JPH1167750A - 外部燃焼装置、外部燃焼方法、外部燃焼装置を備える処理装置および外部燃焼装置を用いた処理方法 - Google Patents

外部燃焼装置、外部燃焼方法、外部燃焼装置を備える処理装置および外部燃焼装置を用いた処理方法

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JPH1167750A
JPH1167750A JP24204697A JP24204697A JPH1167750A JP H1167750 A JPH1167750 A JP H1167750A JP 24204697 A JP24204697 A JP 24204697A JP 24204697 A JP24204697 A JP 24204697A JP H1167750 A JPH1167750 A JP H1167750A
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gas
temperature
reaction
heater
reaction chamber
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Ichiro Sakamoto
一郎 坂本
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Abstract

(57)【要約】 【課題】着火温度と独立して任意に導入ガス温度の制御
ができる外部燃焼装置、外部燃焼方法、処理装置、処理
方法を提供する。 【解決手段】縦型拡散炉10と外部燃焼装置50とを備
える。縦型拡散炉10では、ヒータ12内の反応管30
の内部にボート16を設け、ボート16にウェーハ20
を多段に収納する。外部燃焼装置50は、燃焼管52
と、接続管54と、ガス導入管56、58と、燃焼管5
2の周囲を覆うヒータ62、64とを備える。ガス導入
管56、58から水素、酸素ガスを導入し外部燃焼装置
50で燃焼させ水蒸気とし、その後接続管54、ノズル
32を経由し反応管30内に導入する。燃焼管52を履
っているヒータを、着火用ヒータ62とガス温度制御用
ヒータ64とに分離し、着火用ヒータ62は水素、酸素
の着火温度以上に設定し、ガス温度制御用ヒータ64は
プロセス条件に合わせて適宜設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、外部燃焼装置、外
部燃焼方法、外部燃焼装置を備える処理装置および外部
燃焼装置を用いた処理方法に関し、特に、炉内に反応ガ
スを供給してウェーハ表面に酸化種を拡散させ酸化膜を
形成する拡散装置に好適に使用される外部燃焼装置、外
部燃焼方法、外部燃焼装置を備える拡散装置および外部
燃焼装置を用いた拡散方法に関する。
【0002】
【従来の技術】この種の外部燃焼装置を用いた拡散装置
としては、ボートによりウェーハを水平姿勢で多段に保
持して炉内に挿入し、該炉内に反応ガスを供給してウェ
ーハ表面に酸化種を拡散させ酸化膜を形成する縦型拡散
炉がある。
【0003】一般的な縦型拡散炉の構造を図5に示す。
ヒータ12で囲まれた反応管30の内部にはキャップ1
4に立設されたボート16が、図示しないボートエレベ
ータによって挿入される様になっており、ボート16に
は水平姿勢のウェーハ20が所要のピッチで多段に収納
されている。ヒータ12により、ウェーハ20は加熱処
理を施される。
【0004】パイロ酸化の場合は、水素と酸素、もしく
は水素に酸素と塩素系ガスの混合ガスを外部燃焼装置2
50で燃焼させ水蒸気としてノズル32から反応管30
上部にあるシャワー板38を通って反応管30内に導入
する。
【0005】ドライ酸化の場合は、酸素のみもしくは酸
素と塩素系ガスを混合し、同経路を通して導入される。
【0006】ここで、従来の外部燃焼装置250におい
ては、燃焼管52は接続管54を介して反応管30に接
続されており、その他端には水素、酸素などのガス導入
管56、58がある。燃焼管52の周囲はヒータ260
及び、保温材80で履われており、温度制御されてい
る。
【0007】この外部燃焼装置250を用いて燃焼させ
た場合、常にヒータ260が着火温度以上に一定に設定
されるため、反応管30に導入されるガス温度は常に一
定である。ここで成膜条件によってガス導入温度を変化
させたい場合は外部燃焼装置250の設定温度を変更す
れば良いが、水素、酸素の着火条件も同時に変わってし
まうため、条件によっては着火、燃焼しないなど信頼性
に欠けるという問題がある。
【0008】また、着火用ヒータ260の設定が一定で
ある場合、導入されるガス温度が炉内温度に対して差が
有ったとすれば、ノズル32の近傍にあるウェーハ20
