JP2006173531A - Substrate treating apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、基板処理装置、特に、被処理物を処理室に収容してヒータによって加熱した状態で処理を施す熱処理技術に関し、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、半導体素子を含む集積回路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、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やアニールおよび熱CVD反応による成膜処理等々(以下、熱処理という。)に使用される熱処理装置(furnace )のような基板処理装置に利用して有効なものに関する。 The present invention relates to a substrate processing apparatus, and more particularly to a heat treatment technique for performing processing in a state in which an object to be processed is accommodated in a processing chamber and heated by a heater, for example, in a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device (hereinafter referred to as IC). A semiconductor wafer (hereinafter referred to as a wafer) on which an integrated circuit including semiconductor elements is formed is formed by oxidation treatment, diffusion treatment, carrier activation after ion implantation, reflow for annealing and planarization, annealing, and thermal CVD reaction. The present invention relates to an effective substrate processing apparatus such as a heat treatment apparatus (furnace) used for processing and the like (hereinafter referred to as heat treatment).
ICの製造方法におけるウエハの熱処理には、バッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置(以下、ホットウオール形熱処理装置という。)が、広く使用されている。
ホットウオール形熱処理装置は、ウエハが搬入される処理室を形成するインナチューブおよびこのインナチューブを取り囲むアウタチューブから構成され縦形に設置されたプロセスチューブと、プロセスチューブの外部に敷設されてプロセスチューブ内を加熱するヒータとを備えており、複数枚のウエハがボートによって長く整列されて保持された状態でインナチューブ内に下端の炉口から搬入(ボートローディング)され、ヒータによって処理室内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。
このようなホットウオール形熱処理装置においては、プロセスチューブとボートとの間にプロファイル熱電対やカスケード熱電対(以下、熱電対という。)を配置してウエハ近傍の温度を計測し、この計測結果に基づいてヒータをフィードバック制御することにより、熱処理を適正に制御することが行われている。
A batch type vertical hot wall heat treatment apparatus (hereinafter referred to as a hot wall heat treatment apparatus) is widely used for heat treatment of wafers in IC manufacturing methods.
The hot wall type heat treatment apparatus is composed of an inner tube that forms a processing chamber into which a wafer is loaded and an outer tube that surrounds the inner tube, and a process tube that is installed in a vertical shape. And a plurality of wafers are loaded into the inner tube from the bottom furnace port (boat loading) in a state where the plurality of wafers are long aligned and held by the boat, and the processing chamber is heated by the heater. Thus, the wafer is configured to be heat-treated.
In such a hot wall type heat treatment apparatus, a profile thermocouple or a cascade thermocouple (hereinafter referred to as a thermocouple) is arranged between the process tube and the boat, and the temperature near the wafer is measured. Based on the feedback control of the heater, the heat treatment is appropriately controlled.
この熱電対による温度制御の方法においては、ウエハ近傍の温度を測定しているため、熱電対の測定温度にはウエハの実際の温度と差が発生するという問題点があり、また、ヒータの高速の昇温および降温時には熱電対の測温の応答性の悪さから、コントローラの複雑な補正や温度追従性の遅延が問題となる。
そこで、このようなウエハの実際の温度と熱電対の測定温度との差を解消する方法として、熱特性がウエハと同等または近似し外寸がウエハよりも小さい被測温部材の主面に熱電対の測温部(熱接点)を接着材によって接着し、この被測温部材をボートの近傍に配置することにより、ボートに装填されたウエハの実際の温度を測定する方法が、提案されている。例えば、特許文献1参照。
Therefore, as a method of eliminating the difference between the actual temperature of the wafer and the measured temperature of the thermocouple, the thermoelectric surface is applied to the main surface of the temperature-measured member whose thermal characteristics are the same as or similar to those of the wafer and whose outer dimensions are smaller than the wafer. There has been proposed a method for measuring the actual temperature of a wafer loaded in a boat by bonding a pair of temperature measuring portions (thermal contacts) with an adhesive and placing the temperature measuring member in the vicinity of the boat. Yes. For example, see Patent Document 1.
しかしながら、熱電対の熱接点を被測温部材の主面に接着する測温方法においては、被測温部材の主面が平坦形状であるために、次のような問題点があることが、本発明者によって明らかにされた。
1) 熱電対の熱接点を被測温部材に接着する際に、熱電対の熱接点の位置決めが正確に行えないために、熱電対の応答性等の性能について個体差が発生する。
2) 熱電対の熱接点を被測温部材に接着する際に、接着材の塗布範囲および塗布量に個体差が発生するために、熱電対の応答性等の性能について個体差が発生する。
3) 熱電対の熱接点を被測温部材に強固に接着する必要上、接着材を被測温部材の主面に広範囲に塗布すると、熱電対の熱接点の熱容量が増加するために、熱電対の応答性が低下する。
However, in the temperature measuring method for bonding the thermocouple's thermal contact to the main surface of the temperature-measuring member, the main surface of the temperature-measuring member has a flat shape, and therefore has the following problems: Revealed by the inventor.
1) When bonding the thermocouple's hot contact to the member to be measured, the thermocouple's hot contact cannot be accurately positioned, resulting in individual differences in performance such as thermocouple response.
2) When bonding the thermocouple's hot junction to the temperature-measuring member, individual differences occur in the application range and amount of the adhesive material, resulting in individual differences in thermocouple responsiveness and other performance.
