(57)【要約】本発明は、水蒸気対水素の混合比が正確に調整−及び再現可能である水蒸気及び水素から成る水素富化プロセスガスの製造を簡単で経費的に有利な方法で可能にするために、燃焼室中で水素富化環境で水蒸気及び水素から成るプロセスガスの生成のために酸素を燃焼させる、基板、殊に半導体基板の処理のためのプロセスガスの製造のための方法及び装置を供給する。
2004522302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板、殊に半導体基板の処理のための少なくとも１種のプロセスガスを製造する方法において、水蒸気及び水素から成る第１プロセスガスの生成のために、酸素を燃焼室中で超過化学量論的水素富化環境で燃焼させることを特徴とする少なくとも１種のプロセスガスを製造する方法。
【請求項２】
燃焼室の下流で未燃焼酸素の存在を検出する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
燃焼室の下流で未燃焼酸素を検出する場合には、方法を中断する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
燃焼室の下流で未燃焼酸素を検出する場合には、不活性ガスをプロセスガス中に導入する、請求項２又は３に記載の方法。
【請求項５】
燃焼室の下流で水素をプロセスガス中に導入する、請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
酸素の燃焼前に燃焼室に純水素を充填し、酸素を燃焼の開始時に初めて導入する、請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
第２酸素富化プロセスガスの生成のために、燃焼室中の酸素対水素の比率を燃焼の間に変化させる、請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
水素富化プロセスガス生成と酸素富化プロセスガス生成との交換の際に、酸素及び水素の化学量論的燃焼を予め決められた時間実施する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
酸素富化プロセスガスの生成後に、燃焼室の下流で付加的な酸素を導入する、請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
燃焼室中で水素富化プロセスガスを生成させる場合には、燃焼室の下流で酸素導入管を閉鎖する、請求項１から９までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
燃焼室中で酸素富化プロセスガスを生成させる場合には、燃焼室の下流で水素導入管を閉鎖する、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
燃焼室の下流で、もう１種の流体をプロセスガス中に導入する、請求項１から１１までの０いずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
酸素を水素貧化環境で燃焼させることによって、燃焼室で先ず酸素富化プロセスガスを生成させ、燃焼室中の酸素対水素比率を酸素の燃焼のために水素富化環境に変化させる、請求項１から１２までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
酸素富化プロセスガス生成の間に、燃焼室の下流で未燃焼水素の存在を検出する、請求項８から１３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
燃焼室の下流で未燃焼の水素を検出する場合には、方法を中断する、請求項８又は１４に記載の方法。
【請求項１６】
燃焼室の下流で未燃焼の水素を検出する場合には、不活性ガスをプロセスガス中に導入する、請求項１４又は１５に記載の方法。
【請求項１７】
水素貧化環境中での酸素の燃焼から水素富化環境への交換の際に、予め決められた時間で、酸素及び水素の化学量論的燃焼を実施する、請求項８から１６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
燃焼室を燃焼過程前に不活性ガスで洗浄する、請求項１から１７までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
プロセスガスを少なくとも１種の半導体ウエハの熱処理に使用し、処理サイクル内で水素富化プロセスガスと酸素富化プロセスガスとを交換する、請求項１から１８までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
