JPH0815144B2 - 縦型処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、熱処理技術に適用して特に有効な技術に関
するもので、たとえば、半導体装置の製造における半導
体ウエハ表面への所定層の形成に利用することができる
技術に関するものである。

〔従来の技術〕

たとえば、半導体装置の製造に用いられる縦型構造の
処理装置の一例としては、株式会社工業調査会、昭和59
年11月20日発行、「電子材料1984年別冊、超LSI製造・
試験装置ガイドブック」、P60に記載されている。ここ
では縦型構造の処理装置について、半導体ウエハ（以下
単にウエハという）の大口径化に適した構造を有してい
る点、自動化が容易な点等が種々説明されている。

本発明者は、このような縦型処理装置の処理の信頼性
向上について検討した。以下は、公知とされた技術では
ないが、本発明者によって検討された技術であり、その
概要は次の通りである。

すなわち、半導体装置の製造に用いられる半導体ウエ
ハ（以下単にウエハという）の処理工程では、CVD（Che
mical Vapour Deposition）装置あるいは拡散装置と呼
ばれる長尺状の反応管を有する処理装置が用いられてい
る。ところで、近年におけるウエハの大口径化および大
集積化にともない管強度等の点で横長の反応管よりも有
利な縦長の反応管を有する、いわゆる縦型処理装置が注
目されてきている。

このような縦型処理装置構造としては、以下のような
構造が考えられる。

すなわち、内部に処理空間が形成されており上端およ
び下端にそれぞれ給排管の連結された石英ガラスからな
る反応管が縦長の状態で取付けられ、該反応管の周囲に
は中央部分に均熱域、その上下端が補助域に区分され各
区分が独立制御されるヒータを有しているものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、上記の縦型処理装置構造では以下の問題点
を生じることが本発明者によって明らかにされた。

まず第１に、上記の処理流体供給技術ではいずれの方
式も反応管の上端および下端に処理流体の給排管が接続
される構造となるため、反応管のメンテナンスに際して
反応管を取り外すためには上部および下部の給排管の各
連結部を両方とも反応管本体から取り外さなければなら
なかった。特に反応管が縦型構造である場合には、上部
の連結部の取外しの作業が装置の載置されるクリーンル
ームの天井付近で行われるため作業性が悪く装置全体の
メンテナンスが効率的に行えないおそれがある。

第２に、上記のヒータ構造では処理空間内に被処理物
であるウエハを導入した際に、処理空間内の均熱領域に
おいて安定した温度条件が得られるまでに、時間を要す
る。この点について本発明者等の実験によれば、たとえ
ば上端の補助域を80mm、均熱域を830mm、そして下端の
補助域を130mmの長さで各々分割して各区分を独立制御
するヒータ構造を用いた場合、処理空間内にウエハを導
入して搬出入口を閉鎖した後、約20分程度の時間が経過
するまでは、均熱域の下方の温度条件が安定せず、均熱
域内部においても安定した温度条件を得るまでに長時間
が必要となる。したがって、均熱域内部においても安定
した処理条件を得ることのできないおそれがある。

本発明は、上記問題点に着目してなされたものであ
り、その目的はメンテナンスが容易な縦型処理装置を提
供することにある。

本発明の他の目的は、均熱域において安定した温度条
件を短時間で実現でき信頼性の高い処理を行うことので
きる技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろ
う。

〔問題点を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、次の通りである。

すなわち、反応管を内管と外管との多重管構造とし
て、内管内部の処理空間には、治具によって垂直方向に
重なった状態で被処理物が保持され、内管と外管とによ
って形成される空間を排出空間とし、内管内部の処理空
間の底部より処理流体を供給し、かつ処理空間内を上昇
した処理流体を前記排出空間を降下させて該排出空間の
底部より外部に排出する縦型処理装置構造とするもので
ある。

〔作用〕

上記した手段によれば、反応管を多重管構造として流
体の給排管を下端側に設けることにより、反応管の上端
部を閉塞構造とすることができるため、反応管の下端側
の連結部を取り外すだけの作業で、反応管を装置から取
り外すことができ、メンテナンスの際の作業効率を向上
させることができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例である縦型処理装置を示す
概略図である。

本実施例の縦型処理装置１はたとえばCVD装置であ
り、内管2aと外管2bとからなる反応管２を有している。
この内管2aおよび外管2bはともに石英ガラスにより形成
されており、内管2aは上端が開放され、また該内管2aの
内壁面で囲まれる部分は処理空間３を形成している。一
方、外管2bは内管2aと同軸状に内管2aの外方に所定間隔
を隔てて取付けられており、この外管2bの上端はドーム
状に形成された閉塞構造を有している。

