JP2011134793A

JP2011134793A - 基板の熱処理装置及び熱処理方法

Info

Publication number: JP2011134793A
Application number: JP2009291133A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Nagashima; 陽一永嶋
Original assignee: Koyo Thermo Systems Co Ltd
Current assignee: JTEKT Thermo Systems Corp
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2009-12-22
Publication date: 2011-07-07

Abstract

【課題】炉口に溜まった水を短時間で除去し、製品の生産速度をあげるとともに、デバイス特性不良を少なくすることができる基板の熱処理装置を提供する。
【解決手段】基板の熱処理装置は、底部に設けられた炉口２３を通してプロセスチューブ２２内に搬入された基板をウェット処理する熱処理炉２と、前記炉口２３を開放可能に閉塞する開閉扉と、前記熱処理炉２の下方に設けられたロード空間３と、前記基板をボート４で保持して前記炉口２３を通してロード空間３側からプロセスチューブ２２内に搬入するとともに、当該プロセスチューブ２２からロード空間３に搬出する昇降リフト５と、前記プロセスチューブ２２内にパージ用のガスを供給するパージガス供給手段３２と、前記プロセスチューブ２２内を真空状態にしてウェット処理で生じた液分の沸点を下げる真空手段３０とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は基板の熱処理装置及び熱処理方法に関する。さらに詳しくは、半導体ウェハなどの板状のワーク、すなわち基板をウェット処理する熱処理装置及び熱処理方法に関する。

半導体デバイスの製造プロセスにおいては、板状のワークである半導体ウェハの表面に酸化膜を形成する酸化処理工程がある。かかる酸化処理として、炉内において半導体ウェハを所定の処理温度で水蒸気と接触させて酸化（ウェット酸化）させる方法がある（例えば、特許文献１〜２参照）。

特許文献１記載の装置では、水素ガスと酸素ガスを反応させて水蒸気を発生させる燃焼装置を処理炉の外部に独立して設け、この燃焼装置により発生する水蒸気を処理炉に供給して酸化処理を行っている。
また、特許文献２記載の装置では、底部に形成された炉口が開閉可能な蓋体で閉塞された反応管（プロセスチューブ）内に配設した半導体ウェハに水蒸気を供給してウェット酸化を行っている。

特開昭６３−２１０５０１号公報特開２０００−５８５４３号公報

ところで、特許文献２記載の装置のように、プロセスチューブ底部に形成された炉口が蓋体で閉塞されるタイプの熱処理炉において、ウェット酸化処理を低温（例えば、３５０℃付近）で行うと、前記炉口に多量の水が溜まってしまう。そして、このままの状態で昇降リフトを下降させて前記蓋体による炉口の閉塞を開放すると、前記熱処理炉の下方に設けられたロード空間などが水に濡れて装置の寿命が短くなるなどの問題がある。
そこで、炉口に溜まった水を蒸発によって除去するために、プロセスチューブ内にＮ₂ガスなどのパージ用のガスを供給していた。

しかしながら、プロセスチューブ内は低温であり且つ水蒸気によって湿った雰囲気になっているので、水が蒸発しにくく、長時間（長いときには、炉内の昇降温も含めて８時間程度）に亘りパージ用のガスを供給しなければならなかった。このため、製品の生産速度を上げることができなかった。また、製品を長時間に亘り炉内に入れているので、製品が酸化過多によりデバイス特性不良を生じさせるという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、炉口に溜まった水を短時間で除去し、製品の生産速度をあげるとともに、デバイス特性不良を少なくすることができる基板の熱処理装置及び熱処理方法を提供することを目的としている。

本発明の基板の熱処理装置は、底部に設けられた炉口を通してプロセスチューブ内に搬入された基板をウェット処理する熱処理炉と、
前記炉口を開放可能に閉塞する開閉扉と、
前記熱処理炉の下方に設けられたロード空間と、
前記基板をボートで保持して前記炉口を通してロード空間側からプロセスチューブ内に搬入するとともに、当該プロセスチューブからロード空間に搬出する昇降リフトと、
前記プロセスチューブ内にパージ用のガスを供給するパージガス供給手段と、
前記プロセスチューブ内を真空状態にしてウェット処理で生じた液分の沸点を下げる真空手段と
を備えたことを特徴としている。