プロセスガスを少なくとも１種の半導体ウエハの熱処理に使用し、連続する熱処理サイクルの際に、水素富化プロセスガスと酸素富化プロセスガスとを交換する、請求項１から１９までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
プロセスガス中の水素又は酸素の濃度を熱処理サイクルの間に変える、請求項１９又は２０に記載の方法。
【請求項２２】
基板、殊に半導体基板処理のためのプロセスガスを製造するための装置であり、燃焼室（５）を有する炉（１）、燃焼室（５）中への少なくとも１本の酸素導入管（１２）及び少なくとも１本の水素導入管（８）、燃焼室（５）中での酸素/水素−混合物の点火のための点火装置（１７）を有し、及び水蒸気及び水素から成るプロセスガスの生成のために、酸素を超過化学量論的水素富化環境中で点火させ、完全に燃焼させるように制御可能である制御ユニット（３４）を有する装置。
【請求項２３】
炉（１）の排出管（２４）中の酸素−及び/又は水素センサーを有する、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
炉（１）の排出管（２４）と結合した水素導管（６３）を有する、請求項２２又は２３に記載の装置。
【請求項２５】
炉（１）の排出管（２４）と結合している酸素導管（５９）を有する、請求項２２から２４までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項２６】
酸素導管及び水素導管は相互に閉鎖している、請求項２４又は２５に記載の装置。
【請求項２７】
燃焼室（５）中の燃焼は、水素富化燃焼から酸素富化燃焼へ変化される、請求項２２から２６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２８】
排出管（２４）は、半導体ウエハの熱処理のための少なくとも１つの処理室と結合している、請求項２２から２６までのいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板、殊に半導体基板の処理のためのプロセスガスを製造する方法及び装置に関する。
【０００２】
コンピューターチップ及び他の電子構成部材は、半導体ディスク、いわゆるウエハに作り上げられる。それには、多数の操作段階及び工程、例えば、パターン化、リソグラフィー、イオン注入、エッチング又は被覆が必要である。被覆工程は、いわゆるプロセスガス雰囲気でのウエハの熱処理の間に実施されることがしばしばある。この際、水蒸気及び酸素から成るプロセスガスを、ウエハの酸素富化湿式酸化に使用することが公知である。この酸素富化プロセスガスは、殊に少ない熱量で、２０００オングストロームまでの層厚の酸化物の分解に、及び約４０オングストロームよりも少ない層厚の薄いゲート(Gate)−酸化物の製造に好適である。更に、プロセスガスが水蒸気及び水素から成る水素富化湿式酸化が公知である。水素富化プロセスガスは、特に、金属ゲート(Metallgates)又は金属ゲートコンタクト(Metallgatekontakten)のゲート−スタック(Gate-Stacks)の選択的酸化に好適である。
【０００３】
酸素富化プロセスガス及び水素富化プロセスガス（すなわち、水蒸気及び酸素又は水素から成るプロセスガス）の製造のために、過去に様々な方法が使用された。
【０００４】
酸素富化プロセスガスは、例えば、燃焼室を有する炉の中で製造され、その中で水蒸気を製造するために酸素及び水素が燃焼される。燃焼のために、常に、水素と燃焼し得るよりも多い酸素が使用された。それによって酸素過剰が起こり、従って、水蒸気及び酸素から成るプロセスガスが生成された。このプロセスガスは、引続いて、半導体ウエハの処理のために、相応する導入管を経由して処理室に導入された。この導管に、プロセスガス中の酸素含量を調節するために、付加的な酸素を導入することができた。
【０００５】
過去においては、水素富化プロセスガスの製造のために、水素ガスを水蒸気と混合させ、その際、水蒸気を蒸留水の蒸発によって生成させた。しかし、この方法では高いガス流を得ることはできない。更に、水蒸気及び水素からの比率は、正確には調整−及び再現不可能である。この方法のもう１つの欠点は、その際しばしば不純物が生じることにある。
【０００６】
従って、公知技術水準から出発して、本発明の基礎には、簡単で経費的に有利な方法で水蒸気及び水素から成る水素富化プロセスガスの製造を可能にさせ、その際、水蒸気と水との混合比が調整−及び再現可能である方法及び装置を創造するという課題がある。
【０００７】
本発明により、基板、殊に半導体基板の処理のためのプロセスガスの生成法におけるこの課題は、水蒸気及び水素から成るプロセスガスの生成のために、酸素を燃焼室中で水素富化環境で燃焼させることによって解決される。この方法では、高ガス流がプロセスガスのために得られる。更に、生成する水蒸気量は、導入されて水素と燃焼する酸素と正比例するので、水蒸気と水素との間の比率は、正確に調整−及び再現可能である。更に、燃焼の際に純粋な水蒸気が生成するので、プロセスガスは高純度を示す。