内管2aの外壁面と外管2bの内壁面とで囲まれた空間は
流体の排出空間４として形成されており、この排出空間
４は、内管2aの上端開口部により上記処理空間３と連通
された構造を有している。内管2aおよび外管2bの下端開
口部は被処理物であるウエハ５の搬出入口６として形成
されており、該搬出入口６には蓋体７が取付けられて、
各空間3,4を外部と遮断するようになっている。処理空
間３の内部には複数枚のウエハ５が水平方向に保持され
る治具８が設けられており、この治具８はたとえば上記
蓋体７と一体構造となっている。処理空間３の底部の蓋
体７の部分には給排口9aが開設され、一方、排出空間４
の底部近傍には給排口9bが開設される。これらの給排口
9a,9bには各々給排管10a,10bが連結されており、一方の
給排管10aより処理流体11が処理空間３の内部に供給さ
れ、他方の給排管10bからは排出空間４を経て処理空間
３内が排気されるようになっている。なお、各給排管10
a,10bの途中部分にはバルブ12a,12bが介設されており、
処理空間４内への処理流体11の供給および排出を制御可
能な構造となっている。

上記外管2bの上方にはドーム上方を覆うようにたとえ
ばセラミックウールからなる断熱体13が取付けられてお
り、反応管２の上方への熱放出を防止する構造となって
いる。

外管2bの外壁面の周囲には外管2bを囲むようにして加
熱手段であるヒータ14が設けられている。ここで、該ヒ
ータ14は中央部分に形成される均熱域Ｃとその上端に形
成される補助域Ｕと下端に形成される補助域Ｌとに各々
区分けされており、各区域を独立に温度制御可能なヒー
タ構造となっている。また、本実施例では均熱域Ｃの下
方にはさらに補正域CLが分割形成されており、この補正
域CLは他の均熱域CUの部分から独立して温度制御が可能
なヒータ構造となっている。この補正域CLは均熱域Ｃの
全体が安定温度を得られるまで均熱域CUから独立して温
度制御がなされ、安定温度が得られた後は、他の均熱域
CUの部分と一体となって温度制御が行われる。

上記補正域CLの寸法としては、上端補助域Ｕが80mmで
形成され、均熱域Ｃが830mmで形成されかつ下端補助域
Ｌが130mmの長さで形成されてなるヒータ長である場合
には、たとえば均熱域Ｃの下方部分の276mm程度を補正
域CLとすることができる。

次に、本実施例の作用について説明する。

まず、ヒータ14により処理空間３が所定の温度条件と
なるまで加熱されると、搬出入口６の蓋体７が外されて
ウエハ５が図示するように所定の間隔を隔てて重なった
状態で治具８に装着されて処理空間３内に挿入される。

次に、搬出入口６が蓋体７によって閉じられると、一
方の給排口9aよりモノシランもしくはアンモニア等の処
理流体11が処理空間３内に供給される。このようにして
処理空間３が処理流体11の雰囲気で満たされると、バル
ブ12aが閉塞されて処理空間３への処理流体11の供給が
停止される。

次に、他方の給排管9bより真空吸引が行われ処理空間
３内の所定量の処理流体11が排出空間４を経て給排管9b
より排気されて、処理空間３の内部が所定の低圧状態と
なる。この間ヒータ14は加熱制御を繰り返しているが、
本実施例では特にウエハ５の処理空間３内への搬入直後
よりヒータ14の補正域CLの部分が均熱域CUから独立して
温度制御されている。このため、ウエハ５の処理空間３
内への搬入により温度低下を来たしやすい均熱域Ｃの下
部の温度回復を短時間で達成することができる。すなわ
ち、均熱域CUの全体にわたって均一な温度条件を得るま
での時間が少なく、これにより処理の効率を向上させる
ことができる。

以上のような温度条件のもとに、処理空間３内では気
相成長反応によってウエハ５の表面に酸化膜、窒化膜あ
るいはポリシリコン膜等の所定層が形成されることにな
る。

このように、本実施例によれば以下の効果を得ること
ができる。

（１）．処理空間３内の排気を内管2aと外管2bとで形成
された排出空間４を通じて行うことにより、反応管２の
下端から供給された処理流体11を再度反応管２の下端か
ら排出させることができるため、反応管２の上端部を閉
塞構造とすることができ、反応管２の取外しに際して反
応管２の下端側の連結部分を取り外すのみで容易に行う
ことができる。このため、装置のメンテナンスの際の作
業効率を向上させることができる。

