JP2007073865A - Heat treatment device - Google Patents

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Yoshinobu Yamazaki
恵信 山▲崎▼
Sadao Nakajima
定夫 中嶋
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat treatment device capable of surely preventing a thermal insulating material of a heater unit from falling. <P>SOLUTION: The heat treatment device has a reaction tube 42 for treating a substrate 54, a heater wire 72 arranged outside the reaction tube 42 and heating inside the reaction tube, a side-part thermal-insulating material 76 arranged outside the heater wire 72 and provided so as to cover the side part of the reaction tube 42, and an upper thermal-insulating material 78 arranged so as to be in contact with the upper end of the side-part thermal-insulating material 76 and provided so as to cover the upper part of the reaction tube 42. A positioning part 80 for positioning the upper thermal-insulating material 78 is provided to at least either of the side-part thermal-insulating material 76 and the upper thermal-insulating material 78. Stress relaxation treatment is applied to the positioning part 80. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体ウエハやガラス基板等を熱処理するための熱処理装置に関する。   The present invention relates to a heat treatment apparatus for heat treating a semiconductor wafer, a glass substrate or the like.

この種の熱処理装置として、基板を処理する反応管とこの反応管内を加熱するヒータユニットとを有するものが広く用いられている。例えば、ヒータユニット(加熱装置)として、発熱体としてのヒータ素線(発熱線)と断熱材(断熱体)とを有するものが知られている(例えば特許文献1)。   As this type of heat treatment apparatus, one having a reaction tube for processing a substrate and a heater unit for heating the inside of the reaction tube is widely used. For example, as a heater unit (heating device), one having a heater wire (heating wire) as a heating element and a heat insulating material (heat insulating material) is known (for example, Patent Document 1).

特開2004−311775号公報JP 2004-311775 A

また、ヒータユニットにおいて、例えば円筒状の側部断熱材と、周辺部に位置決め用の段差部が設けられた複数層の断熱部材からなる板状の上部断熱材(天板部)とを有し、該側部断熱材上に上部断熱材が載置される構造を有するものが知られている。   In addition, the heater unit includes, for example, a cylindrical side heat insulating material and a plate-shaped upper heat insulating material (top plate portion) made of a plurality of layers of heat insulating members provided with positioning step portions on the periphery. In addition, those having a structure in which an upper heat insulating material is placed on the side heat insulating material are known.

しかしながら、上述した構造を有するヒータユニットは、何度も昇降温の熱サイクルを加えると、断熱部材が割れや層剥離を引き起こし、上部断熱材が崩落してしまうおそれがあった。   However, when the heater unit having the above-described structure is subjected to thermal cycles of increasing and decreasing temperature many times, the heat insulating member may cause cracking or delamination, and the upper heat insulating material may collapse.

このヒータユニットの断熱材の崩落は、以下の原因であると考えた。
図5に示すように、基板を処理する際は、ヒータユニットを用いて炉内温度を昇降温させる。この熱サイクルにより断熱材は熱膨張と収縮を繰り返すこととなる(図5(a))。特に上部断熱材は最下層の断熱部材の上部が例えばSUS(Steel Use Stainless)等の板部材からなるケーシングで覆われており、該断熱部材の上部には複数層の断熱部材が載置されている。そのため、この熱膨張の際、該断熱部材は上方への膨張が抑制され、該断熱材の自重も相俟って下方へ逃げる(膨張する)ため、上部断熱材は下方に凸の形状となる(垂れる)(図5(b))。また、炉内は処理温度と同様の温度のため高温となるが、上部断熱材の上部は断熱されているため該上部断熱材の下部よりも低温となっている。この温度差により、上部断熱材に熱膨張差が生じ、該上部断熱材はより下方に凸形状となる(垂れる)。
The collapse of the heat insulating material of the heater unit was considered to be caused by the following.
As shown in FIG. 5, when the substrate is processed, the furnace temperature is raised and lowered using a heater unit. By this thermal cycle, the heat insulating material repeats thermal expansion and contraction (FIG. 5A). In particular, the upper heat insulating member is covered with a casing made of a plate member such as SUS (Steel Use Stainless), for example, on the lowermost heat insulating member, and a plurality of layers of heat insulating members are placed on the heat insulating member. Yes. Therefore, during this thermal expansion, the heat insulating member is restrained from expanding upward and escapes downward (expands) together with the weight of the heat insulating material, so that the upper heat insulating material has a convex shape downward. (Dripping) (FIG. 5B). Moreover, although the inside of a furnace becomes high temperature because it is the same temperature as process temperature, since the upper part of an upper heat insulating material is insulated, it is colder than the lower part of this upper heat insulating material. Due to this temperature difference, a difference in thermal expansion occurs in the upper heat insulating material, and the upper heat insulating material becomes a convex shape downward (hangs down).

このとき、上部断熱材には大きな応力がかかり、特に上述した位置決め用の段差部等の角部があるものは、この角部に応力が集中し、ひびや割れ等が発生する。さらに熱サイクルを何度も繰り返すとひびや割れが成長して、該上部断熱材に層剥離が発生する(図5(c))。これにより、上部断熱材が崩落すると考えられる。   At this time, a large stress is applied to the upper heat insulating material, and particularly those having corner portions such as the above-described positioning step portions are concentrated at the corner portions, and cracks, cracks, and the like are generated. Furthermore, when the thermal cycle is repeated many times, cracks and cracks grow and delamination occurs in the upper heat insulating material (FIG. 5C). Thereby, it is thought that an upper heat insulating material collapses.