【０００８】
酸素の代わりに、一般に、酸素含有ガス、例えば、NO又はO３を使用することができ、同様に、水素の代わりに、水素又は水素同位元素含有ガス、例えば、NH３、重水素又はNO３を使用することができる。
【０００９】
燃焼室で全酸素を燃焼させることを保証するために、未燃焼酸素の存在を燃焼室の下流で検出する。燃焼室の下流で未燃焼の酸素が検出される場合には、未燃焼酸素がプロセスガス中に存在する水素と共に爆鳴気混合物を生成させる可能性があるので、本発明の実施態様に従って方法を中断する。この理由から、燃焼室の下流で未燃焼の酸素が検出される場合には、燃焼室の下流で爆鳴気の生成の危険を回避するために、不活性ガスをプロセスガスに導入することも有利である。
【００１０】
本発明の有利な１実施態様では、燃焼室の下流で水素をプロセスガスに導入し、それによって、プロセスガス中の水素濃度を任意に調整することができる。水素対水蒸気の比率は、有利に、化学量論的燃焼（H２  ０％）と１０００/１（H２O  ０．１％）との間で調整される。
【００１１】
有利に酸素の燃焼前に、燃焼室に水素を充填し、酸素は燃焼の開始時に初めて導入され、その結果、燃焼の開始後に完全には燃焼されずに燃焼室から排出される爆鳴気が燃焼室中に生成することが避けられる。燃焼室及び/又は後続のガスシステムに水素を充填する前に、場合により存在する空気酸素を除去するために、不活性ガス（例えば、N２、He又はAr）で洗浄することが有利である。
【００１２】
同じ装置中での酸素富化プロセスガスの製造のために、有利に燃焼室中の酸素対水素の比率を燃焼の間に変化させる。それによって、後続の工程に所望される限り、簡単で経費的に有利な方法で、水素富化プロセスガスから酸素富化プロセスガスへ交換させることができる。更に、それによって、同じ装置の使用下に、異なる工程が、後接の装置、例えば、基板（半導体）の熱処理のための別個の急速加熱装置又は一般的装置中で補助することができる。水素富化プロセスガスと酸素富化プロセスガス生成との間の交換の際に、爆鳴気が生成しないことを保証するために、酸素及び水素の化学量論的燃焼を、予め決められた時間実施する。化学量論的燃焼によって、既に過剰の水素は生成する水蒸気によって室から排除される。全部の水素が排除された時に初めて、酸素富化燃焼に備えるために、酸素含量を更に高める。それによって、燃焼室及び/又は後接のガスシステム、例えば、急速加熱装置の処理室中に爆鳴気は生成されないことが保証される。この際、安全のために、未燃焼酸素及び/又は水素の濃度を監視することができるので、場合により存在する酸素−水素混合物は、圧力、温度及び他のパラメーター（例えば、UV−線）に依存する爆発限度以下であることが保証される。
【００１３】
酸素富化プロセスガス中の酸素濃度の正確な調整のために、有利に燃焼室の下流に付加的な酸素を導入させる。酸素対水素の比率は、有利に０％（完全燃焼又はH２O１００％）〜１００％（H２O０．１％）で調整される。
【００１４】
燃焼室の下流に存在する導入管中の爆鳴気の生成を阻止するために、燃焼室中で水素富化プロセスガスが生成される場合には、燃焼室の下流で酸素導入管を閉鎖する。同様にして、燃焼室中に酸素富化プロセスガスが生成される場合には、有利に水素導入管を燃焼室の下流で閉鎖する。更に、水素導入管及び酸素導入管は相互に閉鎖される、すなわち、２本の導入管の１本は常に最大に開口している。プロセスガスの変換のために、有利に燃焼室の下流で別の流体をプロセスガスに導入し、その結果、異なるメカニズムを後続の基板処理の際に促進することができる。その別の流体は、半導体ウエハの処理のための後続の熱工程に反応性又は不活性のガス又はそのようなガスから成る混合物（例えば、Ar 、N２）であってよい。
【００１５】
本発明の１実施態様では、酸素を水素貧化環境で燃焼させることによって、燃焼室中で先ず酸素富化プロセスガスを生成させ、引続き、燃焼室中の水素対酸素の比率を、水素富化環境での酸素の燃焼のために変化させる。そうして、水素−又は酸素富化プロセスガスの製造と共に選択的に開始することができ、引続き、炉のスイッチを切る必要なく、これら２種のプロセスガスを製造する間を任意に交換することができる。
【００１６】
燃焼室中で酸素富化燃焼が行われる場合に、燃焼室の下流で未燃焼の水素が水素検出用装置（例えば、水素センサー）によって検出される場合には、方法を有利に中止する及び/又は不活性ガスをプロセスガス中に導入する。それによって、燃焼室の下流で爆鳴気混合物の生成は阻止される。
【００１７】
