JP2006295020A - 酸化膜形成装置及び酸化膜形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高品位の酸化膜を形成することができ、かつ、管理が容易な酸化膜形成装置及び酸化膜形成方法を提供する。
【解決手段】 耐圧容器１３の外部に設けられた気化器２１が水蒸気を生成し、この水蒸気は加温及び加圧された状態の耐圧容器１３内に供給される。したがって、シリコンウエハＡの周囲の雰囲気は酸化膜形成プロセスの全工程を通じ一定し、シリコンウエハＡに形成される酸化膜は高品位なものとなる。また、使用するのが水であり、使用量の管理及び安全管理が容易である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体基板等の表面に酸化膜を形成する酸化膜形成装置及び酸化膜形成方法に関するものである。

半導体基板の製造プロセスにおいて、例えば、シリコン等の基板原料は酸化膜形成装置によってその表面に酸化膜が形成される。酸化膜形成装置では、シリコンウエハは耐圧容器に収容され、この耐圧容器の内部は、湿式の酸化方式の場合、例えば、０．６５ＭＰａ、９５０℃といった高圧かつ高温とされる。シリコンウエハは、このような状態の耐圧容器内で水蒸気と反応する。これにより、酸化膜がシリコンウエハの表面に形成される。

図２は、従来の酸化膜形成装置の一例の構成を示す概略図である。
図２に示すように、酸化膜形成装置２００は耐圧容器２０３を有し、この耐圧容器２０３は外殻部２０１と床部２０２によって覆われている。耐圧容器２０３の内側には、反応室２０１ａが形成されている。
この酸化膜形成装置２００では、シリコンウエハＡは純水の入った複数の蒸発皿２０５ａ、２０５ｂにセットされ、耐圧容器２０３に収容される。また、耐圧容器２０３の外周に設けられたヒータ群２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃは、反応室２０１ａを所定の温度まで加温すると共に、図示しないコンプレッサは反応室２０１ａを所定圧力まで加圧する。これにより、純水が蒸発して水蒸気となり、この水蒸気とシリコンウエハＡとが反応して酸化膜がシリコンウエハＡの表面に形成される。

しかし、上記の酸化膜形成装置２００では反応室２０１ａを加温及び加圧し始めた初期の段階から純水が気化し、シリコンウエハＡに酸化膜が形成されるため、酸化膜を形成する全工程においてシリコンウエハＡの周囲の雰囲気が一定していないことになる。また、蒸発皿２０５ａ、２０５ｂも同時に加温されるので、これらの素材がイオン化して純水中に溶け込む可能性がある。したがって、シリコンウエハＡに高品位の酸化膜を形成することが困難である。
さらに、シリコンウエハＡを交換する際には、蒸発皿２０５ａ、２０５ｂ内の純水は交換されなければならないが、蒸発皿２０５ａ、２０５ｂの付近の温度が十分に下がらないうちは、この交換作業は困難である。よって、装置の稼働率が低下する。

また、上記のような諸問題点を解決した酸化膜形成装置の一例が、特許文献１に示されている。
図３は、そのような酸化膜形成装置３００の構成を示す概略図である。
図３に示すように、酸化膜形成装置３００は耐圧容器３０３を有し、この耐圧容器３０３は外殻部３０１と側蓋部３０２によって覆われている。耐圧容器３０３の内側には、反応室３０１ａが形成されている。
また、酸化膜形成装置３００はガス制御部３０６を備えている。ガス制御部３０６は水素ガス取得口３０６ｂ、及び、酸素ガス取得口３０６ｃから、それぞれ水素ガス及び酸素ガスの供給を受け、これらのガスを適正な比率で調整してガス吐出口３０６ａからそれぞれ反応室３０１ａに供給する。