本発明の目的は、ヒータユニットの断熱材の崩落を防止する構造を有する熱処理装置を提供することにある。   The objective of this invention is providing the heat processing apparatus which has a structure which prevents collapse of the heat insulating material of a heater unit.

本発明の特徴とするところは、基板を処理する反応管と、前記反応管の外側に配置され前記反応管内を加熱する発熱体と、前記発熱体の外側に配置され前記反応管の側部を覆うように設けられた第1の断熱部材と、前記第1の断熱部材の上端部と接触するように配置され前記反応管の上部を覆うように設けられた第2の断熱部材とを有し、前記第1の断熱部材および前記第2の断熱部材のうち少なくとも何れか一方に、前記第2の断熱部材の位置決めを行うための位置決め部が設けられ、該位置決め部に応力緩和処理が施された熱処理装置にある。   A feature of the present invention is that a reaction tube for processing a substrate, a heating element that is disposed outside the reaction tube and heats the inside of the reaction tube, and a side portion of the reaction tube that is disposed outside the heating element. A first heat insulating member provided so as to cover; and a second heat insulating member disposed so as to contact the upper end of the first heat insulating member and covering the upper part of the reaction tube. A positioning portion for positioning the second heat insulating member is provided on at least one of the first heat insulating member and the second heat insulating member, and stress relaxation processing is performed on the positioning portion. In the heat treatment equipment.

好適には、前記位置決め部は段差部を設けて構成する。   Preferably, the positioning part is configured by providing a step part.

好適には、前記段差部の角部に丸みを帯びさせる。   Preferably, the corner portion of the step portion is rounded.

好適には、前記第2の断熱部材は板状の断熱材を複数層重ねた構造であり、これら複数層の断熱材には各々の位置決めを行うための位置決め部が設けられ、該位置決め部に応力緩和処理が施される。   Preferably, the second heat insulating member has a structure in which a plurality of layers of plate-like heat insulating materials are stacked, and each of the heat insulating materials of the plurality of layers is provided with a positioning portion for positioning each of the heat insulating materials. Stress relaxation treatment is performed.

好適には、前記第2の断熱部材の少なくとも前記反応管の上部と対向する側の面は曲面状に形成される。   Preferably, at least a surface of the second heat insulating member facing the upper portion of the reaction tube is formed in a curved shape.

好適には、前記第2の断熱部材には急冷用エアーを流通させるための通気口が設けられる。   Preferably, the second heat insulating member is provided with a vent for circulating quenching air.

本発明によれば、第1の断熱部材および記第2の断熱部材の少なくとも一方の位置決め部に応力緩和処理を施したので、該位置決め部に生ずる応力集中を拡散させ、もってヒータユニットの断熱材の崩落を確実に防止することができる。   According to the present invention, since stress relaxation treatment is applied to at least one positioning portion of the first heat insulating member and the second heat insulating member, the stress concentration generated in the positioning portion is diffused, and thereby the heat insulating material of the heater unit. Can be reliably prevented.

次に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1に、本発明の実施の形態に係る熱処理装置10の一例を示す。この熱処理装置10は、バッチ式縦型熱処理装置であり、主要部が配置される筺体12を有する。この筺体12の正面側には、ポッドステージ14が接続されており、このポッドステージ14にポッド16が搬送される。ポッド16には、例えば25枚の被処理基板としてのウエハが収納され、図示しない蓋が閉じられた状態でポッドステージ14にセットされる。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an example of a heat treatment apparatus 10 according to an embodiment of the present invention. This heat treatment apparatus 10 is a batch type vertical heat treatment apparatus, and has a casing 12 in which a main part is arranged. A pod stage 14 is connected to the front side of the housing 12, and the pod 16 is conveyed to the pod stage 14. For example, 25 wafers as substrates to be processed are stored in the pod 16 and set on the pod stage 14 with a lid (not shown) closed.

筺体12内の正面側であって、ポッドステージ14に対向する位置には、ポッド搬送装置18が配置されている。また、このポッド搬送装置18の近傍には、ポッド棚20、ポッドオープナ22及び基板枚数検知器24が配置されている。ポッド棚20はポッドオープナ22の上方に配置され、基板枚数検知器24はポッドオープナ22に隣接して配置される。ポッド搬送装置18は、ポッドステージ14とポッド棚20とポッドオープナ22との間でポッド16を搬送する。ポッドオープナ22は、ポッド16の蓋を開けるものであり、この蓋が開けられたポッド16内の基板の枚数が基板枚数検知器24により検知される。   A pod transfer device 18 is disposed on the front side in the housing 12 and at a position facing the pod stage 14. Further, a pod shelf 20, a pod opener 22, and a substrate number detector 24 are arranged in the vicinity of the pod transfer device 18. The pod shelf 20 is disposed above the pod opener 22, and the substrate number detector 24 is disposed adjacent to the pod opener 22. The pod carrying device 18 carries the pod 16 among the pod stage 14, the pod shelf 20, and the pod opener 22. The pod opener 22 opens the lid of the pod 16, and the number of substrates in the pod 16 with the lid opened is detected by the substrate number detector 24.

