JPH11111632A

JPH11111632A - 縦型熱処理装置

Info

Publication number: JPH11111632A
Application number: JP28606897A
Authority: JP
Inventors: Tomohisa Shimazu; 知久島津; Masaru Nakao; 中尾　　賢
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1997-10-02
Filing date: 1997-10-02
Publication date: 1999-04-23

Abstract

(57)【要約】【課題】口径の大きなガス排気口を処理容器側に設け
てマニホールド部の形状を単純化した縦型熱処理装置を
提供する。【解決手段】マニホールド部３２上に載置した縦型の
処理容器２４内にて複数の被処理体Ｗに対して所定の熱
処理を施すようにした縦型熱処理装置において、前記マ
ニホールド部をセラミック材で形成し、少なくとも比較
的口径の大きなガス排気口５２を前記処理容器に設ける
ように構成する。これにより、マニホールド部の形状を
単純化してセラミック材で形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ等に
熱処理を施す縦型熱処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体デバイスを製造するに
は、半導体ウエハに成膜処理、酸化処理、拡散処理、ア
ニール処理、エッチング処理等を繰り返し行なって所望
のデバイスを製造するが、例えば成膜処理、酸化処理、
拡散処理等をある程度の回数実行すると、処理容器内に
パーティクル等の原因となる反応副生成物が付着するこ
とから、定期的、或いは不定期的に処理容器内のクリー
ニング処理を行なって、副生成物等を除去している。

【０００３】ここで一般的な縦型熱処理装置について説
明する。図５は従来の一般的な縦型熱処理装置を示す構
成図である。この熱処理装置は、内筒２とその外側に同
芯状に設けた外筒４とよりなる縦型の２重管構造の処理
容器６を有しており、この処理容器６の底部は開放され
て例えば耐腐食性に強い材料よりなるマニホールド部８
が連結されている。熱処理の種類によっては、処理容器
６が２重管構造ではなく、単管構造のものもある。この
マニホールド部８には、処理ガスを導入したり、熱電対
等を導入するための口径の比較的小さな複数（図示例で
は１つ）のポート１０が設けられる他、処理容器６内の
雰囲気を排気するために比較的口径の大きなガス排気口
１２が設けられる。このガス排気口１２には、真空ポン
プを介設した真空排気系（図示せず）が接続され、処理
容器６内を真空引きできるようになっている。

【０００４】マニホールド部８の下端開口部には、ボー
トエレベータ１５により昇降可能になされたキャップ部
１４が気密にシール可能に設けられ、このキャップ部１
４上に保温筒１６を介してウエハボート１８が設けられ
る。そして、このウエハボート１８に半導体ウエハＷを
所定のピッチで多段に載置しており、これを、ウエハボ
ート１８に載置した状態でボートエレベータ１５により
処理容器６内へロード及びアンロードできるようになっ
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したような２重管
構造の処理装置、或いは単管構造の処理装置を用いて熱
処理として、成膜処理、酸化処理、拡散処理等を、それ
ぞれ個別の専用処理装置で行なうが、この場合、各種の
反応副生成物がガス流に沿って処理容器６の内壁等に付
着することは避けられず、このため、定期的、或いは不
定期的にクリーニングガスを用いてこの付着した反応副
生成物を除去するクリーニング処理が行なわれる。クリ
ーニングガスとしては、一般的には成膜装置に対して
は、ＣｌＦ系ガス、例えばＣｌＦ₃ ガス等が、酸化装置
や拡散装置にはＨＣｌ（塩酸）ガス等がそれぞれの副反
応生成物の除去に有効なことから用いられる。

【０００６】ここで、これらのクリーニングガスは、非
常に腐食性が強いことから、マニホールド部８として
は、耐腐食性の高いステンレススチールを用いている
が、それでもこれより僅かながら金属汚染が発生するこ
とは避けられない。特に、ＣｌＦ₃ ガスよりも腐食性の
激しいＨＣｌガスを用いる場合には、金属汚染の程度も
若干大きくなる傾向にある。また、半導体集積回路の高
集積化及び高微細化が進むにつれて、従来のデザインル
ールでは無視し得たような僅かな金属汚染も無視し得な
くなってきた。更には、最近においては、設備費削減の
見地より、１つの処理装置で必要に応じて複数の熱処
理、例えば１つの処理装置で成膜処理や酸化処理や拡散
処理もできるような処理装置が望まれており、この場合
には、クリーニングガスとして最も腐食性の高いＨＣｌ
ガスを用いざるを得ず、金属汚染の問題の解決がより重
要になってくる。