この酸化膜形成装置３００では、シリコンウエハＡは反応室３０１ａに設けられた試料皿３０５にセットされる。次いで、耐圧容器３０３の外部に設けられたヒータ群３０４ａ、３０４ｂが、反応室３０１ａを所定の温度まで加温すると共に、図示しないコンプレッサが反応室３０１ａを所定圧力まで加圧する。
この後、水素ガス及び酸素ガスがガス制御部３０６から反応室３０１ａに送り込まれ、反応室３０１ａで水素ガスと酸素ガスとが反応し、水蒸気が発生する。これにより、水蒸気とシリコンウエハＡとが反応して酸化膜がシリコンウエハＡの表面に形成される。

この場合、反応室３０１ａへ送り込まれる水素ガス及び酸素ガスの量は、理論式に基づいて算出される。しかし、ガスを理論通りの正確な比率で管理することは困難である。また、可燃性ガスを使用するため、安全面での管理が煩雑となる。さらに、警報機等の設置が必要になり、装置が大型化するという問題があった。
特開平６−２０４２１０号公報

本発明の課題は、高品位の酸化膜を形成することができ、かつ、管理が容易な酸化膜形成装置及び酸化膜形成方法を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。
請求項１の発明は、被処理体を収容する耐圧容器と、前記耐圧容器内を加温する加温部と、前記耐圧容器内を加圧する加圧部と、前記耐圧容器の外部に設けられ、水を気化して水蒸気を生成すると共に前記水蒸気を前記耐圧容器内に供給する水蒸気供給部と、前記水蒸気供給部へ水を供給する水供給部とを備える酸化膜形成装置である。
請求項２の発明は、耐圧容器内に被処理体を収容し、前記耐圧容器内を加温すると共に加圧し、前記耐圧容器の外部で水を気化して水蒸気を生成し、前記水蒸気を前記耐圧容器内に供給し、前記水蒸気と前記被処理体とを反応させ、前記被処理体の表面に酸化膜を形成する酸化膜形成方法である。

以上説明したように、本発明によれば以下のような効果がある。
請求項１及び請求項２の発明によれば、水蒸気は耐圧容器の外部で生成されて加温及び加圧された状態の耐圧容器内に供給されるため、被処理体の周囲の雰囲気は酸化膜形成プロセスの全工程を通じ一定する。したがって、被処理体に形成される酸化膜は高品位なものとなる。
また、水は使用量の管理が容易であるので装置の構造が簡単である。さらに、可燃性ガスを使用せず水を使用する構成なので、安全面の管理も容易であり、かつ、環境に優しい。また、ガスを使用する場合に比べ、警報機等も不要であるので装置が大型化しない。しかも、水の取り扱いはガスボンベ等の取り扱いに比べ容易であるから作業が省力化される。

本発明は、高品位の酸化膜を形成することができ、かつ、管理が容易な酸化膜形成装置及び酸化膜形成方法を、水蒸気を耐圧容器の外部で生成し、この水蒸気を加温及び加圧された状態の耐圧容器内に供給することによって実現した。

以下、図面を参照して、本発明の実施例についてさらに詳しく説明する。
図１は、本発明の実施例に係る酸化膜形成装置１００の構成を示す概略図である。

酸化膜形成装置１００は、酸化膜形成部１０を有している。
酸化膜形成部１０は、外殻部１１、床部１２、反応室１１ａを備える耐圧容器１３、石英テーブル１４、複数のヒータ（加温部）１５ａ、１５ｂ、及び、コンプレッサ（加圧部）１６等を有している。
外殻部１１は、軸方向が略鉛直方向とされた略円筒形状の胴部と、その上側開口部に設けられたドーム状の屋根部とで構成されている。床部１２は、略円形の板状をしており、外殻部１１の下側の開口部を閉じるように外殻部１１に取り付けられている。また、この床部１２は、その中央部分に略円形状の孔部１２ａを有している。

耐圧容器１３は、外殻部１１及び床部１２の内側に設けられている。耐圧容器１３は外殻部１１と略同軸とされた略円筒状の胴部と、その上部開口部に設けられたドーム状の屋根部とで構成されている。この耐圧容器１３は、例えば、１．５ＭＰａの耐圧力性能を有している。また、耐圧容器１３の内側には反応室１１ａが形成されている。