さらに、筺体12内には、基板移載機26、ノッチアライナ28及び基板支持具(ボート)30が配置されている。基板移載機26は、例えば5枚の基板を取り出すことができるアーム(ツイーザ)32を有し、このアーム32を動かすことにより、ポッドオープナ22の位置に置かれたポッド16、ノッチアライナ28及び基板支持具30間で基板を搬送する。ノッチアライナ28は、基板に形成されたノッチまたはオリフラを検出して基板のノッチまたはオリフラを一定の位置に揃えるものである。   Further, a substrate transfer machine 26, a notch aligner 28, and a substrate support (boat) 30 are disposed in the housing 12. The substrate transfer machine 26 has, for example, an arm (tweezer) 32 that can take out five substrates. By moving this arm 32, the pod 16 placed at the position of the pod opener 22, the notch aligner 28, and The substrate is transported between the substrate supports 30. The notch aligner 28 detects notches or orientation flats formed on the substrate and aligns the notches or orientation flats of the substrate at a certain position.

さらに、筺体12内の背面側上部には反応炉40が配置されている。この反応炉40内に、複数枚の基板を装填した基板支持具30が搬入され熱処理が行われる。   Further, a reaction furnace 40 is disposed at the upper part on the back side in the housing 12. The substrate support 30 loaded with a plurality of substrates is carried into the reaction furnace 40 and subjected to heat treatment.

図2に反応炉40の一例を示す。この反応炉40は、炭化珪素(SiC)製の反応管42を有する。この反応管42は、上端部が閉塞され下端部が開放された円筒形状をしており、開放された下端部はフランジ状に形成されている。この反応管42の下方には反応管42を支持するよう石英製のアダプタ44が配置される。このアダプタ44は上端部と下端部が開放された円筒形状をしており、開放された上端部と下端部はフランジ状に形成されている。アダプタ44の上端部フランジの上面に反応管42の下端部フランジの下面が当接している。この反応管42とアダプタ44により反応容器43が形成されている。また、反応容器43のうち、アダプタ44を除いた反応管42の周囲には、後述するヒータユニット46が配置されている。   An example of the reaction furnace 40 is shown in FIG. The reaction furnace 40 has a reaction tube 42 made of silicon carbide (SiC). The reaction tube 42 has a cylindrical shape in which the upper end is closed and the lower end is opened, and the opened lower end is formed in a flange shape. A quartz adapter 44 is disposed below the reaction tube 42 so as to support the reaction tube 42. The adapter 44 has a cylindrical shape with an open upper end and a lower end, and the open upper end and the lower end are formed in a flange shape. The lower surface of the lower end flange of the reaction tube 42 is in contact with the upper surface of the upper end flange of the adapter 44. A reaction vessel 43 is formed by the reaction tube 42 and the adapter 44. Further, a heater unit 46 to be described later is disposed around the reaction tube 42 excluding the adapter 44 in the reaction vessel 43.

反応管42とアダプタ44により形成される反応容器43の下部は、基板支持具30を挿入するために開放され、この開放部分(炉口部)は炉口シールキャップ48がOリングを挟んでアダプタ44の下端部フランジの下面に当接することにより密閉されるようにしてある。炉口シールキャップ48は基板支持具30を支持し、基板支持具30と共に昇降可能に設けられている。炉口シールキャップ48と基板支持具30との間には、石英製の第1の断熱板52と、この第1の断熱板52の上部に配置された炭化珪素(SiC)製の第2の断熱板50とが設けられている。基板支持具30は、多数枚、例えば25〜100枚の基板54を略水平状態で隙間をもって多段に支持し、反応管42内に装填される。   The lower part of the reaction vessel 43 formed by the reaction tube 42 and the adapter 44 is opened to insert the substrate support 30, and this open portion (furnace port) is an adapter with the furnace port seal cap 48 sandwiching the O-ring. It is made to seal by contacting the lower surface of the lower end flange of 44. The furnace port seal cap 48 supports the substrate support 30 and is provided so as to move up and down together with the substrate support 30. Between the furnace port seal cap 48 and the substrate support 30, a first heat insulating plate 52 made of quartz, and a second made of silicon carbide (SiC) disposed on the upper portion of the first heat insulating plate 52. A heat insulating plate 50 is provided. The substrate support 30 supports a large number of, for example, 25 to 100 substrates 54 in multiple stages with a gap in a substantially horizontal state, and is loaded into the reaction tube 42.

