CN1842898A - 立式热处理装置及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的立式热处理装置，其特征在于，包括如下部分：收容被处理体的处理容器；包围所述被处理体的周围而设置，加热所述处理容器，并具有急速冷却功能的主加热器；在所述处理容器的上部弯曲形成的排气口部；用于加热所述排气口部的辅助加热器；用于在所述主加热器急速冷却时使所述辅助加热器从所述排气口部撤开的移动装置；和用于使所述排气口部周围的环境强制排气的强制排气装置。

Description

立式热处理装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种立式热处理装置及其使用方法。
背景技术
在半导体装置的制造中，为了对作为被处理体的例如半导体晶片进行氧化、扩散、化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition：CVD)等各种处理，而使用各种热处理装置。作为热处理装置之一，使用一次可以对多个被处理体进行热处理的立式热处理装置。
立式热处理装置通常包括：收容被处理体的石英制处理容器；设置成包围处理容器的周围来加热处理容器并具有急速冷却功能的主加热器；为了连接排气管而在处理容器的上部弯曲形成的排气口部；和为了加热排气口部而设置的辅助加热器(参照例如日本特开2003-209063号公报)。在处理容器的下部形成有开口部，设置有可以密封该开口部并可升降(开闭)的盖体。在盖体的上部设置有搭载保持多级被处理体的石英制晶舟。
对于上述立式热处理装置来说，与具有双重管结构且具有大热容量的处理容器的热处理装置相比，其处理容器的热容量较小，因此可以急速升温和急速降温。从而，可以期待在某种程度上提高生产能力。另外，由于通过辅助加热器加热排气口部，因此可以抑制处理气体成分附着在排气口部内表面而成膜。
然而，上述立式热处理装置中，当热处理(加工)结束，从晶舟中取出被处理体后，仅将晶舟移入到处理容器内，关闭盖体。然后，在该状态下，利用主加热器的急速降温功能，使处理容器降温至所定温度，例如常温，通过向处理容器内导入清洗气体(例如腐蚀气体)，来对处理容器的内面以及晶舟进行干式清洗(dry cleaning)。
但是，在上述立式热处理装置中，辅助加热器不具有急速冷却功能。因此，难以使排气口部与处理容器(主体)同样地迅速降温。其结果是，在排气口部的内面发生膜残留，有导致颗粒(particle)的可能。另外，使排气口部降温至与处理容器(主体)相同的温度需要很长时间，因此，导致装置使用中的等待时间以及维护时的停机时间延长，产生有碍生产能力以及生产率提高的问题。
发明内容
本发明着眼于上述问题，提出有效解决上述问题的方案。本发明的目的是提供一种立式热处理装置及其使用方法，使排气口部可以和处理容器相同地迅速降温，实现生产能力的提高。
本发明的立式热处理装置，其特征在于，包括：收容被处理体的处理容器；包围上述处理容器的周围，加热上述处理容器并具有急速冷却功能的主加热器；在上述处理容器的上部弯曲形成的排气口部；用于加热上述排气口部的辅助加热器；用于在上述主加热器急速冷却时，使上述辅助加热器离开上述排气口部的移动装置；用于使上述排气口部周围的环境强制排气的强制排气装置。
根据本发明，通过使辅助加热器退避和以强制排气装置对排气口部周围的环境强制排气，可以使排气口部与处理容器同样地迅速降温。从而实现生产能力的提高。
优选上述强制排气装置覆盖上述排气口部，并且包括：在上述辅助加热器退避时与该辅助加热器的内部连通的隔热盖板；与上述隔热盖板连接而使上述隔热盖板内强制排气的排气用配管。在这种情况下，可以有效地使排气口部降温。而且，可以防止由于从排气口部放热所导致的不良影响。
