WO2003012849A1 - Appareil de traitement thermique - Google Patents

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WO2003012849A1
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valve
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Yukimasa Saito
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Tokyo Electron Limited
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    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
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    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67109—Apparatus for thermal treatment mainly by convection
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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4412—Details relating to the exhausts, e.g. pumps, filters, scrubbers, particle traps
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/52—Controlling or regulating the coating process

Definitions

  • the present invention relates to a heat treatment apparatus, and particularly to a pressure control technique in a processing furnace.
  • one of the heat treatments is an oxidation treatment step of forming an oxide film on the surface of a semiconductor wafer.
  • oxidation treatment there is a method in which a semiconductor wafer is brought into contact with water vapor at a predetermined processing temperature in a processing furnace to oxidize (ie, oxidize).
  • An apparatus for performing a wet oxidation treatment is disclosed in Japanese Patent Laid-Open Publication No. Sho 63-210501. This apparatus has a combustion device that generates steam by reacting hydrogen gas and oxygen gas outside the processing furnace, and the steam generated by the combustion device is supplied into the processing furnace to perform heat treatment.
  • Some of such heat treatment apparatuses include an exhaust system connected to a factory exhaust system under slightly reduced pressure.
  • an exhaust pressure control valve of a butterfly valve type or a type in which a valve opening is adjusted by a stepping motor and a spring is provided in the exhaust system.
  • the exhaust pressure in the exhaust system is adjusted by adjusting the opening of the control valve based on the pressure detected by a differential pressure gauge provided in the exhaust system.
  • the present invention has been made in consideration of the above situation, and has as its object to provide a heat treatment apparatus having a simple structure and capable of obtaining long-term film thickness reproducibility.
  • the present invention provides a processing furnace for accommodating an object to be processed, a processing gas supply system for supplying a processing gas into the processing furnace, a heater for heating the processing furnace, and a processing furnace.
  • An exhaust system having an exhaust passage for exhausting the inside, an exhaust pressure adjusting device for adjusting the exhaust pressure in the exhaust passage, and a differential pressure gauge for detecting the exhaust pressure in the exhaust passage as a pressure difference from the atmospheric pressure.
  • a barometer that detects the atmospheric pressure as an absolute pressure; and an exhaust pressure as an absolute pressure obtained from the exhaust pressure detected by the differential pressure gauge and the atmospheric pressure detected by the barometer.
  • a heat treatment apparatus comprising: a control unit that controls an air pressure adjusting device;
  • a variable pressure valve is preferably used as the exhaust pressure adjusting device.
  • the exhaust passage When the exhaust passage is connected to the factory exhaust system under slightly reduced pressure, the exhaust passage is preferably provided with an outlet.
  • the exhaust pressure adjusting device may be composed of an ejector and a regulator for adjusting the flow rate of the working air supplied to the ejector.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first embodiment of a heat treatment apparatus according to the present invention
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing a structure of a variable pressure valve
  • Fig. 3 shows the configuration of Ezek Yue
  • FIG. 4 is a view showing a configuration of a heat treatment apparatus according to a second embodiment of the present invention. Description of the preferred embodiment
  • reference numeral 1 denotes a heat treatment apparatus configured to be suitable for thermal oxidation treatment.
  • the heat treatment apparatus 1 includes a vertical, batch-type processing furnace 2. After the semiconductor wafer W is accommodated in the processing furnace 2, a processing gas is introduced into the processing furnace 2, and a thermal oxidation process is performed at a high temperature of about 850 ° C.
  • the processing gas used in the thermal oxidation treatment is a water-containing gas (for example, steam or a mixed gas of steam and hydrogen chloride gas) and a gas that reacts in the processing furnace 2 to generate moisture (for example, chloride gas).
  • a mixed gas of hydrogen gas and oxygen gas can be used.
  • the processing furnace 2 is a vertically long cylindrical heat-resistant quartz processing vessel (reaction tube) 3 having an upper end closed and an open lower end, and a processing vessel 3 provided around the processing vessel 3 at a predetermined temperature.
  • a processing vessel 3 has a heater 4 that can be heated to about 300 to 100 ° C.
  • the processing vessel 3 has a double-pipe structure, but may have a single-pipe structure.
  • the processing container 3 has a lower end opening 5 opened as a furnace.
  • the lower end opening 5 is hermetically closed by a lid 6.
  • a quartz boat 7 is placed via a furnace and heat insulating means, for example, a heat retaining tube 8.
  • the boat 7 holds a large number of semiconductor wafers W, for example, about 150 wafers horizontally at intervals in the vertical direction.
  • the lid 6 can be raised and lowered by a lifting mechanism 9.
  • a mouth area 10 serving as a work area is provided below the processing furnace 2, below the processing furnace 2, a mouth area 10 serving as a work area is provided.
  • the boat 7 is placed on the lid 6 and the boat 7 is removed from the lid 6.
  • a plurality of gas introduction ports 11 are provided at a lower portion of the processing container 3.