水素貧化環境中から水素富化環境中へ酸素燃焼を交換する場合には、燃焼室が水蒸気だけを保有し、未燃焼酸素又は水素を保有しないことを保証するために、有利に、酸素及び水素の化学量論的燃焼を予め決められた時間実施する。
【００１８】
爆鳴気の生成を阻止するために、燃焼室を有利に燃焼過程の前に不活性ガスで洗浄する。
【００１９】
本発明の１実施態様により、プロセスガスを有利に少なくとも１種の半導体ウエハ又は半導体材料の熱処理に使用し、処理サイクル内で水素富化及び酸素富化プロセスガス間を交換する。処理サイクルとは、半導体（例えば、半導体ウエハ）が少なくとも半導体の加熱及び冷却を包含する温度−時間−サイクルに曝されるということが解される。通例、基板形で存在する半導体は、Siを包含し、III-V、II-VI又はIV-IV半導体であってよい。
【００２０】
選択的実施態様では、プロセスガスを少なくとも１種の半導体ウエハの熱処理に使用し、連続する熱処理サイクルでは水素富化及び酸素富化プロセスガスの間で交換する。有利に、熱処理サイクルの間で、プロセスガスの水蒸気中の水素又は酸素の濃度を変化させる。
【００２１】
本発明の基礎にある課題は、基板、殊に半導体基板の処理のためのプロセスガスの生成のための装置によっても解決され、この装置は、燃焼室を有する炉、燃焼室への少なくとも１本の酸素導入管及び少なくとも１本の水素導入管、燃焼室中の酸素/水素−混合物の点火のための点火装置及び水蒸気及び水素から成るプロセスガスの生成のために酸素を水素富化環境で点火させ、かつ完全に燃焼させるように制御可能である制御ユニットを有する。既に前記した利点がこの装置で明らかである。
【００２２】
本発明を次の有利な実施例により図面を参照して説明する。
【００２３】
第１図は、炉１の概略図であり、この中で酸素及び水素を本発明による方法によって燃焼させて水蒸気含有ガスを生成させる。
【００２４】
炉１は、内部に燃焼室５を包含する容器３を有する。燃焼室５は導入口７を有し、この導入口７は第１ガス−導入管８と結合している。第１ガス−導入管８は導入管１０と結合していて、後に詳説されるように、水素はこの導入管１０を経由して炉１中に導入される。
【００２５】
第１導入管８の範囲に、第２ガス−導入管１２も装備されている。この第２ガス−導入管１２は、少なくとも部分的に第１ガス−導入管８中に延びていて、いわゆる槍として形成されている。後に詳説されるように、酸素は第２ガス−導入管を経由して炉１中に導入される。第２導入管１２は排出端部１４を有し、この排出端部は第１導入管８の範囲に配置されていて、従って、２本の導入管８，１２を経由して導入されるガスの混合が、混合物が燃焼室に進入する前に既に第１導入管８の範囲で行われる。
【００２６】
第２導入管１２が開口している第１導入管８の範囲は、生成する酸素/水素−ガス混合物をこの範囲でその発火温度以上に加熱し、発火させるために、加熱環によって包囲されている。選択的に、混合物の発火のために他の装置が装備されていても良い。
【００２７】
炉１の容器３中に、更にUV−検出器２０が装備されていて、これは燃焼過程を監視するために、酸素/水素−ガス混合物の燃焼範囲に照準されている。酸素及び水素は可視火炎で燃焼するので、UV−検出器は測定範囲２６０nmで燃焼過程を監視する。UV−検出器は相応する制御装置と連結していて、この制御装置は、火炎が消えることを検出器が確認すると、導入管８及び１２を経るガス供給を止める。
【００２８】
燃焼室５は、排出管２４と連結している排出端部２１も有し、この排出管２４は、第２図に関連して詳説されているように、半導体の熱処理のための急速過熱装置又は一般に処理室と連結している。
【００２９】
排出管２４中に、導管２４中の未燃焼酸素又は未燃焼水素を検出するための、非詳記の酸素−及び水素センサー又は相応する検出装置が装備されている。
【００３０】
第２図は、半導体ウエハの処理のための装置３０の概略的ブロックダイアグラムを示し、この中に第１図による炉１が統合されている。
【００３１】
装置３０は、プロセスガス生成部分３１及び、例えば、少なくとも１個の半導体ウエハがその中に配置されていて熱処理される急速加熱装置３２を有する。急速加熱装置３２は、例えば、同一出願人に起因するDE−A−１９９０５５２４から公知である構造を有し、これは重複を避ける限り、本発明の目的にされる。炉１の排出管２４は、炉１中で生成するプロセスガスを急速加熱装置に導入することができるように、急速加熱装置３２の処理室の入口と連結している。
【００３２】
装置３０のプロセスガス生成部分３１は、炉１、電子工学的制御ユニット３４、及び各々制御ユニット３４によって制御されていて、制御されるガス流がそこを通過する多数のマス・フロー・コントローラー（Mass Flow Controller）又はガス流制御ユニット３６〜４１を有する。
【００３３】
