JP2007189077A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】処理容器をシールするためのシール部材を冷却手段により冷却しても、半導体基板の処理領域を高温に維持でき、かつ、処理領域の温度分布を均一に保持できる構造を有する熱処理装置を提供する。
【解決手段】熱処理のために内部が加熱される処理容器２ａと、処理容器２ａの下部に形成されている開口を閉じる下部蓋部材２ｂと、処理容器２ａをその外側面、上面、又は、外側面と上面の両方から加熱する加熱ヒータ３と、処理容器２ａの内部に設けられ、熱処理対象の半導体基板が積載される基板積載台４と、処理容器２ａと下部蓋部材２ｂとの結合部分に設けられたシール部材７と、シール部材７を冷却する冷却手段１２と、を備える熱処理装置であって、基板積載台４の下方に配置され、基板積載台４を加熱する保温ヒータをさらに備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体基板を、高温の処理雰囲気中で熱処理するための熱処理装置に関する。

液晶用ＴＦＴ基板やシリコンウエハのような半導体基板を、例えば加圧水蒸気下又はＡｒ、水素若しくはこれらの混合ガス雰囲気下で熱処理することにより、半導体基板の表面近傍の結晶欠陥を消滅させることなどができる。このような熱処理を行うための熱処理装置は、例えば下記特許文献１、２に記載されている。

特許文献１の熱処理装置３０は、図３（Ａ）に示すように、同心状に配置されたヒータ３１と、ヒータ３１の内側に配置され石英により構成される処理容器３３と、ウエハ１を複数枚保持する処理ボート３５と、この処理ボート３５が積載される保温筒３６と、保温筒３６の下部に配置され熱処理時に処理容器３３の下端の開口部を塞ぐ蓋体３７と、処理ボート３５、保温筒３６及び蓋体３７を処理容器３３の内部に向かって上下動させる昇降装置（図示せず）と、を備える。
このような構成において、図３（Ｂ）に示すように、処理ボート上に複数枚のウエハが保持された状態で、蓋体３７を昇降手段により処理容器３３へ向かって移動させ処理容器３３を閉じて熱処理が行われる。熱処理は、図示しないガスラインにより処理容器３３に水蒸気等を導入しつつ、ヒータ３１により処理容器内部を加熱して行う。
なお、これらの内容は特許文献１に記載されている内容であるが、図３における他の部材は、通常、用いられるものを想定して記載してある。

また、特許文献２に記載されている熱処理装置４０は、図４に示すように、上部圧力容器４２ａと下部圧力容器４２ｂとからなる外部圧力容器４２と、上部内部容器４１ａと下部内部容器４１ｂとからなる内部処理容器４１と、外部圧力容器４２と内部処理容器４１との間に設けられたヒータ４５と、を有している。外部圧力容器４２は高圧に耐えられるステンレスで形成されている。
このような構成により、下部内部容器４１ｂに複数のウエハ１を積載して、外部圧力容器内を高圧にし、かつ、内部処理容器内を高圧高温雰囲気にしてウエハ１に熱処理を行う。熱処理は、ガスラインにより内部処理容器４１に水蒸気等を導入しつつ、ヒータ４５により内部処理容器４１を加熱して行う。
なお、これらの内容は特許文献２に記載されている内容であるが、図４における他の部材は、通常、用いられるものを想定して記載してある。
特開２００３−１００７６３号公報 「石英製プロセスチューブを有する熱処理炉」 特開平１１−１５２５６７号公報 「高圧アニール装置」

特許文献１の熱処理装置３０では、図３（Ｂ）に示すように、昇降手段により蓋体３７が処理容器３３へ向かって移動し処理容器３３を閉じるが、この時、処理容器３３と蓋体３７との間には、通常、処理容器３３のシール性を確保するためにゴムなどで形成された環状のシール部材３８が設けられる。
処理容器３３は熱処理のため高温となっているので、シール部材３８を高温から保護するために、シール部材３８を冷却手段により冷却する。冷却手段は、図３（Ｂ）に示すように、例えば、処理容器３３と蓋体３７との結合を支持する結合支持部材３９の内部に形成された冷却水路３９ａにより構成され、これを流れる冷却水によりシール部材３８が冷却される。

しかし、このシール部材３８の冷却により、処理容器３３の下部が低温となり、処理ボート３５の熱が低温の処理容器３３の下部へ逃げてしまい、処理ボート上の処理領域の温度が低下し、処理領域の温度分布が不均一となってしまう。

