JP2011129567A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反応管内の温度を下げることなく、メンテナンスを実施することができる熱処理装置を提供する。
【解決手段】処理室４３を形成する反応管４２と、反応管４２の下端に設置されたアダプタ４４と、処理室４３を閉塞する炉口シールキャップ４８とを備えた熱処理装置１０において、カバー（堆積遅延筒）７０を炉口シールキャップ４８の上に、アダプタ４４に近接して対向するように配置して着脱自在に設置する。カバー７０は石英を使用して、外径がアダプタ４４の内径よりも小径の円筒形状に形成し、かつ、周方向において二等分割する。カバー７０の円筒壁には多数個の小孔７１を、カバー７０全体の表面積を増加させるように形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、熱処理装置（furnace ）に関する。
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）に熱処理（thermal treatment ）を施す工程に使用して有効なものに関する。

一般に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ) を熱処理装置によって実施すると、反応副生成物が反応管の下部に多量に付着することが知られていた。
従来の熱処理装置においては、このような反応副生成物をクリーニングによって除去するメンテナンスを頻繁に実施していたため、生産性の低下を招くという問題があった。
そこで、反応管下部のマニホールドに円筒形状のマニホールドカバーを設けることにより、反応副生成物の付着量を低減してメンテナンス頻度を抑制し、生産性の向上を図る熱処理装置、が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、耐熱材のカバーをマニホールドを覆うように設け、カバーとマニホールドとの間に不活性ガスを供給することにより、マニホールドの腐食の防止を図る熱処理装置、も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平５−１３３５３号公報 特開平７−１０６２５５号公報

しかしながら、前述した熱処理装置においては、カバーが反応管内側に設置されているので、カバーの取り外し時に反応管内の温度をメンテナンス可能温度まで下げる必要があり、メンテナンスの作業性が低く、また、温度を下げた際には反応副生成物付着膜の剥離によって異物の増加を招くという問題がある。

本発明は、反応管内の温度を下げることなく、メンテナンスを実施することができる熱処理装置を提供することにある。

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。
処理室を形成する反応管と、
前記処理室を閉塞する炉口シールキャップと、
石英が使用されて円筒形状に形成され、前記炉口シールキャップの前記処理室側端面に前記処理室の前記炉口シールキャップ側端部に近接して設置された堆積遅延筒と、
を有することを特徴とする熱処理装置。

前記手段によれば、反応管の温度を下げることなく、メンテナンスを実施することができる。

本発明の第一実施形態である熱処理装置を示す斜視図である。 その反応炉を示す正面断面図である。 図２のIII −III 線に沿う断面図である。 本発明の第二実施形態である反応炉を示す図３に相当する断面図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に即して説明する。

図１〜図３は本発明の第一実施形態を示している。
本実施形態に係る熱処理装置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にはポッド１６が搬送される。ポッド１６には、例えば、２５枚の基板としてのウエハが収納されており、ポッド１６は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。

筺体１２内における正面側であって、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。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の上方に配置されており、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ている。
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、蓋が開けられたポッド１６内のウエハの枚数が基板枚数検知器２４により検知される。

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枚のウエハ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、ノッチアライナ２８及び基板支持具３０間でウエハを搬送する。
ノッチアライナ２８は、ウエハに形成されたノッチまたはオリエンテーションフラットを検出してウエハのノッチまたはオリエンテーションフラットを一定の位置に揃える。

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、複数枚のウエハを装填した基板支持具３０が搬入され、熱処理が行われる。

図２は反応炉４０の一例を示している。
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、反応管４２の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の下方には石英（ＳｉＯ₂ ）製のアダプタ４４が、反応管４２を支持するように配置されている。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、アダプタ４４の開放された上端部と下端部と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は、反応管４２の下端部フランジの下面が当接している。アダプタ４４は反応管４２と共に、処理室４３を形成している。アダプタ４４を除いた反応管４２の周囲には、ヒータ４６が配置されている。

反応炉４０の下部は基板支持具３０を挿入するために開放されており、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、密閉されるようになっている。
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、石英製の第一断熱部材５２と、第一断熱部材５２の上部に配置された炭化珪素（ＳｉＣ）製の第二断熱部材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枚のウエハ５４を略水平状態で隙間をもって多数段に支持するように構成されており、基板支持具３０は反応管４２内に装填されるようになっている。

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製の反応管を介して伝達された熱によりシール部まで高温となるために、シール材料であるＯリングを溶かしてしまう危惧がある。
Ｏリングを溶かさないように、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、ヒータ４６による加熱領域をＳｉＣ製の反応管４２で構成し、ヒータ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ることができるため、Ｏリングを溶かすことなく、かつ、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４６の加熱領域に配置されているために、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。

