JP2003121079A - Heat treating device and method - Google Patents

Heat treating device and method

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JP2003121079A
JP2003121079A JP2001313218A JP2001313218A JP2003121079A JP 2003121079 A JP2003121079 A JP 2003121079A JP 2001313218 A JP2001313218 A JP 2001313218A JP 2001313218 A JP2001313218 A JP 2001313218A JP 2003121079 A JP2003121079 A JP 2003121079A
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Japan
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heat treatment
heating means
treatment apparatus
processing
processing container
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Application number
JP2001313218A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroki Fukushima
弘樹 福島
Masaru Nakao
中尾  賢
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Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat treating device capable of improving temperature rise speed without causing warp and slip of a workpiece. SOLUTION: This heat treating device is provided with a treating unit 24 performing a prescribed heat treatment to the work piece W. The treating unit is provided with a treating vessel 26 formed of an optical transparent member, a support member 36 supporting the workpiece, upper part heating means 70 provided outside a ceiling part of the treating vessel, lower part heating means 72 provided outside the bottom of the treating vessel, a gas introducing means 50 introducing treating gas into the treating vessel, and exhaust means 40 exhausting atmosphere in the treating vessel. The workpiece is heated from the both sides so as to improve the temperature rise speed without causing the warp and the slip of the workpiece.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ等に
所定の熱処理を施す枚葉式の熱処理装置及び熱処理方法
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a single-wafer type heat treatment apparatus and a heat treatment method for performing a predetermined heat treatment on a semiconductor wafer or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、半導体集積回路を製造するため
にはシリコン基板等よりなる半導体ウエハに対して、成
膜処理、エッチング処理、酸化処理、拡散処理等の各種
の熱処理が行われる。この場合、スループットの向上の
観点から、半導体ウエハに悪影響を与えない範囲で、こ
のウエハの昇降温を迅速に行う必要がある。ここで従来
の一般的な熱処理装置について説明する。図8は従来の
枚葉式の熱処理装置を示す概略構成図である。図8に示
すように、この熱処理装置は、例えばアルミニウム等に
より筒体状になされた処理容器2を有しており、この処
理容器2の底部には排気口4が設けられて処理容器2内
を真空引き可能としている。この処理容器2内には、加
熱ヒータ6を有するサセプタ8が設けられて、この上面
に半導体ウエハWを載置するようになっている。この処
理容器2の天井部には、多数のガス噴出口10を有する
シャワーヘッド部12が天井板14に取り付けて設けら
れており、成膜ガスなどの処理ガスを処理容器2内へ導
入するようになっている。
2. Description of the Related Art Generally, in order to manufacture a semiconductor integrated circuit, various heat treatments such as a film forming process, an etching process, an oxidation process and a diffusion process are performed on a semiconductor wafer such as a silicon substrate. In this case, from the viewpoint of improving throughput, it is necessary to quickly raise and lower the temperature of the semiconductor wafer within a range that does not adversely affect the semiconductor wafer. Here, a conventional general heat treatment apparatus will be described. FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a conventional single-wafer heat treatment apparatus. As shown in FIG. 8, this heat treatment apparatus has a processing container 2 which is made of, for example, aluminum and has a cylindrical shape, and an exhaust port 4 is provided at the bottom of the processing container 2 so that the inside of the processing container 2. Can be evacuated. A susceptor 8 having a heater 6 is provided in the processing container 2, and the semiconductor wafer W is mounted on the upper surface of the susceptor 8. A shower head portion 12 having a large number of gas ejection ports 10 is attached to a ceiling plate 14 at the ceiling of the processing container 2 so as to introduce a processing gas such as a film forming gas into the processing container 2. It has become.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述したよ
うに製品ウエハの生産効率、すなわちスループットを向
上させる観点からは、ウエハWの昇降温操作、特に昇温
操作を迅速に行なわなければならない。しかしながら、
前述したようにサセプタ8に内蔵した加熱ヒータ6によ
り、ウエハWをこの裏面側から加熱する場合には昇温速
度がそれ程高くなく、スループットに限界があった。こ
の場合、加熱ヒータ6の容量を大きくしてこのヒータ6
への投入電力を大きくすることも考えられるが、投入電
力を大きくし過ぎると、厚さが0.5〜1mm程度のウ
エハの表面と裏面との間に大きな温度差が生じて無視で
きない熱膨張差が発生しまい、これが原因でウエハ自体
に反りが生じたり、亀裂などのスリップが発生してしま
うので投入電力量にも限界があった。
By the way, as described above, from the viewpoint of improving the production efficiency of product wafers, that is, the throughput, the temperature raising / lowering operation of the wafer W, especially the temperature raising operation, must be performed quickly. However,
As described above, when the wafer W is heated from the back surface side by the heater 6 built in the susceptor 8, the rate of temperature rise is not so high and the throughput is limited. In this case, increase the capacity of the heater 6 and increase the capacity of the heater 6.
Although it is possible to increase the input power to the wafer, if the input power is too large, a large temperature difference occurs between the front surface and the back surface of the wafer having a thickness of about 0.5 to 1 mm, and thermal expansion cannot be ignored. A difference occurs, which causes the wafer itself to warp or cause a slip such as a crack, which limits the amount of power input.

