JP2004055880A - Substrate processing device - Google Patents

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JP2004055880A
JP2004055880A JP2002212271A JP2002212271A JP2004055880A JP 2004055880 A JP2004055880 A JP 2004055880A JP 2002212271 A JP2002212271 A JP 2002212271A JP 2002212271 A JP2002212271 A JP 2002212271A JP 2004055880 A JP2004055880 A JP 2004055880A
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JP
Japan
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process tube
heater
processing chamber
heat
bell jar
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JP2002212271A
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Japanese (ja)
Inventor
Koji Tomezuka
遠目塚 幸二
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Hitachi Kokusai Electric Inc
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Hitachi Kokusai Electric Inc
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a substrate processing device that can shorten a temperature rise/fall time of a processing chamber. <P>SOLUTION: A CVD device 2 is equipped with a process tube 12 wherein the processing chamber 11 is formed to house a boat 22 holding a plurality of wafers 1, a heater 32 that is arranged around the process tube 12 and heats the processing chamber 11, and a heat insulating tank 34 arranged outside the heater 32. In such a structure, a reflection member 31 for reflecting a heat of the heater 32 to the process tube 12 is formed on the inner circumference of a bell jar 30 arranged between the heater 32 and the heat insulation tank 34, and a cooling air passage 36 is formed for distributing a cooling air 35 between the bell jar 30 and the tank 34. Thus, the heat of the heater is thoroughly supplied to the processing chamber through the reflection member, so that the temperature rise/fall time can be shortened, performance or throughput of the device can be improved, and the shallow joint of ICs can be realized. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板に熱処理(thermal treatment )を施す基板処理装置に関し、例えば、半導体集積回路装置(以下、ICという。)が作り込まれる半導体ウエハ(以下、ウエハという。)に熱処理を施すのに利用して有効なものに関する。
【0002】
【従来の技術】
ICの製造方法においてウエハ等の基板に、例えば、CVD膜のような薄膜の形成、不純物の拡散、エッチング処理等を行う基板処理装置の一つに、バッチ式縦形ホットウオール形CVD装置(以下、CVD装置という。)が、使用されている。CVD装置は、ウエハが搬入される処理室を形成するプロセスチューブと、プロセスチューブ内を加熱する抵抗加熱部材(以下、ヒータという。)と、ヒータの外側に設置された断熱槽とを備えており、複数枚のウエハがボートによって積層された状態で処理室に下端の炉口から搬入され、ヒータによって処理室が加熱されることにより、CVD膜がウエハに熱CVD反応によって形成されるように構成されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなCVD装置においては、近年、次のような問題点が指摘されている。ウエハを加熱したり冷却したりする時間が長くなるため、近年の浅い接合のICを製造することが困難になっている。ヒータからの熱エネルギーを効率よくウエハに供給することができないため、エネルギーの浪費が発生している。
【0004】
そこで、例えば、特開平5−136074号公報、特開2001−208478号公報を参考にして、ヒータの外側に反射部材を設置してヒータの熱エネルギーを全てウエハの方向に向かわせることにより、ヒータの熱エネルギーを効率よくウエハに供給する技術を、提案することができる。