本発明の基板の熱処理装置では、真空手段によってプロセスチューブ内を真空（減圧）状態にして、ウェット処理で生じた水などの液分の沸点を下げることで当該液分の蒸発を促進させる。これにより、プロセスチューブの炉口に溜まっている液分を短時間で除去することができ、生産のスループットを大幅に短くすることができる。また、ウェット処理をした製品を炉内に入れている時間も短くなるので、当該製品への酸化過多によるデバイス特性不良などの悪影響を少なくすることができる。

前記パージガスの供給及びプロセスチューブ内の排気を制御する制御部をさらに備えており、
前記制御部は、パージガスの供給を遮断した第１真空状態と、パージガスを供給する第２真空状態を繰り返すように構成されているのが好ましい。この場合、プロセスチューブ内でのパージガスの供給及び停止を繰り返すことによって、より短時間で炉口に溜まった液分の蒸発及び除去を行うことができる。

前記第１真空状態の真空度をＡ（Ｐａ）としたときに、前記第２真空状態の真空度を、当該第１真空状態の真空度よりも大気圧に近いＡ＋α（Ｐａ）とすることができる。この場合、第１真空状態で蒸発促進された液分を第２真空状態で、前記液分のキャリアとして供給するパージガスで強制的に追い出すことができる。

また、本発明の基板の熱処理方法は、底部に設けられた炉口が開閉扉で閉塞されたプロセスチューブ内に配設された基板をウェット処理する熱処理方法であって、
ウェット処理により生じた液分を除去するためのパージ用ガスをプロセスチューブ内に供給する工程、及び
プロセスチューブ内を真空にして前記液分の沸点を下げる工程
を含むことを特徴としている。

本発明の基板の熱処理方法では、プロセスチューブ内を真空状態にして、ウェット処理で生じた水などの液分の沸点を下げているので、当該液分の蒸発を促進させることができる。これにより、プロセスチューブの炉口に溜まっている液分を短時間で除去することができ、生産のスループットを大幅に短くすることができる。また、ウェット処理をした製品を炉内に入れている時間も短くなるので、当該製品への酸化過多によるデバイス特性不良などの悪影響を少なくすることができる。

パージ用ガスの供給を遮断した状態でプロセスチューブ内を真空にする第１真空工程と、パージ用ガスを供給しつつプロセスチューブ内を真空にする第２真空工程とを繰り返すことができる。この場合、プロセスチューブ内でのパージガスの供給及び停止を繰り返すことによって、より短時間で炉口に溜まった液分の蒸発及び除去を行うことができる。

前記第１真空工程の真空度をＡ（Ｐａ）としたときに、前記第２真空工程の真空度を、当該第１真空工程の真空度よりも大気圧に近いＡ＋α（Ｐａ）とすることができる。この場合、第１真空状態で蒸発促進された液分を第２真空状態で、前記液分のキャリアとして供給するパージガスで強制的に追い出すことができる。

前記真空度Ａを、０．１Ｐａ〜９０ｋＰａとすることができる。また、前記熱処理を、低温のウェット酸化処理とすることができる。

本発明の基板の熱処理装置及び熱処理方法によれば、炉口に溜まった水を短時間で除去し、製品の生産速度をあげるとともに、デバイス特性不良を少なくすることができる。

本発明の基板の熱処理装置の一実施の形態の断面説明図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の基板の熱処理装置及び熱処理方法の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る基板の熱処理装置の断面説明図である。この熱処理装置は、筐体１の内部に、半導体ウェハ（基板）Ｗに熱処理を施す熱処理炉２を設け、その下方にロード空間３を設けているとともに、このロード空間３に隣接させて、半導体ウェハＷをロード空間３に搬送するための搬送空間Ａを設けている。なお、前記ロード空間３及び搬送空間Ａは、必ずしも閉鎖空間である必要はなく、開放空間である場合もある。

熱処理炉２は、上端が閉塞され下端が開放した縦長円筒状の耐熱性を有する、例えば石英製のプロセスチューブ２２の周囲に加熱ヒータ２１を配置した縦型のものである。前記プロセスチューブ２２は、ドーム状の天井部を有するアウターチューブ２２ａの内部に、円筒形のインナーチューブ２２ｂを配置したものである。熱処理炉２の底部には、半導体ウェハＷをプロセスチューブ２２内に搬入したり、プロセスチューブ２２から搬出したりするための炉口２３が設けられている。なお、前記アウターチューブ２２ａの周壁とインナーチューブ２２ｂの周壁との間の空間２２ｃは、プロセスガスなどの排気路として構成されている。

