JP2000227283A

JP2000227283A - 半導体の加圧処理装置

Info

Publication number: JP2000227283A
Application number: JP11026379A
Authority: JP
Inventors: Takao Fujikawa; 隆男藤川; Yutaka Narukawa; 成川　　裕; Makoto Kadoguchi; 誠門口
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1999-02-03
Filing date: 1999-02-03
Publication date: 2000-08-15
Also published as: TW462992B; KR100368772B1; US6328560B1; KR20000062511A

Abstract

(57)【要約】【課題】ヒータが内装された縦型の圧力容器を用いて
行う半導体ウエハの加圧処理において、圧力容器内へ供
給される処理ガスに対して含まれた粉塵や、圧力容器の
内面又はヒータ等の内装機材等から発生する粉塵等が被
処理物に付着することは、処理後に得られる半導体の品
質に致命的な欠陥を生じさせるため、このような粉塵の
付着を徹底的に阻止する。【解決手段】圧力容器４の内部に、被処理物Ｗの設置
部を気密的に包囲できるようにした内容器１６を設け
る。この内容器１６には、ヒータ１１，１２からの高温
雰囲気から逃れられる下部位置にガス導入部１８を設
け、このガス導入部１８にフィルター２０を設ける。ま
た、内容器１６には、その内方から外方へ向けた一方向
的なガス流通を共用する逆止分１９を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体の加圧処理
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】シリコンウエハ等のＵＬＳＩ半導体を処
理する方法としては、例えば半導体基板上にコンタクト
ホールを具備した絶縁酸化膜を形成し、この上にアルミ
合金膜を形成したうえで、アルゴンガス等の不活性ガス
により高温・高圧環境を作りだし、コンタクトホール内
の最奥部へアルミ合金膜を埋め込むといった、いわゆる
配線膜の加圧埋め込み法（高圧リフロープロセス）が知
られている（特開平７−１９３０６３号公報等参照）。

【０００３】この他、酸素、水分、アルゴン等の混合ガ
スを用いて酸化絶縁膜を低温域で形成させるようにする
高圧酸化法や、更に亜酸化窒素ガス等をも混合してゲー
ト酸化膜を形成させるようにした高圧酸窒化法等も知ら
れている。このような場合に用いる加圧処理装置とし
て、上蓋及び下蓋を具備した縦型円筒形の圧力容器によ
って、その内部にウエハ等の被処理物を設置可能にした
処理室を形成させ、この処理室内にあって、被処理物用
設置部のまわりを抵抗線加熱方式（いわゆる電熱ヒー
タ）等の加熱手段で取り囲むようにしたものがある。

【０００４】また、この種の圧力容器には、下蓋を開閉
することによって被処理物を下方から出し入れするもの
があり、このものでは固定的に設ける上蓋に対して、処
理室に対する処理ガスの給排や真空引き等を可能にした
圧力制御手段が設けられることが多い（例えば、特公平
７−６５８５７号公報等参照）。ところで、このような
半導体の加圧処理では、被処理物に対して各種の粉塵
（パーティクル）が付着しないことが最重要課題とされ
ている。そこで、被処理物を圧力容器に対して出し入れ
する時に外気中の粉塵や被処理物自体又は被処理物を支
持する支持装置等に付着の粉塵が圧力容器内に巻き込ま
れるおそれがあることに関しては、圧力容器の設置され
る環境をクリーンに保つようにすること（クリーンルー
ム内へ圧力容器を設置する等）等で、ある程度の対策を
たてることができる。

