JP2004311648A

JP2004311648A - 基板処理装置

Info

Publication number: JP2004311648A
Application number: JP2003102011A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Shimada; 真一島田; Toshimitsu Miyata; 敏光宮田; Hideyuki Tsukamoto; 秀之塚本; Tomokazu Ogawa; 友和小川; Takenori Oka; 威憲岡
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2003-04-04
Filing date: 2003-04-04
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2023-04-04
Also published as: JP4180424B2

Abstract

【課題】処理室を効率よく昇降温させる。
【解決手段】処理室１２を加熱するヒータユニット３０を備えた酸化・拡散装置１０において、ヒータユニット３０は処理室１２の外側に設置された第一反射体３４と、第一反射体３４の外側に空間３６をとって設置された第二反射体３５とからなる断熱槽３３を備えており、断熱槽３３には空間３６を排気する排気管３８と空間にガスを供給する供給管３７が接続されている。
【効果】第一反射体および第二反射体の熱容量を小さく設定することにより、断熱槽で消費される熱エネルギーを抑制でき、昇降温レートを大きく設定できるので、処理室を効率よく昇降温でき、総処理時間を短縮できるとともに、省エネルギーを実現できる。
【選択図】図１

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、ヒータユニットの断熱構造に係り、例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）の製造方法において、ＩＣが作り込まれる半導体ウエハ（以下、ウエハという。）に酸化処理や拡散処理、アニール処理、イオン打ち込み後のキャリア活性化処理、平坦化のためのリフロー処理および成膜処理等の熱処理（ｔｈｅｒｍａｌｔｒｅａｔｍｅｎｔ）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、ウエハに各種の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としては、複数枚のウエハを一括して処理する縦形の処理室を形成したプロセスチューブと、プロセスチューブの外部に設置された均熱チューブと、均熱チューブの外側に設置されて処理室を加熱するヒータユニットと、複数枚のウエハを保持して処理室に搬入するボートとを備えており、セラミックファイバー等の断熱材が円筒形状に形成されてなる断熱槽の内周面に発熱体が敷設されてヒータユニットが構成されているものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１６４２９８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のバッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置においては、ヒータユニットの断熱槽がセラミックファイバー等の断熱材によって形成されているために、多大の電力が浪費されるという問題点がある。すなわち、処理室のウエハ群の温度を昇温させ所定の処理温度に安定させるためには、処理室の温度ばかりでなく、大きな熱容量を有する断熱槽の断熱材も昇温させて所定の処理温度に維持する必要がある。また、ボートの搬入搬出時等において処理室の温度を下げるに際して、断熱槽の温度も下げる必要があるが、断熱材は大きな熱容量を有するために、大規模な冷却装置が必要になり、多大の電力が浪費されることになる。つまり、熱し難く冷め難いという性質を有する断熱材によって形成された断熱槽においては、昇降温レートに限界があり、かつ、ウエハを加熱するというよりは断熱材を加熱して維持したり降温させるような状況になるために、多大の電力が必要になる。
【０００５】
本発明の目的は、効率よく昇降温させることができる基板処理装置を提供することにある。
【０００６】
【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、基板を処理する処理室と、この処理室を加熱するヒータユニットとを備えている基板処理装置において、
前記ヒータユニットは前記処理室の外側を取り囲むように敷設された発熱体と、この発熱体を取り囲むように敷設された第一反射体と、この第一反射体の外側を空間をとって取り囲むように敷設された第二反射体と、前記空間を排気する排気管と、前記空間にガスを供給する供給管とを備えていることを特徴とする。
