JPH1187254A

JPH1187254A - 真空熱処理装置

Info

Publication number: JPH1187254A
Application number: JP26265997A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Takahashi; 誠一高橋; Shin Asari; 伸浅利; Masahiro Mitsuki; 匡弘見付; Ritsuko Fujiwara; 律子藤原; Yoshio Sunaga; 芳雄砂賀
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 1997-09-10
Filing date: 1997-09-10
Publication date: 1999-03-30

Abstract

(57)【要約】【課題】処理対象物が置かれた真空雰囲気に、不純物
となる大気成分が侵入しない真空熱処理装置を提供す
る。【解決手段】この真空熱処理装置１では、第１の石英チ
ューブ１１と、第１の石英チューブ１１の内部と外部に
それぞれ配置された第２の石英チューブ１２と発熱体１
５とを有し、第１、第２の石英チューブ１１、１２間の
空間と、第２の石英チューブ１２内の空間とを独立に真
空排気できるように構成されている。第２の真空熱処理
装置１２内を真空雰囲気にし、発熱体を発熱させる際、
第１、第２の石英チューブ１１、１２間の空間を真空排
気する。第２の石英チューブ１２を透過する大気成分が
減少し、高品位の真空雰囲気で処理対象物１７を加熱処
理できるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は真空雰囲気内で処理
対象物の処理を行う真空技術にかかり、特に、処理対象
物を高温に加熱して処理する真空熱処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体ウェハを高温で加熱処
理する装置には、石英チューブが容器として用いられて
おり、１００枚程度の半導体ウェハを石英チューブ内に
収容し、真空雰囲気内で一括して加熱処理を行うバッチ
方式が主流となっている。

【０００３】図４の符号１０１は、そのような真空熱処
理装置の一例であり、半導体ウェハ上にエピタキシャル
層を成長させるエピタキシャル装置である。このエピタ
キシャル装置１０１は、石英チューブ１１２と、発熱体
１１５と、真空ポンプ１１４とを有しており、発熱体１
１５は、石英チューブ１１２の周囲に配置され、真空ポ
ンプ１１４は石英チューブ１１２に接続されている。

【０００４】エピタキシャル装置１０１を運転する際に
は、予め真空ポンプ１１４を動作させ、石英チューブ１
１２内を高真空雰囲気にしておき、ボート１１６に、処
理対象物である半導体ウェハ１１７を満載し、高真空雰
囲気を維持したまま、石英チューブ１１２内に搬入す
る。

【０００５】搬入後、発熱体１１５への通電量を制御
し、半導体ウェハ１１７を８００℃に昇温させ、石英チ
ューブ１１２内に水素ガスを導入すると、半導体ウェハ
１１７表面の自然酸化膜が除去される。

【０００６】次いで、発熱体１１５への通電量を制御
し、半導体ウェハ１１７の温度を５００℃乃至１１００
℃の範囲の所定温度にした後、石英チューブ１１２内に
半導体エピタキシャル層の原料となるガスを導入する
と、半導体ウェハ１１７表面に、エピタキシャル層の成
長が開始される。

【０００７】上記のようなエピタキシャル装置１０１は
縦型の石英チューブ１１２内でエピタキシャル成長を行
うことから、原料ガスの流れが均一であり、高品質のエ
ピタキシャルウェハを得ることが可能となっている。

【０００８】しかしながら、半導体ウェハ１１７を加熱
する際、石英チューブ１１２も高温に加熱されてしま
う。半導体ウェハ１１７は、石英チューブ１１２によっ
て大気と遮断され、真空雰囲気に置かれているが、高温
に加熱された石英チューブ１１２は気体に対する透過率
が大きくなり、大気成分が石英チューブ１１２内に侵入
すると、到達圧力を低くできなくなり、エピタキシャル
膜の品質が悪化してしまう。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の不都合を解決するために創作されたものであり、その
目的は、処理対象物が置かれた真空雰囲気に、不純物と
なる大気成分が侵入しない真空熱処理装置を提供するこ
とにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、第１の石英チューブと、第
２の石英チューブと、発熱体とを有し、前記第２の石英
チューブは、前記第１の石英チューブより小径に形成さ
れ、前記第１の石英チューブ内に配置され、前記発熱体
は前記第１の石英チューブの外側に配置され、前記第２
の石英チューブ内の空間と、前記第１、第２の石英チュ
ーブ間の空間とは、独立に真空排気できるように構成さ
れたことを特徴とする。

