(57)【要約】【課題】マニホールド内壁面に副生成物が付着するのを防止する。【解決手段】処理室１４を形成するインナチューブ１３とインナチューブ１３を取り囲むアウタチューブ１２から構成されて縦形に設置されたプロセスチューブ１１と、処理室１４を加熱するヒータユニット３５と、処理室１４を排気する排気管１８と処理室１４にガスを供給するガス導入管２０が接続されたマニホールド１６とを備えており、アウタチューブ１２とマニホールド１６との間にはシールフランジ２１が介設されており、シールフランジ２１にはシールリング２４と冷却水路２５と断熱層部３３と熱伝導リング３２が設けられている。【効果】シールリングの劣化防止のための強制冷却によるマニホールド温度の低下を抑制できるため、マニホールド内壁面に副生成物が堆積するのを防止でき、堆積膜の剥離によるパーティクルの発生を防止できる。【選択図】　　　図２
2004063523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室を形成するインナチューブおよびこのインナチューブを取り囲むアウタチューブから構成されて縦型に設置されたプロセスチューブと、前記処理室を加熱するヒータユニットと、前記処理室を排気する排気管および前記処理室にガスを供給するガス導入管が接続されたマニホールドとを備えており、前記アウタチューブと前記マニホールドとの間にはシールフランジが介設されており、このシールフランジには冷却媒体通路が敷設されていることを特徴とする縦型熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、縦型熱処理装置に関し、例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）の製造方法において、半導体素子を含む集積回路が作り込まれる半導体ウエハ（以下、ウエハという。）に各種の熱処理（ｔｈｅｒｍａｌ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　）を施す縦型熱処理装置（ｆｕｒｎａｃｅ　）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣの製造方法において、ウエハに窒化シリコン（Ｓｉ３　Ｎ４　）や酸化シリコン（ＳｉＯｘ）およびポリシリコン等を堆積（デポジション）するのに、縦型熱処理装置の一例であるバッチ式縦型ホットウオール型減圧ＣＶＤ装置が、広く使用されている。バッチ式縦型ホットウオール型減圧ＣＶＤ装置（以下、ＣＶＤ装置という。）は、処理室を形成するインナチューブおよびインナチューブを取り囲むアウタチューブから構成されて縦型に設置されたプロセスチューブと、処理室を排気する排気管および処理室にガスを供給するガス導入管が接続されたマニホールドと、プロセスチューブの外に敷設されて処理室を加熱するヒータユニットと、複数枚のウエハを垂直方向に整列させて保持して処理室に搬入するボートとを備えており、複数枚のウエハを保持したボートが処理室に下端の炉口から搬入（ボートローディング）され、処理室に成膜ガスがガス導入管から供給されるとともに、ヒータユニットによって処理室が加熱されることにより、ウエハの上にＣＶＤ膜を堆積させるように構成されている。
【０００３】
従来のこの種のＣＶＤ装置においては、ある特定の条件（温度、圧力、ガス種等）の下ではプロセスチューブの内部に副生成物（中間的生成物）が発生することが知られている。例えば、ウエハに窒化シリコン（Ｓｉ３　Ｎ４　）が成膜される場合には、反応ガスが１５０℃以下になる場所に塩化アンモニア（ＮＨ４　Ｃｌ）といった副生成物が付着することが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記したＣＶＤ装置においては、アウタチューブおよびマニホールドに敷設されたシールリングが劣化防止のために強制的に冷却されるため、インナチューブおよびアウタチューブの下端部やマニホールドに副生成物が付着し堆積してしまう。堆積した副生成物は異物の発生源になるため、堆積した副生成物を除去するメンテナンス作業が定期的に実施されることになる。
【０００５】
