JP2004221102A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱処理中のウエハの温度分布を均一化する。
【解決手段】プロセスチューブ３１の外側に同心円に設置されたヒータユニット４０の断熱壁体４３の内周には複数段のヒータ４４が敷設され、ヒータ４４は二個のヒータ素線４５が周方向に直列に並べられて成る。ヒータ素線４５は丸棒が波形形状に弯曲され断熱壁体４３よりも小径の円筒形状に丸められて成る。単位パターン４８は大きい第一間隔ｗ１と一対の小さい第二間隔ｗ２、ｗ２とから構成され、ヒータ素線４５は単位パターン４８を六回繰り返されて成る。ヒータ素線４５の両端子部４９、４９は断熱壁体４３の筒壁を貫通されている。
【効果】大きい第一間隔と小さい第二間隔とからなる単位パターンを規則的に繰り返してヒータ素線が構成されているので、ヒータの全周における発熱量の分布は均一になり、温度の分布が均一になるようにウエハを加熱できる。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板処理装置に関し、特に、基板を加熱するヒータ素線の改良に係り、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。）に酸化膜やＣＶＤ膜を形成したり、不純物を拡散したり、イオン打ち込み後のキャリアを活性化したり、平坦化のためにリフローしたり、アニールしたりする熱処理（ｔｈｅｒｍａｌ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ）に使用される熱処理装置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、ウエハに熱処理を施すのにバッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置（ｆｕｒｎａｃｅ ）が広く使用されている。バッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置（以下、熱処理装置という。）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、被処理基板である複数枚のウエハを保持して処理室に搬入するボートと、処理室に処理ガスを導入するガス導入管と、処理室を排気する排気管と、プロセスチューブ外に敷設されてプロセスチューブ内を加熱するヒータユニットとを備えており、複数枚のウエハがボートによって垂直方向に整列されて保持された状態で処理室に下端の炉口から搬入（ボートローディング）され、処理ガスが処理室にガス導入管から導入されるとともに、ヒータユニットによって処理室が加熱されることにより、ウエハに熱処理が施されるように構成されている。
【０００３】
従来のこの種の熱処理装置において、ヒータユニットはアルミナやシリカ等の断熱材が使用されてバキュームフォーム（真空吸着成形）法によってプロセスチューブを全体的に被覆する長い円筒形状に形成された断熱壁体と、鉄−クロム−アルミニウム（Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ）合金やモリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ_２ ）が使用されて長大に形成されたヒータ素線と、断熱壁体を被覆するケースとを備えており、ヒータ素線が断熱壁体の内周に敷設されて構成されている。このようなヒータユニットにおいては、発熱有効面積を大きくするために、ヒータ素線は縦方向に延ばされて上下で交互にＵ字形状に折り返されて連続する波形形状に形成されており、発熱分布を均一にさせるために、周方向に並んだ平行部の配列間隔は均一に設定されている。また、波形形状のヒータ素線の周方向における最終折り返し部には断熱壁体の外部に引き出される端子部が設けられている。なお、熱処理装置のヒータの構造を述べている文献としては、次の特許文献１がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２９７６２７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した波形形状のヒータ素線は周方向における最終の折り返し部を経由して断熱壁体の外部に引き出される端子部を備えていることにより、ヒータ素線の配置密度が不均一になるために、発熱分布が不均一になり、その結果、ウエハの温度分布が不均一になるという問題点がある。すなわち、隣接する端子部およびそれに繋がる最終の折り返し部同士の間隔は、端子部に電源供給線を接続するのに必要な寸法以上になるために、周方向で隣接する最終の折り返し部の間隔が他の折り返し部の配列間隔と相違することになり、ヒータ素線の配列密度が不均一になってしまう。
