JP2004221102A - 基板処理装置 - Google Patents
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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
【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(MoSi2 )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(SiO2 )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。
【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(MoSi2 )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(SiO2 )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)
- 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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JP2003002986A JP2004221102A (ja) | 2003-01-09 | 2003-01-09 | 基板処理装置 |
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JP2003002986A JP2004221102A (ja) | 2003-01-09 | 2003-01-09 | 基板処理装置 |
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Cited By (2)
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WO2007081185A1 (en) * | 2006-01-16 | 2007-07-19 | Terasemicon Corporation | Heating apparatus for batch type reaction chamber |
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- 2003-01-09 JP JP2003002986A patent/JP2004221102A/ja active Pending
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