【0005】
しかしながら、ヒータの外側に反射部材を設置したCVD装置においては、ヒータからの熱エネルギーを効率よくウエハに供給することができるが、断熱槽の内部の冷却時間を短縮することはできない。
【0006】
本発明の目的は、昇降温時間を短縮することができる基板処理装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る基板処理装置は、基板を収容する処理室を形成したプロセスチューブと、このプロセスチューブを取り巻くように設置され、前記基板を加熱する抵抗加熱部材と、この抵抗加熱部材の外側に設置された断熱槽とを備えている基板処理装置において、
前記抵抗加熱部材の熱を前記プロセスチューブ側に反射させる反射部材が、前記抵抗加熱部材と前記断熱槽との間に設置されており、この反射部材と前記断熱槽との間には冷却媒体が流通する冷却媒体流通路が形成されていることを特徴とする。
【0008】
前記した手段によれば、抵抗加熱部材の熱を反射部材によってプロセスチューブ側に全て向かわせることにより、抵抗加熱部材の熱エネルギーを効率よく基板に供給することができるため、昇温時間を短縮することができる。また、冷却媒体流通路に冷却媒体を流通させることにより、断熱槽の内部の冷却時間を短縮することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
【0010】
本実施の形態において、図3に示されているように、本発明に係る基板処理装置はICの製造方法においてウエハにCVD膜を形成するCVD装置(バッチ式縦形ホットウオール形CVD装置)2として構成されている。ここで、CVD装置の概略を説明する。
【0011】
CVD装置2の筐体10の前面にはカセット授受ユニット50が設けられている。筐体10の内部にはカセット授受ユニット50に対向してカセット棚51が設けられ、カセット授受ユニット50の上方には予備カセット棚52が設けられている。カセット授受ユニット50とカセット棚51との間にはカセット搬送機53が設けられており、カセット棚51の後方にはウエハ移載機54が設けられている。ウエハ移載機54の後側にはボートエレベータ55が設けられており、ボートエレベータ55の上方には縦型反応炉56が設けられている。
【0012】
カセット授受ユニット50はウエハ搬送容器(ウエハキャリア)であるカセット57を2個載置可能なカセットステージ58と、カセットステージ58の下方のウエハ姿勢整合機59とを二組具備しており、外部搬送装置(図示せず)より搬送されたカセット57がカセットステージ58に垂直姿勢(すなわち、カセット57に収納されるウエハ1が垂直姿勢の状態で載置されると、ウエハ姿勢整合機59はカセット57内のウエハ(図示せず)のノッチやオリエンテーションフラットが同一位置となるようにウエハの姿勢を整合する。
【0013】
カセットステージ58が90度回転し、カセット57を水平姿勢するとともに、カセット搬送機53により搬送可能な状態にする。
【0014】
カセット搬送機53は前後方向に進退可能なロボットアーム60を具備し、ロボットアーム60は横行および昇降可能となっており、ロボットアーム60の進退、昇降、横行の協動により、カセットステージ58からカセット棚51、または予備カセット棚52へのカセット57の搬送が行われる。
【0015】
ボートエレベータ55から延びるアーム61にはシールキャップ21が設けられており、シールキャップ21にはウエハ保持具であるボート22が載置される。ボート22はウエハを水平姿勢で多段に保持するものであり、ボートエレベータ55により縦型反応炉56内に搬入搬出される。
【0016】
ウエハ移載機54は回転かつ昇降可能に設けられ、進退可能なウエハ保持部62を具備し、ウエハ保持部62は複数枚のウエハ保持プレート63を有し、ウエハを複数枚一括または一枚ずつ保持可能となっている。
【0017】
ウエハ移載機54はカセット棚51のカセット57から下降状態のボート22に複数枚一括または一枚ずつウエハを移載する。
【0018】
所定枚数のウエハがボート22に移載されると、縦型反応炉56にはボート22が装入され、ウエハの処理がなされる。
【0019】
処理されたウエハは前記した作動とは逆の作動によりカセット棚51のカセット57に移載され、さらに、カセット搬送機53によりカセット授受ユニット50に搬送され、図示しない外部搬送装置により搬出される。
【0020】
次に、図1を参照して縦型反応炉56を詳しく説明する。縦型反応炉56は縦形の処理室11を形成したプロセスチューブ12を備えている。プロセスチューブ12は石英ガラスが使用されて上端が閉塞した円筒形状に形成されており、中心線が垂直になるように縦に配されて固定的に支持されている。プロセスチューブ12の下端開口はウエハを出し入れするための炉口13を構成している。図2に示されているように、プロセスチューブ12の外周面には炭化シリコン(SiC)膜14がコーティングされている。
【0021】
プロセスチューブ12の下側には短尺の円筒形状に形成されたマニホールド16が同軸に配設されており、マニホールド16はCVD装置2の筐体10に支持されている。プロセスチューブ12はマニホールド16の上にシールリング15を挟んで載置されることによって筐体10に気密シール状態をもって支持された状態になっており、プロセスチューブ12と筐体10との間にもシールリング15が挟設されている。マニホールド16の側壁には、他端が排気装置(図示せず)に接続された排気管17の一端が接続されており、排気管17は処理室11を排気するようになっている。また、マニホールド16の側壁の他の場所には、他端が原料ガス供給装置やキャリアガス供給装置およびパージガス供給装置(いずれも図示せず)に接続されたガス導入管18が挿通されており、ガス導入管18の吹出口端は処理室11の上端部側に配置されている。ガス導入管18によって処理室11の上端部に導入されたガスは処理室11を流下して排気管17によって排気されるようになっている。マニホールド16の下端開口はボート搬入搬出口19を構成しており、ボート搬入搬出口19にはボートエレベータ55によって昇降されるシールキャップ21が、垂直方向下側からシールリング20を挟んで当接されるようになっている。シールキャップ21はボート搬入搬出口19の内径よりも大きい外径を有する円盤形状に構築されており、プロセスチューブ12の下方に筐体10によって形成されたボート搬入搬出室をボートエレベータ55によって昇降されるようになっている。