【０００６】
本発明の目的は、熱処理中の被処理基板の温度分布を均一化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、折り返し部と平行部とを有し処理室に配置された基板を加熱するヒータ素線を備えた基板処理装置において、
前記ヒータ素線の前記平行部の間隔は第一間隔と、この第一間隔よりも狭い第二間隔とからなり、前記ヒータ素線は前記第一間隔と前記第二間隔とを組み合わせた単位パターンが複数回繰り返されていることを特徴とする。
【０００８】
前記した手段によれば、大きな第一間隔と小さな第二間隔とからなる一つの単位パターンの範囲内においては大きな第一間隔と小さな第二間隔とが存在するために発熱量には大小が発生するが、複数の単位パターン同士の比較においては発熱量は同一になるために、ヒータ素線全体としての発熱量の分布は均一になる。したがって、筒形状のヒータの加熱による基板の温度の分布は均一になる。
【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、本発明に係る基板処理装置は図１に示されているように、熱処理装置（バッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置）として構成されている。図１に示されているように、熱処理装置１０は筐体１１を備えており、筐体１１の前面にはカセット授受ユニット１２が設備されている。カセット授受ユニット１２はウエハ１のキャリアであるカセット２を二台載置することができるカセットステージ１３を備えており、カセットステージ１３の下方にはウエハ姿勢整合装置１４が二組設備されている。外部搬送装置（図示せず）によって搬送されて来たカセット２がカセットステージ１３に垂直姿勢（カセット２に収納されたウエハ１が垂直になる状態）で載置されると、ウエハ姿勢整合装置１４がカセット２に収納されたウエハ１のノッチやオリエンテーションフラットが同一になるようにウエハ１の姿勢を整合する。カセットステージ１３は９０度回転することにより、カセット２を水平姿勢にさせるようになっている。
【００１１】
筐体１１の内部にはカセット授受ユニット１２に対向してカセット棚１５が設備されており、カセット授受ユニット１２の上方には予備カセット棚１６が設備されている。カセット授受ユニット１２とカセット棚１５との間にはカセット移載装置１７が設備されている。カセット移載装置１７は前後方向に進退可能なロボットアーム１８を備えており、ロボットアーム１８は横行および昇降可能に構成されている。ロボットアーム１８は進退、昇降および横行の協働により、カセットステージ１３の上の水平姿勢となったカセット２をカセット棚１５または予備カセット棚１６へ搬送して移載するようになっている。
【００１２】
カセット棚１５の後方にはウエハ１を複数枚一括して、または、一枚宛移載することができるウエハ移載装置１９が回転および昇降可能に設備されている。ウエハ移載装置１９は進退可能なウエハ保持部２０を備えており、ウエハ保持部２０には複数枚のウエハ保持プレート２１が水平に取り付けられている。ウエハ移載装置１９の後方にはボートエレベータ２２が設備されており、ボートエレベータ２２のアーム２３にはシールキャップ２４が水平に設置されている。図２に示されているように、シールキャップ２４の中心線上にはウエハ１を保持するボート２５が垂直に立脚されて支持されるようになっている。ボート２５は複数枚のウエハ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２５とシールキャップ２４との間には断熱キャップ部２６が配置されており、断熱キャップ部２６はボート２５をシールキャップ２４の上面から持ち上げた状態に支持するように構成されている。