【００１１】この場合、請求項２記載の発明のように、
前記発熱体が、前記第２の石英チューブ内に搬入された
処理対象物を真空雰囲気内で５００℃以上に加熱する場
合に効果的である。

【００１２】そして、請求項３記載の発明のように、前
記第１、第２の石英チューブ間の空間を大気圧よりも低
く、１．３３×１０^-3Ｐａ以上の圧力に維持、制御でき
るように構成するとよい。

【００１３】以上説明した、請求項１乃至請求項３のい
ずれか１項記載の真空熱処理装置については、請求項４
記載の発明のように、前記第２の石英チューブ内には所
望ガスを導入できるように構成してもよい。

【００１４】本発明の真空熱処理装置は、以上のように
構成され、第１、第２の石英チューブと発熱体とを有し
ており、第２の石英チューブは第１の石英チューブより
小径に形成され、第１の石英チューブ内に配置されてお
り、また、発熱体は第１の石英チューブの外側に配置さ
れている。

【００１５】そのため、第２の石英チューブ内に処理対
象物を搬入し、発熱体を発熱させ、処理対象物を加熱す
る際に、第１、第２の石英チューブも高温に加熱されて
しまう。

【００１６】一般に、固体を加熱した場合には、高温に
なるほど気体の透過率が高くなることが知られている。
石英チューブの窒素ガスに対する透過率Ｋ_N2と、水素ガ
スに対する透過率Ｋ_H2と温度とのグラフを図２に示す。
横軸が温度(℃)、左縦軸が透過率(ｍ²／sec)である。

【００１７】石英チューブの板厚をｄ、透過面積をＡ、
大気中の気体の分圧をΔＰ、透過率をＫとした場合、ガ
スの透過流量Ｑ_L(単位：Ｐａ・ｍ³／sec)は、下記(１)
式、Ｑ_L＝ΔＰ・Ｋ・Ａ／ｄ……(１) で表される。窒素ガスの透過流量Ｑ_LN2と水素ガスの透
過流量Ｑ_LH2とを、右縦軸にとり、図２グラフに示す。
温度が上昇すると、特に、窒素ガスの透過流量Ｑ_LN ₂が
大きくなることが分かる。

【００１８】この真空熱処理装置では、第２の石英チュ
ーブ内の空間と、第１、第２の石英チューブ間の空間と
は、独立に真空排気できるように構成されており、第２
の石英チューブ内を高真空状態にし、第２の石英チュー
ブ内に搬入された処理対象物を真空雰囲気内で６００℃
以上に加熱する場合、第１、第２の石英チューブ間の空
間を真空排気することができる。従って、上記(１)式右
辺のΔＰの値が非常に小さくなり、その結果、リーク量
Ｑ_Lが小さくなる。

【００１９】真空ポンプの実行排気速度をＳ(ｍ³／se
c)、その真空ポンプの到達圧力をＰ₀(Ｐａ)、石英の透
過以外の気体のリーク量をＱ₀とした場合、真空系の到
達圧力Ｐは、下記(２)式、Ｐ＝(Ｑ₀＋Ｑ_L)／Ｓ＋Ｐ₀……(２) で表せる。従って、同程度のリーク量Ｑ₀の真空系であ
れば、石英チューブを透過した気体のリーク量Ｑ_Lが小
さいほど到達圧力は低くなる。

【００２０】従来技術のように、内部が真空雰囲気で、
外部が大気雰囲気である石英チューブの場合と、本発明
のように、内部と外部が真空雰囲気の石英チューブの場
合について、温度と到達圧力の関係を図３のグラフに示
す。横軸が温度(℃)、縦軸が到達圧力である。

【００２１】図３の符号Ａのグラフは本発明の場合であ
り、上記(２)式で、温度依存性がある透過リーク量Ｑ_L
の値が無視できるため、到達圧力は、温度によらず一定
値となっている。同図符号Ｂのグラフは従来技術の場合
であり、透過リーク量Ｑ_Lの影響が大きく、温度上昇に
よって到達圧力が高くなってしまっている。

【００２２】なお、第１、第２の石英チューブ間の空間
は、少なくとも大気圧より低い圧力にすることが必要で
あり、大気圧よりも低く、１．３３×１０^-3Ｐａ以上の
圧力が望ましい。また、本発明の真空熱処理装置をＣＶ
Ｄ装置として用いる場合には、第２の石英チューブ内
に、形成したい薄膜の材料ガスを導入できるようにして
おく必要がある。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１を参照し、符号１は本発明の
一実施形態の真空熱処理装置であり、第１ロードロック
室３１、第２ロードロック室３２、第１の石英チューブ
１１、第２の石英チューブ１２を有している。