【0022】
シールキャップ21の上にはボート22が垂直に立脚されて支持されている。ボート22は上下で一対の端板23、24と、両端板23と24との間に架設されて垂直に配設された三本の保持部材25とを備えており、三本の保持部材25には多数の保持溝26が長手方向に等間隔に配されて互いに対向して開口するように刻設されている。ボート22は三本の保持部材25の保持溝26間にウエハ1を挿入されることにより、複数枚のウエハ1を水平にかつ互いに中心を揃えた状態に整列させて保持するようになっている。ボート22の下側端板24とシールキャップ21との間には断熱キャップ部27が形成されている。
【0023】
一方、プロセスチューブ12の外側には、ステンレス鋼が使用されてプロセスチューブ12よりも大径で上端が閉塞した円筒形状に形成されたベルジャ30が同心円に被せられており、ベルジャ30の側壁面にはステンレス鋼が使用されて環帯形状の凹面鏡に形成された多数個の反射部材31が隣接して積層されている。なお、図1において、反射部材31はボート22上のウエハ載置場所に対応した部分に設けられている。また、必要に応じて、ベルジャ30の天井壁にも反射部材を設けてもよい。プロセスチューブ12とベルジャ30との間には抵抗加熱部材(以下、ヒータという。)32が螺旋状に敷設されており、ヒータ32の径方向外向きに照射する熱線は反射部材31によって反射されて径方向内向きに向かうようになっている。ヒータ32は複数のヒータ部に分割されており、これらヒータ部は温度コントローラ(図示せず)によって互いに連携および独立してシーケンス制御されるように構成されている。ベルジャ30の外側には上端が閉塞した円筒形状の断熱槽34が同心円に配置されており、ベルジャ30および断熱槽34は筐体10の上に構築された架台33によって垂直に支持されている。
【0024】
断熱槽34とプロセスチューブ12との間には冷却媒体として、窒素や大気等の冷却エア35を流通させるための冷却エア通路36が、プロセスチューブ12を全体的に包囲するように形成されている。断熱槽34の下端部には冷却エア35を冷却エア通路36に供給する給気管37が接続されており、給気管37に供給された冷却エア35は冷却エア通路36の全周に拡散するようになっている。断熱槽34の天井壁の中央部には冷却エア35を冷却エア通路36から排出する排気口38が開設されており、排気口38には排気管(図示せず)が接続されている。
【0025】
架台33には不活性ガスとしての窒素ガス39を供給する窒素ガス給気管40が、窒素ガス39をベルジャ30とプロセスチューブ12との間の空間に供給するように挿入されており、架台33の他の場所には窒素ガス39を排気する窒素ガス排気管41が、窒素ガス39をベルジャ30とプロセスチューブ12との間の空間から排気するように挿入されている。
【0026】
次に、前記構成に係るCVD装置の作用を説明する。
【0027】
ヒータ32が加熱駆動される以前に、窒素ガス39がベルジャ30とプロセスチューブ12との間の空間に、窒素ガス給気管40から供給されて窒素ガス排気管41から排気されることにより、予め流通される。この窒素ガス39の流通の維持により、ベルジャ30とプロセスチューブ12との間の空間に敷設されたヒータ32の加熱によるベルジャ30や反射部材31の酸化が防止される。
なお、ベルジャ30とプロセスチューブ12との間の空間に、窒素ガスを充満させた後は、窒素ガスの供給・排気を適宜に、停止させてもよい。
【0028】
図1に示されているように、複数枚のウエハ1を整列保持したボート22はシールキャップ21の上にウエハ1群が並んだ方向が垂直になる状態で載置され、ボートエレベータ55によって差し上げられてボート搬入搬出口19から処理室11に搬入(ボートローディング)されて行き、シールキャップ21に支持されたままの状態で処理室11に存置される。
【0029】
続いて、処理室11が所定の圧力(0.1〜100Pa)に排気管17によって排気され、処理室11が所定の温度(700〜1000℃)にヒータ32によって昇温される。この際、ヒータ32から照射された熱線のうち径方向外向きに向かった熱線は、径方向外側に設置された反射部材31によって反射されることにより径方向内向きに向かう。したがって、ヒータ32から照射された全ての熱線がプロセスチューブ12に照射し、処理室11を加熱する。しかも、プロセスチューブ12の外周面には炭化シリコン膜14がコーティングされているため、プロセスチューブ12に照射した熱線はプロセスチューブ12に効率的に吸収されて、処理室11を効果的に加熱する。
【0030】
次いで、処理ガスが処理室11の上端部にガス導入管18によって所定の流量をもって導入される。ガス導入管18によって処理室11の上端部に導入された処理ガスは、処理室11を流下して排気管17から処理室11の外部に排気されて行く。そして、処理ガスは処理室11を流下する間にボート22に保持されたウエハ1に接触することにより、ウエハ1に対して熱CVD反応によってCVD膜を形成する。
【0031】
所定の成膜時間が経過すると、処理ガスの導入が停止された後に、パージガスとしての窒素ガスが処理室11にガス導入管18から導入されるとともに、処理室11が排気管17によって排気される。この際、ベルジャ30と断熱槽34との間の冷却エア通路36には冷却エア35が、給気管37から供給されて排気口38から排気されることによって流通される。この冷却エア通路36を流通する冷却エア35がベルジャ30の外面に接触することによってベルジャ30の熱を奪うため、ベルジャ30が急速に冷却される。ベルジャ30が急速に冷却されると、処理室11の温度が急速に下げられるため、処理室11の降温時間が短縮されることになる。この際、冷却エア通路36を流通する冷却エア35はベルジャ30の外面に直接的に接触するが、ベルジャ30の内面や反射部材31および処理室11を形成したプロセスチューブ12の外面には接触しない。したがって、冷却エア35に大気を用いた場合でも、ベルジャ30の内面の酸化を防止できる。なお、冷却エア35の流通による冷却とともに、ベルジャ30とプロセスチューブ12との間の空間に窒素を流通させることで、冷却効果が一層促進される。