ヒータ１５ａ、１５ｂ（以下、「ヒータ群１５」という）は、外殻部１１と耐圧容器１３との間に配置され、耐圧容器１３の胴部の外周を囲んでいる。これらのヒータ群１５は、耐圧容器１３内の温度を、例えば、１０００℃程度の高温まで加温することができるようになっている。なお、本実施例の酸化膜形成装置１００においては、シリコンウエハＡに酸化膜を形成する際の処理温度範囲は、例えば、７００〜９５０℃に設定されている。
コンプレッサ１６は、外殻部１１の外部に設けられている。このコンプレッサ１６は、配管１６ａを介して耐圧容器１３内を加圧できるようになっている。なお、本実施例のコンプレッサ１６は、耐圧容器１３内を、例えば、０．７ＭＰａまで加圧することができる性能を有している。

石英テーブル１４は、耐圧容器１３の内部に設けられている。この石英テーブル１４は、複数の円盤状のテーブルを上下方向に階層状に並べたものであり、円盤状の昇降テーブル１７に載置されている。この昇降テーブル１７の半径方向寸法は、床部１２の孔部１２ａの半径方向寸法に対応している。図１に示す石英テーブル１４が耐圧容器１３内にセットされた状態では、床部１２の孔部１２ａは昇降テーブル１７により塞がれており、反応室１１ａは密閉されている。なお、本実施例の石英テーブル１４は、例えば、６インチ及び８インチのシリコンウエハＡ（被処理体）に対応しており、最大処理枚数は、例えば、それぞれ７５枚、５０枚となっている。

また、この酸化膜形成装置１００は、酸化膜形成部１０の下方に昇降装置１８を有している。この昇降装置１８は、昇降テーブル１７の下端面に接続されており、石英テーブル１４を反応室１１ａにセットする際は、石英テーブル１４を載置した昇降テーブル１７を酸化膜形成部１０の下方から移動させるようになっている。
なお、この酸化膜形成装置１００は、酸化膜形成部１０の外部に図示しないシリコンウエハ搬送ロボットを有しており、石英テーブル１４にシリコンウエハＡをセットする作業はこのシリコンウエハ搬送ロボットが行うようになっている。

さらに、酸化膜形成装置１００は、酸化膜形成部１０の外部に水蒸気生成部２０を有している。
水蒸気生成部２０は、気化器２１、タンク２２、純水供給部２６、純水計量部３１、昇圧用ガス供給部２３、昇圧用ガス計測部３０、キャリアガス供給部２４、及び、ヒータ２５、２７等を有している。

気化器２１は図示しないヒータを有しており、水を気化して水蒸気を生成することが可能になっている。気化器２１と反応室１１ａとは水蒸気供給管２１ａで接続されており、この水蒸気供給管２１ａを介して、気化器２１で生成された水蒸気は反応室１１ａに供給されるようになっている。なお、この水蒸気供給管２１ａは、装置内において気化器２１と反応室１１ａとを最短距離で接続している。
タンク２２は気化器２１の近傍に設けられ、常に純水を貯蔵している。このタンク２２は、耐圧容器１３と同等の耐圧力性能を有している。タンク２２と気化器２１とは配管で接続されており、純水はこの配管を介してタンク２２から気化器２１へと供給されるようになっている。

純水供給部２６はタンク２２の近傍に設けられ、タンク２２に純水を供給する水源となっている。また、純水計量部３１は、純水供給部２６とタンク２２との間に設けられている。この純水計量部３１は、重量センサ２２ｂを有している。重量センサ２２ｂは、例えば、ロードセル等を備えており、タンク２２内の純水重量を計量することができるようになっている。また、純水計量部３１はＣＰＵ２８を有しており、重量センサ２２ｂはこのＣＰＵ２８に対して計量した純水量を信号として発するようになっている。また、純水計量部３１は、純水供給部２６とタンク２２とを接続する配管の途中にバルブ２６ａを有している。ＣＰＵ２８は、重量センサ２２ｂからの信号に基づいてこのバルブ２６ａに信号を発し、バルブ２６ａの開度を操作するようになっている。