【００２４】第１、第２の石英チューブ１１、１２は、
一端が封止され、他端が開放されており、第２の石英チ
ューブ１２は、第１の石英チューブ１１よりも小径に形
成され、封止部分側から第１の石英チューブ１１内に挿
入されている。

【００２５】第１、第２の石英チューブ１１、１２は、
封止部分側を上方に向け、略垂直な状態で、開放部分側
が第２ロードロック室３２に取り付けられており、第２
の石英チューブ１２内の空間は、第２ロードロック室３
２内の空間と連通されている。第１、第２の石英チュー
ブ１１、１２同士は非接触にされ、その間に空間が形成
されており、その空間には、真空ポンプ１３が接続され
ている。

【００２６】第２の石英チューブ１２には、上記真空ポ
ンプ１３とは別の真空ポンプ１４が接続されており、第
２の石英チューブ１２内の空間と、第１、第２の石英チ
ューブ１１、１２間の空間とは、互いに遮断されてい
る。従って、各真空ポンプ１３、１４を動作させると、
第１、第２の石英チューブ１１、１２内の空間と、第２
の石英チューブ１２内の空間とを個別に真空排気し、異
なる圧力にすることができる。

【００２７】第２ロードロック室３２内には、石英ボー
ド１６を略垂直状態にして脱着できるボートローダ２８
が配置されており、石英ボード１６をボートローダ２８
に装着し、図示しない昇降機構によってボートローダ２
８を上下移動させると、石英ボード１６を、第２のロー
ドロック室３２内と、第２の石英チューブ１２内との間
で搬出入できるように構成されている。

【００２８】このような構成の真空熱処理装置１の使用
方法を説明する。先ず、初期状態として、第１、第２の
石英チューブ１１、１２間と第２の石英チューブ１２内
を真空排気しながら発熱体１５に通電し、第２の石英チ
ューブ１２表面等の真空系のベーキングを行っておく。
また、第１、第２のロードロック室３１、３２間のゲー
トバルブ３５は閉じ、石英ボード１６を、垂直状態にし
て第１ロードロック室３１内に収納しておく。その状態
で、第１ロードロック室３１内には、乾燥窒素を大気圧
まで導入しておく。

【００２９】脱ガス終了後、第１ロードロック室３１と
大気側(又は前段の装置側)との間のゲートバルブ３４を
開け、処理対象物である半導体ウェハを第１ロードロッ
ク室３１内に搬入し、石英ボード１６に装着する。

【００３０】所定枚数の半導体ウェハを、間隔を開けて
石英ボード１６に積載した後、大気側のゲートバルブ３
４を閉じ、第１ロードロック室３１内を真空排気する。
１×１０^-4Ｐａ程度の圧力に到達した後、ボートローダ
２８を降下させた状態で、第１、第２ロードロック室３
１、３２間のゲートバルブ３５を開け、図示しない移載
機によって、石英ボート１６をボートローダ２８上に移
載する。

【００３１】第１、第２ロードロック室３１、３２間の
ゲートバルブ３５を閉じ、第２ロードロック室３２内を
真空排気し、１×１０^-6Ｐａの圧力まで到達した後、ボ
ートローダ２８を上昇させ、石英ボート１６に積載され
た半導体ウェハ１７を、第２の石英チューブ１２内に搬
入する。この状態では、各半導体ウェハ１７は、その周
囲を、第２の石英チューブ１２と、第１の石英チューブ
１１とを介して、発熱体１５によって取り囲まれる。

【００３２】このとき、予め真空ポンプ１３を動作させ
ておき、第１、第２の石英チューブ１１、１２間の空間
は５Ｐａ程度の圧力にしておく。

【００３３】半導体ウェハ１７の搬入完了後、第２の石
英チューブ３２内が１×１０^-7Ｐａ程度の圧力まで真空
排気されると共に、半導体ウェハ１７が８００℃まで加
熱されたところで、第２の石英チューブ３２内に、２６
６０Ｐａ程度の圧力まで水素ガスを導入し、半導体ウェ
ハ１７表面に形成されている自然酸化膜を除去する。