【０００７】そこで、このような金属汚染の問題点を解
決するために、マニホールド部自体を、金属汚染のない
材質、例えばセラミック材で形成することも提案されて
いる。しかしながら、このセラミック材は、耐腐食性が
高くて金属汚染の問題が少ないが、非常に加工性が悪
く、口径が比較的小さなポートならば、比較的形成も容
易であるが、ガス排気口に相当するような大きさ、例え
ば直径９０ｍｍ程度の大きさのポート形成するのは非常
に困難である。本発明は、以上のような問題点に着目
し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本
発明の目的は、口径の大きなガス排気口を処理容器側に
設けてマニホールド部の形状を単純化した縦型熱処理装
置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために、マニホールド部上に載置した縦型の処
理容器内にて複数の被処理体に対して所定の熱処理を施
すようにした縦型熱処理装置において、前記マニホール
ド部をセラミック材で形成し、少なくとも比較的口径の
大きなガス排気口を前記処理容器に設けるように構成し
たものである。これにより、セラミック材では加工が困
難な比較的口径の大きなガス排気口を、セラミック材と
比較して加工が容易な石英製の処理容器側に設けるよう
にしたので、マニホールド部の形状を比較的単純化する
ことができる。

【０００９】また、マニホールド部をセラミック材で形
成できるので、金属汚染の問題も解消でき、また、クリ
ーニングガスとして腐食性が最も高いＨＣｌガスを使用
できるので、１つの熱処理装置で成膜及び拡散を含めた
各種の熱処理を行なうことが可能となる。このようなセ
ラミック材としては、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、アルミナ
及び窒化アルミ等を用いることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る縦型熱処理
装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図１は
本発明の縦型熱処理装置を示す構成図、図２は図１に示
す装置の処理容器の外筒とマニホールド部を示す拡大断
面図、図３は外筒を示す下面図、図４は外筒とマニホー
ルド部の接合部を示す拡大図である。図示するようにこ
の縦型熱処理装置は、筒体状の石英製の内筒２０とその
外側に同芯円状に配置した石英製の外筒２２とよりなる
２重管構造の処理容器２４を有しており、その外側は、
加熱ヒータ等の加熱手段２６と断熱材２８を備えた加熱
炉３０により覆われている。上記加熱手段２６は断熱材
２８の内面に全面に亘って設けられている。

【００１１】処理容器２４の下端開口部は、セラミック
材よりなる筒体状のマニホールド部２２によって支持さ
れており、このマニホールド部３２の下方より多数枚の
被処理体としての半導体ウエハＷを載置した石英製のウ
エハボート３４が昇降可能に挿脱自在になされている。
このウエハボート３４は、石英製の保温筒３６を介して
回転テーブル３８上に載置されており、この回転テーブ
ル３８は、マニホールド部３２の下端開口部を開閉する
キャップ部４０を貫通する回転軸４２上に支持される。
そして、この回転軸４２の貫通部には、例えば磁性流体
シール４４が介設され、この回転軸４２を気密にシール
しつつ回転可能に支持している。また、キャップ部４０
の周辺部とマニホールド部３２の下端部には、例えばＯ
リング等よりなるシール部材４６が介設されており、容
器内のシール性を保持している。

【００１２】上記した回転軸４２は、例えばボートエレ
ベータ等の昇降機構４８に支持されたアーム５０の先端
に取り付けられており、ウエハボート３４及びキャップ
部４０等を一体的に昇降できるようになされている。そ
して、この装置例においては、図２にも示すように処理
容器２４の外筒２２の下部側壁に、比較的大口径のガス
排気口５２が設けられており、処理容器２４内の雰囲気
を内筒２０と外筒２２との間から排気できるようになっ
ている。このガス排気口５２は、図示されないが真空ポ
ンプを介設した真空排気系に接続されている。この処理
容器２４は、例えば８インチウエハに対応できるため
に、内径Ｌ１が例えば３００ｍｍ程度に設定され、この
ガス排気口５２の内径Ｌ２は、例えば９０ｍｍ程度に設
定される。