【０００７】
前記した手段によれば、第一反射体および第二反射体の熱容量を小さく設定することにより、第一反射体および第二反射体で消費される熱エネルギーを抑制することができ、また、昇降温レートを大きく設定することができるので、処理室を効率よく昇降温させることができる。
【０００８】
【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。
【０００９】
本実施の形態において、図１に示されているように、本発明に係る基板処理装置はバッチ式縦形ホットウオール形酸化・拡散装置（以下、酸化・拡散装置という。）として構成されている。
【００１０】
図１に示された酸化・拡散装置１０は、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た縦形のプロセスチューブ１１を備えており、プロセスチューブ１１は石英（ＳｉＯ_２）が用いら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。複数枚のウエハ１を一括して処理する処理室１２が円筒中空部によって形成されており、ウエハ１を出し入れするための炉口１３がプロセスチューブ１１の下端開口によって形成されている。プロセスチューブ１１の外側には均熱チューブ１４が同心円に被せられており、均熱チューブ１４は炭化シリコンが使用されて上端が閉塞し下端が開口したプロセスチューブ１１よりも大径の円筒形状に形成されている。均熱チューブ１４の上端閉塞壁には通気孔１４ａが開設されている。プロセスチューブ１１と均熱チューブ１４との間には通気路１５がドーナツ形状に形成されており、通気路１５には冷媒としてのクリーンエアが流通するようになっている。クリーンエアは通気孔１４ａから排出される。プロセスチューブ１１および均熱チューブ１４は酸化・拡散装置の筐体１６に垂直に支持されている。プロセスチューブ１１の側壁の下端部には排気管１７の一端が接続されており、排気管１７の他端は排気装置（図示せず）に接続されて処理室１２を所定の圧力に排気し得るように構成されている。プロセスチューブ１１の側壁の下端部の排気管１７と別の位置には、処理ガスを処理室１２へ導入するためのガス導入管１８が挿入されている。
【００１１】
プロセスチューブ１１の下方には円盤形状のシールキャップ２１が、プロセスチューブ１１の中心線の延長線上をボートエレベータ（図示せず）によって昇降されるように設置されている。シールキャップ２１の上にはプロセスチューブ１１の炉口１３の近傍を断熱するための断熱キャップ２２が垂直に立設されている。断熱キャップ２２は複数本の保持部材２３によって複数枚の断熱板２４を水平にかつ互いに中心を揃えた状態に整列して保持して構成されている。断熱キャップ２２の上には円盤形状に形成されたサブヒータユニット２５が同軸かつ水平に設置されており、サブヒータユニット２５の上にはボート２６が垂直に立設されている。ボート２６は複数本の保持部材２７によって複数枚のウエハ１を水平にかつ互いに中心を揃えた状態に整列して保持するように構成されている。シールキャップ２１には温度センサ２８が上下方向に挿入されている。
【００１２】
均熱チューブ１４の外側にはヒータユニット３０が均熱チューブ１４を全体的に被覆するように設置されており、ヒータユニット３０は筐体１６によって垂直に支持されている。ヒータユニット３０は薄い鋼板等によって円筒形状に形成されたケース３１を備えており、ケース３１の内周面にはセラミックファイバー等の断熱材３２が薄く内張りされている。断熱材３２の内側には所謂魔法瓶構造の断熱槽３３が同心円に設置されている。断熱槽３３は均熱チューブ１４の外径よりも大径の円筒形状に形成された第一反射体３４と、第一反射体３４よりも大径の円筒形状に形成された第二反射体３５とを備えており、第一反射体３４と第二反射体３５とが同心円に配置されることによりドーナツ形状の空間３６が形成されている。空間３６は第一反射体３４と第二反射体３５との上下両端において閉塞されることにより気密に構成されており、空間３６の上下両端部には冷媒を流通させるための供給管３７と排出管３８とがそれぞれ接続されている。第一反射体３４の内側には珪化モリブデン（ＭｏＳｉ_２）からなるヒータ３９が均熱チューブ１４の周囲を包囲するように同心円に敷設されており、ヒータ３９は複数のヒータ部に分割されている。これらヒータ部には電力を供給するための電線４０がそれぞれ接続されており、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。断熱槽３３と均熱チューブ１４との間には冷却エア４１を流通させるための冷却エア通路４２が、均熱チューブ１４を全体的に包囲するように形成されている。断熱槽３３の下端部には冷却エア４１を冷却エア通路４２に供給する給気管４３が接続されており、給気管４３に供給された冷却エア４１は冷却エア通路４２の全周に拡散するようになっている。断熱槽３３の上端には断熱材等によって形成されたカバー４４が被せられており、カバー４４の中央部には排気口４５が開設され、排気口４５には排気路４６が接続されている。排気口４５にはサブヒータユニット４７が設置されている。