  • the gas introduced into the processing vessel 3 from the gas introduction port 1 1 is led to the top of the processing vessel 3 through the gas passage 12 between the outer pipe and the inner pipe of the processing vessel 3, and from there the processing vessel Introduced into the inner tube of 3.
  • Other gas introduction ports include other processing gases such as NO gas, C 0 2 gas, HC 1 gas or a gas supply source for supplying an inert gas, such as N 2 or the like is that it connected (not shown).
  • the steam generator 13 generates hydrogen by reacting hydrogen and oxygen by using a catalytic reaction. The reaction temperature is lower than that of a conventional external combustion device, and high purity with no particles or contamination Water vapor is obtained.
  • An exhaust port 14 for exhausting the inside of the processing container 3 is provided below the processing container 3.
  • An exhaust system 15 is connected to the exhaust port 14.
  • the exhaust system 15 is composed of a plurality of exhaust passage components. Exhaust passage components include a downcomer 17, a Teflon® duct 18, a water-cooled condensing pipe 19 rising upward from the duct 18, and an exhaust 16. These are sequentially connected to the exhaust port 14.
  • a drain pipe 20 is connected to the bottom of the duct 18, and the drain pipe 20 is provided with a drain tank 21 and a pneumatically controlled valve 22 in this order. The water in the exhaust gas condensed in the condensing pipe 19 descends to the duct 18 and is discharged through the drain pipe 20 at an appropriate time.
  • a differential pressure gauge 23 for detecting the exhaust pressure in the exhaust system 15 as a differential pressure from the atmospheric pressure is attached to the duct 18.
  • the differential pressure gauge 23 has, for example, a detection range of ⁇ 13.3 kPa ( ⁇ 100 Torr) and outputs a voltage in the range of 0 to 10 V corresponding to the detection value. Is used.
  • the differential pressure gauge 23 has a diaphragm 24 to which a strain sensor (not shown) that detects and outputs the amount of strain as an electric quantity (voltage) is provided, and one side of the diaphragm 24 has an exhaust system 15. Exhaust pressure is applied inside, and atmospheric pressure is applied to the other surface.
  • the zero point of the differential pressure gauge 23 can be adjusted by opening the lid 6 and opening the inside of the processing container 3 to the atmosphere.
  • both sides of the diaphragm 24 become atmospheric pressure.
  • differential pressure gauge 2 3 If c can easily determine only the difference or pressure gauge 2 3 Normal view c thus differential pressure gauge output for outputting a 5 V if it is adjusted properly, a differential pressure gauge If the output deviates from 5 V, the output is adjusted by using the output adjustment knob (not shown) provided on the differential pressure gauge 23 so that the output of the differential pressure gauge 23 becomes 5 V.
  • Zero point adjustment (calibration) of manometer 23 is possible.
  • the zero point is displayed on the differential pressure gauge 23. With the adjustment function, highly reliable pressure measurement can be performed for a long time.
  • the exhaust pipe 16 is preferably made of a material having corrosion resistance, for example, Teflon (registered trademark).
  • Teflon registered trademark
  • the downstream end of the exhaust pipe 16 is connected to an exhaust duct of a factory exhaust system.
  • the exhaust pressure of the factory exhaust system is slightly reduced, for example, with a differential pressure from the atmospheric pressure of about ⁇ 133 Pa (— 10 T rr).
  • the exhaust pipe 16 is provided with a variable pressure valve 25.
  • variable pressure valve 25 has a valve body 251, and the valve body 251 has an introduction port 252 through which exhaust gas from the processing vessel 3 is introduced, and a valve body 2
  • a valve chamber 25 3 in which 55 is stored and an exhaust port 25 4 connected to a factory exhaust system are formed.
  • a bellows 256 is provided to protect components of the variable pressure valve 25 located above the valve body 255 from corrosive gas.
  • the lower end of the bellows 256 is airtightly connected to the upper surface of the valve body 255, and the upper end of the bellows 256 is airtightly connected to the top wall of the valve chamber 25 3.
  • the valve element 255 is connected to a piston 259 disposed in a cylinder 258 via a rod 257.
  • Cylinder 258 has an air supply port 261a and an exhaust port 261b that supply and exhaust air to and from space 260 in the cylinder chamber below piston 259. ing.
  • the electro-pneumatic proportional valve 26 2 controls the pressure in the space 260 through the air supply port 26 1 a and the exhaust port 26 1 b.
  • the piston 259 is constantly urged downward by the panel 263 and moves up and down according to the pressure in the space 260.
  • valve element 255 When the variable pressure valve 25 is fully closed, the valve element 255 is seated on the valve seat 25a. At this time, a 0-ring 255a is attached to the valve 255 to completely seal (shut off the valve) between the valve 255 and the valve seat 25a.
  • the surface shape of the valve seat 25 1 a is substantially the same as the outer surface shape of the valve body 255 having a substantially truncated cone shape.
  • the electropneumatic proportional valve 26 2 controls the pressure in the space 260 by Adjust the position of the valve element 2 5 5 (adjust the opening). Due to the throttle effect generated according to the distance between the valve element 255 and the valve seat 25 1 a, the exhaust system 15 upstream of the variable pressure valve 25 The exhaust pressure and thus the pressure in the processing vessel 3 can be adjusted.