【0032】
処理室11が窒素ガスによってパージされ、かつ、所定の温度に降温されると、シールキャップ21に支持されたボート22はボートエレベータ55によって下降されることにより、ボート搬入搬出口19から処理室11の外部へ搬出(ボートアンローディング)される。
【0033】
以降、前記作用が繰り返されることにより、CVD装置2によってウエハ1への熱CVD反応による成膜がバッチ処理されて行く。
【0034】
前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。
【0035】
1) ヒータの熱をプロセスチューブ側に反射させる反射部材をヒータの外側のベルジャの内面に設置することにより、ヒータの熱を反射部材によってプロセスチューブ側に全て向かわせて、ヒータの熱エネルギーを効率よく処理室に供給させることができるため、処理室の昇温時間を短縮することができる。
【0036】
2) ベルジャと断熱槽との間の冷却エア通路に冷却エアを給気管から供給して排気口から排気して流通させることにより、ベルジャの内部を急速に冷却することができるため、処理室の降温時間を短縮することができる。
【0037】
3) 前記1)および2)により、処理室の昇降温時間を短縮することができるため、CVD装置の性能およびスループットを高めることができ、近年の浅い接合のICの製造を実現することができる。
【0038】
4) プロセスチューブとベルジャとの間の空間に窒素ガス給気管および窒素ガス排気管を接続することにより、プロセスチューブとベルトの間の空間に窒素ガスを流通させることができるため、プロセスチューブとベルジャとの間の空間に敷設されたベルジャや反射部材のヒータの加熱による酸化を防止することができ、ベルジャや反射部材をステンレス鋼によって製作することを可能とする。
【0039】
5) プロセスチューブの外周面に炭化シリコン膜をコーティングすることにより、プロセスチューブに照射したヒータの熱線をプロセスチューブに効率的に吸収させることができるため、処理室をより一層効果的に加熱することができる。
【0040】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
【0041】
例えば、ベルジャおよび反射部材はステンレス鋼によって製作するに限らず、他の材料によって製作してもよい。また、ベルジャは省略し、反射部材のみを設置してもよい。
【0042】
プロセスチューブは石英ガラスを使用して形成するに限らず、炭化シリコンによって形成してもよい。
【0043】
冷却媒体としては冷却エアを使用するに限らず、窒素ガス等の不活性ガスを使用してもよい。
【0044】
前記実施の形態においては成膜する場合について説明したが、酸化処理や拡散処理および拡散だけでなくイオン打ち込み後のキャリア活性化や平坦化のためのリフローおよびアニール処理等の熱処理全般に使用することができる。
【0045】
バッチ式縦形ホットウオール形CVD装置に限らず、バッチ式横形CVD装置や縦形および横形ホットウオール形減圧CVD装置、その他の熱処理装置等の基板処理装置全般に適用することができる。
【0046】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板処理装置の昇降温時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明の一実施の形態であるCVD装置の縦型反応炉を示す正面断面図である。
【図2】
その主要部を示す拡大部分断面図である。
【図3】
本発明の一実施の形態であるCVD装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
1…ウエハ(基板)、2…CVD装置(基板処理装置)、10…筐体、11…処理室、12…プロセスチューブ、13…炉口、14…炭化シリコン膜、15…シールリング、16…マニホールド、17…排気管、18…ガス導入管、19…ボート搬入搬出口、20…シールリング、21…シールキャップ、22…ボート、23、24…端板、25…保持部材、26…保持溝、27…断熱キャップ部、30…ベルジャ、31…反射部材、32…ヒータ(抵抗加熱部材)、33…架台、34…断熱槽、35…冷却エア(冷却媒体)、36…冷却エア通路(冷却媒体流通路)、37…給気管、38…排気口、39…窒素ガス(不活性ガス)、40…窒素ガス給気管、41…窒素ガス排気管、50…カセット授受ユニット、51…カセット棚、52…予備カセット棚、53…カセット搬送機、54…ウエハ移載機、55…ボートエレベータ、56…縦型反応炉、57…カセット、58…カセットステージ、59…ウエハ姿勢整合機、60…ロボットアーム、61…アーム、62…ウエハ保持部、63…ウエハ保持プレート。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a substrate processing apparatus for performing a thermal treatment on a substrate, for example, for performing a thermal treatment on a semiconductor wafer (hereinafter, referred to as a wafer) in which a semiconductor integrated circuit device (hereinafter, referred to as an IC) is formed. Regarding what is effective to use.