昇圧用ガス供給部２３は、タンク２２の近傍に設けられている。この昇圧用ガス供給部２３は、例えば、窒素ガス等の不活性ガスをタンク２２に供給するものである。この不活性ガスの吐出圧力は酸化膜生成時の耐圧容器１３内の圧力より高く設定されている。
昇圧用ガス計測部３０は、昇圧用ガス供給部２３とタンク２２との間に設けられている。この昇圧用ガス計測部３０は、圧力センサ２２ａを有している。この圧力センサ２２ａは、タンク２２内の圧力を計測することができるようになっている。また、昇圧用ガス計測部３０は、ＣＰＵ２９を有しており、圧力センサ２２ａは、このＣＰＵ２９に対して計測したタンク内圧力を信号として発するようになっている。また、昇圧用ガス計測部３０は、昇圧用ガス供給部２３とタンク２２とを接続する配管の途中にバルブ２３ａを有している。ＣＰＵ２９は、圧力センサ２２ａからの信号に基づいてこのバルブ２３ａに信号を発し、バルブ２３ａの開度を操作するようになっている。

キャリアガス供給部２４は気化器２１の近傍に設けられ、気化器２１と配管を介して接続されている。このキャリアガス供給部２４は、例えば、窒素ガス等の不活性ガスを気化器２１に供給するものである。この不活性ガスの吐出圧力も酸化膜生成時の耐圧容器１３内の圧力より高く設定されている。
ヒータ２７は水蒸気供給管２１ａに対し設けられている。また、ヒータ２５は、キャリアガス供給部２４に対して設けられている。これらのヒータ２７、２５は、加圧されることで通常の沸点（１００℃）より高くなっている水蒸気の沸点以上の温度で、気化器２１が生成した水蒸気、及び、キャリアガスを加温するようになっている。

次に、本実施例の酸化膜形成装置１００の動作を酸化膜の形成方法を含めて説明する。
酸化膜形成装置１００でシリコンウエハＡに酸化膜を形成する際には、シリコンウエハＡは酸化膜形成部の外部で、シリコンウエハ搬送ロボットにより石英テーブル１４上の所定位置に載置される。その後、石英テーブル１４は、昇降装置１８により反応室１１ａにセットされる。このとき、床部１２の孔部１２ａは昇降テーブル１７によって塞がれ、反応室１１ａは密閉される。次いで、ヒータ群１５が反応室１１ａの温度を、例えば、９５０℃まで加温すると共に、コンプレッサ１６が反応室１１ａの圧力を、例えば、０．６５ＭＰａまで加圧する。

次いで、水蒸気生成部２０が、処理するシリコンウエハＡの種類、枚数等に応じた適切な量の水蒸気を生成する。
水蒸気が生成される際には、純水が純水供給部２６からタンク２２内に供給され、同時に、昇圧用ガスが昇圧用ガス供給部２３からタンク２２に供給される。

ここで、純水の量を決定する際には、重量センサ２２ｂがタンク２２内の純水の重量を計量する。なお、タンク２２には常に純水が貯蔵されており、重量センサ２２ｂはこの純水の変化量を計量してＣＰＵ２８に信号を発信する。ＣＰＵ２８は、この信号に基づいてバルブ２６ａに信号を発信し、バルブ２６ａの開度を操作して純水の流量を調節する。これにより、タンク２２に供給される適切な純水量が自動的に決定される。

また、昇圧用ガスの量を決定する際には、圧力センサ２２ａがタンク２２内の圧力を計測し、ＣＰＵ２９に信号を発信する。ＣＰＵ２９は、この信号に基づいてバルブ２３ａに信号を発信し、バルブ２３ａの開度を操作して昇圧用ガスの吐出量を調節する。これにより、タンク２２に供給される昇圧用ガスの適切な圧力が自動的に制御される。
この量及び圧力が制御された純水は、昇圧用ガスによりタンク２２から気化器に送り込まれ、気化器２１によって気化される。これにより、適切な量の水蒸気が生成される。