【００１３】
図２に示されているように、第一反射体３４および第二反射体３５は金属やセラミックおよび絶縁物等の耐熱性を有する材料が使用されて円筒形状に形成された本体５１を備えており、本体５１の表面５２は電解研磨等によって鏡面仕上げされている。本体５１の表面５２には酸化シリコンや窒化シリコンの多層コーティング膜から構成された反射コーティング膜５３が被着されており、この反射コーティング膜５３によって第一反射体３４および第二反射体３５の反射率が高められている。
【００１４】
次に、前記構成に係る酸化・拡散装置による本発明の一実施の形態であるＩＣの製造方法における熱処理工程を説明する。
【００１５】
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２６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、ボートエレベータによって差し上げられてプロセスチューブ１１の炉口１３から処理室１２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１２に存置される。
【００１６】
続いて、処理室１２が所定の圧力に排気管１７によって排気され、所定の温度にヒータ３９によって昇温される。この際、ヒータ３９から照射された熱線（赤外線や遠赤外線等）のうち径方向外向きに向かった熱線は、径方向外側に配置された第一反射体３４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３９から照射された全ての熱線が均熱チューブ１４に照射し、均熱チューブ１４を加熱して大きいシート（速度）をもって急速に昇温させる。他方で、第一反射体３４は照射した熱線を吸収することなく全て反射させるために、熱の浪費の程度を抑制することができる。第一反射体３４から空間３６に放出した熱線は第二反射体３５によって反射することにより、第一反射体３４に再び戻るために、ヒータ３９の熱エネルギーが断熱槽３３の外部に逃散することは殆ど抑制することができる。また、第一反射体３４と第二反射体３５とによって構成された断熱槽３３は熱容量がきわめて小さいので、ヒータ３９は断熱槽３３自体の昇温に熱エネルギーを殆ど浪費しなくて済む。なお、ヒータ３９が加熱駆動される以前に、断熱槽３３の空間３６が排気管３８によって排気されて減圧される。空間３６の真空度は排気管３８に介設された圧力制御弁（図示せず）によって調整される。この空間３６の減圧により、空間３６における空気の熱伝導や対流による熱伝達が抑止されるために、第一反射体３４と第二反射体３５とによって構成された断熱槽３３の断熱効果はより一層高められることになる。
【００１７】
処理室１２の圧力および温度が所定の値に達して安定すると、処理ガスが処理室１２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等の処理ステップにより、所望の処理がウエハ１に施される。所定の処理時間が経過すると、例えば、処理ガスの導入が停止された後に、窒素ガス等のパージガスが処理室１２にガス導入管１８から導入されるとともに、処理室１２が排気管１７によって排気される。
【００１８】
この際、図１に示されているように、プロセスチューブ１１と均熱チューブ１４との間の通気路１５、均熱チューブ１４と断熱槽３３との間の冷却エア通路４２および断熱槽３３の空間３６には、冷却エア４１がそれぞれ供給されて流通される。この通気路１５、冷却エア通路４２および空間３６における冷却エア４１の流通により、酸化・拡散装置１０の全体が冷却されるために、処理室１２の温度は大きいシート（速度）をもって急速に下降することになる。特に、第一反射体３４と第二反射体３５とによって構成された断熱槽３３は熱容量がきわめて小さいので、急速に冷却することができる。なお、通気路１５、冷却エア通路４２および空間３６は処理室１２から隔離されているので、冷媒として冷却エア４１を使用することができるが、冷却効果をより一層高めるためや、エア内の不純物による高温下での腐食を防止するために、窒素ガス等の不活性ガスを冷媒ガスとして使用してもよい。また、冷却エア４１の流量は流量制御弁や排気装置の出力によって調整することができる。
【００１９】