マス・フロー・コントローラー３６は、ガス導入管４３及び排出管４４を有する。導入管４３はガス給源と連結している。排出管４４は、炉１と急速加熱装置３２との間で導管２４と連結していて、付加的なガスが次の処理に要求される炉１中で生成したプロセスガス中に導入される。
【００３４】
マス・フロー・コントローラー３７は、導入管４６及び排出管４７を有する。導入管４６は、不活性ガス、例えば、窒素又はアルゴンの給源と連結している。排出管４７は、炉１の第１導入管８の導入管１０と、並びに炉１の第２導入管１２と連結している。
【００３５】
マス・フロー・コントローラー３８は、導入管５０及び排出管５１を有する。導入管５０は酸素給源又は他の酸素含有ガスの給源と連結していて、一方で、排出管５１は炉１の第２導入管１２と連結している。
【００３６】
マス・フロー・コントローラー３９は、水素給源又は他の水素含有ガスの給源と連結している導入管５４、並びに導入管１０と連結している排出管５５を有する。
【００３７】
マス・フロー・コントローラー４０は、導入管５８及び排出管５９と連結している。導入管５８は、酸素給源又は他の酸素含有ガスの給源と連結していて、一方で、排出管５９は炉１と急速加熱装置３２との間で導管２４と連結している。
【００３８】
またマス・フロー・コントローラー４１は、導入管６２及び排出管６３を有する。導入管６２は、水素給源又は他の水素含有ガスの給源と連結していて、一方で、排出管６３は炉１と急速加熱装置３２との間で導管２４と連結している。
【００３９】
前記したように、マス・フロー・コントローラー３６〜４１は制御ユニット３４を介して制御され、従って、それらは制御された量のガスをその各々の導入管からその各々の排出管へ導入し、又は閉鎖している。
【００４０】
プロセスガス生成部分３１の機能及びその操作のための本発明による方法は、第１及び第２図を参照して、次に詳説される。
【００４１】
プロセスガスの生成前に、先ず全部のマス・フロー・コントローラー３６〜４１を閉鎖しておく。引続き、マス・フロー・コントローラー３７を操作して、不活性ガスを導入管１０及び第２導入管１２を経由して炉１中に導入する。それによって、導入管１０、１２、炉１及び排出管２４及び場合により急速加熱装置３２の処理室を不活性ガスで洗浄し、炉１、導管２４及び急速加熱装置３２中に酸素又は水素が存在しないことを確認する。更に、残留ガス、例えば空気との非制御反応を回避することができる。
【００４２】
予め決められた洗浄時間後に、マス・フロー・コントローラー３７を閉鎖する。ここで、マス・フロー・コントローラー３９を経由して、水素を導入管１０を通して炉１に導入し、この際、少なくとも燃焼室５及び場合により部分的に同様に導管２４及び急速加熱装置３２の処理室に純水素を充填する。この際、水素の流速を任意に制御することができる。燃焼室が完全に水素で充填されているこの時に、加熱装置１７を活動させ、マス・フロー・コントローラー３８及び第２導入管１２を経由して酸素を燃焼室５に供給する。酸素は、例えば、水素に比べて時間的に５秒間遅らせて導入される。酸素が第２導入管１２の排出端部１４から排出しはじめると直ちに、酸素は点火され、水素と一緒に燃焼される。この際、燃焼室５中で酸素及び水素の混合によってより多量の爆鳴気が生成することを避けるために、この時点で既に加熱装置１７が必要な温度に達成していることが重要である。例えば、加熱装置１７は、導入管１２の排出末端１４の範囲を７００℃に加熱する。燃焼の際に火炎が生じ、この火炎は燃焼室５中に突入して、UV−検出器によって検出される。
【００４３】
制御ユニット３４は、マス・フロー・コントローラー３８及び３９を経る燃焼室５への水素及び酸素の流れを調整して、酸素の燃焼に要求される量よりも多量の水素が存在し、従って、酸素が水素富化環境中で燃焼されるようにする。酸素及び水素の燃焼によって、燃焼室５中に水蒸気が生成され、この水蒸気は過剰の水素と一緒に導管２４を通じて急速加熱装置３２の処理室に導かれる。プロセスガスは、３０slm（１分間当たりの標準リットル）までの高流量で製造され、処理室中に導かれる。前記のように、導管２４中に酸素センサーが存在し、これは導管２４中の未燃焼酸素の存在を検出する。導管２４中に未燃焼酸素が検出される場合には、センサーは制御ユニット３４に警報信号を送るが、それは、導管２４中の酸素が過剰の水素と一緒に爆鳴気を生成させる可能性があり、この爆鳴気は急速加熱装置３２の処理室中に侵入の際に爆発して、その中に存在するウエハ及び場合により処理室自体も損ない得るからである。警報信号を受けた後に、制御ユニット３４は相応する信号をマス・フロー・コントローラー３８及び３９に送り、これらを閉鎖させ、従って炉１中でのプロセスガスの生成が中止される。 炉１中での爆鳴気の生成を回避し、これを新規に洗浄するために、選択的に又は付加的に、マス・フロー・コントローラー３７を経由して、不活性ガスを炉１及び導管２４中に導入する。