【０００５】また、圧力制御手段において、処理ガスの
供給源や各種機器類が具備する弁部又は配管接続部で用
いられたシール材料の磨耗等によって発生する粉塵に対
しては、配管中の適所へフィルターを設けて除去するの
が常套手段となっている。このフィルターに関しては、
１サイクルの処理が終わるごとに処理ガスを圧力容器か
ら回収し、その後再利用するような場合に、処理ガス中
に混入した粉塵を除去するうえでも有益なものとされて
いる。更にまた、圧力容器を新製する場合に限って言う
と、圧力容器の形成材料にステンレス鋼等の不錆性金属
を用いることによって、処理室自体による粉塵発生を抑
える努力もなされている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、圧力容器が
既存のものである等、不錆性金属で形成されていないた
めにこの圧力容器の内面に生じた錆等を原因として粉塵
が発生した場合や、圧力容器の内部に設けられた断熱構
造体や加熱手段等から粉塵が発生した場合等では、ゲッ
タ材等により吸着除去できるような気体状の不純物を除
いて、被処理物に対する粉塵（即ち、粒子状のもの）の
付着を阻止することが非常に困難となっているのが実情
である。

【０００７】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であって、半導体の加圧処理において被処理物に対する
徹底した粉塵の付着阻止を可能にして、高品質で且つ品
質一定の半導体を得ることができるようにした半導体の
加圧処理装置を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記目的を
達成するために、次の技術的手段を講じた。即ち、本発
明に係る半導体の加圧処理装置は、圧力容器内に、被処
理物の設置を可能にすると共に処理ガスの給排を可能に
した処理室が形成され、この処理室に対して被処理物の
設置部を縦軸まわりで取り囲むようにして加熱手段が設
けられている構成を基礎としている。そして、加熱手段
の内側と被処理物用設置部との間にこれらを隔絶する気
密性材料製の内容器が設けられており、内容器の下部に
はガス導入部が設けられており、このガス導入部に粉塵
捕捉用のフィルターが設けられているものである。

【０００９】従って、圧力容器内へ処理ガスが供給され
た場合、この処理ガスは、被処理物に対しては内容器の
ガス導入部を通過することでしか到達することができな
いものであり、このガス導入部にはフィルターが設けら
れているため、必然的に、この処理ガスに含まれた粉塵
（圧力容器の内部で発生した錆粉等を含む）はフィルタ
ーによって捕捉され、被処理物に付着することが防止さ
れる。このため、処理後の半導体として、高品質で且つ
品質一定なものが得られることになる。

【００１０】なお、圧力容器は、その内部に逆コップ形
に形成された断熱構造体が設けられ、この断熱構造体の
内周面に沿うようにして上記の加熱手段が設けられるか
たちとなっているのが一般的である。また、圧力容器
は、その下部（下蓋）を開放することで被処理物の出し
入れを可能にしている場合が多く、またこの構造におい
て処理ガスは、圧力容器に対してその上部（上蓋）から
供給されるようになっていることが多い。この場合、圧
力容器の内部において、処理ガスの基本的な流れは、圧
力容器内の上部から内周面に沿って下降し、下部（断熱
構造体の下部開放部）から加熱手段の設置空間を上昇す
るものとなる。また加熱手段が加熱状態にあるとき、加
熱手段からの熱は上へ上へと伝わり、加熱手段の設置空
間及びその上部側が高温域（数１００〜１０００℃）に
なるのに比べて、加熱手段の設置空間より下部側では、
比較的低温域（２００℃程度以下）が維持されることに
なる。

【００１１】このような事情から、内容器に設けるガス
導入部は、内容器における下部側へ位置付けるのが、被
処理物用設置部に対する処理ガスの流れを円滑にし、且
つフィルターを熱から保護するという観点から好適とな
るものである。更に、フィルターの交換や清掃等を簡単
に行えるようにするうえでも、ガス導入部を内容器の下
部側へ位置付けるのが好適となる。内容器へ導入された
処理ガスを内容器外へ排気・回収等する場合に、この処
理ガスが再びガス導入部を流通するようになると、被処
理物等から発生した粉塵がフィルターの内面に付着する
ことになる。そのため、次サイクルにおいて再びガス導
入部を介して内容器へ処理ガスを導入した場合、フィル
ター内面の粉塵を内容器内へまき散らすことになってし
まう。