【0004】また、例えばプロセス温度が800℃程度
の時には、ウエハ温度を室温程度からこのプロセス温度
まで昇温する際に、ウエハの中心部と周辺部との間で温
度差が例えば40℃程度も生じた状態で昇温操作が行わ
れ、この結果、ウエハ中心部と周辺部との間で熱履歴が
大きく異なってしまう、といった問題もあった。また、
加熱手段として加熱ランプを用いた熱処理装置も存在す
るが、基本的に上記したような問題の解決には至ってい
ないのが現状である。本発明は、以上のような問題点に
着目し、これを有効に解決すべく創案されたものであ
る。本発明の目的は、被処理体に反りやスリップ等を発
生させることなくこの昇温速度を向上させることが可能
な熱処理装置及び熱処理方法を提供することにある。
Further, for example, when the process temperature is about 800 ° C., when the wafer temperature is raised from about room temperature to this process temperature, the temperature difference between the central portion and the peripheral portion of the wafer is about 40 ° C. There is also a problem that the temperature raising operation is performed in the generated state, and as a result, the thermal history greatly differs between the central portion of the wafer and the peripheral portion. Also,
Although there is a heat treatment apparatus using a heating lamp as a heating means, the current situation is that the above-mentioned problems have not been basically solved. The present invention has been made to pay attention to the above problems and to solve them effectively. An object of the present invention is to provide a heat treatment apparatus and a heat treatment method capable of improving the temperature rising rate without causing warping or slippage of the object to be treated.

【0005】請求項1に規定する発明は、被処理体に対
して所定の熱処理を施す処理ユニットを有する熱処理装
置において、前記処理ユニットは、光透過性部材により
形成された処理容器と、前記被処理体を支持する支持部
材と、前記処理容器の天井部の外側に設けた上部加熱手
段と、前記処理容器の底部の外側に設けた下部加熱手段
と、前記処理容器内に処理ガスを導入するガス導入手段
と、前記処理容器内の雰囲気を排気する排気手段と、を
備えたことを特徴とする熱処理装置である。これによれ
ば、上部加熱手段と下部加熱手段とにより被処理体を両
面より加熱するようにしたので、被処理体に反りやスリ
ップ等を発生させることなく昇温速度を向上させて、ス
ループットを改善することが可能となるのみならず、昇
温時において被処理体の中心部と周辺部との間に大きな
温度差が生ずることを防止することが可能となる。
According to a first aspect of the present invention, in a heat treatment apparatus having a treatment unit for subjecting an object to be treated to a predetermined heat treatment, the treatment unit includes a treatment container formed of a light transmissive member, and the treatment object. A support member for supporting the processing body, an upper heating means provided outside the ceiling of the processing container, a lower heating means provided outside the bottom of the processing container, and a processing gas introduced into the processing container. A heat treatment apparatus comprising a gas introducing unit and an exhaust unit for exhausting the atmosphere in the processing container. According to this, since the object to be processed is heated from both sides by the upper heating means and the lower heating means, the temperature rising rate can be improved without causing warping or slips in the object to be processed, and the throughput can be improved. Not only can it be improved, but it is also possible to prevent a large temperature difference between the central portion and the peripheral portion of the object to be treated when the temperature is raised.

【0006】この場合、例えば請求項2に規定するよう
に、前記上部加熱手段及び前記下部加熱手段は、それぞ
れカーボンワイヤヒータを有する。また、例えば請求項
3に規定するように、前記支持部材は、光透過性部材よ
りなる支柱を有する。また、例えば請求項4に規定する
ように、前記加熱手段は、光透過性部材よりなるガスノ
ズルを有している。
In this case, for example, as defined in claim 2, the upper heating means and the lower heating means each have a carbon wire heater. Further, for example, as defined in claim 3, the support member has a column made of a light transmissive member. Further, for example, as defined in claim 4, the heating means has a gas nozzle made of a light transmissive member.