1200℃以上の高温での処理を可能とするため、反応管42は炭化珪素(SiC)製としてある。このSiC製の反応管42を炉口部まで延ばし、この炉口部をOリングを介して炉口シールキャップ48でシールする構造とすると、SiC製の反応管42を介して伝達された熱によりシール部まで高温となり、シール材料であるOリングを溶かしてしまうおそれがある。Oリングを溶かさないようSiC製の反応管42のシール部を冷却すると、SiC製の反応管42が温度差による熱膨張差により破損してしまう。そこで、反応容器43のうちヒータユニット46による加熱領域をSiC製の反応管42で構成し、ヒータユニット46による加熱領域から外れた部分を石英製のアダプタ44で構成することで、SiC製の反応管42からの熱の伝達を和らげ、Oリングを溶かすことなく、また反応管42を破損することなく炉口部をシールすることが可能となる。また、SiC製の反応管42と石英製のアダプタ44とのシールは、双方の面精度を良くすれば、SiC製の反応管42はヒータユニット46の加熱領域に配置されているため温度差が発生せず、等方的に熱膨張する。よって、SiC製の反応管42下端部のフランジ部分は平面を保つことができ、アダプタ44との間に隙間ができないので、SiC製の反応管42を石英製のアダプタ44に載せるだけでシール性を確保することができる。   In order to enable processing at a high temperature of 1200 ° C. or higher, the reaction tube 42 is made of silicon carbide (SiC). When the SiC reaction tube 42 is extended to the furnace port portion and the furnace port portion is sealed by the furnace port seal cap 48 via the O-ring, the heat transferred through the SiC reaction tube 42 is used. There is a possibility that the temperature of the seal portion becomes high and the O-ring that is a seal material is melted. If the seal part of the reaction tube 42 made of SiC is cooled so as not to melt the O-ring, the reaction tube 42 made of SiC is damaged due to a difference in thermal expansion due to a temperature difference. Therefore, a reaction region made of the heater unit 46 in the reaction vessel 43 is constituted by the reaction tube 42 made of SiC, and a portion outside the heating region made by the heater unit 46 is constituted by the adapter 44 made of quartz. Heat transfer from the tube 42 can be eased, and the furnace port can be sealed without melting the O-ring and without damaging the reaction tube 42. In addition, if the seal between the SiC reaction tube 42 and the quartz adapter 44 is improved in surface accuracy, the SiC reaction tube 42 is arranged in the heating region of the heater unit 46, so that there is a temperature difference. It does not occur and expands isotropically. Therefore, the flange portion at the lower end of the reaction tube 42 made of SiC can be kept flat, and no gap is formed between the adapter 44 and the sealing property can be obtained simply by placing the reaction tube 42 made of SiC on the adapter 44 made of quartz. Can be secured.

アダプタ44には、アダプタ44と一体にガス供給口56とガス排気口59とが設けられている。ガス供給口56にはガス導入管60が、ガス排気口59には排気管62がそれぞれ接続されている。   The adapter 44 is provided with a gas supply port 56 and a gas exhaust port 59 integrally with the adapter 44. A gas introduction pipe 60 is connected to the gas supply port 56, and an exhaust pipe 62 is connected to the gas exhaust port 59.

アダプタ44の内壁は反応管42の内壁よりも内側にあり(突出しており)、アダプタ44の側壁部(肉厚部)には、ガス供給口56と連通し、垂直方向に向かうガス導入経路64が設けられ、その上部にはノズル取付孔が上方に開口するように設けられている。このノズル取付孔は、反応管42の内部におけるアダプタ44の上端部フランジ側の上面に開口しており、ガス供給口56およびガス導入経路64と連通している。このノズル取付孔にはノズル66が挿入され固定されている。すなわち、反応管42内部におけるアダプタ44の反応管42の内壁よりも内側に突出した部分の上面にノズル66が接続され、このアダプタ44の上面によりノズル66が支持されることとなる。この構成により、ノズル接続部は熱で変形しにくく、また破損しにくい。また、ノズル66とアダプタ44の組立て、解体が容易になるというメリットもある。ガス導入管60からガス供給口56に導入された処理ガスは、アダプタ44の側壁部に設けられたガス導入経路64、ノズル66を介して反応管42内に供給される。なお、ノズル66は、反応管42の内壁に沿って基板配列領域の上端よりも上方、すなわち基板支持具30の上端よりも上方まで延びるように構成される。   The inner wall of the adapter 44 is on the inner side (projects) from the inner wall of the reaction tube 42, and the side wall portion (thick portion) of the adapter 44 communicates with the gas supply port 56 and extends in the vertical direction. The nozzle mounting hole is provided in the upper part so as to open upward. The nozzle mounting hole is opened on the upper surface of the adapter 44 on the upper end flange side inside the reaction tube 42 and communicates with the gas supply port 56 and the gas introduction path 64. A nozzle 66 is inserted and fixed in the nozzle mounting hole. That is, the nozzle 66 is connected to the upper surface of the portion of the adapter 44 that protrudes inward from the inner wall of the reaction tube 42 in the reaction tube 42, and the nozzle 66 is supported by the upper surface of the adapter 44. With this configuration, the nozzle connection portion is not easily deformed by heat and is not easily damaged. Further, there is an advantage that the assembly and disassembly of the nozzle 66 and the adapter 44 are facilitated. The processing gas introduced from the gas introduction pipe 60 to the gas supply port 56 is supplied into the reaction pipe 42 through the gas introduction path 64 and the nozzle 66 provided in the side wall portion of the adapter 44. The nozzle 66 is configured to extend above the upper end of the substrate arrangement region along the inner wall of the reaction tube 42, that is, above the upper end of the substrate support 30.

