JP2005183596A

JP2005183596A - 熱処理装置および半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2005183596A
Application number: JP2003420963A
Authority: JP
Inventors: Takeji Ota; 岳児太田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-12-18
Filing date: 2003-12-18
Publication date: 2005-07-07

Abstract

【課題】外気温度による温度変動を抑制しつつ、ヒータ室の排気制御を効率よく行う。
【解決手段】外気温度調節器１１は、外気加熱用ヒータ９のヒータパワーＨＰを制御し、ヒータ室７内に取り込まれる外気の温度が一定になるように外気の温度を自動的に調整するとともに、排気ダンパコントローラ１７は、ヒータ室７から排気された排気の圧力が一定になるように、排気ダクト１２の排気量を自動的に調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は熱処理装置および半導体装置の製造方法に関し、特に、熱処理装置の設けられたヒータ室の排気制御方法に適用して好適なものである。

従来の熱処理装置では、反応炉を加熱するヒータの温度を均一化するために、ヒータが配置されたヒータ室内を排気することが行われている。ここで、ヒータ室内の排気量が変動すると、反応炉内の温度が変動する。このため、排気圧力を監視し、排気圧力が一定になるように、排気量を調整するダンパを日常的（１日１回程度）に調節することが行われている。

また、例えば、特許文献１には、高温領域での冷却時に基板にスリップなどの欠陥が発せすることを防止するため、ヒータ室とヒータとの隙間に冷却ガスを強制的に流す方法が開示されている。
特開平８−３１７０７号公報

しかしながら、従来の熱処理装置では、排気量を調整するためのダンパの調節は人手により行われる。このため、排気量の変動に迅速に対応することができず、成膜時の反応炉内の温度変動を安定して抑圧することができないため、膜厚のバラツキが発生するという問題があった。
また、排気圧力を監視するのみでは、ヒータ室外の外気温度の変動に対応することができない。このため、従来の熱処理装置では、ヒータ室内の温度が外気温度に左右され、反応炉内の温度変動の要因となるという問題があった。

さらに、縦型炉では、外気がヒータ室の下方から取り込まれ、ヒータ室の上方から排気される。このため、従来の熱処理装置では、ヒータ室に取り込まれた空気は下から上にかけて温度が上昇し、縦型炉の上側と下側とで成膜速度にバラツキが発生するという問題があった。
一方、特許文献１に開示された方法では、ヒータ室とヒータとの隙間に冷却ガスが単に強制的に流されるため、排気量や外気温度の変動に迅速に対応することができないという問題があった。

そこで、本発明の目的は、外気温度による温度変動を抑制しつつ、ヒータ室の排気制御を効率よく行うことが可能な熱処理装置および半導体装置の製造方法を提供することである。

上述した課題を解決するために、本発明の一態様に係る熱処理装置によれば、熱処理を行う反応炉と、前記反応炉が配置された加熱室と、前記加熱室内に収容され、前記反応炉を加熱する加熱手段と、前記加熱室内を排気する排気ダクトと、前記加熱室内に外気を取り込む取り込み口と、前記排気ダクト内の排気圧力をモニタする排気圧力モニタ手段と、前記排気圧力モニタ手段による排気圧力のモニタ結果に基づいて、前記排気ダクトの排気量を調整する排気量調整手段とを備えることを特徴とする。

これにより、排気圧力が一定になるように排気ダクトの排気量を自動的に調整することが可能となり、排気圧力が変動した場合においても、排気ダクトの排気量を人手で調整する必要なくなる。このため、排気量の変動に迅速に対応することが可能となり、成膜時の反応炉内の温度変動を抑圧することを可能として、成膜時の膜厚のバラツキを低減することができる。

また、本発明の一態様に係る熱処理装置によれば、熱処理を行う反応炉と、前記反応炉が配置された加熱室と、前記加熱室内に収容され、前記反応炉を加熱する加熱手段と、前記加熱室内を排気する排気ダクトと、前記加熱室内に外気を取り込む取り込み口と、前記取り込み口を介して前記加熱室内に取り込まれる外気の温度をモニタする外気温度モニタ手段と、前記外気温度モニタ手段による外気温度のモニタ結果に基づいて、前記加熱室内に取り込まれる外気の温度を調整する外気温度調整手段とを備えることを特徴とする。

これにより、加熱室内に取り込まれる外気の温度が一定になるように外気の温度を自動的に調整することが可能となる。このため、外気の温度が変動した場合においても、加熱室内の温度が外気温度に左右されることを抑制することが可能となるとともに、加熱室内を循環する外気の温度を均一化することが可能となり、成膜時の膜厚のバラツキを低減することができる。