【００１３】
図２に示されているように、プロセスチューブ３１は筐体１１に垂直に配されて固定的に支持されており、プロセスチューブ３１は石英（ＳｉＯ_２ ）もしくは炭化シリコン（ＳｉＣ）が使用されて、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。プロセスチューブ３１の筒中空部はボート２５によって垂直方向に整列した状態に保持された複数枚のウエハが搬入される処理室３２を形成しており、プロセスチューブ３１の下端開口はウエハを出し入れするための炉口３３を構成している。プロセスチューブ３１の下端部には排気管３４が接続されており、排気管３４は排気装置（図示せず）に接続されて処理室３２を所定の真空度に真空排気し得るように構成されている。プロセスチューブ３１の上端にはガス導入管（図示せず）が処理室３２内に連通するように接続されており、ガス導入管には処理ガス供給装置およびキャリアガス供給装置（いずれも図示せず）に接続されている。ガス導入管によって処理室３２に導入されたガスは処理室３２内を流通して排気管３４によって排気されるようになっている。
【００１４】
プロセスチューブ３１の外側には処理室３２を加熱するヒータユニット４０が、プロセスチューブ３１の周囲を包囲するように同心円に設置されて、筐体１１によって支持されている。ヒータユニット４０はステンレス鋼（ＳＵＳ）が使用されて上端閉塞で下端開口の円筒形状に形成されたケース４１を備えており、ケース４１の内径および全長はプロセスチューブ３１の外径および全長よりも大きく設定されている。ケース４１の内部にはプロセスチューブ３１の外径および全長よりも若干大きめの円筒形状に構築された断熱壁体４３が、ケース４１の内周面との間に空冷のための空間としての隙間４２をとって同心円に設置されている。
断熱壁体４３は繊維状または粒状のアルミナやシリカ等の断熱材が使用されてバキュームフォーム法の成形型によって一体成形されており、断熱壁体４３の内周面にはヒータ４４を位置決め保持するための保持具（図示せず）が複数個、周方向に配置されて取り付けられている。断熱壁体４３の内周にはヒータ４４が複数段（本実施の形態では四段）、垂直方向に並べられて互いに平行に敷設されており、それぞれの段毎にヒータ４４の出力を独立に制御することができるマルチゾーンヒータを構成している。
【００１５】
図３に示されているように、各段のヒータ４４は複数個（本実施の形態では二個）のヒータ素線４５が周方向に直列に並べられて、図３に示された渡り線５０によって直列に接続されて構成されている。一個のヒータ素線４５はＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金等の抵抗発熱材料が使用されて、図４に示されているように、丸棒形状に押し出し成形された後に波形形状に弯曲成形され、さらに、図３に示されているように、断熱壁体４３の内径よりも若干だけ小径の円筒形状に丸められている。すなわち、ヒータ素線４５は所定長さの線材が垂直方向に延ばされて上下で交互にＵ字形状に折り返されて連続する波形形状に屈曲されており、折り返し部４６が上下端において揃えられた状態で円筒形状に丸められている。上下の折り返し部４６、４６によって構成された隣合う平行部４７、４７の配列間隔には、隣合うヒータ素線４５、４５の端子部４９、４９の間隔である基準間隔ｗ０以上の第一間隔ｗ１と、基準間隔ｗ０未満の第二間隔ｗ２とが設定されており、第一間隔ｗ１と第二間隔ｗ２とが周期的に配置されている。本実施の形態においては、一周期としての単位パターン４８は第一間隔ｗ１と、その両脇の一対の第二間隔ｗ２、ｗ２とから構成されており、一つのヒータ素線４５は単位パターン４８を六つ設定されている。一つのヒータ素線４５の両端末部には電気的接続のための一対の端子部４９、４９がそれぞれ形成されており、図２に示されているように、端子部４９は断熱壁体４３の筒壁を径方向に貫通されて外部へ引き出されている。図３および図４に想像線で示されているように、隣合うヒータ素線４５、４５の端子部４９、４９は断熱壁体４３の外部において渡り線５０によって電気的に直列に接続されている。
【００１６】
次に、以上のように構成された熱処理装置１０の作用を説明する。
【００１７】