3) Since it is necessary to firmly bond the thermocouple's hot contact to the temperature-measuring member, applying a large amount of adhesive to the main surface of the temperature-measuring member increases the heat capacity of the thermocouple's hot contact, which The response of the pair is reduced.
本発明の目的は、従来の技術のこれらの問題点を解決し、熱容量が小さくて応答性が良好であり、かつ、性能の個体差が小さく、被処理物の現在の実際の温度を応答性よく計測することによって熱処理を適正に実行することができる基板処理装置を提供することにある。 The object of the present invention is to solve these problems of the prior art, the heat capacity is small and the responsiveness is good, the individual differences in performance are small, and the current actual temperature of the workpiece is responsive. An object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus capable of appropriately performing a heat treatment by measuring well.
前記した課題を解決するための手段のうち代表的なものは、次の通りである。
(1)基板を処理する処理室と、前記処理室を加熱する加熱手段と、前記加熱手段を制御するための温度を検出する熱接点に被測温部材が備えられた温度検出器とを有する基板処理装置であって、
前記被測温部材には溝部が形成されており、前記溝部に前記熱接点が固定されていることを特徴とする基板処理装置。
(2)前記熱接点および前記被測温部材が石英製の保護管によって囲まれており、前記熱接点と前記被測温部材の溝部とは少なくとも一部が接触するように設置されており、さらに、前記溝部には接着材が充填されていることを特徴とする前記(1)に記載の基板処理装置。
Typical means for solving the above-described problems are as follows.
(1) It has a processing chamber for processing a substrate, a heating means for heating the processing chamber, and a temperature detector provided with a temperature-measuring member at a thermal contact for detecting a temperature for controlling the heating means. A substrate processing apparatus,
A substrate processing apparatus, wherein a groove is formed in the temperature measuring member, and the thermal contact is fixed to the groove.
(2) The thermal contact and the temperature-measuring member are surrounded by a quartz protective tube, and the thermal contact and the groove portion of the temperature-measuring member are installed so that at least a part thereof is in contact with each other, The substrate processing apparatus according to (1), wherein the groove is filled with an adhesive.
前記(1)によれば、被測温部材の表面積を維持しつつ、熱容量を低減することができるので、温度検出器の温度測定特性を向上させることができるとともに、個体差(品質や信頼性のばらつき)を抑制することができる。 According to the above (1), the heat capacity can be reduced while maintaining the surface area of the temperature-measuring member, so that the temperature measurement characteristics of the temperature detector can be improved, and individual differences (quality and reliability) Variation).
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
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、ICの製造方法における熱処理工程を実施するホットウオール形熱処理装置(バッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置)10として構成されている。 In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the substrate processing apparatus according to the present invention is a hot wall type heat treatment apparatus (batch type vertical hot wall type heat treatment apparatus) for performing a heat treatment step in an IC manufacturing method. 10.
図1に示されているホットウオール形熱処理装置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を備えている。プロセスチューブ11はインナチューブ12とアウタチューブ13とから構成されており、インナチューブ12は石英ガラスまたは炭化シリコン(SiC)が使用されて円筒形状に一体成形され、アウタチューブ13は石英ガラスが使用されて円筒形状に一体成形されている。
インナチューブ12は上下両端が開口した円筒形状に形成されており、インナチューブ12の筒中空部はボートによって長く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14を形成している。インナチューブ12の下端開口はウエハを出し入れするための炉口15を構成している。したがって、インナチューブ12の内径は取り扱うウエハの最大外径(例えば、三百mm)よりも大きくなるように設定されている。
A hot wall
The
アウタチューブ13は内径がインナチューブ12の外径よりも大きく上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されており、インナチューブ12にその外側を取り囲むように同心円に被せられている。
インナチューブ12とアウタチューブ13との間の下端部は、多段の円筒形状に構築されたマニホールド16によって気密封止されている。インナチューブ12およびアウタチューブ13の交換等のために、マニホールド16はインナチューブ12およびアウタチューブ13にそれぞれ着脱自在に取り付けられている。マニホールド16がホットウオール形熱処理装置の筐体2に支持されることにより、プロセスチューブ11は垂直に据え付けられた状態になっている。
The
A lower end portion between the
マニホールド16の側壁の上部には排気管17が接続されており、排気管17は排気装置(図示せず)に接続されてプロセスチューブ11の内部を排気し得るように構成されている。排気管17はインナチューブ12とアウタチューブ13との間に形成された隙間に連通した状態になっており、インナチューブ12とアウタチューブ13との隙間によって排気路18が、横断面形状が一定幅の円形リング形状に構成されている。排気管17がマニホールド16に接続されているため、排気管17は円筒形状の中空体を形成されて垂直に延在した排気路18の最下端部に配置された状態になっている。