【0007】また、例えば請求項5に規定するように、
前記排気手段は、大口径の雰囲気吸入口を有する光透過
性部材製の吸入ヘッドを有している。また、例えば請求
項6に規定するように、前記光透過性部材は、石英であ
る。また、例えば請求項7に規定するように、前記処理
ユニットは、一体的に金属製の外側筐体により覆われて
いる。また、例えば請求項8に規定するように、前記処
理ユニットは、複数組集合されると共に、全体は金属製
の外側筐体により覆われている。請求項9に規定する発
明は、上記装置発明を用いて行われる方法発明を規定し
たものであり、すなわち所定のガスの供給及び内部雰囲
気の排気が可能になされた処理容器内に被処理体を収容
し、前記被処理体に対して所定の熱処理を施すようにし
た熱処理方法において、前記被処理体に対して、前記被
処理体の上方に設けた上部加熱手段と前記被処理体の下
方に設けた下部加熱手段との双方から熱線を同時に照射
することにより前記被処理体を所定の温度まで加熱する
ようにしたことを特徴とする熱処理方法である。この場
合、例えば請求項10に規定するように、前記処理容器
は光透過性材料により形成されると共に、前記上部加熱
手段と前記下部加熱手段は前記処理容器の外側にそれぞ
れ設置されており、前記熱線は前記処理容器を透過して
前記被処理体に照射される。
Further, for example, as defined in claim 5,
The evacuation means has a suction head made of a light transmissive member having a large-diameter atmosphere suction port. Further, for example, as defined in claim 6, the light transmissive member is quartz. Further, for example, as defined in claim 7, the processing unit is integrally covered with an outer casing made of metal. Further, for example, as defined in claim 8, a plurality of sets of the processing units are assembled and the whole is covered with an outer casing made of metal. The invention defined in claim 9 defines a method invention performed by using the above-mentioned apparatus invention, that is, an object to be processed is provided in a processing container capable of supplying a predetermined gas and exhausting an internal atmosphere. In a heat treatment method for accommodating and subjecting the object to be processed to a predetermined heat treatment, an upper heating means provided above the object to be processed and a lower part below the object to be processed with respect to the object to be processed. It is a heat treatment method characterized in that the object to be treated is heated to a predetermined temperature by simultaneously radiating heat rays from both the lower heating means provided. In this case, for example, as defined in claim 10, the processing container is formed of a light-transmissive material, and the upper heating means and the lower heating means are respectively installed outside the processing container. The heat rays pass through the processing container and are applied to the object to be processed.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る熱処理装置
及び熱処理方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述す
る。図1は本発明の熱処理装置を示す構成図、図2は支
持部材の支柱の配列状態を示す平面図、図3は排気手段
の吸入ヘッドを示す拡大断面図、図4はガス導入手段の
ガスノズルの配列状態を示す平面図、図5は加熱ヒータ
手段のヒータ線を示す平面図である。図1に示すよう
に、この熱処理装置20は、全体が例えばステンレスの
ような金属製の外側筐体22により覆われており、この
内部に、被処理体である半導体ウエハWに対して実際に
熱処理を施す処理ユニット24が収容されている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of a heat treatment apparatus and a heat treatment method according to the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. 1 is a configuration diagram showing a heat treatment apparatus of the present invention, FIG. 2 is a plan view showing an arrangement state of columns of a supporting member, FIG. 3 is an enlarged sectional view showing a suction head of an exhaust unit, and FIG. 4 is a gas nozzle of a gas introducing unit. FIG. 5 is a plan view showing the arrangement state of FIG. As shown in FIG. 1, the heat treatment apparatus 20 is wholly covered with an outer housing 22 made of metal such as stainless steel. A processing unit 24 that performs heat treatment is housed.

【0009】この処理ユニット24は、光透過性材料と
して例えば石英よりなる処理容器26を有している。こ
の処理容器26は、上述のように例えば石英により円筒
体状に成形されており、その側壁の一部には横方向へ突
出させた排出入口28が設けられ、この排出入口28
は、上記外側筐体22を貫通させて外側へ延びている。
このような石英製の処理容器26は、例えば上下に2分
割して形成した石英ブロックを熱溶融により融着するこ
とで容易に形成することができる。上記排出入口28に
は、ウエハWの搬出入時に開閉されるゲートバルブ30
を介してここでは真空引き可能になされたロードロック
室32が接続されている。尚、ロードロック室32に代
えて移載室が接続される場合もある。そして、このロー
ドロック室32内には、旋回方向(θ方向)、屈伸(X
Y方向)及び上下方向(Z方向)へ移動可能になされた
多関節アーム機構よりなる搬送アーム34が設けられて
おり、ウエハWを上記処理容器26内へ移載できるよう
になっている。
The processing unit 24 has a processing container 26 made of, for example, quartz as a light transmitting material. As described above, the processing container 26 is formed into a cylindrical shape by using, for example, quartz, and a discharge inlet 28 protruding in the lateral direction is provided on a part of the side wall of the treatment container 26.
Extends through the outer casing 22 and extends outward.
Such a processing container 26 made of quartz can be easily formed by, for example, fusing a quartz block formed by dividing the upper and lower portions into two by thermal melting. A gate valve 30 that is opened and closed when the wafer W is carried in and out is provided at the discharge inlet 28.
A load lock chamber 32, which can be evacuated, is connected here via. A transfer chamber may be connected instead of the load lock chamber 32. Then, in the load lock chamber 32, the turning direction (θ direction) and the bending (X direction)
A transfer arm 34 composed of an articulated arm mechanism that is movable in the Y direction) and in the vertical direction (Z direction) is provided, and the wafer W can be transferred into the processing container 26.

【0010】上記処理容器26の底部26Aには、上記
半導体ウエハWを支持する支持部材36が設けられる。
具体的には、この支持部材36は、図2にも示すよう
に、石英のような光透過性部材よりなる3本の支柱36
Aよりなり、この3本の支柱36Aを略120度間隔で
円形に配置して容器底部26Aから起立させて設けてい
る。尚、図1中には2本の支柱36Aのみを記してい
る。各支柱36Aの上端部には、段部状に切り欠いた切
り欠き段部38が形成されており、この切り欠き段部3
8に上記ウエハWの周縁部を載置させてこれを支持し得
るようになっている。
A support member 36 for supporting the semiconductor wafer W is provided on the bottom portion 26A of the processing container 26.
Specifically, as shown in FIG. 2, the support member 36 includes three columns 36 made of a light-transmissive member such as quartz.
The three columns 36A are arranged in a circle at intervals of about 120 degrees and are provided upright from the container bottom 26A. Note that only two columns 36A are shown in FIG. A notched step portion 38, which is notched like a step, is formed at the upper end of each strut 36A. The notched step portion 3
The peripheral portion of the wafer W can be placed on the wafer 8 to support it.