本発明の目的は、炉口付近に副生成物が付着するのを防止することができる縦型熱処理装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る縦型熱処理装置は、処理室を形成するインナチューブおよびこのインナチューブを取り囲むアウタチューブから構成されて縦型に設置されたプロセスチューブと、前記処理室を加熱するヒータユニットと、前記処理室を排気する排気管および前記処理室にガスを供給するガス導入管が接続されたマニホールドとを備えており、前記アウタチューブと前記マニホールドとの間にはシールフランジが介設されており、このシールフランジには冷却媒体通路が敷設されていることを特徴とする。
【０００７】
前記した手段によれば、シールフランジがアウタチューブとマニホールドとの間に介設されているため、シールリングの劣化防止のための強制冷却によるマニホールドの温度の低下を抑制することができ、その結果、マニホールド内壁面に副生成物が付着して堆積するのを防止することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
【０００９】
図１に示されているように、本実施の形態に係るＣＶＤ装置１０は、中心線が垂直になるように縦に配されて固定的に支持された縦型のプロセスチューブ１１を備えている。プロセスチューブ１１は互いに同心円に配置されたアウタチューブ１２とインナチューブ１３とを備えており、アウタチューブ１２は石英ガラスや炭化シリコン（ＳｉＣ）が使用されて上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に一体成形されており、インナチューブ１３は石英ガラスや炭化シリコンが使用されて上下両端が開口された円筒形状に形成されている。インナチューブ１３の筒中空部はボートによって同心的に整列した状態に保持された複数枚のウエハが搬入される処理室１４を形成しており、インナチューブ１３の下端部には被処理基板としてのウエハの最大外径よりも大きな口径の炉口１５が形成されている。
【００１０】
図１および図２に示されているように、プロセスチューブ１１の下端にはステンレス鋼等の金属が使用されて上下両端が開口した短尺の円筒形状に形成されたマニホールド１６が、後記するシールフランジ２１を介設されてプロセスチューブ１１と同心円に配設されており、プロセスチューブ１１はマニホールド１６が筐体２に支持されることによって垂直に支持された状態になっている。マニホールド１６の内周の中間部には隔壁１７が水平に突設されており、隔壁１７はマニホールド１６の内側空間を上下に仕切っている。マニホールド１６の側壁には他端が真空排気装置（図示せず）に接続された大口径の排気管１８が、隔壁１７が仕切ったマニホールド１６の内側空間のうち上側空間に一杯に連通するように接続されており、排気管１８はアウタチューブ１２とインナチューブ１３との隙間によって形成された排気路１９を排気するようになっている。マニホールド１６の側壁の下端部にはガス導入管２０が、隔壁１７が仕切ったマニホールド１６の内側空間のうち炉口１５側である下側空間に連通するように接続されており、ガス導入管２０の他端は原料ガスや窒素ガス等のガスを供給するガス供給装置（図示せず）に接続されている。
【００１１】
図２および図３に示されているように、シールフランジ２１はマニホールド１６と同質の耐熱材料が使用されて円形リング形状に形成されており、シールフランジ２１の内径はマニホールド１６の内径よりも大きく設定され、シールフランジ２１の外径はアウタチューブ１２のフランジ部１２ａの外径よりも大きく設定されている。シールフランジ２１の上面には位置決め凹部２２が同心円に没設されており、位置決め凹部２２の内径はアウタチューブ１２のフランジ部１２ａの外径よりも若干大きめに設定されている。シールフランジ２１の位置決め凹部２２の底面にはシールリング収納溝２３が同心円に没設されており、シールリング収納溝２３にはシールリング２４が収納されている。シールフランジ２１のシールリング収納溝２３の真下の部位には冷却媒体通路としての冷却水路２５が同心円に敷設されており、冷却水路２５には冷却媒体としての冷却水２６を流通させるための冷却水供給路（図示せず）が接続されている。
【００１２】