另外，优选上述隔热盖板具有水冷结构。此时，可以使排气口部更有效地降温。
另外，优选在上述主加热器上连接用于使该主加热器内强制排气的排气管道(duct)，在该排气管道上连接有上述强制排气装置的排气用配管。此时，可以将经过主加热器的排气管道的强制排气力分流为辅助加热器的强制排气装置的强制排气力，可实现结构的简化和成本的降低。
另外，本发明的立式热处理装置的使用方法，其特征在于，是使用具有下述结构的立式处理装置的方法：收容被处理体的处理容器；包围上述处理容器的周围而设置的、加热上述处理容器并具有急速冷却功能的主加热器；在上述处理容器的上部弯曲形成的排气口部；用于加热上述排气口部的辅助加热器；用于在上述主加热器急速冷却时，使上述辅助加热器离开上述排气口部的移动装置；和用于使上述排气口部周围的环境强制排气的强制排气装置；并包括如下步骤：在使上述主加热器内部急速冷却同时，撤开上述辅助加热器，通过在上述排气口部周围强制排气，使上述处理容器及上述排气口部急速降温的步骤。
根据本发明，通过使处理容器及排气口部急速降温，可以迅速且均匀的对处理容器内面及排气口部进行干式清洗。因此，可以防止膜残留所导致的颗粒生成，并且实现生产能力的提高。
另外，本发明的计算机可读取的存储介质，所述存储介质含有控制立式热处理装置的使用方法的程序，其特征在于，所述立式热处理装置的使用方法，是使用具有如下结构的立式热处理装置的方法：收容被处理体的处理容器；包围所述被处理体的周围而设置的、加热所述处理容器并具有急速冷却功能的主加热器；在所述处理容器的上部弯曲形成的排气口部；用于加热所述排气口部的辅助加热器；用于在所述主加热器急速冷却时使所述辅助加热器从所述排气口部撤开的移动装置；和用于使所述排气口部周围的环境强制排气的强制排气装置；并且包括，在急速冷却所述主加热器的同时，通过撤开所述辅助加热器，并进行所述排气口部周围的强制排气，使所述处理容器及所述排气口部急速降温的步骤。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的立式热处理装置的纵截面图。
图2是图1中的立式热处理装置的平面图。
图3是辅助加热器的移动装置的侧面图。
图4A是图3中的移动装置的导轨设置平面图。
图4B是移动装置的导轨设置侧面图。
图5A是说明辅助加热器移动的平面图；图5B是说明辅助加热器移动的平面图。
图6是导轨的截面图。
图7是辅助加热器的加热状态的截面图。
图8是辅助加热器的强制冷却状态的截面图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
图1是本发明的一个实施方式的立式热处理装置的纵截面图。图2是图1中的立式热处理装置的平面图。图3是辅助加热器的移动装置的侧面图。图4A是图3中的移动装置的导轨设置平面图。图4B是移动装置的导轨设置侧面图。图5A是说明辅助加热器移动的平面图；图5B是说明辅助加热器移动的平面图。图6是导轨截面图。图7是辅助加热器的加热状态的截面图。图8是辅助加热器的强制冷却状态的截面图。
图1的立式热处理装置包括：图中未示的筐体；和设置在该筐体内，收容被处理体(例如半导体晶片w)并进行所定热处理的立式处理容器(称为反应管)2。处理容器2由具有耐热性和耐腐蚀性的石英(石英玻璃)形成。处理容器2的上部形成拱顶形，具体为倒置漏斗形，处理容器2的下部开口为炉口3。在处理容器2的下部开口端设置有凸缘(flange)部4。凸缘部4通过凸缘压脚而固定于基盘(base plate)(图未示)上。
在处理容器2的下侧部设置有气体导入口部，用于连接导入处理气体或者不活泼气体(例如N2)的气体导入管(省略图示)。在处理容器2的顶上部的中央，以“L”型弯曲形成有用于连接排气管5的排气口部6。在排气管5上连接有可使处理容器2内减压至所定压力(例如约110kgf)的压力控制系统。压力控制系统具有真空泵、压力传感器、压力控制阀、控制器。
