の金属材料
によって構成されているマニホールドの壁部表面には、
非金属であるシリコン系の材料からなる重金属汚染防止
層が設けられている。この重金属汚染防止層の材料とし
ては、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）が用いられ
る。この重金属汚染防止層は、アルミニュウム系の金属
材料の表面に、電解メッキ等の電解析出法によって形成
される。ところで、アルミニュウム自体の表面には酸化
被膜が形成されており、この酸化被膜が非金属であるこ
とから大気中での腐食防止は可能であるものの、プロセ
スガスとの接触下においては十分でない。そこで、本実
施例では、アルミニュウム自体の表面に酸化アルミニュ
ウム被膜処理、所謂、アルマイト処理を実行し、このと
き、酸化アルミニュウム被膜表面を多孔質にしたりある
いは凹凸を形成した上で、二酸化ケイ素を電解析出法に
より析出させて孔部や凹部に対して浸透させて結合させ
ることも可能である。このような二酸化ケイ素を表面層
として設ける場合の一例としては、アルミニュウム系の
金属材料の表面に二酸化ケイ素をコーティングすること
も可能である（例えば、ディップソール株式会社製、
「セラメッキ防着シート」）。

【００２２】次に作用について説明する。

【００２３】図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示した縦型熱
処理炉の縦軸方向での温度分布を示したものであり、実
線は本実施例による温度分布、二点鎖線は従来例による
温度分布である。

【００２４】通常、マニホールド１６をステンレス製と
した場合には二点鎖線で示すように、ヒータ１４に囲繞
されている均熱ゾーンで成膜可能な温度領域が設定さ
れ、ヒータ１４下端からマニホールド１６に至る範囲で
多少の温度勾配ゾーンが発生し、マニホールド１６が存
在している範囲で放熱による急激な温度変化が発生す
る。

【００２５】このような従来での温度分布によると、マ
ニホールド１６での放熱によってこの位置での温度が一
定しないことが多い。このため、均熱ゾーンからマニホ
ールド１６に伝わる熱量も一定しなくなることで均熱ゾ
ーンでの温度が安定しなくなる虞れがある。従って、均
熱ゾーンでの温度が安定しないと、成膜に要する温度も
均一でなくなるので、半導体ウェハ間での成膜条件が変
化することになる。

【００２６】一方、これに対して本実施例では、マニホ
ールド１６での温度を所定値に一定化させている。従っ
て、プロセスチューブおよびマニホールド１６を含めた
縦型熱処理装置１０の縦方向での温度勾配における下限
温度を一定化させることになるので、上限温度に相当す
る均熱ゾーンからの熱の移動量も一定するので、温度も
安定することになる。従って、成膜に要する温度も均一
にされることになるので、半導体ウェハ間での成膜条件
も安定させられることになる。

【００２７】しかも、マニホールド１６の表面は、密閉
された内壁部の全てにおいてシリコン系の二酸化ケイ
素、つまり、非金属層によって重金属汚染防止層が設け
られているので、プロセスガスとの接触による重金属汚
染物の発生が確実に抑えられることになる。

【００２８】なお、本発明は、上記実施例に限られるも
のではなく、本発明の要旨の範囲内で種々変形すること
が可能である。

【００２９】例えば、本発明が対象とする被処理体は、
少なくとも面状形状の被処理体であればよく、半導体ウ
エハ以外にも、例えば、ＬＣＤ基板等であっても良い。
さらに本発明が適用される熱処理装置としては、減圧、
常圧を問わず、例えば、酸化、拡散、アニールに適用さ
れる装置を対象とすることも可能である。

【００３０】また、表面に非金属からなる重金属汚染防
止層を有するアルミニュウム系の金属材料で構成される
部材は、マニホールドに限らず、従来、石英によって構
成されていたプロセスチューブも対象とすることが勿論
可能である。この場合には、マニホールドに対する伝熱
効果がさらに高められることになるので、温度勾配の変
動がさらに小さくされる。

【００３１】また、上記した実施例では、マニホールド
のみを対象としたが、マニホールドの周囲に設けられた
機構をも温度均一化の対象として構成することもでき
る。マニホールドの周囲に設けられる機構としては、例
えば、図３に示すような、スカベンジャ部がある。図３
に示したスカベンジャ部は、本願出願人の先願にかかる
特開平２−８７６１８号公報に記載された縦型熱処理装
置に設けられているものである。つまり、スカベンジャ
部５０は、縦型熱処理炉１０の下方に位置しており、半
導体ウェハがアンロードされた場合に熱処理炉１０から
の残余のプロセスガスや反応生成物が半導体ウェハのロ
ード／アンロード方向に排出されるのを防止するための
ものである。