【００３４】次に、発熱体１７への通電量を制御し、半
導体ウェハ１７を５００℃〜１１００℃の範囲の所定温
度にし、第２の石英チューブ１２内に、０．１Ｐａ程度
の圧力まで原料ガスを導入し、エピタキシャル層の成長
を開始させる。原料ガスは、半導体ウェハ１７がシリコ
ンウェハの場合は、ＳｉＨ₄系のガスであり、Ｓｉ単結
晶のエピタキシャル層が成長する。

【００３５】エピタキシャル層が所定膜厚に成長したと
ころで原料ガスの導入を停止し、ボートローダ２８を降
下させ、石英ボード１６を第２のロードロック室３２内
に収容する。

【００３６】次いで、第１、第２ロードロック室３１、
３２間のゲートバルブ３５を開け、石英ボード１６を第
１ロードロック室３１内に移送した後、第１、第２ロー
ドロック室３１、３２間のゲートバルブ３５を閉じ、第
１ロードロック室３１内に乾燥窒素を大気圧まで導入す
る。最後に、大気側のゲートバルブ３４を開け、エピタ
キシャル層の形成が終了した半導体ウェハを回収し、エ
ピタキシャル形成作業を終了する。

【００３７】なお、第２の石英チューブ１１内にガスを
導入する場合、真空ポンプ１３に設けたバタフライバル
ブを動作させ、第１、第２の石英チューブ１１、１２間
の圧力を調節し、第２の石英チューブ１１が圧力差で破
損しないようにしておくとよい。

【００３８】以上説明したように、本発明の真空熱処理
装置１によれば、加熱された石英チューブ内に大気が侵
入しないので、高い真空度まで短時間で到達できる。ま
た、処理対象物である半導体ウェハを真空雰囲気中で加
熱処理する際にも、真空雰囲気中に大気中のガス成分が
侵入せず、安定したプロセス条件で、高精度の熱処理を
行うことができる。

【００３９】なお、上記真空熱処理装置１は、Ｓｉエピ
タキシャル層を形成するエピタキシャル装置であった
が、本発明の真空熱処理装置は、ＳｉＧｅエピタキシャ
ル成長、選択エピタキシャル成長、ポリシリコン成長、
ＳＯＩウェハ形成等のＣＶＤ反応の他、真空雰囲気中で
処理対象物を加熱処理する真空熱処理装置に広く用いる
ことができる。

【００４０】

【発明の効果】高温に加熱された石英チューブ内の真空
雰囲気中に大気中のガス成分が侵入しないので、短時間
で到達圧力が低くできるので、熱処理の際の放出ガス量
を少なくすることができる。また、処理対象物を真空雰
囲気中で加熱処理する際に、大気中のガスが侵入しない
ので、高品位の真空熱処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の真空熱処理装置の一例

【図２】石英チューブの透過率と透過流量を説明するた
めのグラフ

【図３】本発明の真空熱処理装置と従来技術の真空熱処
理装置の到達圧力を比較したグラフ

【図４】従来技術の真空熱処理装置

【符号の説明】

１……真空熱処理装置１１……第１の石英チューブ
１２……第２の石英チューブ１５……発熱体
１７……処理対象物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤原律子青森県八戸市北インター工業団地東北真空技術株式会社内 (72)発明者砂賀芳雄神奈川県茅ヶ崎市萩園2500番地日本真空技術株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の石英チューブと、第２の石英チュー
ブと、発熱体とを有し、前記第２の石英チューブは、前記第１の石英チューブよ
り小径に形成され、前記第１の石英チューブ内に配置さ
れ、前記発熱体は前記第１の石英チューブの外側に配置
され、前記第２の石英チューブ内の空間と、前記第１、第２の
石英チューブ間の空間とは、独立に真空排気できるよう
に構成されたことを特徴とする真空熱処理装置。
【請求項２】前記発熱体は、前記第２の石英チューブ内
に搬入された処理対象物を真空雰囲気内で５００℃以上
に加熱できるように構成されたことを特徴とする請求項
１記載の真空熱処理装置。
【請求項３】前記第１、第２の石英チューブ間の空間を
大気圧よりも低く、１．３３×１０^-3Ｐａ以上の圧力に
維持、制御できるように構成されたことを特徴とする請
求項１又は請求項２のいずれか１項記載の真空熱処理装
置。
【請求項４】前記第２の石英チューブ内には所望ガスを
導入できるように構成されたことを特徴とする請求項１
乃至請求項３のいずれか１項記載の真空熱処理装置。