複数枚のウエハ１が収納されたカセット２はカセット授受ユニット１２のカセットステージ１３に外部搬送装置によって供給される。供給されたカセット２は姿勢整合装置１４により、収納されたウエハ１のノッチやオリエンテーションフラットが同一になるように整合される。ウエハ１の姿勢が整合されると、カセットステージ１３は９０度回転することにより、カセット２を水平姿勢にさせる。水平姿勢されたカセット２はカセット移載装置１７によりカセット棚１５または予備カセット棚１６へ搬送されて移載される。カセット棚１５のカセット２のウエハ１はウエハ移載装置１９により搬送されてボート２５に移載される。予め設定された枚数のウエハ１がボート２５に装填されると、ボート２５を支持したシールキャップ２４がボートエレベータ２２によって上昇される。シールキャップ２４が上限位置まで上昇すると、ボート２５がプロセスチューブ３１の処理室３２に搬入（ボートローディング）された状態になるとともに、シールキャップ２４が炉口３３を気密封止した状態になる。
【００１８】
ボート２５が処理室３２に搬入されると、処理室３２がヒータユニット４０によって所定の温度に加熱されるとともに、所定の圧力に排気管３４によって排気される。必要に応じて所定のガスが処理室３２にガス導入管から導入される。これらにより、ボート２５に保持されたウエハ１には所望の熱処理が施されることになる。
【００１９】
所望の熱処理が終了すると、ボート２５は処理室３２からボートエレベータ２２の下降作動によって搬出（ボートアンローディング）される。搬出されたボート２５の上の処理済のウエハ１はカセット２にウエハ移載装置１９によって収納される。所定枚数の処理済のウエハ１が収納されたカセット２はカセット授受ユニット１２にカセット移載装置１７によって移載される。
【００２０】
以上の熱処理中において、各ヒータ素線４５の配列間隔に大小が有る場合にはヒータ素線４５の配置密度に大小が有るために、ヒータ素線４５の発熱量の分布は不均一になる。すなわち、平行部４７の間隔が大きい場所では発熱量が小さくなり、平行部４７の間隔が小さい場所では発熱量が大きくなる。つまり、ヒータ素線４５の平行部４７の間隔の大小が不規則に存在する場合や局所的に存在する場合には、ヒータ素線４５による発熱量の分布が不均一になり、それによって加熱されるウエハ１における温度の分布も不均一になる。
【００２１】
ところで、図５に示されているように、従来例のヒータ４４’におけるヒータ素線４５’は発熱分布を均一にさせるために、周方向に並んだ平行部４７’の配列間隔ｗ２は均一に設定されている。ところが、このヒータ素線４５’は断熱壁体の外部に引き出されて電気的接続に使用される一対の端子部４９、４９を備えていることにより、円筒形状のヒータ４４’の全周における配置密度が不規則な不均一になるために、ヒータ４４’の全周における発熱分布が不均一になり、その結果、ウエハの温度分布が不均一になるという問題点がある。すなわち、円筒形状のヒータ４４’において隣り合う端子部４９、４９同士の間隔ｗ１は端子部４９、４９に渡り線５０または電源供給線を接続するのに必要な寸法（ｗ０）以上になるために、端子部４９、４９間の間隔ｗ１が他の平行部４７、４７の均等な間隔ｗ２よりも大きくなり、その結果、円筒形状のヒータ４４’の全周における配列密度が不均一になってしまう。
【００２２】
しかし、本実施の形態に係るヒータ素線４５は大きな第一間隔ｗ１と小さな第二間隔ｗ２とからなる単位パターン４８が複数回、規則的に繰り返されて構成されているために、全体的には発熱量の分布は均一になる。すなわち、一つの単位パターン４８の範囲内においては大きな第一間隔ｗ１と小さな第二間隔ｗ２とが存在するために、発熱量には大小が発生するが、複数の単位パターン４８、４８同士の比較においては発熱量は同一になるために、ヒータ素線４５全体としての発熱量の分布は均一になる。つまり、ヒータ素線４５の一対の端子部４９、４９に繋がる最終の平行部４７、４７同士の間隔を第一間隔ｗ１に設定することにより単位パターン４８に含めることができるために、図５に示された従来例のヒータ素線４５’における一対の端子部４９、４９に繋がる平行部４７’、４７’間の第一間隔ｗ１と、他の場所の平行部４７’、４７’の第二間隔ｗ２との違いに起因する円筒形状のヒータ４４’の全周における発熱量の分布の不均一の問題点は解決される。つまり、本実施の形態に係る円筒形状のヒータ４４の加熱によるウエハ１の温度の分布は均一になる。