【００４４】
導管２４中に未燃焼酸素が検出されない場合には、プロセスガス中の水素含量を所望の値に高めるために、マス・フロー・コントローラー４１及び導管６３を経由して、付加的な水素を導管２４中に存在する水蒸気及び水素から成るプロセスガス中に導入する。更に、所望の場合には、マス・フロー・コントローラー３６を経由して、もう１種のガスを水蒸気及び水素から成るプロセスガス中に導入することができる。その際に生じるプロセスガス混合物を、ここで、半導体ウエハの処理のために、急速加熱装置３２の処理室中に導入する。急速加熱装置３２の処理室は、ウエハの熱処理を開始する前に、先ず、プロセスガスで充分に洗浄される。例えば、処理室はその固有の容積の３倍で洗浄され、これは、例えば、６０秒間を必要とする。そうして初めて、処理室中に存在するウエハの熱処理が行われる。ウエハは、初めに未定義の組成で存在し得るプロセスガスの自然発火を回避するために、充分に洗浄されている間では２０℃〜５６０℃の低温にある。更に、ウエハがなお最終的には未定義のプロセスガスと既に反応することを回避する必要がある。この際、ウエハの上限温度は、ウエハの処理及び種類に依存する。上限温度は、例えば、金属被覆ウエハの場合には、場合によって未定義のプロセスガス中の酸化−又は反応過程を回避するために、２５０℃よりも低く、又はむしろ１００℃よりも低い。次いで処理室中で、例えば、金属ゲート又は金属−ゲート−コンタクトでのゲート−スタックの選択的酸化のための水素富化湿式酸化を実施することができる。
【００４５】
急速加熱装置３２中での処理のために、水蒸気及び水素から成る水素富化プロセスガスの後に、水蒸気及び酸素から成る酸素富化プロセスガスを準備することが要求される場合には、水素富化雰囲気中での酸素の燃焼を、水素貧化雰囲気中での燃焼に変えることができる。そのために制御ユニット３４は、先ずマス・フロー・コントローラー３８及び３９を、酸素及び水素が化学量論的比率で炉１の燃焼室５中に導入されるように調整する。それによって化学量論的燃焼が行われ、その際、純粋な水蒸気が生成し、残留生成物は残っていない。化学量論的燃焼は、前記の水素富化燃焼からの過剰の水素が燃焼室及び場合により急速加熱装置の処理室から排出されるまで続けられる。ここで、マス・フロー・コントローラー３８を経由して導入される酸素量を高めることができ、従って、酸素富化燃焼が行われ、すなわち、水素と燃焼され得るよりも多量の酸素が存在し、従って、水蒸気及び酸素から成るプロセスガスが生成される。この水蒸気及び酸素から成る混合物は、ここで、導管２４を経由して急速加熱装置３２中に導かれる。水蒸気及び酸素から成るプロセスガス中の酸素比率を所望通りに高めるために、更に付加的な酸素をマス・フロー・コントローラー４０経由で導管２４中に導入することができる。同様の方法で、酸素富化プロセスガスの生成から、再び水素富化プロセスガスの生成へ逆転させることもでき、この場合には再び中間相が準備されて、その際、燃焼室５中で化学量論的燃焼が行われる。
【００４６】
炉１は、先ず酸素富化プロセスガスを生成させ、場合により引続いて水素富化プロセスガスの生成に交換するように開始することも当然可能である。
【００４７】
従って、装置３０のプロセスガス生成部分３１は、水蒸気及び選択的に酸素又は水素から成るプロセスガスを製造する状態にある。マス・フロー・コントローラー４０及び４１によって、プロセスガス中の水蒸気対酸素又は水蒸気対水素の各々任意の混合比率を調整することができる。
【００４８】
制御ユニット３４は、水素及び酸素を同時に導管２４に導入することが爆鳴気の生成に結びつくかもしれないので、マス・フロー・コントローラー４０及び４１を常に相互に閉鎖するように設定されている。更に、マス・フロー・コントローラー４０、４１は、それらが相互に閉鎖されていて、すなわち、２本のマス・フロー・コントローラー４０，４１のうち１方だけがその都度常に開口していることが可能なように機械的に連結することも可能である。更に、炉１中で水素富化燃焼が行われる場合には、マス・フロー・コントローラー４０が常に閉鎖されているように制御ユニット３４は設定されていて、それというのも、水蒸気及び水素から成るプロセスガス中に酸素を導入する際にも爆鳴気が生成されるかもしれないからである。同様にして、炉１中で酸素富化燃焼が行われる場合には、マス・フロー・コントローラー４１は、常に閉鎖されているように調整される。
【００４９】
安全性を高めるために、前記のように、未燃焼の酸素又は未燃焼の水素を導管中で検出する酸素−及び水素センサーが導管２４中に設置されている。炉中での水素富化燃焼後に、酸素を導管２４中で検出する場合には、これは過失とされ、導管２４及び/又は後接の急速加熱装置３２の処理室中に爆鳴気が生成される危険が生じる。従って、相応するセンサーは警報信号を制御ユニット３４に送り、制御ユニットは処理を中止することができ、場合により不活性ガスを炉中に導入する。