An exhaust pipe 17 is connected to the upper portion of the side wall of the manifold 16, and the exhaust pipe 17 is connected to an exhaust device (not shown) so as to exhaust the inside of the process tube 11. The exhaust pipe 17 is in a state of communicating with a gap formed between the
また、マニホールド16の側壁の下部にはガス導入管19がインナチューブ12の炉口15に連通するように接続されており、ガス導入管19には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)が接続されている。ガス導入管19によって炉口15に導入されたガスは、インナチューブ12の処理室14を流通して排気路18を通って排気管17によって外部へ排気されるようになっている。
A gas introduction pipe 19 is connected to the lower part of the side wall of the manifold 16 so as to communicate with the
マニホールド16には下端開口を閉塞するシールキャップ20が、垂直方向下側から当接されるようになっている。シールキャップ20はマニホールド16の外径と略等しい円盤形状に構築されており、プロセスチューブ11の外部に垂直に設備されたボートエレベータ(図示せず)によって垂直方向に昇降されるように構成されている。シールキャップ20の中心線上にはボート21が垂直に立脚されて支持されるようになっている。
A
ボート21は上下で一対の端板22、23と、両端板22と23との間に架設されて垂直に配設された三本の保持部材24とを備えており、三本の保持部材24には多数条の保持溝25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21は三本の保持部材24の保持溝25間にウエハ1の周辺部をそれぞれ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21とシールキャップ20との間には内部に断熱材(図示せず)が封入された断熱キャップ部26が配置されている。断熱キャップ部26はボート21をシールキャップ20の上面から持ち上げた状態に支持することにより、ボート21の下端を炉口15の位置から適当な距離だけ離間させるように構成されている。
The
Between the
図1に示されているように、プロセスチューブ11の外側は断熱槽31によって全体的に被覆されており、断熱槽31の内側にはプロセスチューブ11の内部を加熱する加熱手段としてのヒータ32が、アウタチューブ13の周囲を包囲するように同心円に設備されている。断熱槽31はステンレス鋼等の薄板から円筒形状に形成されたカバーの内部にガラスウール等の断熱材が封入されて、プロセスチューブ11の外径よりも大径で長さが同程度の円筒形状に形成されており、ホットウオール形熱処理装置の筐体2に支持されることによって垂直に据え付けられている。
ヒータ32はニクロム線等の線形の電気抵抗体によって形成されて、断熱槽31の内周面に螺旋状に巻装されている。ヒータ32は上側から順に、第一ヒータ部32a、第二ヒータ部32b、第三ヒータ部32c、第四ヒータ部32dおよび第五ヒータ部32eに五分割されており、これらヒータ部32a〜32eは温度コントローラ33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。
As shown in FIG. 1, the outside of the process tube 11 is entirely covered with a
The
図1に示されているように、シールキャップ20の外周辺部の一箇所には保護管34がボート21に干渉しないように上下方向に貫通されて垂直に固定されている。ボート21の処理室14への搬入時には、保護管34はインナチューブ12の内周面とボート21の外周面との間に位置する状態になっている。
保護管34には五本の温度検出器としての熱電対35a、35b、35c、35dおよび35eが纏められて封入されている。五本の熱電対35a、35b、35c、35dおよび35eは温度コントローラ33にそれぞれ接続されており、各熱電対35a〜35eは温度計測結果を温度コントローラ33にそれぞれ送信するようになっている。
温度コントローラ33は各熱電対35a〜35eからの計測温度に基づいて各ヒータ部32a〜32eをフィードバック制御するようになっている。すなわち、温度コントローラ33は各ヒータ部32a〜32eの目標温度と各熱電対35a〜35eの計測温度との誤差を求めて、誤差がある場合には誤差を解消させるフィードバック制御を実行するようになっている。
As shown in FIG. 1, a
The
五本の熱電対35a〜35eの測温点である熱接点36a〜36eの高さは、五箇所のヒータ部32a〜32eの高さにそれぞれ対応するように設定されている。五つの熱接点36a〜36eには、五つの被測温部材40a〜40eがそれぞれ固定されている。五つの被測温部材40a〜40eは半導体または不導体(絶縁体)の一例であってウエハと熱特性が同等または近似する材料であるシリコンが使用されて、縦横厚さが3mm×6mm×0.35mmに形成されている。
ところで、被測温部材は薄い方が受熱面積が大きく熱容量を小さく設定することができるので、被測温部材の厚さは可及的に薄く設定することが望ましい。
しかし、被測温部材の厚さを過度に薄く設定すると、後述する熱接点の接着時や被測温部材の保護管への挿入時に被測温部材が破損したりする危惧があるために、被測温部材の厚さはあまり薄く設定することができない。
そこで、本実施の形態においては、大きな受熱面積で小さい熱容量を確保しつつ、破損の危惧を回避可能な機械的強度を確保するために、各被測温部材40a〜40eの厚さt(図3参照)は、ウエハの厚さ(例えば、0.725mm)よりも充分に薄い、0.35mmに設定されている。
The heights of the thermal contacts 36a to 36e, which are temperature measuring points of the five thermocouples 35a to 35e, are set so as to correspond to the heights of the five heater portions 32a to 32e, respectively. Five
By the way, the thinner the temperature-measuring member, the larger the heat receiving area and the smaller the heat capacity, so it is desirable to set the temperature-measuring member as thin as possible.
However, if the thickness of the measured temperature member is set too thin, there is a risk that the measured temperature member may be damaged when bonding the hot contact point described later or when inserting the measured temperature member into the protective tube. The thickness of the member to be measured cannot be set too thin.
Therefore, in the present embodiment, in order to ensure mechanical strength that can avoid fear of breakage while securing a small heat capacity with a large heat receiving area, the thickness t (FIG. 3) is set to 0.35 mm, which is sufficiently thinner than the wafer thickness (for example, 0.725 mm).