在处理容器2的周围设置有圆筒形的主加热器7，可以对处理容器2内进行加热控制以达到所定温度(例如300～1000℃)，且具有急速冷却功能。在本实施例中，主加热器7的主体7a由金属制(例如SUS制)的水冷套筒(jacket)构成，作为加热元件(heat element)(省略图示)采用可以急速升降温度的碳线(carbon wire)。主加热器7设置在基盘上。主加热器7的上部用天板8覆盖。排气口部6贯通天板8并伸出。
在加工降温时或者干式清洗等的维护时，使主加热器7以及主加热器7内的处理容器2强制空冷。为此，在主加热器7的下部设置有与用于将室温的空气送入主加热器7内的送风机9连接的送风喷嘴(nozzle)10，在主加热器7的上部设置有与排气扇11连接的排气管道12。排气管道12主要结构包括：安装在天板8上的第一风道12a；和连接该第一风道12a与工场排气系统之间的第二风道12b。在第二风道12b上设置有用于降低排气温度的热交换器13。
在处理容器2的下方，设置有密封处理容器2的下部开口(炉口)3的盖体14，可通过图中未示的升降装置进行升降(能够开闭)。在盖体14的上方设置有石英制的晶舟(保持具)15，在上下方向上以所定间隔搭载保持多片、例如大约25～50片的晶片w。支柱16与设置于盖体14中部的旋转导入装置17连接。
另外，在盖体14的中部，在不与支柱16干涉的状态下，设置有热插头(thermoplug)18，该热插头18作为控制从炉口3放热的装置，具有平面形的加热器和隔热板。
另外，在处理容器2的下方设置有装料区(loading area)19，用于在盖体14落下时从处理容器2内移出晶舟15，在该晶舟15和作为搬运容器的装载器(盒)之间进行晶片w的转移。
在主加热器7的上部设置有用于加热排气口部6的辅助加热器20。为使排气口部6与处理容器2同样迅速地降温，在辅助加热器20上设置有移动装置21，用于在主加热器7急速冷却时，使该辅助加热器20从排气口部6退避(离开)。
另外，设置有用于使排气口部6的周围的环境强制排气的强制排气装置22。如图8所示，强制排气装置22主要结构包括：覆盖辅助加热器20退避时的排气口部6，并与退避后的辅助加热器20的内部连通的隔热盖板23；以及与该隔热盖板23连接，使隔热盖板23内强制排气的排气用配管24。以此，可以使隔热盖板23内排气口部6的周围环境以及辅助加热器20内的环境强制排气。从而，可以使排气口部6高效降温。
排气用配管24可以与排气管道12的与热交换器13相比的上流部分连接。另外，隔热盖板23为金属制(例如SUS制)，优选在其表面设置冷却水循环流路25构成水冷结构。
如图8所示，在天板8上设置有用于使排气口部6的垂直直立部的周围绝热的绝热区(block)26。在绝热区26的上面设置有金属制(例如SUS制)的承载板27，用于承载辅助加热器20，并可使其在水平方向上移动。
如图7所示，辅助加热器20其主要结构包括：绝热材料28，具有从背面的一侧(图7的右侧)可滑动地覆盖排气口部6的形状，即，下面一侧和正面一侧(图7的左侧)开放的近似立方体的形状；和安装(埋设)于该绝热材料28的内面的电阻发热线29。优选在辅助加热器20的外侧面设置具有冷却水循环流路31的冷却水套筒32。
绝热材料28和绝热区26分别由铸件(mold article)构成。然后，为使上述部件不发生粉化，将上述部件表面用氧化铝织物(aluminacloth)覆盖。