の面内温度に部分的な差が生じ、その結果、膜均一性に
も影響を及ぼしてしまう。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
技術の問題点の導入ガス温度制御が出来ないという不具
合を解決し、任意に導入ガス温度を制御することの出来
る外部燃焼装置、外部燃焼方法、外部燃焼装置を備える
処理装置および外部燃焼装置を用いた処理方法を提供す
ることにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明では、導入ガス温
度を制御する為のヒータと着火する為のヒータとの二系
統以上に分離し、各々単独で任意の温度に制御出来る構
成とした。
【0011】従って、請求項1によれば、加熱手段によ
る加熱によって支燃性ガスと可燃性ガスとを含む気体を
燃焼させ、その結果生じた反応ガスを反応室に供給する
外部燃焼装置において、前記加熱手段を、前記支燃性ガ
スと前記可燃性ガスとを含む前記気体の着火用と、前記
反応室に供給する前記反応ガスの温度制御用とに分離し
たことを特徴とする外部燃焼装置が提供される。
【0012】また、請求項2によれば、加熱手段による
加熱によって支燃性ガスと可燃性ガスとを含む気体を燃
焼させ、その結果生じた反応ガスを反応室に供給する外
部燃焼方法において、前記加熱手段を、前記支燃性ガス
と前記可燃性ガスとを含む前記気体の着火用と、前記反
応室に供給する前記反応ガスの温度制御用とに分離し
て、前記支燃性ガスと前記可燃性ガスを含む前記気体の
着火温度と前記反応室に供給する前記反応ガスの温度と
を独立して制御することを特徴とする外部燃焼方法が提
供される。
【0013】また、請求項3によれば、加熱手段による
加熱によって支燃性ガスと可燃性ガスとを含む気体を燃
焼させ、その結果生じた反応ガスを反応室に供給する外
部燃焼装置を備え、前記外部燃焼装置から前記反応ガス
を前記反応室に供給して前記反応室内において被処理物
を処理する処理装置において、前記加熱手段を、前記支
燃性ガスと前記可燃性ガスとを含む前記気体の着火用
と、前記反応室に供給する前記反応ガスの温度制御用と
に分離したことを特徴とする処理装置が提供される。
【0014】また、請求項4によれば、加熱手段による
加熱によって支燃性ガスと可燃性ガスとを含む気体を燃
焼させ、その結果生じた反応ガスを反応室に供給する外
部燃焼装置を用いて前記外部燃焼装置から前記反応ガス
を前記反応室に供給して前記反応室内において被処理物
を処理する処理方法において、前記加熱手段を、前記支
燃性ガスと前記可燃性ガスとを含む前記気体の着火用
と、前記反応室に供給する前記反応ガスの温度制御用と
に分離して、前記支燃性ガスと前記可燃性ガスを含む前
記気体の着火温度と前記反応室に供給する前記反応ガス
の温度とを独立して制御することを特徴とする処理方法
が提供される。
【0015】このように、加熱手段を、支燃性ガスと可
燃性ガスとを含む気体の着火用と、反応室に供給する反
応ガスの温度制御用とに分離することによって、支燃性
ガスと可燃性ガスとを含む気体の着火温度と反応室に供
給する反応ガスの温度とを独立して制御することができ
るようになる。その結果、成膜プロセス温度等の成膜条
件等の処理条件に応じて反応室に供給されるガスの導入
温度を制御する一方で、支燃性ガスと可燃性ガスとを含
む気体の着火温度も好適なものに制御することができる
ようになる。また、このように、反応室に供給されるガ
スの導入温度を着火温度とは独立して制御することによ
って、反応室内に設けられる被処理物の面内温度分布等
も均一なものとすることができるようになる。
【0016】なお、加熱手段としては、好ましくはヒー
タが用いられる。
【0017】また、支燃性ガスとしては、水素ガスが好
ましく用いられ、可燃性ガスとしては、酸素ガス、また
は酸素ガスと塩素系ガスとの混合ガスが好ましく用いら
れる。
【0018】また、上記外部燃焼装置、外部燃焼方法、
処理装置、処理方法は、半導体ウェーハの処理装置や処
理方法に好ましく適用され、半導体ウェーハに酸化膜を
形成する酸化膜形成装置や酸化膜形成方法にさらに好ま
しく適用される。
【0019】また、さらに、ボートにより半導体ウェー
ハを水平姿勢で多段に保持して炉内に挿入し、該炉内に
反応ガスを供給してウェーハ表面に酸化種を拡散させ酸
化膜を形成する縦型拡散炉に特に好適に適用される。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態を説明する。
【0021】(第1の実施の形態)図1は、本発明の第
1の実施の形態の酸化装置を説明するための概略断面図
である。
【0022】本実施の形態の酸化装置100は、縦型拡