ここで、熱電対と被測温部材との関係や固定構造を、最上段のヒータ部32aに対応した熱電対35aを代表にして、図2および図3を主に使用して説明する。
図1に示されているように、熱電対35aの受信器37aは保護管34の外部に配置されており、受信器37aには熱電対35aの測温結果を温度コントローラ33に送信する電気配線38aが接続されている。
図1および図2に示されているように、保護管34の内部におけるヒータ部32aに対向する位置には、熱電対35aの熱接点36aに固定された被測温部材40aが配置されている。
本実施の形態においては、熱電対35aの熱電対素線としては白金線と白金・ロジウム線とが使用されている。図2に示されているように、熱電対35aの一対の熱電対素線は複数個(図2においては、三個だけが図示されている。)の碍子39によって、互いに短絡を防止された状態に敷設されている。ちなみに、碍子39はアルミナ等の耐熱性を有する絶縁材料によって形成されている。
ところで、低温(約300℃以下)での熱処理を実施する場合には、シリコン製のウエハは放射率が低く、輻射熱が吸収され難い。これに対し、アルミナは放射率がシリコンに比べ高く、輻射熱を吸収し易い。そこで、低温プロセス(約300℃以下)の場合には、ウエハの熱特性に合わせるために、碍子39をシリコンを主成分とする材質にするのが好ましい。それにより、碍子39からの熱影響によっても熱電対の測定する温度をウエハの温度特性により一層近づけるように測定することができる。
Here, the relationship between the thermocouple and the temperature-measuring member and the fixed structure will be described mainly using FIGS. 2 and 3 with the thermocouple 35a corresponding to the uppermost heater section 32a as a representative.
As shown in FIG. 1, the receiver 37a of the thermocouple 35a is disposed outside the
As shown in FIGS. 1 and 2, a temperature-measured
In the present embodiment, platinum wires and platinum / rhodium wires are used as the thermocouple wires of the thermocouple 35a. As shown in FIG. 2, the pair of thermocouple wires of the thermocouple 35a are prevented from being short-circuited by a plurality of insulators 39 (only three are shown in FIG. 2). Laid in a state. Incidentally, the
By the way, when heat treatment is performed at a low temperature (about 300 ° C. or less), a silicon wafer has a low emissivity, and radiant heat is hardly absorbed. On the other hand, alumina has a higher emissivity than silicon and easily absorbs radiant heat. Therefore, in the case of a low-temperature process (about 300 ° C. or lower), it is preferable that the
図2に示されているように、保護管34内のヒータ部32aに対向する位置に配置された被測温部材40aのヒータ部32aに対向する側の面とは反対側であるボート21側の面における中央部には、深さd(図3参照)が0.15mmである溝部41aが没設されている。
図3(a)に示されているように、溝部41aは上側半分が円形で下側半分が長方形の略鍵穴形状に形成されている。図3(b)に示されているように、溝部41aの円形穴部には熱電対35aの熱接点36aが被測温部材40aに一部を接触されて配置されており、長方形穴部には一対の熱電対素線の上端部が配線されている。溝部41aの内部にはアルミナ等の耐熱性を有するセラミックを主成分とした接着材が充填されて接着材層42aが形成されており、熱電対35aの熱接点36aおよび一対の熱電対素線の上端部は溝部41aの底面に接着材層42aによって接着されて、被測温部材40aに固定されている。
ところで、低温(約300℃以下)での熱処理を実施する場合には、シリコン製のウエハは放射率が低く、輻射熱が吸収され難い。これに対し、アルミナは放射率がシリコンに比べ高く、輻射熱を吸収し易い。そこで、低温プロセス(約300℃以下)の場合には、ウエハの熱特性に合わせるために、接着材をシリコンを主成分とする材質にするのが好ましい。それにより、接着材層42aからの熱影響によっても熱電対の測定する温度をウエハの温度特性により一層近づけるように測定することができる。さらに、高温(約350℃以上)であれば、シリコンを主成分とする材質の接着材は接着力が弱まり、剥がれてしまうが、低温であれば、シリコンを主成分とする材質の接着材でも接着力が変化させることなく保持することができる。
As shown in FIG. 2, the
As shown in FIG. 3A, the
By the way, when heat treatment is performed at a low temperature (about 300 ° C. or less), a silicon wafer has a low emissivity, and radiant heat is hardly absorbed. On the other hand, alumina has a higher emissivity than silicon and easily absorbs radiant heat. Therefore, in the case of a low-temperature process (about 300 ° C. or lower), it is preferable to use an adhesive as a main component of silicon in order to match the thermal characteristics of the wafer. Thereby, the temperature measured by the thermocouple can be measured so as to be closer to the temperature characteristic of the wafer even under the influence of heat from the
次に、前記構成に係るホットウオール形熱処理装置を使用した場合のICの製造方法の熱処理工程を説明する。 Next, a heat treatment process of the IC manufacturing method when the hot wall heat treatment apparatus according to the above configuration is used will be described.