また、保温筒３６は、断熱材であり、シール部材３８の温度が耐熱温度以下となるようにするために、半導体基板１の処理領域からシール部材３８を熱絶縁することを目的として設けられている。このため、十分な断熱効果を得るためには、保温筒３６を相当な長さ（即ち、高さ）にする必要がある。仮に保温筒３６を長くした場合には、熱処理装置全体の高さが大きくなるか、又は、処理容器内部の処理領域が小さくなってしまう。

特許文献２の場合も同様に、図４に示すように、上部内部容器４１ａと下部内部容器４１ｂとの間に、シール部材４６が設けられる。
処理温度が高温の場合には、このシール部材４６も、高温から保護するために、冷却手段により冷却される。この冷却手段は、特許文献１の場合と同様に、図４に示すように、例えば、上部処理容器４１ａと下部処理容器４１ｂとの結合を支持する結合支持部材４７の内部に形成された冷却水路４７ａにより構成される。

しかし、冷却手段によりシール部材４６が冷却されることで、下部内部容器４１ｂが低温となり、ウエハ１の熱が低温の下部内部容器４１ｂへ逃げてしまい、ウエハ１の処理領域の温度が低下し、処理領域の温度分布が不均一となってしまう。

そこで、本発明の目的は、処理容器をシールするためのシール部材を冷却手段により冷却しても、半導体基板の処理領域を高温に維持でき、かつ、処理領域の温度分布を均一に保持できる構造を有する熱処理装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明によると、熱処理のために内部が加熱される処理容器と、該処理容器の下部に形成されている開口を閉じる下部蓋部材と、前記処理容器をその外側面、上面、又は、外側面と上面の両方から加熱する加熱ヒータと、前記処理容器の内部に設けられ、熱処理対象の半導体基板が積載される基板積載台と、前記処理容器と前記下部蓋部材との結合部分に設けられたシール部材と、該シール部材を冷却する冷却手段と、を備える熱処理装置であって、該基板積載台の下方に配置され、該基板積載台を加熱する保温ヒータをさらに備えることを特徴とする熱処理装置が提供される。

上記熱処理装置では、熱処理対象の半導体基板が積載される基板積載台の下方に配置された保温ヒータにより基板積載台を加熱するので、処理容器と下部蓋部材との間に設けられたシール部材を冷却しても、基板積載台を高温に維持でき、基板積載台上における処理領域の温度分布を均一に保持することができる。
また、保温ヒータにより基板積載台を高温に維持できるので、特許文献１に記載されたような保温筒３６を長くする必要もない。従って、基板積載台を高温に維持しつつ、熱処理装置の高さを小さくすることができ、又は、処理容器内部の処理領域を大きくすることができる。

また、本発明の好ましい実施形態によると、前記保温ヒータは、前記基板積載台と前記下部蓋部材との間に配置され、前記保温ヒータと下部蓋部材との間には断熱部材が配置される。

このように、保温ヒータは、基板積載台と下部蓋部材との間に配置され、保温ヒータと下部蓋部材との間には断熱部材が配置されるので、保温ヒータの熱が低温の処理容器下部に逃げることを断熱部材により防止できる。従って、保温ヒータによる基板積載台の加熱を効率よく行うことができる。

本発明の好ましい実施形態によると、前記保温ヒータは、前記下部蓋部材の下方に配置されている。
また、好ましくは、前記下部蓋部材の上面には突出部が形成されており、下面は該突出部に対応する窪み部が形成されており、該窪み部に保温ヒータが配置されている。

このように、保温ヒータを下部蓋部材の下方、即ち、処理容器の外部に配置するので、保温ヒータに電力を供給するための電力供給ラインを、処理容器のシール性を確保しつつ処理容器外部から内部へ配線する手間が省ける。
また、下部蓋部材の上面には突出部が形成されており、下面は該突出部に対応する窪み部が形成されており、該窪み部に保温ヒータが配置されているので、保温ヒータを処理容器外部に配置しても、下部蓋部材をシール部材よりも上方に配置することができる。従って、低温の処理容器下部と高温の基板積載台との間に保温ヒータを介在させるように配置して基板積載台を高温に維持できる。

本発明の好ましい実施形態によると、前記基板積載台の温度が半導体基板を処理すべき温度となるような電力を、前記保温ヒータへ供給する電力供給装置をさらに備える。

このように、電力供給装置は、基板積載台の温度を半導体基板の処理温度とする電力を保温ヒータに供給するので、基板積載台の温度を処理温度とすることができ、処理領域の温度分布の均一性をより確実に保持することができる。