【００３２】図３に示す構造において、縦型熱処理炉１
０は、アウタチューブ１２２がアウタマニホールド５２
を介してベースプレート５４に固定され、また、インナ
チューブ１２４はインナマニホールド５６を介してアウ
タマニホールド５２の下端に固定されている。これらア
ウタマニホールド５２およびインナマニホールド５６
は、プロセスチューブからの熱伝達を受けるとともにプ
ロセスガスと接触する位置に設けられているので、図１
に示した実施例と同様にアルミニュウム系の金属材料に
よって形成されており、その内表面には、シリコン系の
材料、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）によって重金
属汚染防止層が形成されていることが好ましい。

【００３３】ベースプレート５４の下方には、アウタマ
ニホールド５２およびインナマニホールド５６の外周お
よび下面を囲うように円筒容器状のスカベンジャ部本体
５８が設置されている。このスカベンジャ部本体５８
は、図１に示した実施例と同様に、アルミニュム系の金
属材料によって形成されており、その表面には非金属性
であるシリコン系の二酸化ケイ素からなる重金属汚染防
止層が設けられている。

【００３４】また、スカベンジャ部本体５８の側面には
排気口６２が設けられ、さらに、下面にはボートエレベ
ータ２８を昇降させる際に開放される開口６４が形成さ
れており、この開口６４はシャッタ６６によって開閉さ
れる。シャッタ６６自体もアルミニュウム系の金属材料
によって構成され、その表面には二酸化ケイ素からなる
重金属汚染防止層が設けられている。このような構造に
おいても、均熱ゾーンの下方に位置する箇所での熱伝達
は構成部品の材質であるアルミニュウム系の金属材料に
よって熱伝達が一様化され、所謂、マニホールド周辺で
の温度分布を一定化することができる。従って、スカベ
ンジャ部を備えた構造の縦型熱処理装置においても、縦
方向での温度勾配における下限温度が一定化されること
になるので、温度勾配ゾーンを介した上限温度に相当す
る均熱ゾーンでの温度が安定することになる。従って、
均熱ゾーンでの温度が不均一になることがないので、半
導体ウェハ間での成膜に要する温度を安定させることが
できる。しかも、プロセスガスと接触する領域のひとつ
であるマニホールドおよびスカベンジャ部では、内表面
に重金属汚染防止層が設けられているので、好ましくな
い反応生成物などの発生が防がれる。

【００３５】なお、本発明による熱処理装置は、実施例
に示した縦型熱処理装置に代えて、横型熱処理装置およ
び横型熱処理装置に設置されているスカベンジャ部にお
いても同様にマニホールド部およびまたはスカベンジャ
部をアルミニュウム系の金属材料によって構成し、この
表面に非金属性のシリコン系の材料からなる重金属汚染
防止層を設けるようにすることが勿論可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
均熱ゾーンでの温度の均一性を確保することができる。
つまり、プロセスチューブに接続されているマニホール
ドは、熱伝達が良好なアルミニュウム系の金属材料で形
成されているので、均熱ゾーンでのヒータからの熱が伝
達された場合には、一様な温度に維持することが可能で
ある。しかも、マニホールドでは、温度調整機構を設け
ることで、一様な温度を維持することが可能である。従
って、均熱ゾーンでの温度を変化させることがないの
で、半導体ウェハ等の被処理体の処理均一性を確保する
ことができる。

【００３７】さらに本発明によれば、重金属汚染を確実
に防止することができるので、重金属汚染のない状態で
集積度の高い被処理体の均一熱処理を可能にすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例による熱処理装置を示しており、
（Ａ）は構造を示し、（Ｂ）は（Ａ）の構造での縦軸方
向での温度分布を示している。

【図２】図１中、符号Ｃで示す箇所を拡大した模式的な
断面図である。

【図３】本発明による熱処理装置の一部構造の変形例を
説明するための断面図である。

【符号の説明】

１０プロセスチューブ１２プロセスチューブ１２２アウタチューブ１２４インナチューブ１６マニホールド１８Ｏリング４２温度調整機構５８スカベンジャ本体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プロセスチューブと、上記プロセスチュ
ーブ内へのガスの導入部およびプロセスチューブ内から
の排気部をそれぞれ備えていて上記プロセスチューブと
の間の連結部にシール部を備えたマニホールド部とを有
する熱処置装置において、マニホールド部をアルミニュウム系の金属材料で構成
し、この金属材料の内壁表面にシリコン系の金属汚染防
止層を設けたことを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】請求項１において、上記マニホールド部は、該マニホールド部領域の温度分
布を略一定に設定する温度調整機構を備えていることを
特徴とする熱処理装置。
【請求項３】請求項１または２において、上記金属汚染防止層はアルミニュウム系のベース材表面
に電解析出法により生成されたＳｉＯ₂層によって構成
されていることを特徴とする熱処理装置。