[0002]
[Prior art]
In a method of manufacturing an IC, for example, a batch-type vertical hot-wall type CVD apparatus (hereinafter, referred to as a "batch-type vertical wall type CVD apparatus") is used as one of substrate processing apparatuses for forming a thin film such as a CVD film, diffusing impurities, etching, etc. A CVD apparatus is used. The CVD apparatus includes a process tube that forms a processing chamber into which a wafer is loaded, a resistance heating member (hereinafter, referred to as a heater) that heats the inside of the process tube, and a heat insulating tank installed outside the heater. A plurality of wafers are loaded into the processing chamber from a furnace port at the lower end in a state of being stacked by a boat, and the processing chamber is heated by a heater, so that a CVD film is formed on the wafer by a thermal CVD reaction. Have been.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a CVD apparatus, the following problems have been pointed out in recent years. Since the time for heating and cooling the wafer is prolonged, it has become difficult to manufacture a recent shallow junction IC. Since thermal energy from the heater cannot be efficiently supplied to the wafer, energy is wasted.
[0004]
Therefore, for example, with reference to JP-A-5-13674 and JP-A-2001-208478, a heater is provided by installing a reflecting member outside the heater and directing the heat energy of the heater all toward the wafer. A technique for efficiently supplying the thermal energy to the wafer can be proposed.
[0005]
However, in a CVD apparatus in which a reflecting member is provided outside the heater, the thermal energy from the heater can be efficiently supplied to the wafer, but the cooling time inside the heat insulating tank cannot be reduced.
[0006]
An object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus capable of shortening a temperature rise / fall time.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
A substrate processing apparatus according to the present invention includes a process tube having a processing chamber for accommodating a substrate, a resistance heating member installed to surround the process tube and heating the substrate, and a resistance heating member installed outside the resistance heating member. In a substrate processing apparatus comprising:
A reflecting member for reflecting the heat of the resistance heating member toward the process tube is provided between the resistance heating member and the heat insulation tank, and a cooling medium is provided between the reflection member and the heat insulation tank. It is characterized in that a cooling medium flow passage for circulation is formed.
[0008]
According to the above-described means, the heat of the resistance heating member can be efficiently supplied to the substrate by directing the heat of the resistance heating member to the process tube side by the reflection member, thereby shortening the time required for temperature rise. be able to. Further, by circulating the cooling medium through the cooling medium flow passage, the cooling time inside the heat insulating tank can be reduced.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0010]
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the substrate processing apparatus according to the present invention is a CVD apparatus (batch type vertical hot wall type CVD apparatus) 2 for forming a CVD film on a wafer in an IC manufacturing method. It is configured. Here, the outline of the CVD apparatus will be described.
[0011]
A cassette transfer unit 50 is provided on a front surface of the casing 10 of the CVD apparatus 2. A cassette shelf 51 is provided inside the housing 10 so as to face the cassette transfer unit 50, and a spare cassette shelf 52 is provided above the cassette transfer unit 50. A cassette transfer device 53 is provided between the cassette transfer unit 50 and the cassette shelf 51, and a wafer transfer device 54 is provided behind the cassette shelf 51. A boat elevator 55 is provided behind the wafer transfer machine 54, and a vertical reactor 56 is provided above the boat elevator 55.
[0012]
The cassette transfer unit 50 includes two sets of a cassette stage 58 on which two cassettes 57, which are wafer transfer containers (wafer carriers), can be placed, and a wafer attitude aligner 59 below the cassette stage 58. When the cassette 57 conveyed from the apparatus (not shown) is placed on the cassette stage 58 in a vertical posture (that is, when the wafer 1 stored in the cassette 57 is placed in a vertical posture, the wafer posture aligner 59 is moved to the cassette 57. The positions of the wafers (not shown) are aligned so that the notches and orientation flats of the wafers are located at the same position.
[0013]
The cassette stage 58 is rotated 90 degrees, and the cassette 57 is placed in a horizontal posture, and the cassette 57 can be transported by the cassette transporter 53.
[0014]
The cassette transfer device 53 includes a robot arm 60 that can move back and forth in the front-rear direction. The robot arm 60 is capable of traversing and moving up and down. The cassette 57 is transported to the shelf 51 or the spare cassette shelf 52.
[0015]
The arm 61 extending from the boat elevator 55 is provided with a seal cap 21, and the boat 22 as a wafer holder is placed on the seal cap 21. The boat 22 holds wafers in multiple stages in a horizontal posture, and is carried into and out of a vertical reaction furnace 56 by a boat elevator 55.
[0016]
The wafer transfer device 54 is provided rotatably and vertically movable, and includes a wafer holding portion 62 that can move forward and backward. The wafer holding portion 62 has a plurality of wafer holding plates 63, and a plurality of wafers are collectively or one by one. It can be held.