次に、上述したように構成された熱処理装置10の作用について説明する。
なお、以下の説明において、熱処理装置10を構成する各部の動作はコントローラ70により制御される。
Next, the operation of the heat treatment apparatus 10 configured as described above will be described.
In the following description, the operation of each part constituting the heat treatment apparatus 10 is controlled by the controller 70.

まず、ポッドステージ14に複数枚の基板54を収容したポッド16がセットされると、ポッド搬送装置18によりポッド16をポッドステージ14からポッド棚20へ搬送し、このポッド棚20にストックする。次に、ポッド搬送装置18により、このポッド棚20にストックされたポッド16をポッドオープナ22に搬送してセットし、このポッドオープナ22によりポッド16の蓋を開き、基板枚数検知器24によりポッド16に収容されている基板54の枚数を検知する。   First, when the pod 16 containing a plurality of substrates 54 is set on the pod stage 14, the pod 16 is transferred from the pod stage 14 to the pod shelf 20 by the pod transfer device 18 and stocked on the pod shelf 20. Next, the pod 16 stocked on the pod shelf 20 is transported and set to the pod opener 22 by the pod transport device 18, the lid of the pod 16 is opened by the pod opener 22, and the pod 16 is detected by the substrate number detector 24. The number of substrates 54 accommodated in is detected.

次に、基板移載機26により、ポッドオープナ22の位置にあるポッド16から基板54を取り出し、ノッチアライナ28に移載する。このノッチアライナ28においては、基板54を回転させながら、ノッチを検出し、検出した情報に基づいて複数枚の基板54のノッチを同じ位置に整列させる。次に、基板移載機26により、ノッチアライナ28から基板54を取り出し、基板支持具30に移載する。   Next, the substrate transfer machine 26 takes out the substrate 54 from the pod 16 at the position of the pod opener 22 and transfers it to the notch aligner 28. In the notch aligner 28, the notch is detected while rotating the substrate 54, and the notches of the plurality of substrates 54 are aligned at the same position based on the detected information. Next, the substrate transfer machine 26 takes out the substrate 54 from the notch aligner 28 and transfers it to the substrate support 30.

このようにして、1バッチ分の基板54を基板支持具30に移載すると、例えば600℃程度の温度に設定された反応炉40(反応容器43)内に複数枚の基板54を装填した基板支持具30を装入し、炉口シールキャップ48により反応炉40内を密閉する。次に、炉内温度を熱処理温度まで昇温させて、ガス導入管60からガス導入口56、アダプタ44側壁部に設けられたガス導入経路64、及びノズル66を介して反応管42内に処理ガスを導入する。処理ガスには、窒素(N)、アルゴン(Ar)、水素(H)、酸素(O)等が含まれる。基板54を熱処理する際、基板54は例えば1200℃程度以上の温度に加熱される。 In this way, when one batch of the substrates 54 is transferred to the substrate support 30, for example, a substrate in which a plurality of substrates 54 are loaded in the reaction furnace 40 (reaction vessel 43) set to a temperature of about 600 ° C. The support 30 is inserted, and the reactor 40 is sealed with a furnace port seal cap 48. Next, the furnace temperature is raised to the heat treatment temperature, and processing is performed in the reaction tube 42 from the gas introduction pipe 60 through the gas introduction port 56, the gas introduction path 64 provided in the side wall of the adapter 44, and the nozzle 66. Introduce gas. The processing gas includes nitrogen (N 2 ), argon (Ar), hydrogen (H 2 ), oxygen (O 2 ), and the like. When the substrate 54 is heat-treated, the substrate 54 is heated to a temperature of, for example, about 1200 ° C. or higher.

基板54の熱処理が終了すると、例えば炉内温度を600℃程度の温度に降温した後、熱処理後の基板54を支持した基板支持具30を反応炉40からアンロードし、基板支持具30に支持された全ての基板54が冷えるまで、基板支持具30を所定位置で待機させる。次に、待機させた基板支持具30の基板54が所定温度まで冷却されると、基板移載機26により、基板支持具30から基板54を取り出し、ポッドオープナ22にセットされている空のポッド16に搬送して収容する。次に、ポッド搬送装置18により、基板54が収容されたポッド16をポッド棚20、またはポッドステージ14に搬送して一連の処理が完了する。   When the heat treatment of the substrate 54 is completed, for example, the temperature in the furnace is lowered to a temperature of about 600 ° C., and then the substrate support 30 supporting the heat-treated substrate 54 is unloaded from the reaction furnace 40 and supported by the substrate support 30. The substrate support 30 is put on standby at a predetermined position until all the substrates 54 that have been cooled are cooled. Next, when the substrate 54 of the substrate support 30 that has been put on standby is cooled to a predetermined temperature, the substrate transfer device 26 takes out the substrate 54 from the substrate support 30, and the empty pod set in the pod opener 22. It is conveyed to 16 and accommodated. Next, the pod transport device 18 transports the pod 16 containing the substrate 54 to the pod shelf 20 or the pod stage 14 to complete a series of processes.