ロード空間３の内部には、半導体ウェハＷを保持するためのボート４が配置されているとともに、このボート４を熱処理炉２のプロセスチューブ２２内に導入するための昇降リフト５が設置されている。前記ボート４は、複数枚の半導体ウェハＷを上下方向に隙間を設けた状態で水平に保持するものであり、図示しないフレームを介して前記昇降リフト５に設けられた昇降テーブル５１に支持されている。なお、前記搬送空間Ａの内部には、カセットストッカや移載ロボットが配置されており（図示せず）、この移載ロボットによって、扉を通して半導体ウェハＷを前記カセットストッカからボート４に移載したり、ボート４から搬送空間Ａへ取り出したりすることができる。

昇降テーブル５１は、ロード空間３に立設された複数対のボールねじ５３に、ボールナット５４を介して連結されている。この昇降テーブル５１は、回転駆動機構５５によって前記ボールねじ５３を回転駆動することにより昇降させることができ、これにより、ボート４に保持された半導体ウェハＷをプロセスチューブ２２内に搬入したり、当該プロセスチューブ２２から搬出したりすることができる。

前記昇降テーブル５１は、その上昇端において前記熱処理炉２の炉口２３を閉塞し、その下降に伴って当該炉口２３を開放する開閉扉を兼ねている。プロセスチューブ２２は、その底部に設けられた炉口２３が昇降テーブル５１で気密に閉塞されることにより、機密性の高い熱処理炉２を構成している。

昇降テーブル５１の上方には、ヒートバリア５２が設けられている。このヒートバリア５２は、石英、ＳｉＣ、Ｓｉウェハなどからなる円板状の反射・断熱板５２ａを、所定隙間を設けて上下方向に複数段積み重ねたものであり、プロセスチューブ２１内の輻射熱を上方へ反射して当該輻射熱がロード空間３へ伝わるのを抑制している。

前記アウターチューブ２２ａの周壁とインナーチューブ２２ｂの周壁との間の空間２２ｃに連通する排気管２４は、真空手段としてのドライポンプ３０に接続されている。また、プロセスチューブ２２内には、図示しない給気管を介して、水素ガスＨ₂と酸素ガスＯ₂の燃焼反応により水蒸気を発生させて供給する燃焼装置３１、及び、プロセスチューブ２２内のガスを希釈したり当該プロセスチューブ内の水分を除去したりするためのＮ₂などの不活性ガスを供給するパージガス供給手段３２が接続されている。なお、前記給気管には、図示は省略しているが、半導体ウェハの各種処理に必要なプロセスガスを供給する手段が接続されている。

前記ドライポンプ３０、燃焼装置３１、パージガス供給装置３２及び前記回転駆動機構５５は、熱処理炉２の制御部３３に接続されており、この制御部３３によって、ドライポンプ３０によるプロセスチューブ２２の排気、燃焼装置３１による水蒸気の供給、パージガス供給装置３２によるパージガスの供給、及び回転駆動機構５５による昇降リフト５の昇降が制御されるようにされている。

本実施の形態では、半導体ウェハＷを低温（例えば、３５０℃付近）でウェット酸化した際に炉口２３に溜まる水分を、プロセスチューブ２２内を真空状態にすることで蒸発しやすくし、これにより前記水分を短時間で除去している。具体的には、ウェット酸化が終了した後に、ドライポンプ３０を駆動してプロセスチューブ２２内を排気し、当該プロセスチューブ２２の真空度を、例えば０．１Ｐａ〜９０ｋＰａにしている。このようにプロセスチューブ２２内を真空状態にすることで、水分の沸点を下げることができ、その結果、低温でも早く水分を蒸発させることができる。プロセスチューブ２２の容積やウェット酸化における処理温度などにより異なるが、従来のパージガスの供給だけによる水分除去の場合に比べ、本発明の熱処理方法によれば、１／１０〜１／４程度の時間で炉口２３に溜まった水分を除去することができる。