  • the variable pressure valve 25 having the configuration shown in FIG. 2 can adjust the valve opening very precisely and has excellent responsiveness.
  • valve body 255 and the valve seat 25a due to the shape of the valve body 255 and the valve seat 25a, water droplets adhere to the vicinity of the portion where the valve body 255 and the valve seat 25a contact even if dew condensation occurs. Hateful. Therefore, there is no need to introduce air or inert gas to prevent dew condensation (although it may be done). For this reason, the entire structure of the exhaust system 15 is simplified, and costs can be reduced.
  • the differential pressure gauge 23 and the variable pressure valve 25 are formed of a nonmetallic corrosion-resistant material, for example, a corrosion-resistant resin, preferably a fluororesin, in order to withstand a severe corrosive environment.
  • a corrosion-resistant resin preferably a fluororesin
  • an exhaust pipe 26 is provided downstream of the variable pressure valve 25 of the exhaust pipe 16.
  • the executor 26 has a plurality (two) of executor members 26a: 26b arranged in series.
  • the exhaust pipe 16 branches into two pipes upstream of the executor members 26a and 26b, and these two pipes are connected to the two executor members 26a and 26b, respectively.
  • Air or an inert gas such as N 2 gas is introduced into the first stage ejector member 26 a through the electropneumatic regulator 27 as a working gas.
  • Exhaust gas is sucked from the exhaust pipe 16 to 6a.
  • the gas discharged from the first-stage ejector member 26a is introduced into the second-stage ejector member 26b, whereby the exhaust pipe 16 is connected to the second-stage ejector member 26b.
  • the gas discharged from the second stage member 26 b of which the exhaust is sucked from c is discharged to the factory exhaust system.
  • the electropneumatic regulator 27 can adjust the flow rate of the working gas based on a control signal from the device controller 28 so that the exhaust pressure in the exhaust pipe 16 becomes a required pressure. For example, by supplying 40 liters of air or nitrogen gas per minute to the ejector 26 as working gas, it is possible to reduce the pressure to 133 hPa (-100 Torr) with respect to the atmospheric pressure. is there. To Ezek evening 2 6 in the electro-pneumatic Regiyure evening 27 By making the supply gas flow rate adjustable, an energy-saving heat treatment apparatus can be provided.
  • the exhaust pipe 16 is connected to a bypass pipe 29 that bypasses the variable pressure valve 25 and the exhaust valve 26, and the bypass pipe 29 is provided with an on-off valve 30.
  • the on-off valve 30 is normally closed, for example, when the pressure variable valve 25 automatically closes during a power failure, the on-off valve 30 is opened to exhaust the inert gas, for example, nitrogen gas introduced into the processing container 3.
  • the heat treatment apparatus 1 is further provided with a barometer 31 for detecting the atmospheric pressure as an absolute pressure.
  • the barometer 31 is installed at the place where the heat treatment apparatus 1 is installed.
  • the control unit (valve control unit) 32 receives detection signals from the differential pressure gauge 23 and the barometer 31.
  • the control unit 32 corrects the detected pressure of the differential pressure gauge 23 based on both signals (obtains the absolute pressure of the exhaust pressure), and based on the corrected detected pressure, the exhaust system 15 (the variable pressure valve 25
  • the pressure variable valve 25 is controlled so that the pressure on the upstream side becomes a predetermined exhaust pressure.
  • the processing pressure of the heat treatment apparatus 1 is set on an operation panel (not shown) of the apparatus controller 28, and the set pressure is input from the apparatus controller 28 to the control unit 32.
  • the processing pressure can be set within a range of 904 to: L 037 hPa (680 to 780 Torr), and the set pressure is input to the control unit 32 as a voltage signal of 0 to 5 V.
  • the barometer 31 preferably has a measurable range of, for example, 800 to 1100 hPa and can output a measured value as a voltage signal in a range of 0 to 5 V.
  • variable pressure valve 25 is controlled only by the detection signal of the differential pressure gauge 23 .
  • the atmospheric pressure A at the installation location of the heat treatment apparatus 1 is 1 OlPa (760 Torr)
  • the processing pressure (set pressure) B is set at 931 hPa (700 Torr).
  • the control unit 32 detects the exhaust pressure C in the exhaust system 15 on the upstream side of the variable pressure valve 25 with the differential pressure gauge 23, and controls the variable pressure valve 25 so that the exhaust pressure C becomes the set pressure B. Control the opening.
  • the differential pressure gauge 23 detects the exhaust pressure C as a differential pressure (C-A) from the atmospheric pressure A.
  • the atmospheric pressure A changes to, for example, 931 hPa (700 Torr) due to a change in weather due to, for example, a low pressure
  • the pressure detected by the differential pressure gauge 23 also changes.
  • the fluctuating detection pressure is Since the exhaust pressure is controlled based on this, the thickness of the oxide film formed on the surface of the semiconductor wafer W changes.
  • the atmospheric pressure 93 lh Pa (700 T 0 rr) at that time is detected by the barometer 31, and control is performed based on the detection signal.