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21はシールキャップ20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、インナチューブ12の炉口15から処理室14に搬入(ボートローディング)されて行き、シールキャップ20に支持されたままの状態で、処理室14に存置される。
As shown in FIG. 1, a
プロセスチューブ11の内部が排気管17によって排気されるとともに、プロセスチューブ11の内部がヒータ32の各ヒータ部32a〜32eによって温度コントローラ33のシーケンス制御の目標温度(例えば、100〜1200℃)に加熱される。
この際、ヒータ32の各ヒータ部32a〜32eの加熱によるプロセスチューブ11の内部の実際の上昇温度と、各ヒータ部32a〜32eのシーケンス制御の目標温度との誤差は、各熱電対35a〜35eの測温結果に基づくフィードバック制御によってそれぞれ補正される。
The inside of the process tube 11 is exhausted by the exhaust pipe 17, and the inside of the process tube 11 is heated to the target temperature (for example, 100 to 1200 ° C.) of sequence control of the
At this time, the error between the actual temperature rise inside the process tube 11 due to the heating of the heater portions 32a to 32e of the
ここで、本実施の形態においては、各被測温部材40a〜40eの熱特性がウエハ1のそれと同等または近似していることにより、被測温部材40a〜40eの温度はウエハ1の温度変化に良好な応答性をもって追従する。
他方、被測温部材40a〜40eには各熱電対35a〜35eの熱接点36a〜36eが固定されているため、各熱電対35a〜35eは被測温部材40a〜40eの温度変化に良好な応答性をもって追従する。
したがって、各熱電対35a〜35eは各被測温部材40a〜40eの温度変化を良好な応答性をもって追従することにより、ウエハ1の温度変化を良好な応答性をもって追従して計測することになる。つまり、各熱電対35a〜35eの測温結果に基づいて各ヒータ部32a〜32eをフィードバック制御する温度コントローラ33は、ウエハ1の現在の実際の温度に基づいて各ヒータ部32a〜32eを良好な応答性をもってフィードバック制御することになる。
Here, in the present embodiment, the temperature characteristics of the measured
On the other hand, since the thermal contacts 36a to 36e of the thermocouples 35a to 35e are fixed to the temperature-measured
Therefore, the thermocouples 35a to 35e follow the temperature change of each of the
以上の温度制御によって処理室14の全体が予め設定された処理温度に安定すると、処理ガスが処理室14へガス導入管19から導入される。処理室14に導入された処理ガスは処理室14を上昇した後にインナチューブ12の上端開口から排気路18へ流れ込み、排気路18を通じて排気管17から排気される。処理ガスは処理室14を流れる際に、ウエハ1群に接触することによりウエハ1の表面に熱処理を施す。
When the entire processing chamber 14 is stabilized at the preset processing temperature by the above temperature control, the processing gas is introduced into the processing chamber 14 from the gas introduction pipe 19. The processing gas introduced into the processing chamber 14 moves up the processing chamber 14, then flows into the
熱処理がウエハ1群に実施されて予め設定された熱処理時間が経過すると、ヒータ32の各ヒータ部32a〜32eの加熱作用が温度コントローラ33のシーケンス制御によって停止されて、プロセスチューブ11の内部の温度が予め設定されたスタンバイ温度(例えば、処理温度よりも50℃〜300℃低い温度)に降下されて行く。
この際においても、各ヒータ部32a〜32eによるプロセスチューブ11の内部の実際の下降温度と、各ヒータ部32a〜32eのシーケンス制御の目標温度との誤差は、各熱電対35a〜35eの測温結果に基づくフィードバック制御によってそれぞれ補正される。ここでも、各熱電対35a〜35eはウエハ1の温度変化を良好な応答性をもって計測するために、温度コントローラ33はウエハ1の現在の実際の温度に基づいて各ヒータ部32a〜32eを良好な応答性をもってフィードバック制御する。
When the heat treatment is performed on the group of wafers 1 and a heat treatment time set in advance elapses, the heating action of the heater portions 32a to 32e of the
Even in this case, the error between the actual temperature drop inside the process tube 11 by the heater portions 32a to 32e and the target temperature of the sequence control of each heater portion 32a to 32e is the temperature measurement of each thermocouple 35a to 35e. Each is corrected by feedback control based on the result. Also here, since each thermocouple 35a-35e measures the temperature change of the wafer 1 with good responsiveness, the
そして、予め設定されたスタンバイ温度になるか、または、予め設定された降温時間が経過すると、シールキャップ20が下降されて炉口15が開口されるとともに、ウエハ1群がボート21に保持された状態で、炉口15からプロセスチューブ11の外部に搬出(ボートアンローディング)される。
When a preset standby temperature is reached or when a preset temperature drop time elapses, the
以上の作用が繰り返されることにより、ホットウオール形熱処理装置による熱処理がウエハ1にバッチ処理されて行く。 By repeating the above operation, the heat treatment by the hot wall heat treatment apparatus is batch-processed on the wafer 1.
前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。 According to the embodiment, the following effects can be obtained.
1) 熱特性がウエハのそれと同等または近似した被測温部材に熱電対の熱接点を固定することにより、熱電対はウエハの温度をウエハの温度変化に良好な応答性をもって計測することができるため、熱電対の測温結果に基づいてヒータをフィードバック制御する温度コントローラはウエハの現在の実際の温度に基づいてヒータを良好な応答性をもってフィードバック制御することができ、その結果、ホットウオール形熱処理装置は熱処理を適正に実行することができる。 1) The thermocouple can measure the temperature of the wafer with good responsiveness to the temperature change of the wafer by fixing the thermal contact of the thermocouple to the temperature-measured member whose thermal characteristics are equal to or similar to that of the wafer. Therefore, the temperature controller that feedback-controls the heater based on the temperature measurement result of the thermocouple can feedback-control the heater with good responsiveness based on the current actual temperature of the wafer. The apparatus can properly perform the heat treatment.
