(57)【要約】【課題】半導体製造装置の外部燃焼装置では、供給される水素ガス及び酸素ガスの混合比率によって燃焼状態が変わり、前記混合比率によっては酸素供給ノズルの先端を焼いてしまい、寿命が短くなり、半導体製造装置のメンテナンス性や稼動時間が低下するという課題があった。【解決手段】水素ガスと酸素ガスとを燃焼させる燃焼管と、燃焼管内に水素ガスを供給する水素供給管と、燃焼管内に酸素ガスを供給する酸素供給管であって、少なくとも２種類設けられている酸素供給管と、少なくともいずれかの前記酸素供給管から酸素ガスを供給するよう選択することが可能なように前記酸素供給管へのの分岐点に切替バルブを設けた外部燃焼装置により、反応室へ水蒸気を導入する半導体製造装置とすることにより、半導体製造装置のメンテナンス性や稼動時間が低下するという課題を解決した。【選択図】　　　　図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素ガスと酸素ガスとを燃焼させる燃焼管と、燃焼管内に水素ガスを供給する水素供給管と、燃焼管内に酸素ガスを供給する酸素供給管であって、少なくとも２種類設けられている酸素供給管と、少なくともいずれかの前記酸素供給管から酸素ガスを供給するよう選択することが可能なように前記酸素供給管への分岐点に切替バルブを設けた外部燃焼装置により水蒸気を生成し、反応室へ水蒸気を導入することを特徴とする半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は半導体製造装置、特に拡散装置に用いられる外部燃焼装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
拡散装置ではシリコンウェーハの表面に高純度の酸化膜を生成する工程がある。シリコンウェーハの表面に高純度の酸化膜を生成するにはウェーハを水蒸気雰囲気中で高温、長時間保持する必要があり、高純度の水蒸気を供給する装置として外部燃焼装置が用いられている。
【０００３】
外部燃焼装置は高純度の酸素と水素とを燃焼させて水蒸気を生成し、この水蒸気をウェーハが装填されている反応室に供給するものである。
【０００４】
従来の外部燃焼装置としては、特開平８−７８４０４に、水素ガス及び酸素ガスをノズルから導入し、加熱された吸熱板により燃焼させる構造が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の半導体製造装置の外部燃焼装置では、供給される水素ガス及び酸素ガスの混合比率によって燃焼状態が変わり、前記混合比率によっては酸素供給ノズルの先端を焼いてしまい、寿命が短くなり、半導体製造装置のメンテナンス性や稼動時間が低下するという課題があった。
【０００６】
本発明は斯かる実情に鑑み、水素ガス及び酸素ガスの混合比率に応じて適切な燃焼状態を維持できる外部燃焼装置により水蒸気を生成し、反応室へ水蒸気を導入する半導体製造装置を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、水素ガスと酸素ガスとを燃焼させる燃焼管と、燃焼管内に水素ガスを供給する水素供給管と、燃焼管内に酸素ガスを供給する酸素供給管であって、２種類設けられている酸素供給管と、少なくともいずれかの前記酸素供給管から酸素ガスを供給するよう選択することが可能なように前記酸素供給管への分岐点に切替バルブを設けた外部燃焼装置により水蒸気を生成し、反応室へ水蒸気を導入することを特徴とするものである。
これにより、幅広い範囲の水素ガスと酸素ガスの混合比率に対応することが可能となり、様々な種類の基板処理を１台の半導体製造装置で実施することが可能となり、半導体製造装置のメンテナンス性を向上させ、稼動効率を向上させるなど、優れた効果がある。
【０００８】
【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について説明する。
【０００９】
先ず、図１〜図２に於いて本発明が実施される縦型半導体製造装置を説明する。
【００１０】
図１に於いて、半導体製造装置の概略を説明する。
【００１１】