  • the part 32 corrects the detected pressure of the differential pressure gauge 23.
  • the control unit 32 controls the opening of the variable pressure valve 25 so that the exhaust pressure of the exhaust system 15 becomes 931 hPa (700 Torr).
  • a plurality of heat treatment apparatuses 1 heat treatment apparatuses 1-1, apparatus 1-2, apparatus 1-3 ... apparatus 1-n
  • a plurality of heat treatment apparatuses 1 heat treatment apparatuses 1-1, apparatus 1-2, apparatus 1-3 ... apparatus 1-n
  • FIG. 1 shows an embodiment in which the lid 6 and the processing vessel 3 are sealed by an O-ring 6 a provided on the lid 6. In this way, the airtightness of the processing vessel 3 can be improved, and even if processing other than normal pressure processing or slight pressure reduction processing, for example, weak pressure reduction processing or positive pressure processing, is performed, There is no intrusion of air and no gas leakage from the processing vessel 3.
  • a panel member at the lower part of the lid 6 (for example, at the position indicated by reference numeral 6b) in order to enhance the sealing property particularly during the positive pressure treatment.
  • the airtight state can be maintained even if the O-ring 6a is slightly set.
  • the configuration for controlling the exhaust pressure is not limited to that shown in FIG. 1.
  • the exhaust pressure control is performed by using the ejector 26 and the electric power without using the variable pressure valve 25. It may be done only with the sky regire night 27.
  • control The unit 32 controls the electropneumatic regulator 27 based on the absolute exhaust pressure detected using the differential pressure gauge 23 and the barometer 31, thereby adjusting the exhaust pressure.
  • the processing furnace is not limited to a vertical furnace, but may be a horizontal furnace.
  • the processing furnace is not limited to a batch type and may be a single wafer type.
  • the object to be processed may be, for example, an LCD substrate, a glass substrate, or the like, in addition to the semiconductor wafer.
  • the steam supply device is not limited to the catalytic type, and may be, for example, a combustion type, a vaporizer type, a boiling type, or the like.
  • the heat treatment apparatus is not limited to an apparatus that performs an oxidation treatment, and may be configured to be applicable to a diffusion treatment, a CVD treatment, an anneal treatment, and the like.