2) 被測温部材の固定面に没設した溝部に熱電対の熱接点を配置し溝部に接着材を充填して接着することにより、熱電対を正確に位置決めすることができるので、熱電対の応答性に個体差が発生するのを防止することができる。 2) The thermocouple can be accurately positioned by placing the thermocouple's hot contact in the groove part that is submerged in the fixed surface of the temperature-measuring member, filling the groove part with adhesive, and bonding it. It is possible to prevent individual differences from occurring in the responsiveness.
3) 被測温部材の固定面に没設した溝部に熱電対の熱接点を配置し溝部に接着材を充填して接着することにより、接着材の塗布範囲および塗布量を一定とすることができるので、熱電対の応答性に性能上の個体差が発生するのを防止することができる。
例えば、溝部から表面張力等により接着材が被測温部材の厚さより厚くなる場合には、接着材の塗布した際の突出し部分の厚さを1mm以下となるように規定することにより、容易に熱電対の応答性の性能上の個体差が発生するのを防止することができる。
3) It is possible to make the application range and the application amount of the adhesive constant by arranging the thermocouple's hot contact in the groove part sunk in the fixed surface of the measured temperature member and filling the groove part with adhesive. Therefore, it is possible to prevent individual differences in performance from occurring in the response of the thermocouple.
For example, when the adhesive becomes thicker than the temperature-measured member from the groove due to surface tension or the like, the thickness of the protruding portion when the adhesive is applied can be easily set to be 1 mm or less. It is possible to prevent individual differences in thermocouple response performance from occurring.
4) 被測温部材の固定面に没設した溝部に熱電対の熱接点を配置し溝部に接着材を充填して接着することにより、熱接点を接着材によって埋めるように接着することができるので、少量の接着材であっても熱電対を被測温部材に強固に接着することができるとともに、接着材の使用量を適切にでき、無駄を低減させることができる。
そして、接着材の使用量を低減させることにより、被測温部材および熱接点の部分における熱容量を低減させることができるので、熱電対の応答性を速くすることができる。
4) By placing the thermocouple's hot contact in the groove part sunk in the fixed surface of the temperature measurement member and filling the groove part with adhesive, it is possible to bond the hot contact so that it is filled with adhesive. Therefore, the thermocouple can be firmly bonded to the member to be measured even with a small amount of adhesive, and the amount of the adhesive used can be made appropriate and waste can be reduced.
And by reducing the usage-amount of an adhesive material, since the heat capacity in the to-be-measured member and the part of a hot junction can be reduced, the responsiveness of a thermocouple can be made quick.
5) 被測温部材に溝部を形成することにより、被測温部材の表面積を維持しつつ熱容量を低減させることができるので、熱電対の応答性を速くすることができる。 5) By forming the groove in the temperature-measuring member, the heat capacity can be reduced while maintaining the surface area of the temperature-measuring member, so that the responsiveness of the thermocouple can be increased.
図4は本発明の第二の実施の形態である枚葉式ホットウオール形熱処理装置を示す正面断面図、図5は平面断面図である。 FIG. 4 is a front sectional view showing a single wafer hot wall heat treatment apparatus according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a plan sectional view.
本実施の形態においては、本発明に係る基板処理装置は、ICの製造方法における熱処理工程を実施する枚葉式ホットウオール形熱処理装置として構成されている。 In the present embodiment, the substrate processing apparatus according to the present invention is configured as a single wafer type hot wall heat treatment apparatus for performing a heat treatment step in an IC manufacturing method.