【0011】そして、この処理容器26には、この処理
容器26内の雰囲気を排気する排気手段40が設けられ
ている。具体的には、この排気手段40は、上記3本の
支柱36Aで囲まれた内側であって、容器底部26A上
に設置した吸入ヘッド42を有している。図3にも示す
ように、この吸入ヘッド42は、例えば石英のような光
透過性部材により成形されており、上方に向けて逆円錐
状に拡径された大口径の雰囲気吸入口44が形成されて
おり、ウエハWの外周側より略均等に雰囲気ガスを吸入
できるようになっている。この吸入ヘッド42の基部に
は例えば石英などの光透過性部材よりなる吸入管45が
接続されており、この吸入管45は上記処理容器26の
側壁を貫通している。更には、この吸入管45は外側筐
体22を貫通して設けられる排気管46に接続されてお
り、この排気管46に真空ポンプ48を介設して処理容
器26内を真空引きするようになっている。尚、排気管
46の外側筐体22に対する貫通部には、Oリング等の
シール部材49が介在されている。
The processing container 26 is provided with exhaust means 40 for exhausting the atmosphere in the processing container 26. Specifically, the exhaust unit 40 has an intake head 42 installed on the bottom 26A of the container on the inner side surrounded by the three columns 36A. As shown in FIG. 3, the suction head 42 is formed of a light-transmissive member such as quartz, and has a large-diameter atmosphere suction port 44 that is expanded upward in an inverted conical shape. Thus, the atmospheric gas can be sucked substantially uniformly from the outer peripheral side of the wafer W. A suction pipe 45 made of a light transmissive member such as quartz is connected to the base of the suction head 42, and the suction pipe 45 penetrates the side wall of the processing container 26. Further, the suction pipe 45 is connected to an exhaust pipe 46 penetrating the outer casing 22, and a vacuum pump 48 is interposed in the exhaust pipe 46 so as to evacuate the inside of the processing container 26. Has become. A seal member 49 such as an O-ring is interposed in a portion of the exhaust pipe 46 that penetrates the outer casing 22.

【0012】また、処理容器26には、この内部へ処理
ガスを導入するためのガス導入手段50が設けられてい
る。具体的には、図4にも示すように、このガス導入手
段50は、例えば石英などの光透過性部材よりなる直径
の異なる2つの円形リング状のガスノズル52、54を
有しており、各ガスノズル52、54の下面には多数の
ガス噴出口52A、54Aがその周方向に沿って設けら
れて、処理空間Sに向けて各処理ガスを略均等に噴出し
得るようになっている。そして、上記各ガスノズル5
2、54は、例えば石英などよりなる光透過性部材より
なる導入管56、58にそれぞれ接続されており、この
導入管56、58は上記処理容器26の側壁を貫通して
いる。更には、各導入管56、58は外側筐体22を貫
通して設けられる各ガス管60、62にそれぞれ接続さ
れており、必要な処理ガスを図示しないマスフローコン
トローラ等の流量制御器により流量制御しつつ供給し得
るようになっている。
Further, the processing container 26 is provided with gas introducing means 50 for introducing the processing gas into the inside thereof. Specifically, as shown in FIG. 4, the gas introducing means 50 has two circular ring-shaped gas nozzles 52 and 54 which are made of a light transmitting member such as quartz and have different diameters. A large number of gas outlets 52A and 54A are provided on the lower surfaces of the gas nozzles 52 and 54 along the circumferential direction thereof so that each processing gas can be ejected toward the processing space S substantially uniformly. And each of the gas nozzles 5
Reference numerals 2 and 54 are respectively connected to introduction tubes 56 and 58 made of a light-transmissive member such as quartz, and the introduction tubes 56 and 58 penetrate the side wall of the processing container 26. Further, each of the introduction pipes 56, 58 is connected to each of the gas pipes 60, 62 provided so as to penetrate the outer casing 22, and the flow rate of a necessary processing gas is controlled by a flow rate controller such as a mass flow controller (not shown). Can be supplied while doing so.

【0013】また、上記各ガス管60、62の処理容器
26に対する貫通部には、Oリング等のシール部材6
4、66が介在されている。尚、ここでは2本のリング
状のガスノズル52、54を設けたが、この数量及び形
状には特に限定されない。そして、本発明の構成上の特
徴として、この処理容器26の天井部26Bの外側に、
図示例では上面に上部加熱手段70が設けられると共
に、この処理容器26の底部26Aの外側に、図示例で
は下面に下部加熱手段72が設けられる。ここで上記上
部加熱手段70と下部加熱手段72とは全く同様に構成
されている。
A seal member 6 such as an O-ring is provided at a penetrating portion of each of the gas pipes 60 and 62 with respect to the processing container 26.
4, 66 are interposed. Although two ring-shaped gas nozzles 52 and 54 are provided here, the number and shape thereof are not particularly limited. Then, as a structural feature of the present invention, outside the ceiling portion 26B of the processing container 26,
In the illustrated example, the upper heating means 70 is provided on the upper surface, and the lower heating means 72 is provided on the outside of the bottom portion 26A of the processing container 26, and on the lower surface in the illustrated example. Here, the upper heating means 70 and the lower heating means 72 have exactly the same configuration.