また、本発明の一態様に係る熱処理装置によれば、熱処理を行う反応炉と、前記反応炉が配置された加熱室と、前記加熱室内に収容され、前記反応炉を加熱する加熱手段と、前記加熱室内を排気する排気ダクトと、前記加熱室内に外気を取り込む取り込み口と、前記排気ダクト内の排気圧力をモニタする排気圧力モニタ手段と、前記排気圧力モニタ手段による排気圧力のモニタ結果に基づいて、前記排気ダクトの排気量を調整する排気量調整手段と、前記取り込み口を介して前記加熱室内に取り込まれる外気の温度をモニタする外気温度モニタ手段と、前記外気温度モニタ手段による外気温度のモニタ結果に基づいて、前記加熱室内に取り込まれる外気の温度を調整する外気温度調整手段とを備えることを特徴とする。

これにより、排気圧力が一定になるように排気ダクトの排気量を自動的に調整することが可能となるとともに、加熱室内に取り込まれる外気の温度が一定になるように外気の温度を自動的に調整することが可能となる。このため、排気量の変動に迅速に対応することが可能となるとともに、加熱室内の温度が外気温度に左右されることを抑制することが可能となり、成膜時の反応炉内の温度変動を抑圧することを可能として、成膜時の膜厚のバラツキを低減することができる。

また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、ヒータ室内に配置された反応炉内にウェハを載置する工程と、前記ヒータ室内に外気を取り込む工程と、前記ヒータ室内に取り込まれた外気を循環させながら前記反応炉内を加熱する工程と、前記ヒータ室内を循環した外気を排気する工程と、前記ヒータ室から排気された排気の圧力をモニタする工程と、前記排気の圧力のモニタ結果に基づいて前記ヒータ室からの排気量を調整する工程とを備えることを特徴とする。

これにより、ヒータ室からの排気量の変動に迅速に対応しつつ、ウェハの熱処理を行うことが可能となり、成膜時の膜厚のバラツキを低減することができる。
また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、ヒータ室内に配置された反応炉内にウェハを載置する工程と、前記ヒータ室内に取り込まれる外気の温度をモニタする工程と、前記外気の温度のモニタ結果に基づいて前記ヒータ室内に取り込まれる外気の温度を調整する工程と、前記ヒータ室内に取り込まれた外気を循環させながら前記反応炉内を加熱する工程とを備えることを特徴とする。

これにより、ウェハの熱処理を行う際に、ヒータ室内の温度が外気温度に左右されることを抑制することが可能となるとともに、ヒータ内を循環する外気の温度を均一化することが可能となり、成膜時の膜厚のバラツキを低減することができる。
また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、ヒータ室内に配置された反応炉内にウェハを載置する工程と、前記ヒータ室内に取り込まれる外気の温度をモニタする工程と、前記外気の温度のモニタ結果に基づいて前記ヒータ室内に取り込まれる外気の温度を調整する工程と、前記ヒータ室内に取り込まれた外気を循環させながら前記反応炉内を加熱する工程と、前記ヒータ室内を循環した外気を排気する工程と、前記ヒータ室から排気された排気の圧力をモニタする工程と、前記排気の圧力のモニタ結果に基づいて前記ヒータ室からの排気量を調整する工程とを備えることを特徴とする。

これにより、ウェハの熱処理を行う際に、排気量の変動に迅速に対応することが可能となるとともに、加熱室内の温度が外気温度に左右されることを抑制することが可能となり、成膜時の膜厚のバラツキを低減することができる。

以下、本発明の実施形態に係る熱処について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る熱処理装置の概略構成を示す断面図である。
図１において、ウェハＷの熱処理を行う反応炉１には、反応炉１にガスを導入するガス導入管２が設けられるとともに、反応炉１内を排気する排気管３が設けられている。また、反応炉１には、ウェハＷを上下方向に並べて配置するウェハボート４が設置されている。

また、ヒータ室７内にはヒータ５が設置され、ヒータ５は、ヒータ室７の外壁から隔てられるようにして反応炉１の周囲に配置することができる。ここで、ヒータ５には、ヒータ５の温度を検出する熱電対６が取り付けられている。
また、ヒータ室７には、外気をヒータ室７内に取り込む吸気孔８が設けられ、吸気孔８の前面には、ヒータ室７内に取り込まれる外気を加熱する外気加熱用ヒータ９が設置されている。また、吸気孔８の近傍には、ヒータ室７内に取り込まれる外気をモニタする外気温度モニタ用センサ１０が設置されている。なお、吸気孔８はヒータ室７の下方に設けることができる。