次にヒータユニット46を図3に基づいて詳細に説明する。
図3に示すように、ヒータユニット46は、ヒータ素線(発熱体)72と断熱材74とを有する。断熱材74は第1の断熱部材としての側部断熱材76と第2の断熱部材としての上部断熱材(天板部)78とから構成されている。
Next, the heater unit 46 will be described in detail with reference to FIG.
As shown in FIG. 3, the heater unit 46 includes a heater wire (heating element) 72 and a heat insulating material 74. The heat insulating material 74 includes a side heat insulating material 76 as a first heat insulating member and an upper heat insulating material (top plate portion) 78 as a second heat insulating member.

ヒータ素線72は、反応管42の外側に配置されており、このヒータ素線72を発熱させることにより反応管42(反応容器43)内を加熱するようになっている。このヒータ素線72は複数、例えば5つのゾーンに分割されている。   The heater wire 72 is disposed outside the reaction tube 42, and the heater tube 72 is heated to heat the inside of the reaction tube 42 (reaction vessel 43). The heater wire 72 is divided into a plurality of, for example, five zones.

側部断熱材76は、ヒータ素線72の外側に配置され、反応管42の側部を覆うように設けられている。この側部断熱材76は、上端部および下端部が開放された円筒状に形成されており、該側部断熱材76の上端部には上部断熱材78が設けられている。   The side heat insulating material 76 is disposed outside the heater wire 72 and is provided so as to cover the side portion of the reaction tube 42. The side heat insulating material 76 is formed in a cylindrical shape with an upper end and a lower end opened, and an upper heat insulating material 78 is provided at the upper end of the side heat insulating material 76.

上部断熱材78は、側部断熱材76の上端部と接触するように配置され、反応管42の上部を覆うように設けられている。この上部断熱材78は、板状(円板状)の断熱材78a〜78cを複数層(例えば3層)重ねた構造となっている。これら複数層の断熱材78a〜78cには位置決め部80が設けられている。この位置決め部80には段差部80a〜80cが設けられている。これらそれぞれの段差部80a〜80cは、複数層の断熱材78a〜78cのそれぞれの周辺部に設けられ、該複数層の断熱材78a〜78cの上面に凸形に、該複数層の断熱材78a〜78cの下面に凹形になるように形成されている。したがって、複数層の断熱材78a〜78cのそれぞれの段差部80a〜80cを係合させることにより、該複数層の断熱材78a〜78cの各々の位置決めを行うようになっている。   The upper heat insulating material 78 is disposed so as to come into contact with the upper end portion of the side heat insulating material 76 and is provided so as to cover the upper portion of the reaction tube 42. The upper heat insulating material 78 has a structure in which plate-shaped (disk-shaped) heat insulating materials 78a to 78c are stacked in a plurality of layers (for example, three layers). Positioning portions 80 are provided in these multiple layers of heat insulating materials 78a to 78c. The positioning portion 80 is provided with step portions 80a to 80c. Each of these stepped portions 80a to 80c is provided in the peripheral portion of each of the plurality of layers of heat insulating materials 78a to 78c, and has a convex shape on the upper surface of the plurality of layers of heat insulating materials 78a to 78c. It is formed so that it may become concave shape in the lower surface of -78c. Therefore, each of the heat insulating materials 78a to 78c of the plurality of layers is positioned by engaging the step portions 80a to 80c of the heat insulating materials 78a to 78c of the plurality of layers.

また、上部断熱部材78の位置決め部80には応力緩和処理が施されている。具体的には、上部断熱部材78cにおける位置決め部80の段差部80cの角部に丸みを帯びさせている(角部にRがけを施している)。本例においては、上部断熱部材78cの段差部80cの角部にのみ丸みを帯びさせているが、上部断熱材78aの段差部80a及び上部断熱材78bの段差部80bの角部に対しても丸みを帯びさせてもよい。   The positioning portion 80 of the upper heat insulating member 78 is subjected to stress relaxation processing. Specifically, the corner portion of the stepped portion 80c of the positioning portion 80 in the upper heat insulating member 78c is rounded (R cornering is applied to the corner portion). In this example, only the corner of the stepped portion 80c of the upper heat insulating member 78c is rounded, but the stepped portion 80a of the upper heat insulating material 78a and the corner of the stepped portion 80b of the upper heat insulating material 78b are also rounded. It may be rounded.

また、上部断熱材78の少なくとも反応管42の上部と対向する側の面(上部断熱材78の下面)は曲面状(ドーム型)に形成されている。本例においては、上部断熱材78の下面のみ曲面状に形成しているが、上部断熱材78全体が曲面状に形成されてもよく、また、円錐形状等に形成されてもよい。   Further, at least the surface of the upper heat insulating material 78 facing the upper portion of the reaction tube 42 (the lower surface of the upper heat insulating material 78) is formed in a curved surface (dome shape). In this example, only the lower surface of the upper heat insulating material 78 is formed in a curved shape, but the entire upper heat insulating material 78 may be formed in a curved shape, or may be formed in a conical shape or the like.