【0014】図5にも示すように、上記上部加熱手段7
0及び下部加熱手段72は、例えば渦巻状に成形された
カーボンワイヤヒータ74、76を有しており、これら
のカーボンワイヤヒータ74、76を、それぞれ石英の
ような光透過性部材よりなるブロック体78、80に埋
め込んでいる。そして、各カーボンワイヤヒータ74、
76へは、それぞれリード線82、84を介して制御さ
れた電力を供給し得るようになっている。各リード線8
2、84の外部筐体22に対する貫通部には、それぞれ
石英のような絶縁材86、88が介在されている。そし
て、このように形成された処理ユニット24は、上記外
側筐体22内に所定の間隙の断熱層90を介して収容さ
れている。この断熱層90としては、ここではこの間隙
を真空状態として真空断熱層としているが、これに限定
されず、例えばアルミナ(Al23 )等を断熱層90
として充填するようにしてもよい。尚、図1中、92は
Oリング等のシール部材である。
As shown in FIG. 5, the upper heating means 7 is also provided.
0 and the lower heating means 72 have, for example, spirally formed carbon wire heaters 74 and 76, and these carbon wire heaters 74 and 76 are block bodies each made of a light-transmissive member such as quartz. It is embedded in 78 and 80. Then, each carbon wire heater 74,
Controlled power can be supplied to 76 via leads 82 and 84, respectively. Each lead wire 8
Insulating materials 86 and 88 such as quartz are interposed in the penetrating portions of the outer housing 22 and the outer housing 22. The processing unit 24 thus formed is housed in the outer housing 22 with a heat insulating layer 90 having a predetermined gap. The heat insulating layer 90 is a vacuum heat insulating layer in which the gap is in a vacuum state here, but the heat insulating layer 90 is not limited to this. For example, alumina (Al 2 O 3 ) or the like is used as the heat insulating layer 90.
You may make it fill as. In FIG. 1, reference numeral 92 is a seal member such as an O-ring.

【0015】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について説明する。まず、真空状態に維持されたロ
ードロック室32内の搬送アーム34を駆動し、未処理
の半導体ウエハWを開状態になされたゲートバルブ30
を介して予め真空状態になされている処理容器26内へ
搬入し、これを支持部材36の支柱36Aの上端部の切
り欠き段部38へ支持させる。次に、このゲートバルブ
30を閉じて処理容器26内を密閉状態にする。そし
て、この処理容器26の天井部26Bに配置した上部加
熱手段70と底部26Aに配置した下部加熱手段72と
に制御された電力をそれぞれ供給して各カーボンワイヤ
ヒータ74、76をそれぞれ発熱させる。ここで上側の
カーボンワイヤヒータ74から発生した熱線は、石英製
の天井板26Bを透過してウエハWの上面(表面)に当
たってこれを加熱し、また、下側のカーボンワイヤヒー
タ76から発生した熱線は、石英製の容器底部26A及
び石英製の吸入ヘッド42を透過してウエハWの下面
(裏面)に当たってこれを加熱することになり、ウエハ
Wは所定のプロセス温度まで迅速に昇温・維持される。
これと同時に、ガス導入手段50の各リング状のガスノ
ズル52、54からは必要な処理ガスを処理空間Sに向
けて供給すると共に、排気手段40の吸入ヘッド42か
ら処理容器26内の雰囲気を真空排気し、容器内を所定
のプロセス圧力に維持して成膜処理などの所定の熱処理
を行うことになる。
Next, the operation of this embodiment configured as described above will be described. First, the transfer arm 34 in the load lock chamber 32 maintained in a vacuum state is driven to open the unprocessed semiconductor wafer W into the gate valve 30.
It is carried into the processing container 26, which has been evacuated in advance, through the above, and is supported by the notch step portion 38 at the upper end of the support 36A of the support member 36. Next, the gate valve 30 is closed to hermetically seal the inside of the processing container 26. Then, controlled electric power is supplied to the upper heating means 70 arranged on the ceiling portion 26B of the processing container 26 and the lower heating means 72 arranged on the bottom portion 26A to heat the carbon wire heaters 74 and 76, respectively. Here, the heat ray generated from the carbon wire heater 74 on the upper side passes through the ceiling plate 26B made of quartz and hits the upper surface (front surface) of the wafer W to heat it, and the heat ray generated from the carbon wire heater 76 on the lower side. Passes through the quartz container bottom portion 26A and the quartz suction head 42 and hits the lower surface (back surface) of the wafer W to heat it, so that the wafer W is quickly heated to and maintained at a predetermined process temperature. It
At the same time, the necessary processing gas is supplied from the ring-shaped gas nozzles 52 and 54 of the gas introduction unit 50 toward the processing space S, and the atmosphere in the processing container 26 is evacuated from the suction head 42 of the exhaust unit 40. Evacuation is performed and a predetermined heat treatment such as a film forming process is performed while maintaining the inside of the container at a predetermined process pressure.