【００５０】
このことは、炉１中での酸素富化燃焼後に、導管２４中で未燃焼水素を検出する場合にも同様に当てはまる。
【００５１】
ここで、装置３０は、半導体ウエハを急速加熱装置３２中で水素富化及び/又は酸素富化の水蒸気含有プロセスガスで処理する状態にある。単一の熱処理サイクルの間に、水素富化の水蒸気含有プロセスガスと酸素富化の水蒸気含有プロセスガスとの間で切り換えることが可能である。熱処理サイクルの間に、これら２種のプロセスガスの間で何回も切り換えることも当然可能である。切り換えは、処理室内での連続的な熱処理サイクルの間でも行うことができる。
【００５２】
装置を先ず本発明の有利な１実施例により記載したが、具体的な実施例に限定されるものではない。例えば、プロセスガス生成部分３１は、同一のプロセスガス混合物を平行して、又は同一又は異なるプロセスガス混合物を連続して供給する多数の急速加熱装置３２（又は一般に半導体ウエハの処理のための処理室）と結合していてよい。例えば、１つの急速加熱装置は、各々１種の酸素富化の水蒸気含有プロセスガスを必要とすることができ、一方で、他の急速加熱装置では、各々１種の水素富化の水蒸気含有プロセスガスが必要とされる。従って、炉１は連続して２つの装置に使用され得るが、炉を１つの装置と他の装置との供給の間で遮断し、場合により不活性ガスで洗浄する必然性はなく、それは、酸素富化の水蒸気含有プロセスガス生成と水素富化の水蒸気含有プロセスガス生成との間で任意に交換することができるからである。炉は超過圧又は減圧で操作することができ、この際、ガスは燃焼室中の減圧によって排出口に導かれるので、減圧での操作が有利である。この方向所与が再び均一の燃焼特性に結びつく。
【００５３】
そうして、本発明は、前記例の特徴の組合せ及び/又は交換から明らかである実施例を包含する。更に、半導体又は基板の代わりに、任意の対象を、本発明により記載した方法又は装置で製造したプロセスガスで処理することができることを言及しておくが、この際、処理は、排他的に熱的な、すなわち、温度−時間−処理サイクルに限定されるものではない。
【００５４】
対象が、例えば、電磁放射により加熱される装置では、放射率−時間−処理サイクルも重要であり得る。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明によるプロセスガスの生成のための炉の概略的横断面図である。
【００５６】
【図２】本発明によるプロセスガスの生成のための装置が統合されている基板処理装置の概略的流れ図である。
【符号の説明】
【００５７】
１  炉、  ５  燃焼室、  ８  水素導入管、  １２  酸素導入管、  １７  点火装置、  ２４  排出管、  ３４  制御ユニット、  ５９  酸素導管、  ６３  水素導管
【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年10月22日(2003.10.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理するための少なくとも１種のプロセスガスを第１室中で生成し、プロセスガスを引き続き基板処理室に導入することにより、基板、殊に半導体基板を処理する方法において、第１室が燃焼室であり、水蒸気及び水素から成る第１プロセスガスの生成のために、酸素を燃焼室中で超過化学量論的水素富化環境で燃焼させることを特徴とする、基板、殊に半導体基板を処理する方法。
【請求項２】
燃焼室の下流で未燃焼酸素の存在を検出する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
燃焼室の下流で未燃焼酸素を検出する場合には、方法を中断する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
燃焼室の下流で未燃焼酸素を検出する場合には、不活性ガスをプロセスガス中に導入する、請求項２又は３に記載の方法。
【請求項５】
燃焼室の下流で水素をプロセスガス中に導入する、請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
酸素の燃焼前に燃焼室に純水素を充填し、酸素を燃焼の開始時に初めて導入する、請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
第２酸素富化プロセスガスの生成のために、燃焼室中の酸素対水素の比率を燃焼の間に変化させる、請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