アダプタ４４にはガス供給口５６とガス排気口５９とが、アダプタ４４と一体に設けられている。ガス供給口５６にはガス導入管６０が接続されており、ガス排気口５９には排気管６２が接続されている。
アダプタ４４の内周面は反応管４２の内周面よりも内側に突出している。アダプタ４４の側壁部（肉厚部）には、ガス供給口５６と連通し、かつ、垂直方向に向かうガス導入経路６４が設けられており、そのガス導入経路６４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上面で開口しており、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の内部におけるアダプタ４４の反応管４２の内周面よりも内側に突出した部分の上面にノズル６６が接続されている。この構成により、ノズル接続部は熱で変形しにくく、また破損しにくくなる。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の内壁に沿ってウエハ配列領域の上方（基板支持具３０の上方）まで延びるように構成されている。

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。
まず、ポッドステージ１４に複数枚のウエハ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はこのポッド棚２０にストックされたポッド１６をポッドオープナ２２に搬送してセットする。
このポッドオープナ２２はポッド１６の蓋を開く。
基板枚数検知器２４はポッド１６に収容されているウエハ５４の枚数を検知する。

次に、基板移載機２６はポッドオープナ２２の位置にあるポッド１６からウエハ５４を取り出し、ノッチアライナ２８に移載する。なお、以下の説明において、熱処理装置を構成する各部の動作は、コントローラ６９によって制御される。
このノッチアライナ２８は基板を回転させながら、ノッチを検出し、検出した情報に基づいて複数枚のウエハ５４のノッチを同じ位置に整列させる。
次に、基板移載機２６はノッチアライナ２８からウエハ５４を取り出して、基板支持具３０に移載する。

このようにして、１バッチ分のウエハ５４が基板支持具３０に移載されると、複数枚のウエハ５４を装填した基板支持具３０は、例えば６００℃程度の温度に設定された反応炉４０内に装入される。基板支持具３０が上限に達すると、炉口シールキャップ４８は反応炉４０内を密閉する。
次に、ヒータ４６は炉内温度を熱処理温度まで昇温させる。また、ガス導入管６０はガス供給口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（Ｎ₂ ）、アルゴン（Ａｒ）、水素（Ｈ₂ ）、酸素（Ｏ₂ ）等が含まれる。ウエハ５４を熱処理する際、ウエハ５４は例えば１２００℃程度以上の温度に加熱される。

ウエハ５４の熱処理が終了すると、例えば、炉内温度が６００℃程度の温度に降温された後に、熱処理後のウエハ５４を支持した基板支持具３０が反応炉４０から搬出（ボートアンローディング）される。
基板支持具３０に支持された全てのウエハ５４が冷えるまで、基板支持具３０は所定位置で待機される。
次に、待機した基板支持具３０のウエハ５４が所定温度まで冷却されると、基板移載機２６は基板支持具３０からウエハ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、ウエハ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に搬送する。
以上の作動により、一連の処理が完了する。

ところで、アルゴンアニールにおいては、アルゴンガス中の微量酸素とシリコン（Ｓｉ）が反応し、ＳｉＯ（ｇ）を形成する。ＳｉＯ（ｇ）は炉口部であるアダプタ４４で冷やされ、ＳｉＯ（ｓ）がアダプタ４４や第一断熱部材５２および第二断熱部材５０に付着して堆積する。この堆積膜は、アルゴンアニールの繰り返しによって徐々に膜厚を増し、臨界点（膜厚）を超えた際に剥離し、パーティクルの原因になる。
このような膜剥離が生じた際のパーティクルを低減させるために、堆積膜を除去するメンテナンスが必要であり、基板支持具３０、第一断熱部材５２、第二断熱部材５０、アダプタ４４および反応管４２等の洗浄が必要になる。

そこで、本実施形態においては、堆積遅延筒（以下、カバーという）７０が炉口シールキャップ４８の上に、アダプタ４４に近接して対向するように配置されて着脱自在に設置されている。カバー７０は石英が使用されて、外径がアダプタ４４の内径よりも小径の円筒形状に形成され、かつ、周方向において二等分割されている。カバー７０の円筒壁には多数個の小孔７１が、カバー７０全体の表面積を増加させるように形成されている。
カバー７０は炉口シールキャップ４８上に基板支持具３０と同心円に載置されている。すなわち、半円筒形状の第一分割体７０ａと第二分割体７０ｂとが、基板支持具３０の外側において腹合せに配置されて、炉口シールキャップ４８上に載せられている。

次に、カバー７０の作用および効果を説明する。
カバー７０が炉口シールキャップ４８上に載置された熱処理装置１０においては、前述したように、炉口シールキャップ４８がアダプタ４４の下端開口を閉塞すると、図２および図３に示されているように、カバー７０がアダプタ４４の内周に近接して対向した状態になる。したがって、ＳｉＯ（ｓ）はカバー７０にも付着して堆積する。

本実施形態においては、カバー７０がアダプタ４４に近接して設置されていることにより、ＳｉＯ（ｓ）の堆積速度を遅くすることができるので、堆積膜を除去するためのメンテナンスの頻度を低減することができる。すなわち、ＳｉＯ（ｓ）はカバー７０に優先的に付着して堆積することにより、アダプタ４４および反応管４２へのＳｉＯ（ｓ）の堆積速度が遅くなるので、アダプタ４４および反応管４２への堆積膜を除去するためのメンテナンスの頻度を低減することができる。
しかも、本実施形態においては、カバー７０は多数個の小孔７１が開設されて、表面積が増大されているので、アダプタおよび反応管４２へのＳｉＯ（ｓ）の堆積速度をより一層遅くすることができ、その分だけ、メンテナンス頻度をより一層遅く低減することができる。