散炉10と外部燃焼装置50とを備えている。
【0023】縦型拡散炉10においては、ヒータ12で
囲まれた反応管30の内部にはキャップ14に立設され
たボート16が、図示しないボートエレベータによって
挿入される様になっており、ボート16には水平姿勢の
ウェーハ20が所要のピッチで多段に収納されている。
ヒータ12により、ウェーハ20は加熱される。また、
反応管30は、導入管36と、ノズル32と、排気管3
4とを備えている。
【0024】外部燃焼装置50は、燃焼管52と、燃焼
管52からのガスを導出すると共に導入管36と接続さ
れる接続管54と、燃焼管52に、接続管54とは反対
側から、ガスを供給するガス導入管56、58と燃焼管
52の周囲を覆うヒータ62、64と、保温材80とを
備えている。ガス導入管56から水素を導入し、ガス導
入管58から酸素もしくは酸素と塩素系ガスの混合ガス
を導入し、外部燃焼装置50で燃焼させ水蒸気とし、そ
の後接続管54、導入管36、ノズル32を経由し、反
応管30上部にあるシャワー板38を通って反応管30
内に導入する。
【0025】本実施の形態においては、燃焼管52を履
っているヒータを、着火用ヒータ62の一系統とガス温
度制御用ヒータ64の一系統とに分離し、着火用ヒータ
62を燃焼管52の後端から水素、酸素ガスを導入する
ガス導入管(ガス導入ノズル)56、58の出口から5
〜10cm付近まで設け、ガス温度制御用ヒータ64を
着火後のガスの下流側に設けている。着火用ヒータ62
は水素、酸素の着火温度(約550℃)以上に設定し、
ガス温度制御用ヒータ64はプロセス条件に合わせて任
意に設定すれば良く、特に着火温度以下にも設定でき
る。
【0026】従って、ヒータ62によって水素、酸素の
着火条件を一定に保ったまま、反応管30に導入される
ガス温度をヒータ64によって成膜条件等応じて変化さ
せることができ、優れた特性の酸化膜等が得られる。ま
た、ノズル32を通って反応管30に導入されるガス温
度をヒータ64によって制御することによって、ウェー
ハ20に成膜される膜の膜厚等の面内均一性も向上させ
ることができる。
【0027】(第2の実施の形態)図2は、本発明の第
2の実施の形態の酸化装置に使用される外部燃焼装置を
説明するための概略断面図である。
【0028】本実施の形態においては、燃焼管52の周
囲のほぼ全面を履っているヒータ66を着火用ヒータと
して一系統、燃焼管52と反応管1との間の接続管68
の周囲を覆って設けたヒータ68をガス温度制御用ヒー
タとして一系統それぞれ設け、ヒータ66、ヒータ68
を互いに独立して制御可能としている点が、上述の第1
の実施の形態と異なるが、他の点は同様である。また、
温度設定は上述の第1の実施の形態と同じで良い。
【0029】(第3の実施の形態)図3は、本発明の第
2の実施の形態の酸化装置に使用される外部燃焼装置を
説明するための概略断面図である。
【0030】本実施の形態は、上述の第1の実施の形態
と、第2の実施の形態とを組み合わせたものである。
【0031】本実施の形態においては、燃焼管52を履
っているヒータを、着火用ヒータ72の一系統とガス温
度制御用ヒータ74の一系統とに分離すると共に、接続
管68の周囲を覆ってヒータ76をさらに一系統設け、
ヒータ72、74、76を互いに独立して制御可能とし
ている。
【0032】次に、上記第1乃至第3の実施の形態の酸
化装置100における酸化方法の一例を図4を参照して
説明する。
【0033】工程1) 反応管キャップ14に連接され
たエレベータ(図中省略)によりボート16が反応管3
0から下方に引き出された状態でウェーハ20がウェー
ハ移載機(図中省略)によりボート16へ装填される。
この時ヒータ温度は、炉内へ挿入、引き出しをするの
に、ウェーハ20にストレスのかからない温度、例えば
720℃に設定され、次のボート挿入工程2)の準備を
行っておくのが効率的である。
【0034】また、反応管30内へは、清浄度を保つ目
的で、N2 又はO2 を流しておくと、製品の特性向上に
役立つ。
【0035】工程2) 例えば、ボート挿入温度(72
0℃)、O2 (10SLM)の条件下で、ボート16が
反応管30内へ挿入される。
【0036】工程3) 次に昇温工程で炉内温度を例え
ば820℃へ上げ、酸化速度を上げることに寄与させ
る。
【0037】工程4) 昇温直後は炉内温度が安定せ
ず、820℃から大きく上下するので、安定するまで一
定時間を保つのが一般的である。
【0038】工程5) 温度が安定したところで、O
2 、H2 ガスの燃焼を上述した第1乃至第3の実施の形
態のいずれかの外部燃焼装置50で行い、ウェーハ20
へ酸化処理を施す。
【0039】工程6) 後工程では、反応管30内のH
2O をN2 により除去する。