【００１２】このような不都合を回避するためには、内
容器に対して、この内容器の内方から外方へ向けてガス
流通を一方向的に許容する逆止弁を設けておけばよいも
のである。圧力容器は、好ましくはステンレス等の不錆
性金属によって形成することが推奨されるが、既存の圧
力容器（不錆性金属製ではないもの）を流用せざるを得
ない場合や、その他の理由によって不錆性金属を使用で
きない場合等では、圧力容器の内部に、被処理物用設置
部を中心において加熱手段の外まわりを包囲する不錆性
金属製のケーシングを設けるようにすればよい。この場
合、ケーシングの内外では粉塵の流通を隔絶する必要が
あるため、このケーシングにはフィルターを具備したガ
ス導入部を設けておく。

【００１３】また、ケーシングにも、内容器の場合と略
同様な理由から、このケーシングの内方から外方へ向け
てガス流通を一方向的に許容する逆止弁を設けておくの
が好適となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を説明する。図１は、本発明に係る加圧処理装
置１の第１実施形態を示している。この加圧処理装置１
は、上蓋２及び下蓋３を具備した円筒形の圧力容器４
と、この圧力容器４を軸方向（上下）に把持するプレス
フレーム（図示略）と、圧力容器４に対する処理ガスの
給排や真空引き等を可能にした圧力制御手段５とを有し
たものである。

【００１５】圧力容器４内には、逆コップ状をした断熱
構造体７が設けられ、この断熱構造体７の内側で処理室
８が形成されるようになっている。この処理室８の下部
側には、下蓋３上に載設されるかたちで炉床部材１０が
設けられており、また処理室８まわりには、断熱構造体
７の内側面に沿うかたちで上下二段に分割された加熱手
段１１，１２が設けられている。そして、炉床部材１０
の上には、ゲッタ材１４を介して被処理物Ｗを上下に複
数支持可能にした支持装置１５が設けられており、従っ
て上記した各加熱手段１１，１２は、この支持装置１
５、即ち、被処理物Ｗの設置部を縦軸まわりで取り囲む
かたちとなっている。

【００１６】更に、これら支持装置１５と加熱手段１
１，１２との両者間には逆コップ状をした内容器１６が
設けられている。この内容器１６は、支持装置１５を包
囲した状態でその下端部が下蓋３にまで達して気密的に
接合されるようになっている。この内容器１６の下部に
は、周方向の１か所又は複数箇所にガス導入部１８及び
逆止弁１９が設けられている。ガス導入部１８にはコッ
プ形をしたフィルター２０が設けられている。また、逆
止弁１９は、内容器１６の内方から外方へ向けてガス流
通を一方向的に許容する向きに設けられている。

【００１７】上記圧力容器４は、ステンレス鋼等の不錆
性金属によって形成されている。そして、下蓋３を上下
動させることで処理室８を開閉可能としており、下蓋３
の下降に伴って支持装置１５をも一緒に下降させ、被処
理物Ｗの出し入れを可能にしている。圧力制御手段５
は、圧力容器４の上蓋２に設けられたガス通路２３及び
エア通路２４のうち、ガス通路２３に、処理ガスとして
アルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガスを給排可能とし
たガス給排装置（図示略）が、またエア通路２４に真空
ポンプ（図示略）が、それぞれ接続されることによって
構成されている。

【００１８】なお、この圧力制御手段５には、配管中の
適所にフィルター（図示略）を設けて、ガス給排装置や
各種機器類が具備する弁部又は配管接続部で用いられた
シール材料等を原因として発生する粉塵の流通を遮断で
きるようにしておくのが好適である。上下の加熱手段１
１，１２には、抵抗線加熱方式のものが用いられてい
る。これら各加熱手段１１，１２は、内容器１６の内部
で上下の加熱手段１１，１２の各位置付けに対応するよ
うにして設けられた温度センサ２６，２７からの各別の
検出値に基づいて、各独立した温度制御がなされるよう
になっている。