処理室１２の温度が所定の温度に下降すると、シールキャップ２１に支持されたボート２６はボートエレベータによって下降されることにより、処理室１２の炉口１３から搬出（ボートアンローディング）される。以降、前記作用が繰り返されることにより、酸化・拡散装置１０によってウエハ１に対する所望の処理が実施されて行く。
【００２０】
前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。
【００２１】
１）ヒータユニットの断熱層を熱容量の小さい第一反射体および第二反射体によって構成することにより、第一反射体および第二反射体で浪費される熱エネルギーを抑制することができるので、処理室を急速に昇降温させることができるとともに、熱エネルギーの消費量を低減することができる。
【００２２】
２）処理室を熱エネルギーの消費を低減しつつ効率よく昇降温させることにより、酸化・拡散装置の総処理時間を短縮させて性能を向上させることができるとともに、電力の消費費用を低減させることができるので、酸化・拡散装置のランニングコストひいてはＩＣの製造方法の製造コストを低減させることができる。
【００２３】
３）処理室の昇温ステップに際して、断熱槽の第一反射体と第二反射体とによって構成された空間を減圧することにより、空間における空気の熱伝導や対流による熱伝達を抑止することができるので、第一反射体と第二反射体とによって構成された断熱槽の断熱効果をより一層高めることができる。
【００２４】
４）処理室の降温ステップに際して、断熱槽の空間に冷却エアを流通させることにより、断熱槽を急速に冷却させることができるので、処理室の冷却時間をより一層短縮することができる。
【００２５】
５）冷媒としてエアを使用することにより、酸化・拡散装置のランニングコストを窒素ガス等の不活性ガスを使用する場合に比べて低減させることができる。
【００２６】
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。
【００２７】
例えば、排気口４５に介設したサブヒータユニット４７の真上に反射体を設置することにより、サブヒータユニット４７の輻射熱の全てを均熱チューブ１４の方向に向かわせるように構成してもよい。
【００２８】
第一反射体と第二反射体とによって構成された断熱槽はきわめて高い断熱効果を有するので、第二反射体の外側の断熱材およびケースは省略してもよい。また、第二反射体は空間の全周に構成したが、空間の長手方向の一側面のみに構成してもよい。
【００２９】
発熱体であるヒータは珪化モリブデンによって形成するに限らず、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金等の金属発熱体によって形成してもよいし、カーボンランプやハロゲンランプ等によって構成してもよい。
【００３０】
処理は酸化処理や拡散処理、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。
【００３１】
前記実施の形態においては、酸化・拡散装置について説明したが、ＣＶＤ装置やアニール装置等の基板処理装置全般に適用することができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、処理室を効率よく昇降温させることができるので、総処理時間を短縮することができるとともに、省エネルギーを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である酸化・拡散装置を示す正面断面図である。
【図２】主要部を示す断面図である。
【符号の説明】
１…ウエハ（基板）、１０…酸化・拡散装置（基板処理装置）、１１…プロセスチューブ、１２…処理室、１３…炉口、１４…均熱チューブ、１４ａ…通気孔、１５…通気路、１６…筐体、１７…排気管、１８…ガス導入管、２１…シールキャップ、２２…断熱キャップ、２３…保持部材、２４…断熱板、２５…サブヒータユニット、２６…ボート、２７…保持部材、２８…温度センサ、３０…ヒータユニット、３１…ケース、３２…断熱材、３３…断熱槽、３４…第一反射体、３５…第二反射体、３６…空間、３７…供給管、３８…排気管、３９…ヒータ（発熱体）、４０…電線、４１……冷却エア、４２…冷却エア通路、４３…給気管、４４…カバー、４５…排気口、４６…排気路、４７…サブヒータユニット、５１…本体、５２…表面、５３…反射コーティング膜。

Claims

基板を処理する処理室と、この処理室を加熱するヒータユニットとを備えている基板処理装置において、
前記ヒータユニットは前記処理室の外側を取り囲むように敷設された発熱体と、この発熱体を取り囲むように敷設された第一反射体と、この第一反射体の外側を空間をとって取り囲むように敷設された第二反射体と、前記空間を排気する排気管と、前記空間にガスを供給する供給管とを備えていることを特徴とする基板処理装置。