以上のように、上部断熱材78の位置決めを行うための位置決め部80に応力緩和処理を施すことにより、熱膨張による応力集中を分散させ、該上部断熱材78の割れや層剥離等の発生を抑制し、もって断熱材74の崩落を防止することができる。
また、上部断熱材78の下面を曲面状に形成することにより、該上部断熱材78の熱膨張や自重による垂れ(下方に凸状となる状態)を減少させることができる。これにより、上部断熱材78に作用する曲げの力が緩和され、ひびや割れ等の発生を抑制することができる。
As described above, by applying stress relaxation processing to the positioning portion 80 for positioning the upper heat insulating material 78, stress concentration due to thermal expansion is dispersed, and cracking or delamination of the upper heat insulating material 78 is generated. Therefore, the heat insulating material 74 can be prevented from collapsing.
In addition, by forming the lower surface of the upper heat insulating material 78 in a curved shape, it is possible to reduce drooping (a state in which the upper heat insulating material 78 protrudes downward) due to thermal expansion or its own weight. Thereby, the bending force which acts on the upper heat insulating material 78 is relieved, and generation | occurrence | production of a crack, a crack, etc. can be suppressed.

なお、上記実施の形態の説明にあっては、上部断熱材78に段差部80を設けたものを示したが、これに限定されるものではなく、側部断熱材76および上部断熱材78のうち少なくとも何れか一方に、上部断熱材78の位置決めを行うための応力緩和処理が施された位置決め部80が設けられていればよい。   In the description of the above embodiment, the upper heat insulating material 78 provided with the stepped portion 80 is shown, but the present invention is not limited to this, and the side heat insulating material 76 and the upper heat insulating material 78 are not limited to this. It is only necessary that at least one of them is provided with a positioning portion 80 that has been subjected to stress relaxation processing for positioning the upper heat insulating material 78.

次に、上述したヒータユニット46の変形例を図4に基づいて説明する。
図4に示すように、本例におけるヒータユニット46は、該ヒータユニット46の上部断熱材78に、急冷用エアーを流通させるための通気口82が設けられている。すなわち、ヒータユニット46は、該ヒータユニット46の上部断熱材(天板部)78に通気口82としての穴が開いた構造となっている。この通気口82を用いて反応管42周辺に、図示しない冷却装置からの急冷用エアーを流通させることより、反応管42(反応容器43)内を急速に冷却するようになっている。
したがって、本例におけるヒータユニット46は、冷却機構を有する熱処理装置にも適用することができる。
Next, a modification of the above-described heater unit 46 will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 4, the heater unit 46 in this example is provided with a vent 82 for circulating quenching air in the upper heat insulating material 78 of the heater unit 46. That is, the heater unit 46 has a structure in which a hole as a vent 82 is opened in the upper heat insulating material (top plate portion) 78 of the heater unit 46. By using the vent 82 to circulate quenching air from a cooling device (not shown) around the reaction tube 42, the inside of the reaction tube 42 (reaction vessel 43) is rapidly cooled.
Therefore, the heater unit 46 in this example can also be applied to a heat treatment apparatus having a cooling mechanism.

なお、上記実施の形態の説明においては、一度に複数枚の基板を熱処理するバッチ式の熱処理装置を用いたが、本発明はこれに限定するものではなく、枚葉式のものであってもよい。   In the description of the above embodiment, a batch-type heat treatment apparatus that heat-treats a plurality of substrates at a time is used. However, the present invention is not limited to this, and a single-wafer type may be used. Good.

本発明の熱処理装置は、基板の製造工程にも適用することができる。
SOI(Silicon On Insulator)ウエハの一種であるSIMOX(Separation by Implanted Oxygen)ウエハの製造工程の一工程に本発明の熱処理装置を適用する例について説明する。
The heat treatment apparatus of the present invention can also be applied to a substrate manufacturing process.
An example in which the heat treatment apparatus of the present invention is applied to one step of a manufacturing process of a SIMOX (Separation by Implanted Oxygen) wafer which is a kind of SOI (Silicon On Insulator) wafer will be described.

まずイオン注入装置等により単結晶シリコンウエハ内へ酸素イオンをイオン注入する。その後、酸素イオンが注入されたウエハを上記実施の形態の熱処理装置を用いて、例えばAr、O雰囲気のもと、1300℃〜1400℃、例えば1350℃以上の高温でアニールする。これらの処理により、ウエハ内部にSiO層が形成された(SiO層が埋め込まれた)SIMOXウエハが作製される。 First, oxygen ions are implanted into the single crystal silicon wafer by an ion implantation apparatus or the like. Thereafter, the wafer into which oxygen ions are implanted is annealed at a high temperature of 1300 ° C. to 1400 ° C., for example, 1350 ° C. or higher, for example, in an Ar, O 2 atmosphere using the heat treatment apparatus of the above embodiment. By these processes, a SIMOX wafer in which the SiO 2 layer is formed inside the wafer (the SiO 2 layer is embedded) is manufactured.