【００１９】なお、この加熱手段１１，１２の分割数は
特に限定されるものではなく、３分割或いは４分割にす
るなど、増やしてもよい。支持装置１５における被処理
物Ｗの支持数としては、被処理物Ｗのロット単位数と同
等数（例えば１ロットを１３枚又は２５枚とする）か又
はその倍数とするのが好適となる。勿論、一つの被処理
物Ｗを支持するものであってもよい。ゲッタ材１４は、
ＴｉやＺｒ等を用いてそれ自体で形成するか又はこの材
料で表面をコーティングしたものとするのが好適であ
る。すなわち、このようにすると、このゲッタ材１４が
処理ガスに含まれるガス不純物成分と優先的な反応を起
こしてこれを吸収除去するので、被処理物Ｗがガス不純
物成分と反応を起こす割合を抑えることができるもので
ある。

【００２０】炉床部材１０及び内容器１６は気密性材料
によって形成されている。殊に、内容器１６の少なくと
も内面は、ガス不純物成分を吸着し難い状態とするため
に、極めて平滑な状態に仕上げておくのが好適とされて
いる。内容器１６に設けられたガス導入部１８のフィル
ター２０には、耐圧性及び耐熱性に優れた材質のものが
用いられている。具体的には、ステンレス鋼やニッケル
等の粉末をコップ形に焼結させたもの等を挙げることが
できる。なお、このフィルター２０に耐熱性が必要であ
るといっても、ガス導入部１８の設けられる位置が内容
器１６の下部であって、この位置は加熱手段１１，１２
よりも下位レベルとなっていることから、２００℃程度
の熱に耐えられるようなものであれば十分である。

【００２１】また、このフィルター２０では、結果的に
０．２μｍアンダーの粉塵を捕捉可能にすればよいもの
であるが、この目標を一気に達成するほどに目の細かい
ものを直接的に用いると、比較的早期に目詰まりに至
り、交換や清掃を頻繁に行う必要が生じることになる。
そこで、このような不具合を回避するために、やや粗目
のものから細目のものまでを組み合わせる等の対策をた
てて、最終位置のフィルターとして０．２μｍ又はそれ
より細かい目開きのものを設けるようにすればよい。

【００２２】このような構成の加圧処理装置１を用いて
半導体の処理を行うには、まず、圧力容器４において下
蓋３を下降させ、これに伴って圧力容器４の外へ出され
た支持装置１５に対して複数（例えば２ロット分）の被
処理物Ｗを支持させる。このとき、内容器１６は圧力容
器４内に残された状態となっている。その後、下蓋３を
上昇させて圧力容器４をプレスフレーム（図示略）に把
持させる等して所定に組み立て、図１の状態にする。こ
れにより、内容器１６の下端部と下蓋３とは必然的に気
密的な接合状態とされる。

【００２３】そして、圧力制御手段５において、まず真
空ポンプを作動させ、圧力容器４の処理室８を真空にし
た後、次にガス給排装置を作動させ、処理室８へ５〜１
０ｋｇｆ／ｃｍ²程度の処理ガスを充填するという、い
わゆるガス置換作業を１回又は適数回、繰り返す。その
うえで、処理ガスを再度充填して、処理室８内を数１０
ｋｇｆ／ｃｍ²程度の所定圧へと昇圧する。また同時に
加熱手段１１，１２による加熱を開始して、処理室８を
数１００〜１０００℃の所定温度にする。これが昇温・
昇圧工程である。