[0017]
The wafer transfer machine 54 transfers a plurality of wafers at once or one wafer at a time from the cassette 57 of the cassette shelf 51 to the boat 22 in a lowered state.
[0018]
When a predetermined number of wafers are transferred to the boat 22, the boat 22 is loaded into the vertical reaction furnace 56, and the wafers are processed.
[0019]
The processed wafer is transferred to the cassette 57 of the cassette shelf 51 by an operation reverse to the above-described operation, further transferred to the cassette transfer unit 50 by the cassette transfer device 53, and unloaded by an external transfer device (not shown).
[0020]
Next, the vertical reactor 56 will be described in detail with reference to FIG. The vertical reaction furnace 56 includes a process tube 12 in which a vertical processing chamber 11 is formed. The process tube 12 is made of quartz glass, is formed in a cylindrical shape with its upper end closed, and is vertically disposed so that its center line is vertical, and is fixedly supported. The lower end opening of the process tube 12 constitutes a furnace port 13 for taking in and out the wafer. As shown in FIG. 2, the outer peripheral surface of the process tube 12 is coated with a silicon carbide (SiC) film 14.
[0021]
A manifold 16 formed in a short cylindrical shape is coaxially disposed below the process tube 12, and the manifold 16 is supported by the casing 10 of the CVD apparatus 2. The process tube 12 is mounted on the manifold 16 with the seal ring 15 interposed therebetween and is supported by the housing 10 in a hermetically sealed state. A seal ring 15 is interposed. One end of an exhaust pipe 17 whose other end is connected to an exhaust device (not shown) is connected to a side wall of the manifold 16, and the exhaust pipe 17 exhausts the processing chamber 11. A gas introduction pipe 18 whose other end is connected to a source gas supply device, a carrier gas supply device, and a purge gas supply device (none of which is shown) is inserted through another portion of the side wall of the manifold 16. The outlet end of the gas introduction pipe 18 is arranged on the upper end side of the processing chamber 11. The gas introduced into the upper end of the processing chamber 11 by the gas introduction pipe 18 flows down the processing chamber 11 and is exhausted by the exhaust pipe 17. The lower end opening of the manifold 16 constitutes a boat loading / unloading port 19, and the seal cap 21 which is raised and lowered by the boat elevator 55 is abutted on the boat loading / unloading port 19 from below in the vertical direction with the seal ring 20 interposed therebetween. It has become so. The seal cap 21 is constructed in a disk shape having an outer diameter larger than the inner diameter of the boat loading / unloading port 19, and is moved up and down by a boat elevator 55 in a boat loading / unloading chamber formed by the casing 10 below the process tube 12. It has become so.
[0022]
A boat 22 is vertically supported on the seal cap 21. The boat 22 includes a pair of end plates 23 and 24 at the top and bottom, and three holding members 25 vertically disposed between the both end plates 23 and 24. Are provided with a plurality of holding grooves 26 arranged at equal intervals in the longitudinal direction and opened so as to face each other. The boat 22 is configured such that the wafers 1 are inserted between the holding grooves 26 of the three holding members 25 so that the plurality of wafers 1 are horizontally aligned and aligned with their centers aligned. . A heat insulating cap 27 is formed between the lower end plate 24 of the boat 22 and the seal cap 21.
[0023]
On the other hand, on the outside of the process tube 12, a cylindrical bell jar 30 made of stainless steel and having a diameter larger than that of the process tube 12 and closed at the upper end is concentrically covered. A plurality of reflecting members 31 formed of an annular concave mirror using stainless steel are stacked adjacently. In FIG. 1, the reflecting member 31 is provided on a portion of the boat 22 corresponding to the wafer mounting position. If necessary, a reflecting member may be provided on the ceiling wall of the bell jar 30. A resistance heating member (hereinafter, referred to as a heater) 32 is helically laid between the process tube 12 and the bell jar 30, and heat rays emitted outward in the radial direction of the heater 32 are reflected by the reflection member 31. It is directed radially inward. The heater 32 is divided into a plurality of heater units, and these heater units are configured to be sequenced independently and independently by a temperature controller (not shown). Outside the bell jar 30, a cylindrical heat insulating tank 34 whose upper end is closed is arranged concentrically, and the bell jar 30 and the heat insulating tank 34 are vertically supported by a gantry 33 constructed on the housing 10.
[0024]
A cooling air passage 36 for flowing a cooling air 35 such as nitrogen or air as a cooling medium is formed between the heat insulating tank 34 and the process tube 12 so as to entirely surround the process tube 12. . An air supply pipe 37 for supplying the cooling air 35 to the cooling air passage 36 is connected to a lower end portion of the heat insulating tank 34, and the cooling air 35 supplied to the air supply pipe 37 is diffused to the entire circumference of the cooling air passage 36. It has become. An exhaust port 38 for discharging the cooling air 35 from the cooling air passage 36 is opened at the center of the ceiling wall of the heat insulating tank 34, and an exhaust pipe (not shown) is connected to the exhaust port 38.