【００２３】
前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。
【００２４】
１） 大きな第一間隔ｗ１と小さな第二間隔ｗ２とからなる単位パターンを規則的に繰り返してヒータ素線を構成することにより、円筒形状のヒータの全周としての発熱量の分布は均一になるために、温度の分布が均一になるようにウエハを加熱することができる。
【００２５】
２） 温度分布が均一になるようにウエハを加熱することにより、ウエハの熱処理後における膜厚分布等の熱処理状態の分布をウエハの全面にわたって均一化することができるので、熱処理装置の性能や信頼性を向上させることができ、製造歩留りを向上させることができる。
【００２６】
３） 丸棒形状の抵抗発熱体を波形形状に屈曲し、円筒形状に丸めてヒータ素線を製造することにより、抵抗発熱体を波形形状かつ円弧形状の板体に焼結成形してヒータ素線を製造する場合に比べて、ヒータ素線の製造コストを大幅に低減することができるので、熱処理装置の製造コストを低減することができる。
【００２７】
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。
【００２８】
例えば、ヒータ素線の第一間隔および第二間隔の比率や実際の寸法、ヒータ素線の単位パターンの繰り返し回数、ヒータ素線の連結個数（一個でもよい。）、ヒータの段数や高さ等は、ヒータユニットの大きさや定格等の熱処理装置に要求される熱処理条件に対応して選定することが望ましい。
【００２９】
ヒータ素線は、丸棒形状の抵抗発熱体を波形形状に屈曲し円筒形状に丸めて製造するに限らず、抵抗発熱体を波形形状かつ円弧形状の板体に焼結成形して製造してもよい。
【００３０】
断熱壁体とケースとの間に隙間を介設するに限らず、ケースは断熱壁体に密着するように被せてもよい。
【００３１】
ヒータユニット、断熱壁体およびケース等は円筒形状に形成するに限らず、四角形筒形状や多角形筒形状に形成してもよい。
【００３２】
熱処理装置はバッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置に限らず、横形ホットウオール形熱処理装置等の他の熱処理装置であってもよい。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、ヒータ全周としての発熱量の分布を均一化することができるので、基板の処理後における膜厚分布等の処理状態の分布を基板の全面にわたって均一化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である熱処理装置を示す一部省略斜視図である。
【図２】その主要部を示す正面断面図である。
【図３】ヒータ素線を示す断面端面図である。
【図４】その展開図である。
【図５】ヒータ素線の比較例を示す展開図である。
【符号の説明】
１…ウエハ（基板）、２…カセット（ウエハキャリア）、１０…熱処理装置（基板処理装置）、１１…筐体、１２…カセット授受ユニット、１３…カセットステージ、１４…ウエハ姿勢整合装置、１５…カセット棚、１６…予備カセット棚、１７…カセット移載装置、１８…ロボットアーム、１９…ウエハ移載装置、２０…ウエハ保持部、２１…ウエハ保持プレート、２２…ボートエレベータ、２３…アーム、２４…シールキャップ、２５…ボート、２６…断熱キャップ部、３１…プロセスチューブ、３２…処理室、３３…炉口、３４…排気管、４０…ヒータユニット、４１…ケース、４２…隙間、４３…断熱壁体、４４…ヒータ、４５…ヒータ素線、４６…折り返し部、４７…平行部、４８…単位パターン、４９…端子部、５０…渡り線。

Claims (1)

1. 折り返し部と平行部とを有し処理室に配置された基板を加熱するヒータ素線を備えた基板処理装置において、
   前記ヒータ素線の前記平行部の間隔は第一間隔と、この第一間隔よりも狭い第二間隔とからなり、前記ヒータ素線は前記第一間隔と前記第二間隔とを組み合わせた単位パターンが複数回繰り返されていることを特徴とする基板処理装置。

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