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Description

明 細 書 熱 処 理 装 置 発明の背景
発明の属する技術分野
本発明は、 熱処理装置に係り、 特に処理炉内の圧力制御技術に関する。
関連技術の説明
半導体デバイスの製造プロセスにおいては、 熱処理の一つとして半導体ウェハ の表面に酸化膜を形成する酸化処理工程がある。 酸化処理の一つの方法として、 処理炉内において半導体ウェハを所定の処理温度で水蒸気と接触させて酸化 （ゥ エツト酸化） させる方法がある。 ウエット酸化処理を行うための装置が、 日本国 特許公報特開昭 6 3 - 2 1 0 5 0 1号に開示されている。 この装置は、 水素ガス と酸素ガスを反応させて水蒸気を発生させる燃焼装置を処理炉の外部に有し、 こ の燃焼装置により発生する水蒸気が処理炉内に供給されて熱処理が行われる。 このような熱処理装置には、 微減圧の工場排気系に接続される排気系を備えた ものがある。 この熱処理装置では、 処理炉内を所定の圧力に排気するために、 排 気系に、 バラフライ弁方式もしくはステツピングモータとスプリングで弁開度を 調整する方式の排気圧コントロール弁が設けられる。 排気系内の排気圧力は、 排 気系に設けられた差圧計により検出された圧力に基づいて、 コントロール弁の開 度を調整することによりなされる。
しかし、 排気圧コントロール弁がバタフライ弁方式である場合、 水蒸気が結露 して弁と管の間に水膜ができ、 弁開度の制御が不安定になり易い。 これを回避す るために弁の前後に大気導入ポートを設ける必要がある。 また、 排気圧コント口 —ル弁がステッピングモータとスプリングで弁開度を調整する方式である場合、 弁動作を円滑にして安定した圧力制御を行うために、 弁に不活性ガスを導入する 必要があり、 構造の複雑化を招いている。
また、 差圧計の検出結果のみに基づいて弁開度の制御を行うと、 天候等の変化 により大気圧の変動が生じると、 処理炉内の圧力も変動する。 このため、 成膜さ れた酸化膜の厚さにもばらつきが生じる。 近年では、 非常に簿ぃ膜を成膜するこ とが求められており、 かつ膜厚ばらつきの許容幅も小さくなつてきている。 この ため、 従来では問題とならなかった膜厚ばらつきが問題となってきている。 更に、 差圧計は微差圧測定用であることもあって、 あえて零点調整が可能に構 成されていない。 このため、 長期的にわたってな使用をした場合に、 測定精度の 維持が困難である。 発明の要約
本発明は、 上記実状を考慮してなされたもので、 簡素な構造であってかつ長期 的な膜厚再現性が得られる熱処理装置を提供することを目的としている。
上記目的を達成するため、 本発明は、 被処理体を収容する処理炉と、 前記処理 炉内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、 前記処理炉を加熱するヒー夕と、 前記処理炉内を排気するための排気通路を有する排気系と、 前記排気通路内の排 気圧力を調節する排気圧調節装置と、 前記排気通路内の排気圧力を大気圧との差 圧として検出する差圧計と、 前記大気圧を絶対圧として検出する気圧計と、 前記 差圧計により検出された排気圧力と前記気圧計により検出された大気圧とから得 られる絶対圧としての排気圧力に基づいて、 前記排気圧調節装置を制御する制御 部と、 を備えた熱処理装置を提供する。
排気圧調節装置としては、 好適には、 圧力可変バルブが用いられる。
排気通路が、 微減圧の工場排気系に接続される場合、 排気通路には好適にはェ ゼク夕が設けられる。
なお、 排気圧調節装置を、 ェゼク夕と、 ェゼクタに供給される作動空気の流量 を調整するレギユレ一夕とから構成することもできる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明による熱処理装置の第 1の実施形態を構成を示す図、 図 2は、 圧力可変バルブの構造を概略的に示す図、
図 3は、 ェゼク夕の構成を示す図、 そして、
図 4は、 本発明による熱処理装置の第 2の実施形態を構成を示す図、 である。 好適な実施形態の説明
以下に、 本発明の実施の形態を添付図面に基いて詳述する。
図 1において、 符号 1は熱酸化処理に適するように構成された熱処理装置を示 す。 熱処理装置 1は、 縦型でバッチ式の処理炉 2を備えている。 処理炉 2内に半 導体ウェハ Wが収容された後、 処理炉 2内に処理ガスが導入され、 8 5 0 °C程度 の高温下で熱酸化処理が行われる。 なお、 熱酸化処理を行う際の処理ガスとして は、 水分含有ガス （例えば水蒸気または水蒸気と塩化水素ガスとの混合ガス） お よび、 処理炉 2内で反応して水分を生じせしめるガス （例えば塩化水素ガスと酸 素ガスとの混合ガス） 等を用いることができる。 処理炉 2は、 上端が閉塞され下 端が開放した縦長円筒状の耐熱性を有する石英製の処理容器 （反応管） 3と、 処 理容器 3周囲に設けられ処理容器 3内を所定の温度例えば 3 0 0〜 1 0 0 0 °C程 度に加熱可能なヒータ 4とを有する。 図 1では、 処理容器 3は、 二重管構造とさ れているが、 単管構造であっても良い。
処理容器 3は、 炉ロとして開放された下端開口部 5を有する。 下端開口部 5は、 蓋体 6で気密に閉塞される。 蓋体 6上には、 石英製のボート 7が炉ロ断熱手段例 えば保温筒 8を介して載置されている。 ボート 7は、 多数枚例えば 1 5 0枚程度 の半導体ウェハ Wを水平に上下方向に間隔をおいて保持する。 蓋体 6は、 昇降機 構 9により昇降させることができる。