本実施形態においては、カバー７０は炉口シールキャップ４８上に載置されているので、カバーをアダプタ側に設置する従来例に比較してメンテナンスの作業性を向上させることができるとともに、パーティクルの発生を抑制することができる。
すなわち、カバーがアダプタ側に設置されている場合には、カバーおよびアダプタの取り外しに際しては、反応炉内温度をメンテナンス可能温度まで下げる必要があるので、メンテナンスの作業性が極めて低い。しかも、反応炉内温度をメンテナンス可能温度まで下げると、反応炉内でカバーおよびアダプタに付着した膜の剥離によって、反応炉内のパーティクルの増加をもたらす。
しかし、本実施形態においては、カバー７０は炉口シールキャップ４８上に載置されているので、アイドル時またはスタンバイ時には反応炉４０外に位置する。したがって、反応炉内温度を下げる必要はないので、メンテナンスの作業性はきわめて高い。また、カバー７０に付着した膜の剥離は反応炉４０外で起こるので、反応炉４０内のパーティクルは増加しない。

しかも、本実施形態においては、カバー７０は第一分割体７０ａと第二分割体７０ｂとに二等分割されていることにより、基板支持具３０の外側に同心円に配置されているにもかかわらず、炉口シールキャップ４８上からの取り外し作業が極めて簡素であるので、メンテナンスの作業性をより一層向上させることができる。

本実施形態に係る熱処理装置１０において、図２および図３に示されているように、排気管６２内の排気口５９近傍にはカバー８０が着脱自在に嵌入されている。カバー８０は石英が使用されて、外径が排気管６２の内径よりも小径の円筒形状に形成されている。
本実施形態においては、排気管６２によって排気されるＳｉＯ（ｓ）は、カバー８０に優先的に付着して堆積するので、カバー８０のみの洗浄を行う。

図４は本発明の第二実施形態を示している。
本実施形態が前記第一実施形態と異なる点は、２つのカバー７０、７０が炉口シールキャップ４８上に同心円に設置されている点である。
本実施形態によれば、ＳｉＯ（ｓ）の堆積速度をより一層遅くすることができるので、堆積膜を除去するためのメンテナンスの頻度をより一層低減することができる。

なお、本発明は前記実施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。

カバーは二分割に構成するに限らず、三分割以上に構成してもよい。

カバーに小孔を形成して表面積を増大するに限らず、カバーの表面に凹凸を形成したり、カバーを網目構造体に形成したりする等して、表面積を増大してもよい。

同心円に設置するカバーは２つに限らず、３つ以上であってもよい。

排気管のカバーは省略することができる。

本発明に係る熱処理装置は、アルゴンアニールに使用するに限らず、ＣＶＤ、拡散、酸化等の熱処理全般に適用することができる。

以下に、好ましい実施形態を付記する。
（１）処理室を形成する反応管と、
前記処理室を閉塞する炉口シールキャップと、
石英が使用されて円筒形状に形成され、前記炉口シールキャップの前記処理室側端面に前記処理室の前記炉口シールキャップ側端部に近接して設置された堆積遅延筒と、
を有することを特徴とする熱処理装置。
（２）前記堆積遅延筒は周方向で複数に分割されていることを特徴とする（１）の熱処理装置。
（３）前記堆積遅延筒は表面積が増加されていることを特徴とする（１）（２）の熱処理装置。
（４）前記堆積遅延筒は複数個が同心円に設置されていることを特徴とする（１）（２）（３）の熱処理装置。
（５）排気管内の排気口近傍にカバーが着脱自在に嵌入されていることを特徴とする（１）（２）（３）（４）の熱処理装置。

１０…熱処理装置、１２…筺体、１４…ポッドステージ、１６…ポッド、１８…ポッド搬送装置、２０…ポッド棚、２２…ポッドオープナ、２４…基板枚数検知器、２６…基板移載機、２８…ノッチアライナ、３０…基板支持具（ボート）、３２…アーム（ツイーザ）、
４０…反応炉、４２…反応管、４３…処理室、４４…アダプタ、４６…ヒータ、４８…炉口シールキャップ、５０…第二断熱部材、５２…第一断熱部材、５４…ウエハ（基板）、５６…ガス供給口、５９…ガス排気口、６０…ガス導入管、６２…排気管、６４…ガス導入経路、６６…ノズル、６９…コントローラ、
７０…カバー（堆積遅延筒）、７１ａ…第一分割体、７０ｂ…第二分割体、７１…小孔、８０…カバー。

Claims (1)

1. 処理室を形成する反応管と、
   前記処理室を閉塞する炉口シールキャップと、
   石英が使用されて円筒形状に形成され、前記炉口シールキャップの前記処理室側端面に前記処理室の前記炉口シールキャップ側端部に近接して設置された堆積遅延筒と、
   を有することを特徴とする熱処理装置。

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