【0016】このように、本発明では半導体ウエハWの
両面側に上部加熱手段70と下部加熱手段72とを設け
て、このウエハWを両面側から加熱するようにしたの
で、このウエハWの昇温速度を大幅に向上させることが
できることから、所定のプロセス温度まで迅速に昇温で
き、この結果、スループットを大幅に向上させることが
できる。また、半導体ウエハWを上下両面より同時に加
熱昇温することができるので、ウエハWの上面と下面と
の間の温度差が少ない状態でこれを昇温でき、従って、
ウエハWの厚さ方向における温度差が少なくなることか
ら、このウエハWに反りが発生したり、スリップなどの
亀裂が入ることも防止することができる。
As described above, according to the present invention, the upper heating means 70 and the lower heating means 72 are provided on both sides of the semiconductor wafer W to heat the wafer W from both sides. Since the temperature rate can be greatly improved, the temperature can be quickly raised to a predetermined process temperature, and as a result, the throughput can be significantly improved. Further, since the semiconductor wafer W can be heated and heated simultaneously from the upper and lower surfaces, the semiconductor wafer W can be heated with a small temperature difference between the upper surface and the lower surface of the wafer W, and therefore,
Since the temperature difference in the thickness direction of the wafer W is reduced, it is possible to prevent the wafer W from being warped and from being cracked such as slip.

【0017】また、ウエハWの両面よりこれを加熱する
ようにした結果、昇温時におけるウエハの中心部と周辺
部との間における温度差も非常に小さく抑制することが
でき、従って、ウエハの中心部と周辺部との間で熱履歴
の相異が発生することも抑制することができる。更に
は、ガス導入手段50のガスノズル52、54、支持部
材36の支柱36A及び排気手段46の吸入ヘッド42
は、それぞれ石英などの光透過性部材で形成しているの
で、これに吸収される熱線が非常に少なくなり、ウエハ
Wに対する加熱効率を向上させることができる。また、
吸入ヘッド42の雰囲気吸入口44(図3参照)を大口
径に設定しているので、ウエハWの外周側から略均等に
容器内雰囲気を吸入して排気することができる。
Further, as a result of heating the wafer W from both sides, the temperature difference between the central portion and the peripheral portion of the wafer at the time of temperature rise can be suppressed to a very small level, so that the wafer It is also possible to suppress the occurrence of a difference in thermal history between the central portion and the peripheral portion. Furthermore, the gas nozzles 52 and 54 of the gas introduction unit 50, the support column 36A of the support member 36, and the suction head 42 of the exhaust unit 46.
Since each is formed of a light-transmissive member such as quartz, the heat rays absorbed therein are extremely small, and the heating efficiency for the wafer W can be improved. Also,
Since the atmosphere suction port 44 (see FIG. 3) of the suction head 42 is set to have a large diameter, the atmosphere in the container can be sucked and discharged from the outer peripheral side of the wafer W substantially uniformly.

【0018】また、上部加熱手段70及び下部加熱手段
72としてここでは特に熱応答性の良好なカーボンワイ
ヤヒータ74、76を用いているので、その分、ウエハ
Wの昇温速度を一層向上させることが可能となる。更に
は、処理ユニット24は、外側筐体22内に断熱層90
を介して収容するようにしているので、処理ユニット2
4の全体の保温性を高めることができ、その分、熱効率
を向上させることができる。ここで、従来装置と本発明
装置との昇温操作について比較を行ったので、その評価
結果について説明する。ここでは、所定の電力を投入
し、800℃まで昇温を行っている。両熱処理装置に対
して全体として同じ電力量を投入した結果、昇温速度に
関しては、従来装置では略10℃/秒であったが、本発
明装置では略15℃/秒であり、大幅に昇温速度を向上
できることが判明した。この際、半導体ウエハに対して
は、反りやスリップが何ら発生しなかった。
Further, since the carbon wire heaters 74 and 76 having particularly good thermal responsiveness are used as the upper heating means 70 and the lower heating means 72, the temperature rising rate of the wafer W should be further improved accordingly. Is possible. Furthermore, the processing unit 24 includes a heat insulating layer 90 inside the outer housing 22.
Since it is accommodated through the processing unit 2,
It is possible to improve the heat retaining property of the whole No. 4 and to improve the heat efficiency accordingly. Here, since the temperature rising operation of the conventional apparatus and the apparatus of the present invention were compared, the evaluation results will be described. Here, a predetermined electric power is applied to raise the temperature to 800 ° C. As a result of applying the same amount of electric power to both heat treatment apparatuses as a whole, the heating rate was about 10 ° C./second in the conventional apparatus, but was about 15 ° C./second in the apparatus of the present invention, which is a large increase. It was found that the temperature rate can be improved. At this time, no warp or slip occurred on the semiconductor wafer.