処理炉 2の下方には、 作業領域である口一ディングエリア 1 0が設けられてい る。 ローデイングエリア 1 0では、 蓋体 6へのボート 7の載置並びに蓋体 6から のボート 7の取り外しが行われる。
処理容器 3の下部には、 複数のガス導入ポート 1 1 (図 1には 1つのみ示す） が設けられている。 ガス導入ポート 1 1から処理容器 3内に導入されたガスは、 処理容器 3の外管と内管との間のガス通路 1 2を通って処理容器 3の頂部に導か れ、 そこから処理容器 3の内管内に導入される。
ガス導入ポート 1 1の一つには、 処理ガス供給手段として、 H 2ガスと 02ガス とを反応させて H 2 0 (水蒸気） を発生させる水蒸気発生装置 1 3が接続されてい る。 図示しない他のガス導入ポートには、 その他の処理ガス例えば N Oガス、 C 02ガス、 H C 1ガスあるいは不活性ガス例えば N 2等を供給するガス供給源が それそれ接続されている （図示せず） 。 水蒸気発生装置 1 3は、 触媒反応を利用 することにより水素と酸素を反応させて水蒸気を発生させるもので、 従来の外部 燃焼装置と比較して反応温度が低温で、 パーティクルや汚染のない高純度の水蒸 気が得られる。
処理容器 3の下部には、 処理容器 3内を排気するための排気ポート 1 4が設け られている。 排気ポート 1 4には、 排気系 1 5が接続されている。 排気系 1 5は、 複数の排気通路構成部材により構成されている。 排気通路構成部材には、 下降配 管 1 7、 テフロン （登録商標） 製のダクト 1 8、 ダクト 1 8から上方に立上がつ た水冷式の凝縮用配管 1 9および排気管 1 6が含まれ、 これらは排気ポート 1 4 に順次接続されている。 ダクト 1 8の底部にはドレン管 2 0が接続され、 ドレン 管 2 0にはドレンタンク 2 1、 空気圧制御式の弁 2 2が順次設けられている。 凝 縮用配管 1 9内で凝縮した排気中の水分は、 ダクト 1 8に降下して、 適当な時に ドレン管 2 0を介して排出される。
ダクト 1 8には、 排気系 1 5内の排気圧力を大気圧との差圧として検出する差 圧計 2 3が取り付けられている。 差圧計 2 3としては、 例えば、 ± 1 3 . 3 k P a ( ± 1 0 0 T o r r ) の検出範囲を持ち、 その検出値に対応した 0— 1 0 Vの 範囲の電圧を出力するものが用いられる。 差圧計 2 3は、 歪量を電気量 （電圧） として検出して出力する歪センサ （図示せず） を取付けたダイヤフラム 2 4を有 し、 そのダイヤフラム 2 4の一方の面に排気系 1 5内の排気圧力がかかり、 他方 の面に大気圧がかかるようになつている。
差圧計 2 3は、 蓋体 6を開けて処理容器 3内を大気に開放することにより、 零 点調整が可能である。 後述する圧力可変バルブ 2 5および開閉弁 3 0を閉じ、 か つ蓋体 6を開けて処理容器 3内を大気に開放すると、 ダイヤフラム 2 4の両側が 大気圧となる。 このとき、 差圧計 2 3が正常に調整されていれば 5 Vを出力する c このように差圧計出力を見るだけで差圧計 2 3が正常か否かを容易に判断できる c もし、 差圧計出力が 5 Vからずれていたら、 差圧計 2 3に設けられた出力調整つ まみ （図示せず） にて、 差圧計 2 3の出力が 5 Vになるように調整することによ り、 差圧計 2 3の零点調整 （較正） が可能である。 このように差圧計 2 3に零点 調整機能を持たせることにより、 長期にわたり信頼性の高い圧力測定を行うこと ができる。
排気管 1 6は、 耐食性を有する材料、 例えばテフロン （登録商標） により形成 されていることが好ましい。 排気管 1 6の下流側端は、 工場排気系の排気ダクト に接続されている。 工場排気系の排気圧力は、 例えば大気圧との差圧が— 1 3 3 0 P a ( _ 1 0 T o r r ) 程度の微減圧とされている。
排気管 1 6には、 圧力可変バルブ 2 5が設けられている。
図 2に示すように、 圧力可変バルブ 2 5は弁本体 2 5 1を有し、 弁本体 2 5 1 には、 処理容器 3からの排気が導入される導入ポート 2 5 2と、 弁体 2 5 5が収 容される弁室 2 5 3と、 工場排気系に接続された排気ポート 2 5 4とが形成され ている。 ベローズ 2 5 6が、 弁体 2 5 5より上方に位置する圧力可変バルブ 2 5 の構成部材を腐食性ガスから保護するために設けられている。 ベローズ 2 5 6の 下端は弁体 2 5 5の上面に気密に連結され、 ベローズ 2 5 6の上端は弁室 2 5 3 の頂壁に気密に連結されている。
弁体 2 5 5は、 ロッド 2 5 7を介して、 シリンダ 2 5 8内に配置されたピスト ン 2 5 9に連結されている。 シリンダ 2 5 8には、 ピストン 2 5 9より下方のシ リンダ室内の空間 2 6 0への給気および排気を行う給気ポート 2 6 1 aおよび排 気ポ一ト 2 6 1 bが形成されている。 電空比例弁 2 6 2は、 給気ポート 2 6 1 a および排気ポート 2 6 1 bを介して、 空間 2 6 0内の圧力を制御する。 ピストン 2 5 9は、 パネ 2 6 3により常時下方に付勢されており、 空間 2 6 0内の圧力に 応じて昇降する。
圧力可変バルブ 2 5の全閉時には、 弁体 2 5 5は弁座 2 5 1 aに着座する。 こ のとき、 弁体 2 5 5と弁座 2 5 1 aの間を完全にシール （弁のシャットオフ） す るために 0リング 2 5 5 aが弁体 2 5 5に装着されている。 弁座 2 5 1 aの表面 形状は、 略円錐台形状の弁体 2 5 5の外表面形状と概ね同じである。