【００２４】この間、仮に処理ガスに当初より粉塵が含
まれていたり、断熱構造体７や加熱手段１１，１２、或
いは圧力容器４の内面等から粉塵が発生したりすること
があったとしても、これらの粉塵は内容器１６のガス導
入部１８に設けられたフィルター２０で捕捉され、内容
器１６内へ侵入することがない。そのため、支持装置１
５によって支持された被処理物Ｗは清浄な処理ガスだけ
に曝されるようになり、粉塵が付着するということはな
い。この昇温・昇圧工程を終えた後は、支持装置１５に
対する上下方向、即ち、全ての被処理物Ｗに対する均熱
性を保ちつつ、所定時間放置する、いわゆる保持工程を
行う。

【００２５】この保持工程の満了後は、次に、降温・減
圧工程に入り、各加熱手段１１，１２により加熱制御
（投入電力の制御）を行うと共に、圧力制御手段５のガ
ス給排装置により処理室８からの処理ガスの回収・排気
等を行って、処理室８内の温度及び内圧を所定時間かけ
て共に低下させてゆく。このとき、内容器１６からの処
理ガスの排気は逆止弁１９を通じて行われる。すなわ
ち、フィルター２０に対してその内面側から外方へ向け
て処理ガスが流通することが防止されるため、仮に、内
容器１６内に充満する処理ガス中に被処理物Ｗや支持装
置１５等から発生した粉塵等が含まれていたとしても、
これらがフィルター２０の内面に付着するのを防止でき
る。しかも、フィルター２０の外面側で捕捉されている
粉塵が再び処理室８内でまき散らされるということもな
い。

【００２６】その後、圧力容器４を開いて支持装置１５
から処理された半導体を取り出せば、半導体処理の１サ
イクルを終了することになる。図２は、本発明に係る加
圧処理装置１の第２実施形態に関するもので、圧力容器
４（下蓋３のみを示す）内に設けられる内容器１６及び
支持装置１５を示している。この第２実施形態では、圧
力容器４の下蓋３に対して処理ガスのガス通路２３が設
けられており、また処理ガスの排気は、上蓋（図示略）
から行われる構成であるとする。

【００２７】そのため、内容器１６では、その下端開口
部と炉床部材１０の外周面との間で形成されるリング状
の開口部分がガス導入部１８とされ、このガス導入部１
８の全体に嵌まるようなかたちでドーナツ盤形をしたフ
ィルター２０が設けられている。また、内容器１６の天
井面１６ａに対して逆止弁１９が設けられている。この
ようなことから、フィルター２０のガス流通面積は拡大
され、処理ガスの通過流速が低下するので、ガス流入時
の差圧の発生を抑えることが可能になる。そのため、フ
ィルター２０の形成材料として耐圧強度の観点から選定
範囲を広くできるという利点に繋がる。殊に、処理ガス
の流下速度を低速にできる場合であれば、フィルター２
０の形成材料として樹脂等の有機系材料も使用可能にな
る。

【００２８】また、逆止弁１９についても、弁体（図示
略）の自重により開閉する簡潔構造のものを使用でき、
確実な動作性、コンパクト化等、得られる利点は多い。
なお、この逆止弁１９では、耐熱性を持たせるために金
属又はセラミックを多用した構造にするのが好適であ
る。図３は、本発明に係る加圧処理装置１の第３実施形
態を示している。この第３実施形態では、圧力容器４と
して既存のもの（即ち、不錆性金属で形成されたもので
はなく強靱鋼等によって形成されているもの）を利用す
る場合等であって、圧力容器４内に、ガス導入部１８や
逆止弁１９を具備した内容器１６が設けられていること
の他、更に、支持装置１５、即ち、被処理物Ｗの設置部
を中心において加熱手段１１，１２の外まわり（断熱構
造体７の更に外方）を包囲するかたちでケーシング３０
が設けられたものである。

【００２９】このケーシング３０は、ステンレス鋼やニ
ッケル等の不錆性金属によって形成されたもので、逆コ
ップ状をしており、その下端部は圧力容器４の下蓋３ま
で達して気密的に接合されている。また、このケーシン
グ３０の上端部には、大型のフィルター３１を具備する
ガス導入部３２が設けられていると共に、このケーシン
グ３０の内方から外方へ向けてガス流通を一方向的に許
容する逆止弁３３が設けられている。このようなことか
ら、圧力容器４の上蓋２からガス通路２３を介して処理
ガスが処理室８内へ供給された場合、この処理ガスは圧
力容器４の内面に殆ど触れることなく、フィルター３１
を通じて内容器１６内へと導かれることになる。