[0025]
A nitrogen gas supply pipe 40 for supplying a nitrogen gas 39 as an inert gas is inserted into the gantry 33 so as to supply the nitrogen gas 39 to a space between the bell jar 30 and the process tube 12. At another place, a nitrogen gas exhaust pipe 41 for exhausting the nitrogen gas 39 is inserted so as to exhaust the nitrogen gas 39 from the space between the bell jar 30 and the process tube 12.
[0026]
Next, the operation of the CVD apparatus having the above configuration will be described.
[0027]
Before the heater 32 is driven to heat, the nitrogen gas 39 is supplied to the space between the bell jar 30 and the process tube 12 from the nitrogen gas supply pipe 40 and exhausted from the nitrogen gas exhaust pipe 41, thereby allowing the nitrogen gas 39 to flow in advance. Is done. By maintaining the flow of the nitrogen gas 39, oxidation of the bell jar 30 and the reflection member 31 due to the heating of the heater 32 laid in the space between the bell jar 30 and the process tube 12 is prevented.
After the space between the bell jar 30 and the process tube 12 is filled with nitrogen gas, the supply and exhaust of nitrogen gas may be stopped as appropriate.
[0028]
As shown in FIG. 1, the boat 22 in which a plurality of wafers 1 are aligned and held is placed on the seal cap 21 in a state where the direction in which the wafers 1 are lined up is vertical, and is raised by the boat elevator 55. Then, it is carried into the processing chamber 11 from the boat loading / unloading port 19 (boat loading), and is left in the processing chamber 11 while being supported by the seal cap 21.
[0029]
Subsequently, the processing chamber 11 is evacuated to a predetermined pressure (0.1 to 100 Pa) by the exhaust pipe 17, and the processing chamber 11 is heated to a predetermined temperature (700 to 1000 ° C.) by the heater 32. At this time, among the heat rays emitted from the heater 32, the heat rays directed outward in the radial direction are reflected by the reflecting member 31 installed on the radially outer side and directed radially inward. Therefore, all the heat rays emitted from the heater 32 irradiate the process tube 12 to heat the processing chamber 11. Moreover, since the outer peripheral surface of the process tube 12 is coated with the silicon carbide film 14, the heat rays applied to the process tube 12 are efficiently absorbed by the process tube 12 and heat the processing chamber 11 effectively.
[0030]
Next, a processing gas is introduced into the upper end of the processing chamber 11 at a predetermined flow rate by the gas introduction pipe 18. The processing gas introduced into the upper end of the processing chamber 11 by the gas introduction pipe 18 flows down the processing chamber 11 and is exhausted from the exhaust pipe 17 to the outside of the processing chamber 11. The processing gas contacts the wafer 1 held by the boat 22 while flowing down the processing chamber 11 to form a CVD film on the wafer 1 by a thermal CVD reaction.
[0031]
After a predetermined film formation time has elapsed, after the introduction of the processing gas is stopped, a nitrogen gas as a purge gas is introduced into the processing chamber 11 from the gas introduction pipe 18, and the processing chamber 11 is exhausted by the exhaust pipe 17. . At this time, the cooling air 35 is supplied to the cooling air passage 36 between the bell jar 30 and the heat insulating tank 34, and is circulated by being supplied from the air supply pipe 37 and exhausted from the exhaust port 38. Since the cooling air 35 flowing through the cooling air passage 36 comes into contact with the outer surface of the bell jar 30 to remove the heat of the bell jar 30, the bell jar 30 is rapidly cooled. When the bell jar 30 is rapidly cooled, the temperature of the processing chamber 11 is rapidly lowered, so that the cooling time of the processing chamber 11 is reduced. At this time, the cooling air 35 flowing through the cooling air passage 36 directly contacts the outer surface of the bell jar 30, but does not contact the inner surface of the bell jar 30 and the outer surface of the reflection member 31 and the process tube 12 in which the processing chamber 11 is formed. . Therefore, even when the atmosphere is used for the cooling air 35, the oxidation of the inner surface of the bell jar 30 can be prevented. In addition, by flowing nitrogen through the space between the bell jar 30 and the process tube 12 together with the cooling by the flow of the cooling air 35, the cooling effect is further promoted.
[0032]
When the processing chamber 11 is purged with nitrogen gas and cooled to a predetermined temperature, the boat 22 supported by the seal cap 21 is lowered by the boat elevator 55 so that the processing chamber 11 Out of the boat (boat unloading).
[0033]
Thereafter, by repeating the above operation, the CVD apparatus 2 performs a batch process on the wafer 1 by the thermal CVD reaction.
[0034]
According to the embodiment, the following effects can be obtained.