【００１３】このように、ガス排気口５２を石英製の外
筒２２に設ける理由は、このような大口径の開口部をセ
ラミック製のマニホールド部３２に形成するには、セラ
ミックの加工性が悪くて非常に困難だからである。ま
た、この外筒２２の下部側壁には、バックガスとして、
例えばＮ₂ ガスを導入するために内径が１０〜２０ｍｍ
程度に小さくなされたバックガス用ポート５４が形成さ
れている。熱処理時には、このポート５４よりＮ₂ ガス
を僅かずつ供給して、排気ガスの流路を区画する外筒２
２の内周面と内筒２０の外周面とに成膜等が付着するこ
とを防止するようになっている。尚、図示例では、ガス
排気口５２とバックガス用ポート５４は、容器中心に対
して反対側に設けているが、両者の位置関係は単なる設
計上の問題であり、同じ方向に設けるようにしてもよい
し、それ以外の方向に設けるようにしてもよい。

【００１４】更に、この外筒２２の下端のフランジ部５
６の下面５６Ａは鏡面仕上げされており、ここには２つ
の環状溝部５８、６０が同芯状に形成されて、シール部
を構成している。そして、外周の環状溝部６０には、こ
れを真空引きするための小口径、例えば内径が１０ｍｍ
程度の真空引きポート６２が形成されている。尚、図３
においては、真空引きポート６２の記載を省略してい
る。

【００１５】一方、マニホールド部３２を形成するセラ
ミック材としては、ＳｉＣ、アルミナ、窒化アルミ等を
用いることができるが、耐蝕性、純度等を考慮すると、
ＳｉＣを用いることが望ましい。このマニホールド部３
２の内面には、上記内筒２０（図１参照）の下端を支持
するための支持凸部６４が半径方向内方に向けて形成さ
れる。そして、この支持凸部６４の下部側壁には、内径
が、例えば１０〜２０ｍｍ程度の比較的小口径のポート
６６が形成されており、このポート６６には、例えばガ
ス導入管６７が挿入されている（図１参照）。このポー
ト６６は、図示例では１つしか記載していないが、実際
には、必要に応じて複数個設けられる。この小口径ポー
ト６６は、例えば処理ガスを導入するためのガス導入ポ
ートとして用いられたり、熱電対を容器内へ導入するた
めの導入ポートとして用いられることになる。このよう
に、比較的小口径のポート６６をマニホールド部３２に
形成する理由は、加工性が劣るセラミック材でも、小口
径のポートの形成は比較的容易だからである。

【００１６】そして、図４にも示すようにこのマニホー
ルド部３２の上端フランジ部６８の上面６８Ａは内側を
盛り上げて段部状に形成されており、段部の上面７０を
鏡面仕上げして外筒フランジ部５６の下面５６Ａとの接
合時におけるシール性を高めている。また、外筒２２を
マニホールド部３２上に載置した時には、上記接合部に
外側へ開放されたリング状の空間部７２が形成されるこ
とになるが、その外周をシールするように断面コ字状の
リング状メタルシート７４が介設されており、空間部７
２のシール性を高めるようになっている。

【００１７】さて、このような熱処理装置で熱処理を行
なう場合には、図１に示すように多数枚、例えば１５０
枚程度の半導体ウエハＷをウエハボート３４に載置した
状態で、これを昇降機構４８により上昇させて、処理容
器２４の底部開口部より容器２４内へロードし、内部を
密閉する。そして、加熱手段２６により半導体ウエハＷ
を所定のプロセス温度に加熱維持しつつ、ガス導入管６
７より処理ガスを処理容器２４内へ導入する。この容器
２４内はガス排気口５２から真空引きされており、導入
された処理ガスは、内管２０内を上昇しつつ、これに多
段に配置されたウエハＷと接触し、所定の熱反応を生じ
ることになる。この処理ガスは処理容器２４の天井部に
到達した後に折り返して内筒２０と外筒２２との間隙を
流下し、下方に到達したら大口径のガス排気口５２から
容器外へ排気ガスとして排出される。これにより処理容
器２４内を一定のプロセス圧に維持する。