そして、外気加熱用ヒータ９および外気温度モニタ用センサ１０は、外気温度調節器１１に接続されている。ここで、外気温度調節器１１は、外気温度モニタ用センサ１０から出力された温度信号Ｓ１に基づいて、外気加熱用ヒータ９のヒータパワーＨＰを制御することができる。
また、ヒータ室７には、ヒータ室７内を排気する排気ダクト１２が接続されている。ここで、排気ダクト１２は、他装置１３などに対しても共通に用いられ、排気ダクト１２を流れる排気は、施設熱排気として放出することができる。

また、排気ダクト１２内には、排気ダクト１２に排出されるヒータ室７からの排気の排気量を調整するダンパ１４が設けられるとともに、排気ダクト１２に排出される他装置１３からの排気の排気量を調整するダンパ１５が設けられている。また、排気ダクト１２には、ダンパ１４より上流側の排気ダクト１２内の圧力を検出する排気圧力計１６が設置されている。

そして、排気圧力計１６は排気ダンパコントローラ１７に接続されるとともに、ダンパ１４はモータに接続され、排気ダンパコントローラ１７による制御に基づいて、ダンパ１４をモータ駆動することができる。ここで、排気ダンパコントローラ１７は、排気圧力計１６から出力された圧力信号Ｓ２に基づいて、ダンパ１４の開閉量を調整するダンパ調整信号Ｓ３を出力することができる。

そして、ウェハＷの熱処理を行う場合、ウェハＷが載置されたウェハボート４を反応炉１内に挿入する。そして、外気温度モニタ用センサ１０にて外気の温度をモニタしながら、吸気孔８を介して外気をヒータ室７内に取り込み、ヒータ室７内に外気を循環させる。そして、ガス導入管２を介して反応炉１内にガスを導入し、ヒータ５にて反応炉１内を加熱することにより、ウェハＷの熱処理を行う。

一方、外気温度モニタ用センサ１０は外気の温度を計測すると、温度信号Ｓ１を外気温度調節器１１に送る。そして、外気温度調節器１１は、温度信号Ｓ１を外気温度モニタ用センサ１０から受け取ると、その温度信号Ｓ１に基づいて外気加熱用ヒータ９のヒータパワーＨＰを制御する。ここで、外気温度調節器１１は、外気加熱用ヒータ９のヒータパワーＨＰを制御する場合、ヒータ室７内に取り込まれる外気の温度が一定になるように外気の温度を自動的に調整することができる。これにより、外気の温度が変動した場合においても、ヒータ室７内の温度が外気温度に左右されることを抑制することが可能となり、熱処理時の温度のバラツキを低減することができる。

そして、ヒータ室７内に外気が取り込まれると、ヒータ５にて外気が暖められ、外気がヒータ室７内を上昇し、排気ダクト１２を介して排気される。このため、ヒータ室７の上方では、ヒータ室７の下方に比べてヒータ室７内の空気の温度が高くなる。ここで、ヒータ室７内に取り込まれる外気を外気温度調節器１１にて加熱することにより、ヒータ室７内を循環する空気の温度を均一化することが可能となり、熱処理時のウェハＷ間の温度のバラツキを低減することができる。

そして、ヒータ室７内の外気が排気ダクト１２に送られると、排気圧力計１６は、排気ダクト１２内の排気の圧力を検出し、圧力信号Ｓ２を排気ダンパコントローラ１７に送る。そして、排気ダンパコントローラ１７は、圧力信号Ｓ２を排気圧力計１６から受け取ると、その圧力信号Ｓ２に基づいてダンパ調整信号Ｓ３を出力し、ダンパ１４の開閉量を調整する。

例えば、排気ダクト１２における最大排気量は施設側の排気量で決まっている。また、他装置１３の稼動状態によって他装置１３からの排気量が変動する。このため、排気ダクト１２を流れる排気量は、他装置１３の稼動状態などの影響により常時変動する。すなわち、他装置１３が停止すると、他装置１３からの排気がなくなる。このため、ヒータ室７内の排気が強くなり、ヒータ室７内の熱が奪われるため、反応炉１内の温度が低下する。

そこで、排気ダンパコントローラ１７は、ダンパ１４の開閉量を調整する場合、ヒータ室７から排気された排気の圧力が一定になるように、排気ダクト１２の排気量を自動的に調整することができる。これにより、排気圧力が変動した場合においても、排気ダクト１２の排気量を人手で調整する必要なくなる。このため、排気量の変動に迅速に対応することが可能となり、熱処理時時の反応炉１内の温度変動を抑圧することを可能として、成膜時の膜厚のバラツキを低減することができる。