縦型反応炉１１は半導体製造機の上部位置に設けられ、反応管１２は該反応炉１１の内部に収納されている。該反応炉１１の下方にはボートエレベータ１３が設けられており、該ボートエレベータ１３はウェーハ１４が装填されたボート１５を反応管１２内部に挿入、引出しする。該ボート１５にはウェーハ１４が水平姿勢で多段に装填される。
【００１２】
ウェーハ１４はウェーハカセット１６に装填された状態で半導体製造機と外部との間の搬送が行われ、ウェーハカセット１６はウェーハカセット授受部１７が中継され、その後内部のカセットストッカ１８に収納され、ウェーハ移載機１９によりカセットストッカ１８に収納されたウェーハカセット１６のウェーハ１４を下降状態にある前記ボート１５に移載する。
【００１３】
前記した様に、ボートエレベータ１３はボート１５を反応管１２内に挿入し、ウェーハ１４の成膜が完成するとボートを反応管１２より取出す。
【００１４】
処理後のウェーハは、上記手順の逆を行うことで、前記ボート１５からカセットストッカ１８のウェーハカセット１６へ移載が行われ、更に半導体製造機外部に搬出される。
【００１５】
図２は前記縦型反応炉１１の断面を示している。
【００１６】
該反応炉１１筒状のヒータ２１、該ヒータ２１内部に均熱管２２、均熱管２２内部に反応管１２が同心多重に設けられており、該反応管１２には前記ボート１５が装入される。前記ボート１５はボートキャップ２３を介してエレベータキャップ２４に載置され、該エレベータキャップ２４は前記ボートエレベータ１３に設けられ昇降可能である。
【００１７】
前記反応管１２の上端にはガス導入管２５が連通され、前記反応管１２には排気口２６が設けられている。前記ガス導入管２５の下端はガス供給管２７と接続され、前記排気口２６は排気管２８と接続されている。
【００１８】
ボート１５を反応管１２より引出した状態で、所要枚数のウェーハ１４を前記ボート１５に装填し、前記ボートエレベータ１３によりボート１５を上昇させ反応管１２内に装入する。前記ヒータ２１で反応管１２内を所定の温度に加熱し、前記ガス供給管２７、ガス導入管２５より反応ガスを反応管１２内に導入し、前記ウェーハ１４表面に薄膜を生成し、前記反応ガスは前記排気口２６、排気管２８を経て排気される。
【００１９】
図３に示す様に、前記ガス供給管２７に外部燃焼装置３０が接続され、該外部燃焼装置３０で生成された水蒸気が、ガス供給管２７、ガス導入管２５を介して前記反応管１２に供給される。
【００２０】
図４〜図７を於いて本発明に係る外部燃焼装置３０を説明する。
【００２１】
筐体３１内に燃焼ユニット３２が垂直姿勢で設けられている。以下、該燃焼ユニット３２を説明する。
【００２２】
水冷ジャケット３３の内部に透明石英製の燃焼管３４が設けられ、該燃焼管３４の上端からは水蒸気導出管３５が延出し、該水蒸気導出管３５は前記ガス供給管２７に接続される。又、燃焼管３４の底面には石英製の酸素供給管３６ａ、３６ｂ、石英製の水素供給管３７、石英製の熱電対挿入管３８（図７参照）が気密に貫通して平行に設けられ、前記酸素供給管３６、水素供給管３７は酸素供給源、水素供給源にそれぞれ接続されている。前記熱電対挿入管３８は前記水素供給管３７の上端に溶接付けされており、内部には熱電対（図示せず）が挿入されている。
【００２３】
前記水素供給管３７の上端には、少なくとも処理すべきシリコンウェーハと同程度の高純度のシリコンで形成された吸熱板３９が設けられる。該吸熱板３９は円板状であり、前記燃焼管３４の半径に対して直交する平面内に存在すると共に水素供給管３７の外周側に配置され、水素配管３７の水素ガス流出口は前記吸熱板３９の近傍に開口している。
【００２４】
前記酸素供給管３６ａ、３６ｂは前記吸熱板３９及び水素ガス流出口よりも下流側迄先端が伸びており、先端付近には酸素ガス流出口が設けられている。更に酸素供給管３６ａ、３６ｂは配管径、または酸素ガス流出口の開口面積、または配管径及び酸素ガス流出口の開口面積の両方を調節して、酸素ガス流出口からの酸素ガスの流出速度を調整しており、酸素供給配管３６ａと３７ｂとの２種類設けられている。
【００２５】
図８は酸素ガスの供給方法を説明するための外部燃焼装置の概念図である。酸素供給管３６は切替バルブ４９を介して酸素ガス供給管３６ａ、３６ｂが接続されている。
【００２６】
以下、上記した外部燃焼装置３０の作動について説明する。
【００２７】
輻射反射体４５から発せられた輻射熱は前記反射鏡４６により吸熱板３９に集熱され、前記吸熱板３９を加熱する。