【0019】昇温時におけるウエハ面上の中央部と周辺
部との温度差を測定したところ、従来装置の場合には3
0〜40℃程度の温度差があったが、本発明装置の場合
には、図7に示すように最大8℃程度の温度差であり、
これを大幅に改善できたことが判明した。すなわち、図
7は時間とウエハ温度との関係を示すグラフであり、ウ
エハの半径方向に沿って所定の間隔で4つの熱電対(中
心部、内中周部、外中周部、外周部)を配置して、それ
ぞれの箇所における温度を測定している。これによれ
ば、ウエハ昇温時における最大の温度差は略8℃程度で
あった。尚、ここではガスノズル52、54として円形
リング状に成形したが、この形状に限定されないのは勿
論であり、例えばストレート管状のガスノズル、シャワ
ーヘッド状のガスノズル等を用いてもよい。また、カー
ボンワイヤヒータ74、76の形状は図5に示したよう
に渦巻状に限定されず、同心円状等に成形してもよい。
また、カーボンワイヤヒータ74、76を同心円状に配
列して複数の加熱ゾーンを形成し、各加熱ゾーン毎に個
別に温度制御が可能となるように設定してもよい。更に
は、カーボンワイヤヒータに代えて、通常の抵抗加熱ヒ
ータや加熱ランプを用いてもよい。
When the temperature difference between the central portion and the peripheral portion on the wafer surface at the time of temperature rise was measured, it was 3 in the case of the conventional apparatus.
Although there was a temperature difference of about 0 to 40 ° C., in the case of the device of the present invention, the maximum temperature difference is about 8 ° C. as shown in FIG.
It turned out that this could be greatly improved. That is, FIG. 7 is a graph showing the relationship between time and wafer temperature, and four thermocouples (center portion, inner middle circumferential portion, outer middle circumferential portion, outer circumferential portion) at predetermined intervals along the radial direction of the wafer. Are placed and the temperature at each location is measured. According to this, the maximum temperature difference during the temperature rise of the wafer was about 8 ° C. Although the gas nozzles 52, 54 are formed in a circular ring shape here, it is needless to say that the shape is not limited to this, and for example, a straight tubular gas nozzle, a shower head-shaped gas nozzle, or the like may be used. Further, the shape of the carbon wire heaters 74 and 76 is not limited to the spiral shape as shown in FIG. 5, and may be formed in a concentric shape or the like.
Further, the carbon wire heaters 74 and 76 may be arranged concentrically to form a plurality of heating zones, and the temperature may be individually controlled for each heating zone. Furthermore, instead of the carbon wire heater, a normal resistance heater or heating lamp may be used.

【0020】また、ここでは外側筐体22内に1つの処
理ユニット24を収容した場合を例にとって説明した
が、これに限定されず、図6に示すように上述したよう
な処理ユニット24を例えば複数組、図示例では3組集
合させて段積み状態とし、この全体を1つの縦長の金属
製の外側筐体22で囲んで覆うようにしてもよい。この
場合、各処理ユニット24間には、断熱材96を介在さ
せて相互間の熱的影響を遮断するように設定する。尚、
上記各処理ユニット24を横方向に並設してもよい。こ
れによれば、設置面積の省スペース化を図ることが可能
となる。また、ここでは熱処理として成膜処理を行う場
合を例にとって説明したが、これに限定されず、酸化拡
散処理、アニール処理、エッチング処理等の各種の熱処
理にも本発明を適用できるのは勿論である。また、被処
理体としては、半導体ウエハに限定されず、LCD基
板、ガラス基板等にも適用することができる。
Further, although the case where one processing unit 24 is housed in the outer casing 22 has been described here as an example, the present invention is not limited to this, and the processing unit 24 as described above as shown in FIG. A plurality of sets, in the illustrated example, three sets may be assembled into a stacked state, and the whole may be surrounded and covered by one vertically elongated metal outer casing 22. In this case, a heat insulating material 96 is interposed between the processing units 24 so as to block thermal influences between them. still,
The processing units 24 may be arranged side by side in the lateral direction. According to this, it is possible to save the installation area. Further, although the case where the film forming process is performed as the heat treatment has been described here as an example, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to various heat treatments such as an oxidation diffusion process, an annealing process, and an etching process. is there. Further, the object to be processed is not limited to a semiconductor wafer, but can be applied to an LCD substrate, a glass substrate, or the like.

【0021】[0021]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の熱処理装
置及び熱処理方法によれば、次のように優れた作用効果
を発揮することができる。上部加熱手段と下部加熱手段
とにより被処理体を両面より加熱するようにしたので、
被処理体に反りやスリップ等を発生させることなく昇温
速度を向上させて、スループットを改善することが可能
となるのみならず、昇温時において被処理体の中心部と
周辺部との間に大きな温度差が生ずることを防止するこ
とができる。
As described above, according to the heat treatment apparatus and the heat treatment method of the present invention, the following excellent operational effects can be exhibited. Since the object to be processed is heated from both sides by the upper heating means and the lower heating means,
Not only it becomes possible to improve the throughput by improving the temperature rising rate without causing warping or slips on the object to be processed, but also between the central part and the peripheral part of the object to be processed at the time of temperature increase. It is possible to prevent a large temperature difference from occurring.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の熱処理装置を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a heat treatment apparatus of the present invention.

【図2】支持部材の支柱の配列状態を示す平面図であ
る。
FIG. 2 is a plan view showing an arrangement state of columns of a supporting member.

【図3】排気手段の吸入ヘッドを示す拡大断面図であ
る。
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing a suction head of exhaust means.

【図4】ガス導入手段のガスノズルの配列状態を示す平
面図である。
FIG. 4 is a plan view showing an arrangement state of gas nozzles of a gas introducing unit.

【図5】加熱ヒータ手段のヒータ線を示す平面図であ
る。
FIG. 5 is a plan view showing a heater wire of a heater unit.

【図6】本発明の熱処理装置の変形例を示す概略構成図
である。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a modified example of the heat treatment apparatus of the present invention.

【図7】時間とウエハ温度との関係を示すグラフであ
る。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between time and wafer temperature.