また、ドライポンプ３０によりプロセスチューブ２２内を排気しながら、パージ用ガスの供給と停止を交互に繰り返すサイクルパージを行うのが好ましい。より詳細には、パージ用ガスの供給を遮断した状態でプロセスチューブ２２内を第１真空状態（例えば、０．１Ｐａ〜９０ｋＰａ）にする第１真空工程と、パージ用ガスを供給しつつプロセスチューブ２２内を前記第１真空状態よりも大気圧に近い第２真空状態（例えば、０．１Ｐａ＋α〜９０ｋＰａ＋α）にする第２真空工程とを交互に繰り返すのが好ましい。プロセスチューブ２２内でのパージガスの供給及び停止を繰り返すことによって、より短時間で炉口２３に溜まった水分の蒸発及び除去を行うことができる。また、パージガスを供給する第２真空状態の真空度を、パージガスを遮断する第１真空状態の真空度よりも大気圧に近いものにすることで、パージガスが蒸発した水分のキャリアとなり強制排気することができる。前記αの値は、本発明において特に限定されるものではないが、例えば０．１〜１００ｋＰａとすることができる。

前記第１真空工程及び第２真空工程それぞれの一工程の時間は、本発明において特に限定されるものではないが、例えば０．１〜１４４０分及び０．１〜６０分とすることができる。

なお、前記実施の形態では、基板を低温でウェット酸化する際に炉口に溜まる水分を除去対象にしているが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、基板の表面に付着、又は、基板に塗布されている溶剤などの液分も、本発明の基板の熱処理方法にしたがい、プロセスチューブ内を真空状態にして当該液分の沸点を下げることにより、その蒸発時間を短くすることができる。

１筐体
２熱処理炉
３ロード空間
４ボート
５昇降リフト
２１加熱ヒータ
２２プロセスチューブ
２３炉口
２４排気管
３０ドライポンプ（真空手段）
３１燃焼装置
３２パージガス供給装置（パージガス供給手段）
３３制御部
５１昇降テーブル
５２ヒートバリア
５５回転駆動機構
Ｗ半導体ウェハ（基板）
Ａ搬送空間

Claims

底部に設けられた炉口を通してプロセスチューブ内に搬入された基板をウェット処理する熱処理炉と、
前記炉口を開放可能に閉塞する開閉扉と、
前記熱処理炉の下方に設けられたロード空間と、
前記基板をボートで保持して前記炉口を通してロード空間側からプロセスチューブ内に搬入するとともに、当該プロセスチューブからロード空間に搬出する昇降リフトと、
前記プロセスチューブ内にパージ用のガスを供給するパージガス供給手段と、
前記プロセスチューブ内を真空状態にしてウェット処理で生じた液分の沸点を下げる真空手段と
を備えたことを特徴とする基板の熱処理装置。
前記パージガスの供給及びプロセスチューブ内の排気を制御する制御部をさらに備えており、
前記制御部は、パージガスの供給を遮断した第１真空状態と、パージガスを供給する第２真空状態を繰り返すように構成されている請求項１に記載の基板の熱処理装置。
前記第１真空状態の真空度をＡ（Ｐａ）としたときに、前記第２真空状態の真空度が、当該第１真空状態の真空度よりも大気圧に近いＡ＋α（Ｐａ）である請求項２に記載の基板の熱処理装置。
底部に設けられた炉口が開閉扉で閉塞されたプロセスチューブ内に配設された基板をウェット処理する熱処理方法であって、
ウェット処理により生じた液分を除去するためのパージ用ガスをプロセスチューブ内に供給する工程、及び
プロセスチューブ内を真空にして前記液分の沸点を下げる工程
を含むことを特徴とする基板の熱処理方法。
パージ用ガスの供給を遮断した状態でプロセスチューブ内を真空にする第１真空工程と、パージ用ガスを供給しつつプロセスチューブ内を真空にする第２真空工程とを繰り返す請求項４に記載の基板の熱処理方法。
前記第１真空工程の真空度をＡ（Ｐａ）としたときに、前記第２真空工程の真空度が、当該第１真空工程の真空度よりも大気圧に近いＡ＋α（Ｐａ）である請求項５に記載の基板の熱処理方法。
前記真空度Ａが、０．１Ｐａ〜９０ｋＰａである請求項６に記載の基板の熱処理方法。
前記第１真空工程の処理時間が０．１〜１４４０分であり、前記第２真空工程の処理時間が０．１〜６０分である請求項５〜７のいずれかに記載の基板の熱処理方法。
前記熱処理が、低温のウェット酸化処理である請求項４〜８のいずれかに記載の基板の熱処理方法。