上述した本発明の熱処理装置によると、処理容器をシールするためのシール部材を冷却手段により冷却しても、半導体基板の処理領域を高温に維持でき、かつ、処理領域の温度分布を均一に保持できる。

本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態による熱処理装置の構成を示す縦断面図である。図１に示すように、熱処理装置１０は、熱処理のために内部が加熱される処理容器２ａと、処理容器２ａの下部に形成されている開口を閉じる下部蓋部材２ｂと、処理容器２ａを加熱する加熱ヒータ３と、処理容器２ａの内部に設けられ、熱処理対象の半導体基板１が積載される基板積載台４と、を備える。また、熱処理装置１０は、内部に処理容器２ａが収容され、熱処理時に内部が高圧に保持される上部圧力容器５ａを更に備える。上部圧力容器５ａは下部に開口が形成されており、この開口は下部圧力容器５ｂにより閉じられる。
基板積載台４は、熱伝導率の高い材料（例えば、ＳｉＣ）で形成される。また、処理容器２ａ及び下部蓋部材２ｂは、例えば石英により形成され、上部圧力容器５ａ及び下部圧力容器５ｂは、高圧に耐えられるように、例えばステンレスにより形成される。

熱処理時に、例えば、不活性ガスと水蒸気を処理容器２ａの内部に導入し、加熱ヒータ３により処理容器２ａの内部を加熱することで、処理容器２ａの内部を昇圧された高温の処理雰囲気にする。加熱ヒータ３は、図１に示すように、処理容器２ａと上部圧力容器５ａとの間にて、処理容器２ａを取り巻くように同心円状に配置される。
一方、上部圧力容器５ａにも、熱処理時に、例えば空気を導入して昇圧するが、処理容器内の汚染を防止するため、圧力容器内部の圧力は処理容器内部の圧力よりもわずかに低圧に保持される。
このように処理容器内を昇圧された高温の処理雰囲気にすることで、基板積載台４に積載された半導体基板１に熱処理が行われる。

ところで、処理容器２ａのシール性を維持するために、処理容器２ａと下部蓋部材２ｂとの間には、例えばゴムで形成された環状のシール部材７が設けられる。
このシール部材７を処理容器２ａと下部蓋部材２ｂとの結合部に配置し、図示しない昇降装置により昇降される結合支持部材９が、この結合部分を挟み込んで処理容器２ａと下部蓋部材２ｂの結合を支持する。

半導体基板１の熱処理時には、処理容器２ａは高温になるため、シール部材７が高温にさらされる。このため、シール部材７を冷却する冷却手段が設けて、シール部材７を高温から保護する。
冷却手段は、例えば結合支持部材９の内部に形成された冷却水路１２により構成される。冷却水路１２に流れる冷却水によりシール部材７を冷却して、高温からシール部材７を保護する。なお、冷却手段は、図１に示す冷却水路１２に限られず、他の適切なものであってもよい。

このように、冷却手段によりシール部材７を冷却すると、シール部材７及び冷却手段付近の処理容器２ａの下部が低温になり、基板積載台４の熱が処理容器下部へ逃げてしまう。 これにより、基板積載台上における半導体基板１の処理領域の温度が低下してしまい、処理領域の温度分布の均一性が損なわれてしまう。

そのため、本発明の実施形態によると、熱処理装置１０は、基板積載台４の下方に配置され、基板積載台４を下方から加熱する保温ヒータ１４をさらに備える。
これにより、処理容器２ａと下部蓋部材２ｂとの間に設けられたシール部材を冷却しても、基板積載台上を高温に維持でき、基板積載台上における処理領域の温度分布を均一に保持することができる。
また、保温ヒータ１４により基板積載台４を高温に維持できるので、特許文献１に記載されたような保温筒３６を長くする必要もない。従って、基板積載台４を高温に維持しつつ、熱処理装置１０の高さを小さくすることができ、又は、処理容器内部の処理領域を大きくすることができる。