【図8】従来の枚葉式の熱処理装置を示す概略構成図で
ある。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a conventional single-wafer-type heat treatment apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20 熱処理装置 22 外側筐体 24 処理ユニット 26 処理容器 26A 底部 26B 天井部 36 支持部材 36A 支柱 40 排気手段 42 吸入ヘッド 50 ガス導入手段 52,54 ガスノズル 70 上部加熱手段 72 下部加熱手段 74,76 カーボンワイヤヒータ 78,80 ブロック体 W 半導体ウエハ(被処理体) 20 Heat treatment equipment 22 Outer case 24 processing units 26 Processing container 26A bottom 26B ceiling 36 Support member 36A prop 40 Exhaust means 42 Inhalation head 50 Gas introduction means 52,54 gas nozzle 70 Upper heating means 72 Lower heating means 74,76 carbon wire heater 78,80 block W Semiconductor wafer (Processing object)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // F27B 5/14 F27B 5/14 5/16 5/16 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) // F27B 5/14 F27B 5/14 5/16 5/16

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被処理体に対して所定の熱処理を施す処
理ユニットを有する熱処理装置において、 前記処理ユニットは、 光透過性部材により形成された処理容器と、 前記被処理体を支持する支持部材と、 前記処理容器の天井部の外側に設けた上部加熱手段と、 前記処理容器の底部の外側に設けた下部加熱手段と、 前記処理容器内に処理ガスを導入するガス導入手段と、 前記処理容器内の雰囲気を排気する排気手段と、 を備えたことを特徴とする熱処理装置。
1. A heat treatment apparatus having a treatment unit for subjecting an object to be treated to a predetermined heat treatment, wherein the processing unit comprises a treatment container formed of a light-transmissive member, and a support member for supporting the object to be treated. An upper heating means provided outside the ceiling part of the processing container, a lower heating means provided outside the bottom part of the processing container, a gas introducing means for introducing a processing gas into the processing container, and the processing A heat treatment apparatus comprising: an exhaust unit configured to exhaust the atmosphere in the container.
【請求項2】 前記上部加熱手段及び前記下部加熱手段
は、それぞれカーボンワイヤヒータを有することを特徴
とする請求項1記載の熱処理装置。
2. The heat treatment apparatus according to claim 1, wherein the upper heating means and the lower heating means each have a carbon wire heater.
【請求項3】 前記支持部材は、光透過性部材よりなる
支柱を有することを特徴とする請求項1または2記載の
熱処理装置。
3. The heat treatment apparatus according to claim 1, wherein the support member has a column made of a light transmissive member.
【請求項4】 前記加熱手段は、光透過性部材よりなる
ガスノズルを有していることを特徴とする請求項1乃至
3のいずれかに記載の熱処理装置。
4. The heat treatment apparatus according to claim 1, wherein the heating unit has a gas nozzle made of a light transmissive member.
【請求項5】 前記排気手段は、大口径の雰囲気吸入口
を有する光透過性部材製の吸入ヘッドを有していること
を特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の熱処理
装置。
5. The heat treatment apparatus according to claim 1, wherein the exhaust unit has an intake head made of a light-transmissive member having a large-diameter atmosphere intake port.
【請求項6】 前記光透過性部材は、石英であることを
特徴とする請求項1乃至5のいずかに記載の熱処理装
置。
6. The heat treatment apparatus according to claim 1, wherein the light transmissive member is quartz.
【請求項7】 前記処理ユニットは、一体的に金属製の
外側筐体により覆われていることを特徴とする請求項1
乃至6のいずれかに記載の熱処理装置。
7. The processing unit is integrally covered with an outer casing made of metal.
7. The heat treatment apparatus according to any one of 6 to 6.
【請求項8】 前記処理ユニットは、複数組集合される
と共に、全体は金属製の外側筐体により覆われているこ
とを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の熱処
理装置。
8. The heat treatment apparatus according to claim 1, wherein a plurality of sets of the processing units are assembled and the whole is covered with an outer casing made of metal.
【請求項9】 所定のガスの供給及び内部雰囲気の排気
が可能になされた処理容器内に被処理体を収容し、前記
被処理体に対して所定の熱処理を施すようにした熱処理
方法において、 前記被処理体に対して、前記被処理体の上方に設けた上
部加熱手段と前記被処理体の下方に設けた下部加熱手段
との双方から熱線を同時に照射することにより前記被処
理体を所定の温度まで加熱するようにしたことを特徴と
する熱処理方法。
9. A heat treatment method in which an object to be treated is housed in a treatment container capable of supplying a predetermined gas and exhausting an internal atmosphere, and subjecting the object to the predetermined heat treatment. Predetermining the object to be processed by simultaneously irradiating the object to be processed with heat rays from both the upper heating means provided above the object and the lower heating means provided below the object. The method for heat treatment is characterized in that it is heated up to the temperature.
【請求項10】 前記処理容器は光透過性材料により形
成されると共に、前記上部加熱手段と前記下部加熱手段
は前記処理容器の外側にそれぞれ設置されており、前記
熱線は前記処理容器を透過して前記被処理体に照射され
ることを特徴とする請求項9記載の熱処理方法。
10. The processing container is formed of a light-transmissive material, the upper heating means and the lower heating means are respectively installed outside the processing container, and the heat rays pass through the processing container. 10. The heat treatment method according to claim 9, wherein the object to be processed is irradiated.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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