【００１８】また、外筒２２の下部のフランジ部５６と
マニホールド部３２の上端フランジ部６８の接合部にお
いては、接合面５６Ａ、６８Ａが共に鏡面仕上げされ、
且つ真空引きポート６２から真空引きしているので、こ
の部分と外気との間におけるシール性を高くすることが
できる。このようにして、一定の期間、或いは一定の回
数の熱処理が終了すると、処理容器２４内に、ＨＣｌガ
ス、ＣｌＦ₃ ガスなどのクリーニングガスを流して、反
応副生成物等を除去するクリーニング処理を行なうが、
マニホールド部３２の材料としては、金属汚染の発生が
危惧されるステンレススチールとは異なり、金属汚染の
恐れのないセラミック材を用いているので、金属汚染の
生ずる恐れをほとんどなくすことができる。

【００１９】また、口径が大きくてセラミック材では形
成することが困難なガス排気口５２は、外筒２２、すな
わち石英製の処理容器２４側に設けるようにしたので、
その分、マニホールド部３２の構成が簡単になり、これ
を容易に形成することができる。尚、前述のように、口
径の小さなポート６６の場合には、セラミック材に対し
ても加工性がある程度良好なので、容易にマニホールド
部３２に形成することができる。このようにセラミック
材に対して加工性の劣る大口径のガス排気口５２を処理
容器２４側へ設けることによってセラミック材でマニホ
ールド部３２を容易に形成することができる。従って、
クリーニングガスの中でも、腐食性の最も強い塩酸ガス
をクリーニングガスとして用いることができ、塩酸ガス
をクリーニングガスとして用いる拡散処理を、この熱処
理装置で行なうことができる。

【００２０】従って、この熱処理装置では、成膜処理や
酸化処理や拡散処理などの熱処理を選択的に必要に応じ
て行なうことができる。尚、ここでは小口径のバックガ
ス用ポート５４を外筒２２に設けているが、これをマニ
ホールド部３２側に設けてもよいし、或いは、これを省
略するようにしてもよい。すなわち、重要な点は、セラ
ミック材では形成が困難な大口径のガス排気口５２を少
なくとも処理容器２４側へ移設したという点である。

【００２１】また、ここでは２重管構造の処理容器２４
を例にとって説明したが、これに限らず、内筒２０を省
略した単管構造の処理容器にも適用できる。単管構造の
場合には、当然のこととして、内筒２０及びこれを支え
る支持凸部６４が不要になる外、ガス導入ノズル６７は
処理容器２４内の天井部まで延在されて、ここより処理
ガスがダウンフローで供給されることになる。また、被
処理体として、半導体ウエハに限定されず、ＬＣＤ基板
やガラス基板に対して熱処理を施す場合にも本発明を適
用できるのは勿論である。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の縦型熱処
理装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮する
ことができる。セラミック材では形成が困難な大口径の
ガス排気口を処理容器側へ設けるようにしたので、マニ
ホールド部をセラミック材で比較的容易に形成すること
ができる。従って、金属汚染の問題を生ずることなく最
も腐食性の強い塩酸ガスをクリーニングガスとして用い
ることができるので、同一の熱処理装置で拡散処理、成
膜処理、酸化処理等の種々の熱処理を行なうことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の縦型熱処理装置を示す構成図である。

【図２】図１に示す装置の処理容器の外筒とマニホール
ド部を示す拡大断面図である。

【図３】外筒を示す下面図である。

【図４】外筒とマニホールド部の接合部を示す拡大図で
ある。

【図５】従来の一般的な縦型熱処理装置を示す構成図で
ある。

【符号の説明】

２０内筒２２外筒２４処理容器３２マニホールド部５２ガス排気口５４バックガス用ポート６２真空引きポート６６ポートＷ半導体ウエハ（被処理体）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マニホールド部上に載置した縦型の処理
容器内にて複数の被処理体に対して所定の熱処理を施す
ようにした縦型熱処理装置において、前記マニホールド
部をセラミック材で形成し、少なくとも比較的口径の大
きなガス排気口を前記処理容器に設けるように構成した
ことを特徴とする縦型熱処理装置。
【請求項２】前記セラミック材は、アルミナ、炭化ケ
イ素及び窒化アルミの内のいずれか１つであることを特
徴とする請求項１記載の縦型熱処理装置。