【0040】工程7) 炉内温度をボート引き出し温度
まで下げる。
【0041】工程8) ボート16を反応管30から引
き出す。
【0042】工程9) ウェーハ20の温度を、移載機
やボート16からのウェーハ20を移し替えた先の保持
具が耐え得る温度まで下げる。
【0043】工程10) ウェーハ20の温度が下がっ
たところでボート16からウェーハ20を取り出す。
【0044】このようにして半導体ウェーハ20の酸化
処理がおこなわれるが、大別すると、ウェーハ20を反
応管30に出入れする温度とウェーハ20に酸化膜を形
成する温度とが有る。
【0045】
【発明の効果】本発明によれば、着火条件とは独立し
て、成膜条件等の処理条件に応じて反応室内に供給され
る反応ガス温度を任意に制御出来る為、処理条件を好適
に制御して優れた特性、性能の被処理物が得られ、ま
た、膜厚等の均一性に優れた被処理物を得ることもでき
るとともに、一方では安定に水素、酸素の着火を行うこ
とが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の酸化装置を説明す
るための概略断面図である。
【図2】本発明の第2の実施の形態の酸化装置に使用さ
れる外部燃焼装置を説明するための概略断面図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態の酸化装置に使用さ
れる外部燃焼装置を説明するための概略断面図である。
【図4】本発明の第1乃至第3の実施の形態の酸化装置
における酸化方法の一例を説明するための図である。
【図5】従来の酸化装置を説明するための概略断面図で
ある。
【符号の説明】
10…縦型拡散炉 12…ヒータ 16…ボート 20…ウェーハ 30…反応管 32…ノズル 38…シャワー板 50、250…外部燃焼装置 52…燃焼管 54…接続管 56、58…ガス導入管 62、64、66、68、72、74、76、260…
ヒータ 100、200…酸化装置

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】加熱手段による加熱によって支燃性ガスと
    可燃性ガスとを含む気体を燃焼させ、その結果生じた反
    応ガスを反応室に供給する外部燃焼装置において、 前記加熱手段を、前記支燃性ガスと前記可燃性ガスとを
    含む前記気体の着火用と、前記反応室に供給する前記反
    応ガスの温度制御用とに分離したことを特徴とする外部
    燃焼装置。
  2. 【請求項2】加熱手段による加熱によって支燃性ガスと
    可燃性ガスとを含む気体を燃焼させ、その結果生じた反
    応ガスを反応室に供給する外部燃焼方法において、 前記加熱手段を、前記支燃性ガスと前記可燃性ガスとを
    含む前記気体の着火用と、前記反応室に供給する前記反
    応ガスの温度制御用とに分離して、前記支燃性ガスと前
    記可燃性ガスとを含む前記気体の着火温度と前記反応室
    に供給する前記反応ガスの温度とを独立して制御するこ
    とを特徴とする外部燃焼方法。
  3. 【請求項3】加熱手段による加熱によって支燃性ガスと
    可燃性ガスとを含む気体を燃焼させ、その結果生じた反
    応ガスを反応室に供給する外部燃焼装置を備え、前記外
    部燃焼装置から前記反応ガスを前記反応室に供給して前
    記反応室内において被処理物を処理する処理装置におい
    て、 前記加熱手段を、前記支燃性ガスと前記可燃性ガスとを
    含む前記気体の着火用と、前記反応室に供給する前記反
    応ガスの温度制御用とに分離したことを特徴とする処理
    装置。
  4. 【請求項4】加熱手段による加熱によって支燃性ガスと
    可燃性ガスとを含む気体を燃焼させ、その結果生じた反
    応ガスを反応室に供給する外部燃焼装置を用いて前記外
    部燃焼装置から前記反応ガスを前記反応室に供給して前
    記反応室内において被処理物を処理する処理方法におい
    て、 前記加熱手段を、前記支燃性ガスと前記可燃性ガスとを
    含む前記気体の着火用と、前記反応室に供給する前記反
    応ガスの温度制御用とに分離して、前記支燃性ガスと前
    記可燃性ガスを含む前記気体の着火温度と前記反応室に
    供給する前記反応ガスの温度とを独立して制御すること
    を特徴とする処理方法。
JP24204697A 1997-08-22 1997-08-22 外部燃焼装置、外部燃焼方法、外部燃焼装置を備える処理装置および外部燃焼装置を用いた処理方法 Withdrawn JPH1167750A (ja)

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