他方、マニホールド１６の上端部にはフランジ部２７が径方向外向きに突出されているとともに、フランジ部２７の上面にはシールリング収納溝２８が同心円に没設されており、シールリング収納溝２８にはシールリング２９が収納されている。マニホールド１６のフランジ部２７の上側には位置決め凸部３０が同心円に形成されており、フランジ部２７と位置決め凸部３０との角部には断熱層形成溝３１がＬ字形の溝形状に形成されている。図３（ａ）に示されているように、シールフランジ２１がマニホールド１６のフランジ部２７に載置された状態において、シールフランジ２１の内周面とマニホールド１６の位置決め凸部３０の外周面との間には熱伝導リング３２が介設される。熱伝導リング３２は弗素樹脂等の耐熱材料が使用されて、外径がシールフランジ２１の内径よりも小径で内径がマニホールド１６の位置決め凸部３０の外径よりも大径の円形リング形状に形成されている。このため、シールフランジ２１の内周面とマニホールド１６の位置決め凸部３０の外周面との間における熱伝導リング３２の両脇には断熱層部３３、３３が形成されている。
【００１３】
図２および図３に示されているように、シールフランジ２１および熱伝導リング３２がマニホールド１６に組み付けられた状態で、アウタチューブ１２がシールフランジ２１の位置決め凹部２２の底面の上に載置されることにより、アウタチューブ１２がマニホールド１６およびインナチューブ１３に位置決め凹部２２およびフランジ部１２ａによって位置決めされた状態になる。その後、シールフランジ２１の上に載置された押さえリング３４がアウタチューブ１２によって抑えられることにより、シールフランジ２１、熱伝導リング３２、アウタチューブ１２が固定された状態になる。ヒータユニット３５はプロセスチューブ１１の外部にプロセスチューブ１１を包囲するように同心円に設備されており、筐体２に支持されることにより垂直に据え付けられた状態になっている。ヒータユニット３５はプロセスチューブ１１の内部を全体にわたって均一または所定の温度分布に加熱するように構成されている。
【００１４】
図１および図２に示されているように、ＣＶＤ装置１０はマニホールド１６の炉口１５を開閉する隔離バルブとしての炉口開閉装置３６を備えており、この炉口開閉装置３６はマニホールド１６の中心線の延長線と同心円に配置されてボートエレベータ（図示せず）によって昇降されるように構成されている。炉口開閉装置３６はボートエレベータによって垂直に昇降されるベース３７と、マニホールド１６の外径と略等しい円盤形状に形成されてマニホールド１６の下端面に密着して炉口１５をシールするシールキャップ３８とを備えており、シールキャップ３８はベース３７の真上に若干の隙間をとって平行に配置されて水平に支持されている。ベース３７の中心線上には回転駆動装置（図示せず）によって回転される回転軸３９が垂直方向に挿通されて軸受装置によって回転自在に支承されており、回転軸３９の上端にはボート４０が垂直に立脚されて固定されている。
【００１５】
図１に示されているように、ボート４０は上下で一対の端板４１および４２と、両端板４１、４２間に垂直に配設された複数本の保持部材４３とを備えており、各保持部材４３には複数条の保持溝４４が長手方向に等間隔に配されて互いに同一平面内において開口するようにそれぞれ刻設されている。そして、ウエハ１は複数条の保持溝４４間に外周辺部が挿入されることにより、水平にかつ互いに中心を揃えた状態に整列されてボート４０に保持されるようになっている。
【００１６】
次に、前記構成に係るＣＶＤ装置を使用してウエハに窒化シリコン（Ｓｉ３　Ｎ４　）を成膜する場合について説明する。
【００１７】
プロセスチューブ１１の真下のボート搬入搬出室において、複数枚のウエハ１はボート４０に互いに平行で中心線が揃った状態にウエハ移載装置によって装填される。図１に示されているように、複数枚のウエハ１が装填されたボート４０はシールキャップ３８の上にウエハ１群が並んだ方向が垂直になる状態で載置され、ボートエレベータによって上昇されてマニホールド１６の炉口１５から処理室１４に搬入（ボートローディング）されて行き、シールキャップ３８に支持されたままの状態で処理室１４に存置される。この状態で、シールキャップ３８は炉口１５を気密シールした状態になる。
【００１８】