[0035]
1) By installing a reflecting member for reflecting the heat of the heater to the process tube side on the inner surface of the bell jar outside the heater, the heat of the heater is all directed to the process tube side by the reflecting member, and the heat energy of the heater is efficiently used. Since it can be supplied to the processing chamber well, the time required to raise the temperature of the processing chamber can be shortened.
[0036]
2) By supplying cooling air from the air supply pipe to the cooling air passage between the bell jar and the heat insulating tank, exhausting the cooling air from the exhaust port, and circulating the cooling air, the inside of the bell jar can be rapidly cooled. The cooling time can be shortened.
[0037]
3) According to the above 1) and 2), the time for raising and lowering the temperature of the processing chamber can be shortened, so that the performance and throughput of the CVD apparatus can be increased, and the production of recent shallow junction ICs can be realized. .
[0038]
4) By connecting the nitrogen gas supply pipe and the nitrogen gas exhaust pipe to the space between the process tube and the bell jar, the nitrogen gas can flow through the space between the process tube and the belt. Can prevent oxidation of the bell jar and the reflection member laid in the space between the heater and the heater by heating, and the bell jar and the reflection member can be made of stainless steel.
[0039]
5) By coating the outer peripheral surface of the process tube with a silicon carbide film, the heat ray of the heater applied to the process tube can be efficiently absorbed by the process tube, so that the processing chamber can be heated more effectively. Can be.
[0040]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various changes can be made without departing from the gist of the present invention.
[0041]
For example, the bell jar and the reflecting member are not limited to being made of stainless steel, but may be made of other materials. Further, the bell jar may be omitted and only the reflection member may be provided.
[0042]
The process tube is not limited to being formed using quartz glass, and may be formed using silicon carbide.
[0043]
The cooling medium is not limited to cooling air, but may be an inert gas such as nitrogen gas.
[0044]
Although the case of film formation has been described in the above embodiment, the present invention is used not only for oxidation treatment and diffusion treatment and diffusion but also for general heat treatment such as reflow and annealing treatment for carrier activation and planarization after ion implantation. Can be.
[0045]
The present invention can be applied not only to the batch type vertical hot wall type CVD apparatus but also to the whole substrate processing apparatus such as a batch type horizontal type CVD apparatus, a vertical type and a horizontal type hot wall type reduced pressure CVD apparatus, and other heat treatment apparatuses.
[0046]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the time for raising and lowering the temperature of the substrate processing apparatus can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG.
1 is a front sectional view showing a vertical reactor of a CVD apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2
FIG. 3 is an enlarged partial cross-sectional view showing a main part thereof.
FIG. 3
1 is a perspective view showing a CVD apparatus according to one embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Wafer (substrate), 2 ... CVD apparatus (substrate processing apparatus), 10 ... Housing, 11 ... Processing chamber, 12 ... Process tube, 13 ... Furnace port, 14 ... Silicon carbide film, 15 ... Seal ring, 16 ... Manifold, 17: exhaust pipe, 18: gas inlet pipe, 19: boat loading / unloading port, 20: seal ring, 21: seal cap, 22: boat, 23, 24: end plate, 25: holding member, 26: holding groove , 27 ... heat insulating cap part, 30 ... bell jar, 31 ... reflecting member, 32 ... heater (resistance heating member), 33 ... gantry, 34 ... heat insulating tank, 35 ... cooling air (cooling medium), 36 ... cooling air passage (cooling) Medium flow passage), 37 ... air supply pipe, 38 ... exhaust port, 39 ... nitrogen gas (inert gas), 40 ... nitrogen gas supply pipe, 41 ... nitrogen gas exhaust pipe, 50 ... cassette transfer unit, 51 ... cassette shelf, 52 ... Equipment cassette shelf, 53: cassette transporter, 54: wafer transfer machine, 55: boat elevator, 56: vertical reactor, 57: cassette, 58: cassette stage, 59: wafer attitude matching machine, 60: robot arm, 61: arm, 62: wafer holding part, 63: wafer holding plate.

Claims (1)

基板を収容する処理室を形成したプロセスチューブと、このプロセスチューブを取り巻くように設置され、前記基板を加熱する抵抗加熱部材と、この抵抗加熱部材の外側に設置された断熱槽とを備えている基板処理装置において、
前記抵抗加熱部材の熱を前記プロセスチューブ側に反射させる反射部材が、前記抵抗加熱部材と前記断熱槽との間に設置されており、この反射部材と前記断熱槽との間には冷却媒体が流通する冷却媒体流通路が形成されていることを特徴とする基板処理装置。
A process tube having a processing chamber for accommodating a substrate, a resistance heating member installed to surround the process tube and heating the substrate, and a heat insulating tank installed outside the resistance heating member are provided. In substrate processing equipment,
A reflection member for reflecting the heat of the resistance heating member to the process tube side is provided between the resistance heating member and the heat insulation tank, and a cooling medium is provided between the reflection member and the heat insulation tank. A substrate processing apparatus, wherein a cooling medium flow passage that circulates is formed.
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