制御部 3 2からの制御信号が、 圧力可変バルブ 2 5の電空比例弁 2 6 2に入力 されると、 電空比例弁 2 6 2は空間 2 6 0内の圧力を制御することにより、 弁体 2 5 5の位置を調節 （開度を調節） する。 弁体 2 5 5と弁座 2 5 1 aとの間隔に 応じて生じる絞り効果により、 圧力可変バルブ 2 5より上流側の排気系 1 5内の 排気圧力ひいては処理容器 3内の圧力を調節することができる。 図 2に示す構成 の圧力可変バルブ 2 5は、 弁開度の調整を非常に精密に行うことができ、 また応 答性にも優れている。 また、 弁体 2 5 5および弁座 2 5 1 aの形状に起因して、 結露が生じても水滴が弁体 2 5 5と弁座 2 5 1 aとが接触する部分の付近に付着 しにくい。 このため、 結露対策のために大気導入や不活性ガス導入を行う必要は ない （行ってもかまわないが） 。 このため、 排気系 1 5全体の構造が簡素化され、 コス卜の低減が図れる。
差圧計 2 3および圧力可変バルブ 2 5は、 過酷な腐食環境に耐え得るように、 それらの接ガス面が非金属の耐食性材料、 例えば耐食性樹脂、 好ましくはフッ素 樹脂によって形成されている。
工場排気系には、 通常、 複数台の熱処理装置 1が接続されるため、 吸引能力が 低いだけでなく、 圧力変動がある。 この問題を解決するために、 排気管 1 6の圧 力可変バルブ 2 5よりも下流側にはェゼク夕 2 6が設けられている。 ェゼク夕 2 6は、 図 3に示すように、 直列に配置された複数 （2つ） のェゼク夕部材 2 6 a : 2 6 bを有する。 排気管 1 6は、 ェゼク夕部材 2 6 a , 2 6 bの上流側で 2つの 管に分岐し、 これら 2つの管は 2つのェゼク夕部材 2 6 a， 2 6 bにそれそれ接 続されている。 1段目のェゼク夕部材 2 6 aには、 作動気体として空気または不 活性ガス例えば N 2ガスが電空レギユレ一夕 2 7を介して導入され、 これにより、 1段目のェゼク夕部材 2 6 aに排気管 1 6から排気が吸引される。 2段目のェゼ クタ部材 2 6 bには、 1段目のェゼクタ部材 2 6 aから排出されるガスが導入さ れ、 これにより 2段目のェゼク夕部材 2 6 bに排気管 1 6から排気が吸引される c 2段目のェゼク夕部材 2 6 bから排出されるガスは、 工場排気系に排出される。 このような複数段式のェゼクタ 2 6を用いることにより、 少ない作動気体の消費 量で大気圧変動以上の排気能力を得ることができる。
電空レギユレ一夕 2 7は、 装置コントローラ 2 8からの制御信号に基づいて、 排気管 1 6内の排気圧力が必要な圧力となるように、 作動気体の流量を調節する ことができる。 例えば、 ェゼクタ 2 6に作動気体として空気または窒素ガスを毎 分 4 0リットル供給することにより、 大気圧に対して一 1 3 3 h P a ( - 1 0 0 T o r r ) の減圧排気が可能である。 電空レギユレ一夕 2 7でェゼク夕 2 6への 供給ガス流量を調節可能とすることにより、 省エネルギ型の熱処理装置を提供す ることができる。
排気管 16には、 圧力可変バルブ 25およびェゼク夕 26をバイパスするバイ パス管 29が接続され、 このバイパス管 29には開閉弁 30が設けられている。 開閉弁 30は、 通常閉じているが、 例えば停電時に圧力可変バルブ 25が自動閉 弁したときに、 処理容器 3内に導入される不活性ガス例えば窒素ガスを排気すベ く開弁される。
熱処理装置 1には、 更に、 大気圧を絶対圧で検出する気圧計 31が設けられて いる。 気圧計 31は、 熱処理装置 1の設置場所に設置される。 制御部 （バルブ制 御部） 32には、 差圧計 23および気圧計 31の検出信号が入力される。 制御部 32は、 両信号に基づいて、 差圧計 23の検出圧力を補正し （排気圧力の絶対圧 を獲得し） 、 この補正された検出圧力に基づいて、 排気系 15 (圧力可変バルブ 25の上流側） が所定の排気圧力になるように圧力可変バルブ 25を制御する。 装置コントローラ 28の図示しない操作パネルにて、 熱処理装置 1の処理圧力 が設定され、 その設定圧力が装置コンローラ 28から制御部 32に入力される。 この装置コントローラ 28によれば、 例えば 904〜： L 037hPa (680〜 780 T o r r) の範囲内で処理圧力を設定でき、 この設定圧力は 0— 5 Vの電 圧信号として制御部 32に入力される。 気圧計 3 1としては、 例えば 800〜 1 100 hP aの測定可能範囲を持ち、 測定値を 0— 5 Vの範囲の電圧信号とし て出力可能なものを用いることが好ましい。
ここで、 差圧計 23の検出信号のみにより圧力可変バルブ 25を制御した場合 を考える。 熱処理装置 1の設置場所における大気圧 Aが 1 O l OhPa (760 T o r r) であり、 処理圧力 （設定圧力） Bが 931 hPa (700 T o r r) に設定してあるとする。 このとき、 制御部 32は、 圧力可変バルブ 25の上流側 の排気系 15内の排気圧力 Cを差圧計 23により検出して、 排気圧力 Cが設定圧 力 Bになるように圧力可変バルブ 25の開度を制御する。 差圧計 23は排気圧力 Cを大気圧 Aとの差圧 （C— A) で検出している。 熱処理中に、 天候の変動で例 えば低気圧の接近により大気圧 Aが例えば 931 hP a (700 To rr) に変 動すると、 差圧計 23の検出圧力も変動する。 すると、 その変動した検出圧力を 基に排気圧力が制御されるので、 半導体ウェハ Wの表面に形成される酸化膜の膜 厚が変化してしまう。