プロセスチューブ１１の内部が所定の真空度（数十〜数万Ｐａ）に排気管１８によって排気される。本実施の形態においては、排気管１８が大口径に設定されているため、排気管１８による排気路１９に対する排気速度を従来例に比べて大きく設定することができ、この大きい排気速度により、排気路１９やマニホールド１６および排気管１８の表面に副生成物が付着して堆積するのを防止することができる。また、プロセスチューブ１１の内部がヒータユニット３５によって所定の温度（約７００℃）に均一に加熱される。
【００１９】
プロセスチューブ１１の内部の温度や圧力が安定すると、成膜ガス５１がインナチューブ１３の処理室１４にガス導入管２０によって供給される。本実施の形態においては、成膜ガスとしては、ＳｉＨ２　Ｃｌ２　ガスとアンモニア（ＮＨ３　）ガスとが使用される。ちなみに、ＮＨ３　ガスはＳｉＨ２　Ｃｌ２　ガスが供給される以前から供給される。また、処理中には、ボート４０が回転軸３９によって回転される。
【００２０】
供給された成膜ガス５１はインナチューブ１３の処理室１４を上昇し、上端開口からインナチューブ１３とアウタチューブ１２との隙間によって形成された排気路１９に流出して排気管１８から排気される。成膜ガス５１は処理室１４を通過する際にウエハ１の表面に接触する。このウエハ１との接触に伴う成膜ガス５１による熱ＣＶＤ反応により、ウエハ１の表面にはＳｉ３　Ｎ４　膜が堆積（デポジション）する。
【００２１】
Ｓｉ３　Ｎ４　膜が所望の膜厚だけ堆積する予め設定された処理時間が経過すると、シールキャップ３８が下降されて炉口１５が開口されるとともに、ボート４０に保持された状態でウエハ１群が炉口１５からプロセスチューブ１１の真下のボート搬入搬出室に搬出（ボートアンローディング）される。
【００２２】
ところで、以上の成膜処理において、ガス導入管２０から炉口１５に供給された成膜ガス５１はマニホールド１６やインナチューブ１３の炉口１５の表面に接触する。この際、マニホールド１６やインナチューブ１３の温度が処理室１４の温度に比べて低温になっていると、ＮＨ４　Ｃｌといった副生成物（中間的生成物）がマニホールド１６の内壁面やインナチューブ１３の炉口１５の表面に付着する。これらの表面に付着した副生成物は成膜工程が繰り返される毎に累積して行くため、その累積した堆積膜の厚さは成膜のバッチ処理の回数が増えるに従って増加して行くことになる。この累積した堆積膜は厚さがある値に達すると、剥離し易くなるため、パーティクルの発生が急激に増加する。
【００２３】
他方、以上の成膜処理において、シールフランジ２１のシールリング２４およびマニホールド１６のシールリング２９の熱による劣化を防止するために、冷却水２６が冷却水路２５に流通されることにより、シールフランジ２１のシールリング２４およびマニホールド１６のシールリング２９が強制的に冷却される。しかし、本実施の形態に係るＣＶＤ装置１０においては、シールフランジ２１はアウタチューブ１２とマニホールド１６との間に介設されていることにより、シールリング２４、２９の冷却水路２５によるマニホールド１６の温度の低下は抑制することができるため、マニホールド内壁面に副生成物が付着して堆積するのを防止することができる。また、シールフランジ２１とマニホールド１６との間に断熱層部３３が介設されていることにより、シールフランジ２１の冷却水路２５によるマニホールド１６の温度の低下は抑制することができるため、マニホールド１６の内壁面に副生成物が付着して堆積するのを防止することができる。しかも、本実施の形態においては、アウタチューブ１２の熱がマニホールド１６にアウタチューブ１２とマニホールド１６との間に介設された熱伝導リング３２による図３に破線矢印で示された熱伝達経路５２によって伝達されることにより、シールフランジ２１の冷却水路２５によるマニホールド１６の温度の低下はより一層抑制することができるため、マニホールド１６の内壁面に副生成物が付着して堆積するのを確実に防止することができさらに、アウタチューブ１２からシールリング２４への熱伝達を軽減することができる。したがって、これらの表面に副生成物が堆積して行くのを未然に防止することができ、パーティクルの発生を防止することができ、また、この堆積膜を除去するためのメンテナンス作業を廃止ないしは減少することができる。
【００２４】
前記した実施の形態によれば、次の効果が得られる。
【００２５】
１）　アウタチューブとマニホールドとの間にシールフランジを介設することにより、シールリングの劣化防止のための強制冷却によるインナチューブの温度の低下を抑制することができるため、インナチューブの炉口の付近に副生成物が付着して堆積するのを防止することができる。