また、図１に示すように、好ましくは、保温ヒータ１４は、基板積載台４と下部蓋部材２ｂとの間に配置され、保温ヒータ１４と下部蓋部材２ｂとの間には断熱部材１５が配置される。
これにより、保温ヒータ１４の熱が低温の処理容器下部に逃げることを断熱部材１５により防止できる。従って、保温ヒータ１４による基板積載台４の加熱を効率よく行うことができる。
一方、断熱部材１５により処理領域からの高熱が処理容器下部へ伝わることも抑制されるので、冷却手段によるシール部材の冷却も効率よく行うことができる。
なお、適切な断熱材料で断熱部材１５を形成することができるが、断熱部材１５を省略してもよい。また、図１の例では、保温ヒータ１４と断熱部材１５は、保温容器１６の内部に収容されている。

また、図示しない電力供給装置が、保温容器１６の内部、上部圧力容器５ａの内部又は上部圧力容器５ａの外部に設けられ、この電力供給装置は、基板積載台４の温度が半導体基板１を処理すべき温度となるような電力を保温ヒータ１４へ供給する。
これにより、基板積載台４の温度を所定の処理温度とすることができ、処理領域の温度分布の均一性をより確実に保持することができる。

［第２実施形態］
図２は、本発明の第２実施形態による熱処理装置の構成を示す縦断面図である。図２に示す熱処理装置１０’の構成では、保温ヒータ１４が、処理容器２ａの外部における下部蓋部材２ｂの下方に配置されており、断熱部材１５が省略される。
また、下部蓋部材２ｂの上面には突出部１７が形成されており、下面は該突出部１７に対応する窪み部１８が形成されており、この窪み部１８に保温ヒータ１４を配置している。その他の構成は第１実施形態と同様である。
このような構成の第２実施形態による熱処理装置１０’では、保温ヒータ１４を下部蓋部材２ｂの下方、即ち、処理容器２ａの外部に配置するので、保温ヒータ１４に電力を供給するための電力供給ラインを、処理容器２ａのシール性を確保しつつ処理容器外部から内部へ配線する手間が省ける。
また、下部蓋部材２ｂの下面に形成された窪み部１８に保温ヒータ１４が配置されているので、保温ヒータ１４を処理容器外部に配置しても、下部蓋部材２ｂをシール部材よりも上方に配置することができる。従って、低温の処理容器下部と高温の基板積載台４との間に保温ヒータ１４を介在させるように配置して基板積載台４を高温に維持できる。

本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることができる。
例えば、図１及び図２の熱処理装置１０、１０’では、加熱ヒータ３は処理容器２ａをその外側面から加熱しているが、処理容器２ａをその上面から加熱するように加熱ヒータ３を構成してもよいし、処理容器２ａの外側面と上面の両方から加熱するように加熱ヒータ３を構成してもよい。

本発明の第１実施形態による熱処理装置の構成図である。 本発明の第２実施形態による熱処理装置の構成図である。 特許文献１に記載された熱処理装置の構成図である。 特許文献２に記載された熱処理装置の構成図である。

符号の説明

１ 半導体基板（ウエハ）
２ａ 処理容器
２ｂ 下部蓋部材
３ 加熱ヒータ
４ 基板積載台
５ａ 上部圧力容器
５ｂ 下部圧力容器
７ シール部材
９ 結合支持部材
１０、１０’ 熱処理装置
１２ 冷却水路（冷却手段）
１４ 保温ヒータ
１５ 断熱部材
１６ 保温容器
１７ 突出部
１８ 窪み部

Claims (5)

1. 熱処理のために内部が加熱される処理容器と、該処理容器の下部に形成されている開口を閉じる下部蓋部材と、前記処理容器をその外側面、上面、又は、外側面と上面の両方から加熱する加熱ヒータと、前記処理容器の内部に設けられ、熱処理対象の半導体基板が積載される基板積載台と、前記処理容器と前記下部蓋部材との結合部分に設けられたシール部材と、該シール部材を冷却する冷却手段と、を備える熱処理装置であって、
   該基板積載台の下方に配置され、該基板積載台を加熱する保温ヒータをさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
2. 前記保温ヒータは、前記基板積載台と前記下部蓋部材との間に配置され、前記保温ヒータと下部蓋部材との間には断熱部材が配置されることを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
3. 前記保温ヒータは、前記下部蓋部材の下方に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
4. 前記下部蓋部材の上面には突出部が形成されており、前記下部蓋部材の下面には該突出部に対応する窪み部が形成されており、該窪み部に保温ヒータが配置されていることを特徴とする請求項３に記載の熱処理装置。
5. 前記基板積載台の温度が半導体基板を処理すべき温度となるような電力を、前記保温ヒータへ供給する電力供給装置をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
   
   

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