なお、本発明が適用可能な熱処理装置としては、バッチ式ホットウォール型ＣＶＤ装置やバッチ式ホットウォール型拡散装置の他、例えば、枚葉式コールドウォール型ＣＶＤ装置、枚葉式コールドウォール型拡散装置、枚葉式コールドウォール型プラズマ装置などを挙げることができる。
また、上述した実施形態では、反応炉１を加熱する加熱手段としてヒータ５を用いる方法を例にとって説明したが、例えば、ハロゲンランプなどのランプ式加熱装置などを用いるようにしてもよい。

また、排気ダクト１２の排気量を調整するために排気圧力をモニタする方法について説明したが、排気ダクト１２の排気量を調整するために排気ダクト１２内の排気流量をモニタするようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係る熱処理装置の概略構成を示す断面図である。

符号の説明

１反応炉、２ガス導入管、３排気管、４ウェハボート、５ヒータ、６熱電対、７ヒータ室、８吸気孔、９外気加熱用ヒータ、１０外気温度モニタ用センサ、１１外気温度調節器、１２排気ダクト、１３他装置、１４、１５ダンパ、１６排気圧力計、１７排気ダンパコントローラ、ＨＰヒータパワー、Ｓ１温度信号、Ｓ２圧力信号、Ｓ３ダンパ調整信号

Claims

熱処理を行う反応炉と、
前記反応炉が配置された加熱室と、
前記加熱室内に収容され、前記反応炉を加熱する加熱手段と、
前記加熱室内を排気する排気ダクトと、
前記加熱室内に外気を取り込む取り込み口と、
前記排気ダクト内の排気圧力をモニタする排気圧力モニタ手段と、
前記排気圧力モニタ手段による排気圧力のモニタ結果に基づいて、前記排気ダクトの排気量を調整する排気量調整手段とを備えることを特徴とする熱処理装置。
熱処理を行う反応炉と、
前記反応炉が配置された加熱室と、
前記加熱室内に収容され、前記反応炉を加熱する加熱手段と、
前記加熱室内を排気する排気ダクトと、
前記加熱室内に外気を取り込む取り込み口と、
前記取り込み口を介して前記加熱室内に取り込まれる外気の温度をモニタする外気温度モニタ手段と、
前記外気温度モニタ手段による外気温度のモニタ結果に基づいて、前記加熱室内に取り込まれる外気の温度を調整する外気温度調整手段とを備えることを特徴とする熱処理装置。
熱処理を行う反応炉と、
前記反応炉が配置された加熱室と、
前記加熱室内に収容され、前記反応炉を加熱する加熱手段と、
前記加熱室内を排気する排気ダクトと、
前記加熱室内に外気を取り込む取り込み口と、
前記排気ダクト内の排気圧力をモニタする排気圧力モニタ手段と、
前記排気圧力モニタ手段による排気圧力のモニタ結果に基づいて、前記排気ダクトの排気量を調整する排気量調整手段と、
前記取り込み口を介して前記加熱室内に取り込まれる外気の温度をモニタする外気温度モニタ手段と、
前記外気温度モニタ手段による外気温度のモニタ結果に基づいて、前記加熱室内に取り込まれる外気の温度を調整する外気温度調整手段とを備えることを特徴とする熱処理装置。
ヒータ室内に配置された反応炉内にウェハを載置する工程と、
前記ヒータ室内に外気を取り込む工程と、
前記ヒータ室内に取り込まれた外気を循環させながら前記反応炉内を加熱する工程と、
前記ヒータ室内を循環した外気を排気する工程と、
前記ヒータ室から排気された排気の圧力をモニタする工程と、
前記排気の圧力のモニタ結果に基づいて前記ヒータ室からの排気量を調整する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
ヒータ室内に配置された反応炉内にウェハを載置する工程と、
前記ヒータ室内に取り込まれる外気の温度をモニタする工程と、
前記外気の温度のモニタ結果に基づいて前記ヒータ室内に取り込まれる外気の温度を調整する工程と、
前記ヒータ室内に取り込まれた外気を循環させながら前記反応炉内を加熱する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
ヒータ室内に配置された反応炉内にウェハを載置する工程と、
前記ヒータ室内に取り込まれる外気の温度をモニタする工程と、
前記外気の温度のモニタ結果に基づいて前記ヒータ室内に取り込まれる外気の温度を調整する工程と、
前記ヒータ室内に取り込まれた外気を循環させながら前記反応炉内を加熱する工程と、
前記ヒータ室内を循環した外気を排気する工程と、
前記ヒータ室から排気された排気の圧力をモニタする工程と、
前記排気の圧力のモニタ結果に基づいて前記ヒータ室からの排気量を調整する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。