【００２６】
２）　シールフランジとマニホールドとの間に断熱層部を介設することにより、シールリングの劣化防止のための強制冷却によるマニホールドの温度の低下を抑制することができるため、マニホールド内壁面に副生成物が付着して堆積するのを防止することができる。
【００２７】
３）　熱伝導リングをアウタチューブとマニホールドとの間に介設することにより、アウタチューブの熱をマニホールドに伝達させることができるため、シールリングの劣化防止のための強制冷却によるマニホールドの温度の低下を抑制することができ、マニホールドの炉口付近に副生成物が付着して堆積するのを防止することができる。
【００２８】
４）　マニホールド内壁面に処理ガスの副生成物が付着するのを防止することにより、これらの表面に副生成物が堆積して行くのを防止することができるため、この堆積膜の剥離によるパーティクルの発生を未然に防止することができ、その結果、ＣＶＤ装置ひいてはＩＣの製造方法の製造歩留りやスループットを高めることができる。
【００２９】
５）　副生成物の堆積を防止することにより、この堆積膜を除去するためのメンテナンス作業を廃止ないしは減少することができるため、ＣＶＤ装置の稼働効率ひいてはＩＣの製造方法の生産性を高めることができる。
【００３０】
６）　シールリングを強制冷却することにより、シールリングの寿命を延ばすことができるため、ＣＶＤ装置の稼働効率ひいてはＩＣの製造方法の生産性を高めることができる。
【００３１】
７）　アウタチューブとマニホールドとの間にシールフランジを介設することにより、大口径の排気管をマニホールドに接続することができるため、排気管の排気速度を大きく設定することができ、その結果、排気管の内面やマニホールドの外周面、アウタチューブの内周面等に副生成物が付着して堆積するのを防止することができる。
【００３２】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
【００３３】
例えば、シールリングを強制冷却するための冷却媒体としては、冷却水を使用するに限らず、窒素ガス等の冷却ガスを使用してもよい。
【００３４】
成膜する膜種はシリコン窒化膜に限らず、ポリシリコン膜やシリコン酸化膜等であってもよい。
【００３５】
縦型熱処理装置はＣＶＤ装置に限らず、酸化処理や拡散処理、酸化や拡散だけでなくイオン打ち込み後のキャリア活性化や平坦化のためのリフロー処理およびアニール処理等にも使用される縦型熱処理装置全般に適用することができる。
【００３６】
前記実施の形態ではウエハに処理が施される場合について説明したが、処理対象はホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、炉口付近に副生成物が付着するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるＣＶＤ装置を示す正面断面図である。
【図２】その主要部の正面断面図である。
【図３】（ａ）は図２のａ部の拡大断面図であり、（ｂ）はその主要部を分解して示した拡大断面図である。
【符号の説明】
１…ウエハ（被処理基板）、２…筐体、３…ボート搬入搬出室、１０…ＣＶＤ装置（縦型熱処理装置）、１１…プロセスチューブ、１２…アウタチューブ、１２ａ…フランジ部、１３…インナチューブ、１４…処理室、１５…炉口、１６…マニホールド、１７…隔壁、１８…排気管、１９…排気路、２０…ガス導入管、２１…シールフランジ、２２…位置決め凹部、２３…シールリング収納溝、２４…シールリング、２５…冷却水路（冷却媒体通路）２６…冷却水（冷却媒体）、２７…フランジ部、２８…シールリング収納溝、２９…シールリング、３０…位置決め凸部、３１…断熱層形成溝、３２…熱伝導リング、３３…断熱層部、３４…押さえリング、３５…ヒータユニット、３６…炉口開閉装置、３７…ベース、３８…シールキャップ、３９…回転軸、４０…ボート、４１、４２…端板、４３…保持部材、４４…保持溝、５１…成膜ガス、５２…熱伝達経路。
【図１】
2004063523.tif 000003
【図２】
2004063523.tif 000004
【図３】
2004063523.tif 000005