如图4A、图4B及图5所示，移动装置21主要结构包括：为了引导辅助加热器20能够水平移动，而在水平移动方向上延伸的左右一对的前导轨33以及后导轨34；通过杆部35、36而安装在辅助加热器20的大约四角上，并沿导轨33、34进行导向的导轮37、38；以及使辅助加热器20滑动的空气气缸(air cylinder)39(如图1所示)。为了避免与隔热盖板23的干涉，前导轨33安装在与辅助加热器20的载面相比的下部，例如天板8上，并使其不与绝热区26干涉。同时，通过安装于第一风道12a后部的支柱40(如图4B所示)，与辅助加热器20大约等高地安装后导轨34。各导轨33、34其结构例如图6所示，在金属制板材41的一侧面上设置有导轮引导用的导向槽42。
为了在利用固定于筐体上的热交换器13后、加强导轨34的支撑结构，在热交换器13上，经由水平安装杆43并通过螺栓固定来安装水平支撑部件44(如图4A以及图4B所示)。安装杆43利用设置于热交换器13上的已有的螺栓孔(tap)进行螺栓固定。另外，在热交换器13的上部，通过安装杆43而安装有用于空气气缸39的安装部件45。空气气缸39的底端部通过托架(bracket)46安装于该安装部件45上。一方面，空气气缸39的活塞杆(piston rod)39a的前端部通过托架47而连接到辅助加热器20的背面部。
辅助加热器20在加热时位于覆盖排气口部6的位置上。具体而言，如图7所示，辅助加热器20承载在绝热区26上，位于收纳在隔热盖板23的内部的位置。
另一方面，在退避时，辅助加热器20远离排气口部6。具体而言，如图8所示，辅助加热器20的前端部位于隔热盖板23的开口端，形成使隔热盖板23内和辅助加热器20内连通的状态。
隔热盖板23的截面形成“门”型或倒置“U”型，其两脚部安装于左右一对的前导轨33的板材41上。隔热盖板23的前面部留有排气口部6所通过的部分，由前面盖板部23a覆盖。另一方面，为了允许辅助加热器20退避移动而将隔热盖板23的背面部开口。
辅助加热器20可以通过空气气缸39而从加热位置向退避位置仅滑动所定的量L(例如大约L＝185mm)。为了减小该滑动时的摩擦阻力同时防止金属屑等杂物产生，优选将辅助加热器20从绝热区26上的承载位置(加热位置)开始移动后，立刻从承载面只上升所定的尺寸d(例如大约d＝15mm)。因此，在各导轨33、34的前端一侧设置倾斜部33a、34b(如图4B所示)。
并且，将辅助加热器20的水冷套筒32的冷却水循环流路31(如图7所示)和冷却水循环供给部(图未示)连接的配管由软性管构成。
另外，在撤开位置上的辅助加热器20的下方设置用于控制从辅助加热器20的下方放热的隔热板48，并使其覆盖辅助加热器20的下面露出部分(如图8所示)。该隔热板48优选采用水冷式，例如设置冷却水循环流路49。其中，在本实施例中，在第一风道12a的上部安装有隔热板48。
在根据由上述结构构成的立式热处理装置1中，在加工降温或者干式清洗等维护时，可使排气口部6与处理容器2相同地迅速降温。因此，可以实现使装置使用中的等待时间以及维护时的停机时间缩短，以及生产能力以及生产率的提高。而且，由于可使排气口部6与处理容器2相同地迅速降温，因此可以解决排气口部6的内表面的膜残留，也可以解决由于膜残留而导致发生颗粒的问题。
由于强制排气装置22包括：覆盖退避辅助加热器20后的排气口部6(覆盖排气口部6的周围)，同时与退避后的辅助加热器20的内部连通的隔热盖板23；和与该隔热盖板23连接，使隔热盖板23内强制排气的排气用配管24，因此，可以有效地使排气口部6降温，同时可以防止由于从排气口部6放热所带来的热影响。
另外，由于隔热盖板23采用水冷结构，所以可以使排气口部6更有效地降温。
而且，由于在主加热器7上连接有用于使主加热器7内强制排气的排气管道12，并在排气管道12上连接有辅助加热器20的强制排气装置22的排气用配管24，因此，可以将主加热器7的排气管道12所产生的强制排气力分流至辅助加热器20的强制排气装置22的强制排气力，可以实现结构的简化和成本的降低。