図4および図5に示されているように、枚葉式ホットウオール形熱処理装置50はウエハ1を収容可能な平面視が長方形の処理室52を構成したプロセスチューブ51を備えており、プロセスチューブ51は石英ガラスまたは炭化シリコンが使用されて高さの低い直方体形状に形成されて、筐体(図示せず)に水平に支持されている。
プロセスチューブ51の四枚の側壁のうち互いに正対する一対の側壁は開口されており、両開口には炉口フランジ53と炉端フランジ54とがそれぞれ固定されている。炉口フランジ53にはウエハ1を処理室52に搬入搬出するための炉口55が開設されており、炉口55はゲートバルブ56によって開閉されるようになっている。
炉口フランジ53には処理ガスを導入するためのガス導入管57が炉口55に連通するように接続されており、炉端フランジ54には処理室52を排気するための排気管58が接続されている。炉端フランジ54はキャップ54aによって閉塞されている。つまり、ガス導入管57から供給された処理ガスは処理室52を流れて、排気管58によって排気されるようになっている。
処理室52の底面にはウエハ置き台59が載置されており、ウエハ置き台59はウエハ1を一枚ずつ水平に保持するように構成されている。
As shown in FIGS. 4 and 5, the single wafer type hot wall
A pair of side walls facing each other among the four side walls of the
A
A wafer table 59 is mounted on the bottom surface of the
プロセスチューブ51の外側にはヒータ60が処理室52を均一または所定の温度分布に加熱するように敷設されており、ヒータ60は温度コントローラ61によってシーケンス制御およびフィードバック制御されるようになっている。
A
図5に示されているように、炉端フランジ54のキャップ54aには三本の保護管62a、62b、62cが水平面で隣合うように並べられてそれぞれ水平方向に挿入されて固定されており、三本の保護管62a、62b、62cの挿入側先端部はウエハ置き台59に保持されたウエハ1の真下において、ウエハ1の周辺部の三箇所にそれぞれ位置するようになっている。両端の保護管62a、62bには二本の熱電対63a、63bが一本宛それぞれ封入されており、中央の保護管62cには三本の熱電対63c、63d、63eが纏めて封入されている。
As shown in FIG. 5, three
五本の熱電対63a、63b、63c、63d、63eは温度コントローラ61にそれぞれ接続されており、各熱電対63a、63b、63c、63d、63eは温度計測結果を温度コントローラ61にそれぞれ送信するようになっている。
温度コントローラ61は各熱電対63a、63b、63c、63d、63eからの計測温度に基づいてヒータ60をフィードバック制御するようになっている。すなわち、温度コントローラ61はヒータ60の目標温度と各熱電対63a、63b、63c、63d、63eの計測温度との誤差を求めて、誤差がある場合には誤差を解消させるフィードバック制御を実行するようになっている。
The five
The
図5に示されているように、三本の保護管62a、62b、62cには五つの被測温部材65a、65b、65c、65d、65eが、ウエハ1の中心とその中心を起点にする十字形のウエハ1の周辺部における四つの交差点とにそれぞれ対向するように配置されている。五つの被測温部材65a、65b、65c、65d、65eには五本の熱電対63a、63b、63c、63d、63eの熱接点64a、64b、64c、64d、64eがそれぞれ固定されている。
熱電対と被測温部材との関係や固定構造は前記実施の形態と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
As shown in FIG. 5, five temperature-measured
Since the relationship between the thermocouple and the member to be measured and the fixing structure are the same as those in the above embodiment, detailed description thereof will be omitted.
次に、前記構成に係る枚葉式ホットウオール形熱処理装置を使用した場合の本発明の一実施の形態であるICの製造方法の熱処理工程を説明する。 Next, the heat treatment process of the IC manufacturing method according to an embodiment of the present invention when the single wafer type hot wall heat treatment apparatus according to the above configuration is used will be described.
被処理物であるウエハ1はウエハ移載装置(図示せず)によってハンドリングされて処理室52へ炉口55から搬入され、図4および図5に示されているように、ウエハ置き台59の上に載置される。
The wafer 1 to be processed is handled by a wafer transfer device (not shown) and is carried into the
炉口55がゲートバルブ56によって閉じられた後に、処理室52が排気管58によって排気されるとともに、ヒータ60によって温度コントローラ61のシーケンス制御の目標温度(例えば、600〜1200℃)に加熱される。
この際、ヒータ60の加熱による処理室52の内部の実際の上昇温度とヒータ60のシーケンス制御の目標温度との誤差は、各熱電対63a、63b、63c、63d、63eの測温結果に基づくフィードバック制御によってそれぞれ補正される。
After the
At this time, the error between the actual temperature rise in the
本実施の形態においても、各被測温部材65a〜65eの熱特性がウエハ1のそれと同等または近似していることにより、各被測温部材65a〜65eの温度はウエハ1の温度変化に良好な応答性をもって追従する。
他方、各被測温部材65a〜65eには各熱電対63a〜63eの熱接点64a〜64eが固定されているため、各熱電対63a〜63eは被測温部材65a〜65eの温度変化に良好な応答性をもって計測する。
したがって、各熱電対63a〜63eは各被測温部材65a〜65eの温度変化を良好な応答性をもって追従することによって、ウエハ1の温度変化を良好な応答性をもって追従して計測することになる。つまり、各熱電対63a〜63eの測温結果に基づいてヒータ60をフィードバック制御する温度コントローラ61は、ウエハ1の現在の実際の温度に基づいてヒータ60を良好な応答性をもってフィードバック制御することになる。
Also in the present embodiment, since the thermal characteristics of the temperature measuring members 65a to 65e are equal to or approximate to those of the wafer 1, the temperatures of the temperature measuring members 65a to 65e are good for the temperature change of the wafer 1. Follow with a good response.
On the other hand, since the thermal contacts 63a to 64e of the thermocouples 63a to 63e are fixed to the temperature measuring members 65a to 65e, the thermocouples 63a to 63e are excellent in temperature changes of the temperature measuring members 65a to 65e. Measure with high responsiveness.