また、SIMOXウエハの他、水素アニールウエハやArアニールウエハの製造工程の一工程に本発明の熱処理装置を適用することも可能である。この場合、ウエハを本発明の熱処理装置を用いて、水素雰囲気中もしくはAr雰囲気中で1200℃程度以上の高温でアニールすることとなる。これによりIC(集積回路)が作られるウエハ表面層の結晶欠陥を低減することができ、結晶の完全性を高めることができる。また、この他、エピタキシャルウエハの製造工程の一工程に本発明の熱処理装置を適用することも可能である。   In addition to the SIMOX wafer, it is also possible to apply the heat treatment apparatus of the present invention to one step of a manufacturing process of a hydrogen anneal wafer or an Ar anneal wafer. In this case, the wafer is annealed at a high temperature of about 1200 ° C. or higher in a hydrogen atmosphere or an Ar atmosphere using the heat treatment apparatus of the present invention. As a result, crystal defects in the wafer surface layer on which an IC (integrated circuit) is formed can be reduced, and crystal integrity can be improved. In addition, the heat treatment apparatus of the present invention can be applied to one step of the epitaxial wafer manufacturing process.

以上のような基板の製造工程の一工程として行う高温アニール処理を行う場合であっても、本発明の熱処理装置を適用することができる。   The heat treatment apparatus of the present invention can be applied even when a high temperature annealing process is performed as one process of the substrate manufacturing process as described above.

本発明の熱処理装置は、半導体装置(デバイス)の製造工程に適用することも可能である。
特に、比較的高い温度で行う熱処理工程、例えば、ウェット酸化、ドライ酸化、水素燃焼酸化(パイロジェニック酸化)、HCl酸化等の熱酸化工程や、硼素(B)、リン(P)、砒素(As)、アンチモン(Sb)等の不純物(ドーパント)を半導体薄膜に拡散する熱拡散工程等に適用するのが好ましい。
The heat treatment apparatus of the present invention can also be applied to a semiconductor device (device) manufacturing process.
In particular, a heat treatment process performed at a relatively high temperature, for example, a thermal oxidation process such as wet oxidation, dry oxidation, hydrogen combustion oxidation (pyrogenic oxidation), HCl oxidation, boron (B), phosphorus (P), arsenic (As ), An antimony (Sb) or other impurity (dopant) is preferably applied to a thermal diffusion process for diffusing the semiconductor thin film.

このような半導体デバイスの製造工程の一工程としての熱処理工程を行う場合においても、本発明の熱処理装置を用いることができる。   The heat treatment apparatus of the present invention can also be used when performing the heat treatment step as one step of the semiconductor device manufacturing step.

本発明は、半導体ウエハやガラス基板等を熱処理するための熱処理装置において、ヒータユニットの断熱材の崩落を確実に防止する必要があるものに利用することができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used in a heat treatment apparatus for heat treating a semiconductor wafer, a glass substrate, or the like that needs to reliably prevent the heat insulating material of the heater unit from collapsing.

本発明の実施形態に係る熱処理装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the heat processing apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る熱処理装置の反応炉を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the reaction furnace of the heat processing apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る熱処理装置のヒータユニットを示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the heater unit of the heat processing apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る熱処理装置のヒータユニットの変形例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the modification of the heater unit of the heat processing apparatus which concerns on embodiment of this invention. 断熱部材の段差部に応力緩和処理が施されていないヒータユニットを有する熱処理装置において熱サイクルを繰り返した経過を示し、(a)は断熱部材が熱膨張と収縮を繰り返している状態、(b)は断熱部材にひびや割れが発生した状態、(c)は断熱部材に層剥離が発生した状態を示す図である。The progress of repeated thermal cycles in a heat treatment apparatus having a heater unit in which the step portion of the heat insulating member is not subjected to stress relaxation treatment is shown, (a) is a state in which the heat insulating member repeats thermal expansion and contraction, (b) Is a state where cracks and cracks have occurred in the heat insulating member, and (c) is a diagram showing a state in which delamination has occurred in the heat insulating member.

符号の説明Explanation of symbols

10 熱処理装置
42 反応管
46 ヒータユニット
54 基板
72 ヒータ素線
76 側部断熱材
78 上部断熱材
80 位置決め部
80a〜80c 段差部
82 通気口
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Heat processing apparatus 42 Reaction tube 46 Heater unit 54 Substrate 72 Heater strand 76 Side heat insulating material 78 Upper heat insulating material 80 Positioning part 80a-80c Step part 82 Vent

Claims (1)

基板を処理する反応管と、
前記反応管の外側に配置され前記反応管内を加熱する発熱体と、
前記発熱体の外側に配置され前記反応管の側部を覆うように設けられた第1の断熱部材と、
前記第1の断熱部材の上端部と接触するように配置され前記反応管の上部を覆うように設けられた第2の断熱部材とを有し、
前記第1の断熱部材および前記第2の断熱部材のうち少なくとも何れか一方に、前記第2の断熱部材の位置決めを行うための位置決め部が設けられ、該位置決め部に応力緩和処理が施された熱処理装置。
A reaction tube for processing the substrate;
A heating element that is disposed outside the reaction tube and heats the inside of the reaction tube;
A first heat insulating member disposed outside the heating element and provided to cover a side portion of the reaction tube;
A second heat insulating member disposed so as to be in contact with the upper end of the first heat insulating member and provided to cover an upper portion of the reaction tube;
A positioning part for positioning the second heat insulating member is provided on at least one of the first heat insulating member and the second heat insulating member, and stress relaxation processing is performed on the positioning part. Heat treatment equipment.
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