另外，在本实施方式中，通过使处理容器2以及排气口部6急速降温，而可以对处理容器2的内表面以及排气口部6的内表面进行迅速且均匀的干式清洗。从而，可以防止膜残留导致的颗粒的发生，同时，实现生产能力的提高。
并且，在主加热器7急速冷却时，停止向主加热器7供给电能。而且，在辅助加热器20退避时(包括强制排气时)，停止向辅助加热器20供给电能。
根据本实施例的立式热处理装置1，当使排气口部6的温度从800℃降温至100℃时，与现有技术需要大约110分钟相比，可以缩短至大约65分钟。
以上，结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是，本发明并不局限于上述实施例，可以在不偏离本发明的要点的范围内进行设计的更改。另外，本发明可以不需要大幅改造就可以应用于已有的立式热处理装置中。
另外，在上述立式热处理装置中实施的各步骤可以通过计算机装置80进行控制。为了实现该控制，在计算机装置80中所应用的程序以及包含该程序的计算机可以读取的存储介质也是本发明所要保护的对象。

Claims (6)

1.一种立式热处理装置，其特征在于，包括：
收容被处理体的处理容器；
包围所述被处理体的周围而设置的、加热所述处理容器并具有急速冷却功能的主加热器；
在所述处理容器的上部弯曲形成的排气口部；
用于加热所述排气口部的辅助加热器；
用于在所述主加热器急速冷却时使所述辅助加热器从所述排气口部退避的移动装置；和
用于使所述排气口部周围的环境强制排气的强制排气装置。
2.如权利要求1所述立式热处理装置，其特征在于，所述强制排气装置包括：
覆盖所述排气口部、并在所述辅助加热器退避时与所述辅助加热器的内部连通的隔热盖板；和
与所述隔热盖板连接、使所述隔热盖板内强制排气的排气用配管。
3.如权利要求2所述立式热处理装置，其特征在于：
所述隔热盖板具有水冷结构。
4.如权利要求2或3所述立式热处理装置，其特征在于：
在所述主加热器上连接有用于使所述主加热器内强制排气的排气管道；
在所述排气管道上连接有所述强制排气装置的排气用配管。
5.一种立式热处理装置的使用方法，其特征在于：
是使用具有如下结构的立式热处理装置的方法，
收容被处理体的处理容器；
包围所述被处理体的周围而设置的、加热所述处理容器并具有急速冷却功能的主加热器；
在所述处理容器的上部弯曲形成的排气口部；
用于加热所述排气口部的辅助加热器；
用于在所述主加热器急速冷却时使所述辅助加热器从所述排气口部撤开的移动装置；和
用于使所述排气口部周围的环境强制排气的强制排气装置，其中，所述立式热处理装置的使用方法包括：
在急速冷却所述主加热器的同时，通过退避所述辅助加热器，并进行所述排气口部周围的强制排气，来使所述处理容器以及所述排气口部急速降温的步骤。
6.一种计算机可读取的存储介质，所述存储介质含有控制立式热处理装置的使用方法的程序，其特征在于：
所述立式热处理装置的使用方法，是使用具有如下结构的立式热处理装置的方法，
收容被处理体的处理容器；
包围所述被处理体的周围而设置的、加热所述处理容器并具有急速冷却功能的主加热器；
在所述处理容器的上部弯曲形成的排气口部；
用于加热所述排气口部的辅助加热器；
用于在所述主加热器急速冷却时使所述辅助加热器从所述排气口部撤开的移动装置；和
用于使所述排气口部周围的环境强制排气的强制排气装置，其中，立式热处理装置的使用方法包括：
在急速冷却所述主加热器的同时，通过撤开所述辅助加热器，并进行所述排气口部周围的强制排气，来使所述处理容器及所述排气口部急速降温的步骤。
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