この水蒸気は、昇圧用ガス及びキャリアガスによって反応室１１ａへ送り込まれる。このとき、昇圧用ガス及びキャリアガスの吐出圧力は反応室１１ａの圧力より高いので、水蒸気供給管２１ａ内の圧力は反応室１１ａの圧力より高くなっている。したがって、水蒸気は気化器２１へ逆流することがない。また、ヒータ２５がキャリアガス供給部２４を、ヒータ２７が水蒸気供給管２１ａを、それぞれ水蒸気の沸点以上の温度に加温しているので、水蒸気が凝結することがない。

反応室１１ａのシリコンウエハＡは所定の反応時間、反応室１１ａに送り込まれた水蒸気と反応する。これにより、酸化膜がシリコンウエハＡの表面に形成される。酸化膜の形成が終了した後は、石英テーブル１４（シリコンウエハＡ）は昇降装置１８により反応室１１ａから取り出される。これにより、酸化膜形成のプロセスは終了する。なお、例えば、１μｍの酸化膜をシリコンウエハＡに形成する場合の処理時間は６時間である。

以上説明したように、本実施例の酸化膜形成装置１００及び酸化膜形成方法によれば、水蒸気は耐圧容器１３の外部で生成され、加温及び加圧された状態の反応室１１ａに供給されるため、シリコンウエハＡの周囲の雰囲気は酸化膜形成プロセスの全工程を通じ一定する。したがって、シリコンウエハＡに形成される酸化膜は高品位なものとなる。
また、酸化膜形成装置１００は、可燃性ガスを使用せず純水を使用する構成なので、安全面の管理が容易である。さらに、純水は計量が容易であるので装置の構造も簡単である。しかも、純水は半導体工場において広く使用されているので入手が容易であると共に環境に優しい。また、可燃性ガスを用意する場合に比べ、警報機等が不要となるので装置が大型化しない。さらに、純水の取り扱いはガスボンベ等の取り扱いに比べ容易であるから作業が省力化される。

なお、本実施例では、被処理体はシリコンウエハＡであったが、被処理体はこれに限られない。したがって、例えば、被処理体はシリコンカーバイド等の化合物半導体であっても良い。また、その他にも被処理体は液晶基板や有機ＥＬ用の基板であっても良い。

また、本実施例の酸化膜形成装置１００では、耐圧容器１３は軸方向が鉛直方向となるような、いわゆる「縦型」の耐圧容器であったが、耐圧容器の構成はこれに限られず、軸方向が水平方向とされた、いわゆる「横型」の耐圧容器であってもよい。
さらに、本実施例の昇圧用ガス及びキャリアガスは、共に窒素ガスであったが、昇圧用ガス及びキャリアガスはこれに限られず、難燃性で管理が容易であり、かつ、酸化膜の生成に影響を及ぼさなければ、他の種類のガスであってもよい。

本発明の実施例に係る酸化膜形成装置を示す概略構成図である。 従来の酸化膜形成装置の一例を示す概略構成図である。 従来の酸化膜形成装置の他の例を示す概略構成図である。

符号の説明

１００ 酸化膜形成装置
１３ 耐圧容器
１５ａ、１５ｂ ヒータ
１６ コンプレッサ
２１ 気化器
２２ タンク
２３ 昇圧用ガス供給部
２５ キャリアガス供給部
２６ 純水供給部
Ａ シリコンウエハ

Claims (2)

1. 被処理体を収容する耐圧容器と、
   前記耐圧容器内を加温する加温部と、
   前記耐圧容器内を加圧する加圧部と、
   前記耐圧容器の外部に設けられ、水を気化して水蒸気を生成すると共に前記水蒸気を前記耐圧容器内に供給する水蒸気供給部と、
   前記水蒸気供給部へ水を供給する水供給部と、
   を備える酸化膜形成装置。
2. 耐圧容器内に被処理体を収容し、
   前記耐圧容器内を加温すると共に加圧し、
   前記耐圧容器の外部で水を気化して水蒸気を生成し、
   前記水蒸気を前記耐圧容器内に供給し、
   前記水蒸気と前記被処理体とを反応させ、前記被処理体の表面に酸化膜を形成する酸化膜形成方法。
   
   

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