（２）．ヒータ14の均熱域Ｃの下部を補正域CLとして形
成し、この補正域CLについて少なくとも処理空間３内へ
のウエハ５の搬入後一定時間、均熱域CUから独立させて
加熱制御を行うことにより、ウエハ５の搬入により温度
低下の生じやすい、均熱域Ｃの下部の温度回復を短時間
で行うことができるため、安定した処理を短時間で実現
することが可能となる。

（３）．外管2bの上端部をドーム状の閉塞構造とし内管
2aの上端を開放構造とした二重管構造とすることによっ
て、処理空間３内の排気は内管2aの周囲に形成された排
出空間４に広がって導かれるため、外管2aの上端の内壁
面に異物が堆積しにくくなり、該異物の落下による処理
空間３内の汚染を抑制することが可能となる。

（４）．上記（３）により、排出空間４の断面積を広く
とることができるため、処理空間３の排気効率を向上さ
せることができる。

（５）．反応管２の上端部を閉塞構造にできるため、反
応管２の上方を断熱体により閉塞することができ、反応
管２の上方への熱損失を抑制でき、安定した温度条件で
の処理が可能となる。

（６）．上記（１）〜（５）により高効率でしかも信頼
性の高いウエハの処理を実現することができる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき
具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。

たとえば、実施例では低圧CVD装置について説明した
が、これに限るものではなく熱拡散装置等のように、所
定の温度条件の処理空間内に処理流体を供給するもので
あれば如何なる装置にも適用できる。

また、反応管構造としては内管および外管が各々単管
で構成された二重管について説明したが、外管がさらに
外方側に形成された三重管あるいはそれ以上の多重管構
造のものであってもよい。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発
明をその利用分野である、いわゆる半導体装置製造工程
におけるウエハ処理に適用した場合について説明した
が、これに限定されるものではなく、他の処理技術にも
適用できる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによ
って得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りであ
る。

すなわち、該処理空間の底部より処理流体が供給され
かつ処理空間内を上昇した処理流体が前記排出空間を降
下して該排出空間の底部より外部に排出される縦型処理
装置構造とすることにより、反応管の上端部を閉塞構造
とすることができるため、反応管の下端側の連結部を取
り出すだけの作業で、反応管を装置から取り外すことが
でき、メンテナンスの際の作業効率を向上させることが
できる。また、加熱手段は中央部分に形成される均熱域
とこれの上下両端に設けられた補助域とを有し、これら
を独立して温度制御するようにしたので、複数の被処理
物の全体に対して均一な処理温度条件を短時間で得るこ
とができ、処理効率を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例である縦型処理装置を示す
概略図である。 １……縦型処理装置、２……反応管、2a……内管、2b…
…外管、３……処理空間、４……排出空間、５……ウエ
ハ（被処理物）、６……搬出入口、７……蓋体、８……
治具、9a,9b……給排口、10a,10b……給排管、11……処
理流体、12a,12b……バルブ、13……断熱体、14……ヒ
ータ（加熱手段）、Ｃ……均熱域、U,L……補助域、CL
……補正域、CU……均熱域。

フロントページの続き (72)発明者 鳥居 卓爾 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (56)参考文献 特公 昭53−5869（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】垂直方向に重なった状態で治具によりそれ
   ぞれ水平状態に保持される複数枚の被処理物を収容する
   収容空間を内部に有し、上端が開放されて上下方向に配
   置される内管と、 該内管の外方に前記内管と同軸状に排出空間を隔てて設
   けられ上端が閉塞されてなり前記内管とにより反応管を
   形成する外管と、 前記反応管の周囲を囲むように設けられ、少なくとも垂
   直方向に均熱域と該均熱域の上下両端に設けられた補助
   域とに分割され各区域が独立に温度制御される加熱手段
   と、 前記処理空間内にその底部から処理流体を供給する供給
   部と、 前記供給部から供給され前記処理空間内を上昇した後に
   前記排出空間を降下する処理流体を、前記排出空間の底
   部から外部に排出する排出部とを有することを特徴とす
   る縦型処理装置。
2. 【請求項２】被処理物の導出入口側の均熱域の一部が補
   正領域を形成し、該補正領域が少なくとも被処理物の処
   理空間内への導入後より所定時間が経過するまでの間均
   熱域から独立して温度制御を行うものであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の縦型処理装置。
3. 【請求項３】被処理物が半導体ウエハであり、処理空間
   が常圧よりも低圧状態に維持された処理空間内部におい
   て半導体ウエハの表面に所定層を気相化学成長によって
   蒸着形成するものであることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項または第２項記載の縦型処理装置。