これを防止するために、 本発明による熱処理装置 1では、 その時の大気圧 9 3 l h P a ( 7 0 0 T 0 r r ) を気圧計 3 1により検出して、 その検出信号に基づ いて制御部 3 2が差圧計 2 3の検出圧力を補正する。 そして、 制御部 3 2は、 排 気系 1 5の排気圧力が 9 3 1 h P a ( 7 0 0 T o r r ) になるように圧力可変バ ルブ 2 5の開度を制御する。 このように排気圧力の絶対圧に基づいて制御を行う ことにより、 天候の変動すなわち気圧の変動に関わらず、 排気系 1 5の排気圧力 すなわち処理容器 3内の圧力を常に一定に保つことができ、 所望の酸化膜膜厚を 確実に得ることができる。
ところで、 通常、 半導体装置の製造工場では、 図 1に概略的に示すように、 複 数の熱処理装置 1 (熱処理装置 1— 1、 装置 1— 2、 装置 1— 3…装置 1— n) が設置されている。 これら複数の熱処理装置 1に対して共通の一つの気圧計 3 1 を用い、 この気圧計 3 1の検出信号を各熱処理装置の制御部 3 2に入力すること が好適である。 このようにすれば、 装置間の膜厚のばらつきを抑制または防止す ることができる。
この熱処理装置 1においては、 ガス導入系および排気系の配管接続部や処理炉 の蓋体密閉部は、 シ一ル材好ましくは 0リングにより、 気密に接続されることが 好適である。 図 1には、 蓋体 6に設けた 0リング 6 aにより蓋体 6と処理容器 3 との間をシールした実施例が示されている。 このようにすれば、 処理容器 3の気 密性を高めることができ、 常圧処理または微減圧処理以外の処理、 例えば弱減圧 処理や陽圧処理を行った場合でも、 処理容器 3内への大気の侵入および処理容器 3からのガス漏れが発生することがない。 なお、 特に陽圧処理の際のシール性を 高めるため、 蓋体 6の下部 （例えば符号 6 bで示した位置） に、 パネ部材を設け ることが好ましい。 これにより、 0リング 6 aに多少のへたりが生じても気密状 態を維持できる。
なお、 排気圧力制御のための構成は図 1に示すものに限定されるものではない 図 4に示すように、 圧力可変バルブ 2 5を用いることなく、 排気圧力制御をェゼ クタ 2 6および電空レギユレ一夕 2 7のみにより行ってもよい。 この場合、 制御 部 3 2は、 差圧計 2 3および気圧計 3 1を用いて検出した絶対排気圧力に基づい て、 電空レギユレ一夕 2 7を制御し、 これにより排気圧力が調整される。
以上、 本発明の実施の形態を図面により詳述してきたが、 本発明は前記実施の 形態に限定されるものではなく、 本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の設計 変更等が可能である。 処理炉は、 縦型炉に限らず横型炉であってもよく、 また、 バッチ式に限らず枚葉式のものであってもよい。 被処理体としては、 半導体ゥェ ハ以外に、 例えば L C D基板やガラス基板等であってもよい。 水蒸気供給装置は、 触媒式に限定されず、 例えば燃焼式、 気化器式、 沸騰式等であってもよい。 また、 熱処理装置は、 酸化処理を行うものに限定されず、 拡散処理、 C V D処理、 ァニ ール処理等にも適用可能に構成されていても良い。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 熱処理装置において、
被処理体を収容する処理炉と、
前記処理炉内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、
前記処理炉を加熱するヒー夕と、
前記処理炉内を排気するための排気通路を有する排気系と、
前記排気通路内の排^圧力を調節する排気圧調節装置と、
前記排気通路内の排気圧力を大気圧との差圧として検出する差圧計と、 前記大気圧を絶対圧として検出する気圧計と、
前記差圧計により検出された排気圧力と前記気圧計により検出された大気圧と から得られる絶対圧としての排気圧力に基づいて、 前記排気圧調節装置を制御す る制御部と、
を備えた熱処理装置。
2 . 前記排気圧調整装置は、 排気圧力を調節可能な圧力可変バルブを含んで いることを特徴とする、 請求項 1に記載の熱処理装置。
3 . 前記圧力可変バルブは、 前記排気通路内の排気の流れを遮断可能に構成 されていることを特徴とする、 請求項 2に記載の熱処理装置。
4 . 排気圧力を減圧するェゼク夕を更に備えたことを特徴とする、 請求項 2 に記載の熱処理装置。
5 . 前記排気圧調整装置は、 ェゼクタと、 前記ェゼク夕に供給される作動気 体の流量を調整するレギユレ一夕とを含んでいることを特徴とする、 請求項 1に 記載の熱処理装置。
6 . 前記排気通路は、 微減圧の工場排気系に接続されており、 前記排気通路 にはェゼクタが設けられていることを特徴とする、 請求項 1に記載の熱処理装置
7 . 前記排圧調整装置は、 圧力可変バルブを含んでいることを特徴とする、 請求項 6に記載の熱処理装置。
8 . 前記差圧計は、 前記処理炉を大気開放することにより零点調整可能に構 成されていることを特徴とする、 請求項 1に記載の熱処理装置。
9 . 請求項 1に記載の熱処理装置を複数備え、 これら複数の熱処理装置で 1 つの気圧計が共用されることを特徴とする、 熱処理装置セット。
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