【００３０】また、処理ガスの回収・排気は、逆止弁３
３を通じて行われることになるため、フィルター３１の
保護が図られると共に、フィルター３１の内面側への粉
塵付着やフィルター３１の外面側で捕捉された粉塵のま
き散らし等が防止されるものとなっている。この構造で
は、ケーシング３０の外径として、圧力容器４の内径を
一杯に有効利用できることから、フィルター３１を可及
的に径大化でき、このことが処理ガスの通過面積を可及
的に大きくできることに繋がるため、加圧処理装置１の
処理性能への悪影響を無くし、且つフィルター３１に関
する交換や清掃の手間を抑えられる等、各種の利点を有
するものである。

【００３１】ところで、本発明は、上記各実施形態に限
定されるものではなく、細部構造等について、実施の態
様に応じた各種変更等が可能である。

【００３２】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
係る半導体の加圧処理装置では、圧力容器内の処理室に
不錆性金属製の内容器を設けて、粉塵等が、被処理物に
付着するのを阻止しているので、粉塵付着のない高品質
で品質一定の半導体を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る加圧処理装置の第１実施形態を示
す断面図である。

【図２】本発明に係る加圧処理装置の第２実施形態にお
ける主要部を示す断面図である。

【図３】本発明に係る加圧処理装置の第３実施形態を示
す断面図である。

【符号の説明】

１加圧処理装置４圧力容器８処理室１１加熱手段１２加熱手段１５支持装置１６内容器１８ガス導入部（内容器）１９逆止弁（内容器）２０フィルター（内容器）３０ケーシング３１フィルター（ケーシング）３２ガス導入部（ケーシング）３３逆止弁（ケーシング）Ｗ被処理物

フロントページの続き (72)発明者門口誠兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号株式会社神戸製鋼所高砂製作所内Ｆターム(参考） 4K063 AA05 AA11 AA15 AA19 BA12 CA03 DA05 DA15 DA22 DA32 DA33 5F033 HH09 QQ73 QQ75 QQ86 XX00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧力容器（４）内に、被処理物（Ｗ）の
設置を可能にすると共に処理ガスの給排を可能にした処
理室（８）が形成され、該処理室（８）に対して被処理
物（Ｗ）の設置部を縦軸まわりで取り囲むようにして加
熱手段（１１，１２）が設けられていると共に、該加熱
手段（１１，１２）の内側と被処理物用設置部との間に
これらを隔絶する気密性材料製の内容器（１６）が設け
られており、該内容器（１６）の下部にはガス導入部
（１８）が設けられており、該ガス導入部（１８）に粉
塵捕捉用のフィルター（２０）が設けられていることを
特徴とする半導体の加圧処理装置。
【請求項２】前記内容器（１６）には、該内容器（１
６）の内方から外方へ向けてガス流通を一方向的に許容
する逆止弁（１９）が設けられていることを特徴とする
請求項１記載の半導体の加圧処理装置。
【請求項３】前記圧力容器（４）内には、被処理物用
設置部を中心において加熱手段（１１，１２）の外まわ
りを包囲する不錆性金属製のケーシング（３０）が設け
られており、該ケーシング（３０）には、粉塵捕捉用の
フィルター（３１）を具備するガス導入部（３２）が設
けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記
載の半導体の加圧処理装置。
【請求項４】前記ケーシング（３０）には、該ケーシ
ング（３０）の内方から外方へ向けてガス流通を一方向
的に許容する逆止弁（３１）が設けられていることを特
徴とする請求項３記載の半導体の加圧処理装置。