Accordingly, the thermocouples 63a to 63e follow the temperature changes of the temperature measuring members 65a to 65e with good responsiveness, thereby measuring the temperature changes of the wafer 1 with good responsiveness. . That is, the
また、前記実施の形態と同様に、各熱接点64a〜64eの固定側の面と反対側の面が各保護管62a、62b、62cの内部においてヒータ60の側に正対して取り付けられていることにより、各被測温部材65a〜65eはヒータ60の輻射熱を直角に受けることができるため、ウエハ1の温度変化に良好な応答性をもって追従することができる。
Similarly to the above-described embodiment, the surface on the opposite side to the fixed surface of each of the thermal contacts 64a to 64e is attached facing the
以上の温度制御によって処理室52の全体が予め設定された処理温度に安定すると、処理ガスが処理室52へガス導入管57から導入される。処理室52に導入された処理ガスは処理室52を流下した後に排気管58から排気される。処理ガスは処理室52を流れる際に、ウエハ1群に接触することによりウエハ1の表面に熱処理を施す。
When the
熱処理がウエハ1群に実施されて予め設定された熱処理時間が経過すると、ヒータ60の加熱作用が温度コントローラ61のシーケンス制御によって停止されて、処理室52の温度が予め設定されたスタンバイ温度(例えば、処理温度よりも150℃〜300℃低い温度)に降温されて行く。
When the heat treatment is performed on the group of wafers and a preset heat treatment time elapses, the heating action of the
予め設定されたスタンバイ温度になるか、または、予め設定された降温時間が経過すると、炉口55がゲートバルブ56によって開口され、ウエハ1がウエハ置き台59からウエハ移載装置によってピックアップされ処理室52の外部に搬出される。
When a preset standby temperature is reached or a preset temperature drop time elapses, the
以上の作用が繰り返されることにより、枚葉式ホットウオール形熱処理装置50による熱処理がウエハ1に枚葉処理されて行く。本実施の形態における効果は、前記実施の形態と同様である。
By repeating the above operation, the heat treatment by the single-wafer hot wall
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。 Needless to say, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
例えば、熱電対は処理室のウエハの近傍に配置するに限らず、インナチューブとアウタチューブとの間やプロセスチューブとヒータとの間に配置してもよい。
ちなみに、インナチューブは省略することができる。
For example, the thermocouple is not limited to be disposed near the wafer in the processing chamber, but may be disposed between the inner tube and the outer tube or between the process tube and the heater.
Incidentally, the inner tube can be omitted.
また、熱電対はヒータを貫通してヒータ内に挿入してもよい。 The thermocouple may be inserted into the heater through the heater.
熱電対を敷設するための保護管は直線形状に形成するに限らず、L字形状等に形成してもよい。 The protective tube for laying the thermocouple is not limited to being formed in a linear shape, but may be formed in an L shape or the like.
熱電対の熱接点と被測温部材との固定手段としては、接着法を使用するに限らず、溶接法を使用してもよい。 The fixing means for the thermocouple thermal contact and the temperature-measuring member is not limited to the adhesion method, and a welding method may be used.
熱処理は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に限らず、成膜処理等の熱処理であってもよい。 The heat treatment is not limited to oxidation treatment, diffusion treatment, and diffusion, but is not limited to carrier activation after ion implantation and reflow and annealing treatment for planarization, and may be heat treatment such as film formation treatment.
被処理物はウエハに限らず、ホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、光ディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。 The workpiece is not limited to a wafer, but may be a photomask, a printed wiring board, a liquid crystal panel, an optical disk, a magnetic disk, or the like.
本発明は、バッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置および枚葉式ホットウオール形熱処理装置に限らず、バッチ式横形ホットウオール形熱処理装置や縦形および横形ホットウオール形減圧CVD装置等の熱処理装置全般並びに基板処理装置全般に適用することができる。 The present invention is not limited to a batch type vertical hot wall type heat treatment apparatus and a single wafer type hot wall type heat treatment apparatus, but also includes general heat treatment apparatuses such as a batch type horizontal hot wall type heat treatment apparatus and vertical and horizontal hot wall type reduced pressure CVD apparatuses, and substrates. The present invention can be applied to all processing apparatuses.
1…ウエハ(基板)、2…筐体、10…ホットウオール形熱処理装置(バッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置)、11…プロセスチューブ、12…インナチューブ、13…アウタチューブ、14…処理室、15…炉口、16…マニホールド、17…排気管、18…排気路、19…ガス導入管、20…シールキャップ、21…ボート、22、23…端板、24…保持部材、25…保持溝、26…断熱キャップ部、31…断熱槽、32…ヒータ、32a〜32e…ヒータ部、33…温度コントローラ、34…保護管、35a〜35e…熱電対(温度検出器)、36a〜36e…熱接点(測温部)、37a…受信器、38a…電気配線、39…碍子、40a〜40e…被測温部材、41a…溝部、42a…接着材層、50…枚葉式ホットウオール形熱処理装置(熱処理装置、半導体製造)、51…プロセスチューブ、52…処理室、53…炉口フランジ、54…炉端フランジ、54a…キャップ、55…炉口、56…ゲートバルブ、57…ガス導入管、58…排気管、59…ウエハ置き台、60…ヒータ、61…温度コントローラ、62a、62b、62c…保護管、63a〜63e…熱電対、64a〜64e…熱接点、65a〜65e…被測温部材。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Wafer (substrate), 2 ... Housing, 10 ... Hot wall type heat treatment apparatus (batch type vertical hot wall type heat treatment apparatus), 11 ... Process tube, 12 ... Inner tube, 13 ... Outer tube, 14 ... Processing chamber, DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記被測温部材には溝部が形成されており、前記溝部に前記熱接点が固定されていることを特徴とする基板処理装置。 A substrate processing apparatus comprising: a processing chamber for processing a substrate; a heating unit for heating the processing chamber; and a temperature detector provided with a temperature measuring member at a thermal contact for detecting a temperature for controlling the heating unit. Because
A substrate processing apparatus, wherein a groove is formed in the temperature measuring member, and the thermal contact is fixed to the groove.
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