【００２８】
前記酸素供給管３６から切替バルブ４９により選択された酸素供給管３６ａまたは３６ｂを通して酸素ガスを燃焼管３４内へ供給し、燃焼管３４内を酸素ガスで充填する。
【００２９】
水素ガスと酸素ガスとが反応燃焼して生成した高純度の水蒸気は前記水蒸気導出管３５、ガス供給管２７、ガス導入管２５を経て前記反応管１２内である反応室に導入され、シリコンウェーハの酸化膜生成に供される。
【００３０】
燃焼終了後には先ず、水素ガスの供給を停止し、次に酸素ガスの供給を停止する。又、水の異常燃焼を防止する為、水素ガスの供給前、供給後には前記水素供給管３７より窒素ガスを流入させる。
【００３１】
ここで、前記切替バルブ４９による酸素供給管３６ａまたは３６ｂの選択について詳述する。
【００３２】
１台の半導体製造装置５０において、複数の処理条件が存在し、例えば供給する水素ガスと酸素ガスの混合比率も複数存在するような場合、ある条件では適切に燃焼し、また別のある条件では燃焼しない、もしくはそれとは逆に燃焼し易く酸素供給管３６ａ、３６ｂの先端位置まで燃焼が広がり、酸素供給管３６ａ、３６ｂの寿命を短くしてしまうということがある。
【００３３】
そこで、燃焼しない場合について考えると、酸素ガスの混合比率が低い（水素ガスの混合比率が高い）ことが原因であり、酸素供給管３６ａ、３６ｂの配管系を太くするか、酸素ガス流出口の開口面積を大きくして、前記酸素供給管３６ａ、３６ｂから流出する酸素ガスの流速を遅くして燃焼し易い環境とするよう調整する必要がある。
【００３４】
また、燃焼し易い場合について考えると、酸素ガスの混合比率が高い（水素ガスの混合比率が低い）ことが原因であり、酸素供給管３６ａ、３６ｂの配管系を細くするか、酸素ガス流出口の開口面積を小さくして、前記酸素供給管３６ａ、３６ｂから流出する酸素ガスの流速を早くして燃焼しずらい環境とすれば、酸素供給管３６ａ、３６ｂ先端位置では燃焼が起きないように調整する必要がある。
【００３５】
このように、供給する水素ガスと酸素ガスの混合比率が複数存在する場合には、酸素の混合比率が低く最も燃焼し辛い条件、及び酸素の混合比率が高く最も燃焼し易い条件に適応するように２種類の酸素供給管３６ａ、３６ｂにより配管径や酸素流出口の開口面積を調整する。
【００３６】
そして、それぞれの処理条件によって、酸素供給管３６ａ、３６ｂのうち適切な方を切替バルブにより選択する。このように適宜適切な方の酸素供給管３６ａ、３６ｂを選択できるので、幅広い範囲の水素ガスと酸素ガスの混合比率に対応することが可能となる。
【００３７】
尚、上記本発明の実施の形態では、酸素供給管３６ａ、３６ｂ２本設けたが、３本以上の複数本を設けても良いことは勿論である。
【００３８】
また、本外部燃焼装置３０を燃焼ユニット３２が水平となる様半導体製造装置５０に設けることも可能である。
【００３９】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、幅広い範囲の水素ガスと酸素ガスの混合比率に対応することが可能となり、様々な種類の基板処理を１台の半導体製造装置で実施することが可能となり、半導体装置の製造コストを低減できるなど、優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体製造装置の概略図を示す透視斜視図である。
【図２】該半導体製造装置の縦型炉反応炉の断面図である。
【図３】該縦型反応炉と外部燃焼装置との関連を示す斜視図である。
【図４】該外部燃焼装置の内部構造を示す斜視図である。
【図５】該外部燃焼装置の断面図である。
【図６】該外部燃焼装置の燃焼管の正面図である。
【図７】該燃焼管の側面図である。
【図８】該外部燃焼装置のガス供給方法を示す概念図である。
【符号の説明】
１２　　反応管
３０　　外部燃焼装置
３４　　燃焼管
３６　　酸素供給管
３６ａ　　酸素供給管
３６ｂ　　酸素供給管
３７　　水素供給管
３８　　熱電対挿入管
３９　　吸熱板
４９　　切替バルブ
５０　　半導体製造装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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