水素富化プロセスガス生成と酸素富化プロセスガス生成との交換の際に、酸素及び水素の化学量論的燃焼を予め決められた時間実施する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
酸素富化プロセスガスの生成後に、燃焼室の下流で付加的な酸素を導入する、請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
燃焼室中で水素富化プロセスガスを生成させる場合には、燃焼室の下流で酸素導入管を閉鎖する、請求項１から９までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
燃焼室中で酸素富化プロセスガスを生成させる場合には、燃焼室の下流で水素導入管を閉鎖する、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
燃焼室の下流で、もう１種の流体をプロセスガス中に導入する、請求項１から１１までの０いずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
酸素を水素貧化環境で燃焼させることによって、燃焼室で先ず酸素富化プロセスガスを生成させ、燃焼室中の酸素対水素比率を酸素の燃焼のために水素富化環境に変化させる、請求項１から１２までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
酸素富化プロセスガス生成の間に、燃焼室の下流で未燃焼水素の存在を検出する、請求項８から１３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
燃焼室の下流で未燃焼の水素を検出する場合には、方法を中断する、請求項８又は１４に記載の方法。
【請求項１６】
燃焼室の下流で未燃焼の水素を検出する場合には、不活性ガスをプロセスガス中に導入する、請求項１４又は１５に記載の方法。
【請求項１７】
水素貧化環境中での酸素の燃焼から水素富化環境への交換の際に、予め決められた時間で、酸素及び水素の化学量論的燃焼を実施する、請求項８から１６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
燃焼室を燃焼過程前に不活性ガスで洗浄する、請求項１から１７までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
プロセスガスを少なくとも１種の半導体ウエハの熱処理に使用し、処理サイクル内で水素富化プロセスガスと酸素富化プロセスガスとを交換する、請求項１から１８までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
プロセスガスを少なくとも１種の半導体ウエハの熱処理に使用し、連続する熱処理サイクルの際に、水素富化プロセスガスと酸素富化プロセスガスとを交換する、請求項１から１９までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
プロセスガス中の水素又は酸素の濃度を熱処理サイクルの間に変える、請求項１９又は２０に記載の方法。
【請求項２２】
基板、殊に半導体基板を処理し、基板を処理するためのプロセスガスを製造するための装置であり、基板を熱処理するための少なくとも１個の処理室（３２）、燃焼室（５）を有する炉（１）、燃焼室（５）中への少なくとも１本の酸素導入管（１２）及び少なくとも１本の水素導入管（８）、燃焼室（５）中での酸素/水素−混合物の点火のための点火装置（１７）、及び水蒸気及び水素から成るプロセスガスの生成のために、酸素を超過化学量論的水素富化環境中で点火させ、完全に燃焼させるように制御可能である制御ユニット（３４）および少なくとも１個の処理室（３２）と結合している炉の排出管（２４）を有する装置。
【請求項２３】
炉（１）の排出管（２４）中の酸素−及び/又は水素センサーを有する、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
炉（１）の排出管（２４）と結合した水素導管（６３）を有する、請求項２２又は２３に記載の装置。
【請求項２５】
炉（１）の排出管（２４）と結合している酸素導管（５９）を有する、請求項２２から２４までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項２６】
酸素導管及び水素導管は相互に閉鎖している、請求項２４又は２５に記載の装置。
【請求項２７】
燃焼室（５）中の燃焼は、水素富化燃焼から酸素富化燃焼へ変化される、請求項２２から２６のいずれか１項に記載の装置。
【国際調査報告】
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