JP3764357B2 - Heat treatment device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等の基板に例えば層間絶縁膜を形成する際のキュア処理のような加熱処理を施す熱処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近時、半導体デバイスの製造工程においては、SOD(Spin on Dielectric)システムを用いて層間絶縁膜等の誘電体膜を形成することが行われている。このSODシステムでは、半導体ウエハ上に塗布膜をスピンコートした後、スピンコートされた塗布膜に対して硬化(キュア)処理を行って誘電体膜を得ており、このようなキュア処理には加熱処理が用いられている。
【0003】
このような加熱処理は、通常、チャンバ内に加熱プレートを配置して構成された加熱処理装置によって行われており、この加熱プレートの表面にウエハを載置し、加熱プレートをヒーターにより加熱することによってウエハを加熱処理する。この際に、塗布膜に対して均一な処理が行えるようにパージガスを筐体内に導入するとともに、加熱処理中に塗布膜から生じる揮発分を排出しながら加熱処理を行う必要があることから、このような加熱処理装置として、筐体上部中央から排気し、筐体の外周からパージガスまたは処理ガスを供給する構造を有するものが採用されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような加熱処理装置では加熱プレートが加熱されて筐体内において熱対流が発生するため、筐体内に供給されたパージガスが上昇気流とともに筐体上部中央の排気口から排出されてしまい、筐体内が均一なパージガス雰囲気とはならず、均一な膜を得難いという問題点がある。
【0005】
また、排気には昇華物が含まれているため、排気配管に昇華物をトラップするためのトラップ機構が取り付けられているが、メンテナンスの際にはトラップ機構までの配管等まで洗浄が必要となり、メンテナンス性が悪いという問題点がある。
【0006】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、筐体内での熱対流の影響を受け難く、パージガスや処理ガスを筐体内に均一に供給することができる加熱処理装置を提供することを目的とする。また、トラップ機構のメンテナンス性が高い加熱処理装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第1の観点では、基板を載置して加熱する加熱プレートと、
前記加熱プレートを収容するチャンバと、
前記チャンバ内に所定のガスを供給するガス供給機構と、
前記チャンバ内を排気する排気機構と、
前記ガス供給機構からのガスをチャンバ内に導入するガス導入部と、
前記チャンバ内のガスを排出するガス排出部と
を具備し、
前記ガス導入部は、前記チャンバの天壁にガスを導入するガス導入口と、
前記ガス導入口から前記天壁内を水平方向に直線的に延びる主ガス導入路と、
前記主ガス導入路から前記チャンバの天壁内を同心円状に延び、複数の給気口が設けられた副ガス導入路とを有し、
前記ガス排出部は、前記チャンバの天壁からチャンバ内のガスを排出するガス排出口と、
前記ガス排出口に連通するガス通路から前記天壁内を水平方向に延びる主排気路と、
前記主排気路から前記チャンバの天壁内を同心円状に延び、複数の排気口が設けられた副排気路とを有し、
前記副ガス導入路と前記副排気路とは交互に配置されていることを特徴とする加熱処理装置を提供する。
【0008】
このような構成によれば、チャンバの天壁に設けられた複数の給気口からガスが供給され、この給気口と交互的に設けられた複数の排気口から排気されるので、ガスの供給および排気を局所的な領域毎に行うことができ、熱対流の影響が少なく、チャンバ内に均一にガスを供給することができる。
また、ガス導入部は、チャンバの天壁にガスを導入するガス導入口と、ガス導入口から天壁内を水平方向に直線的に延びる主ガス導入路と、主ガス導入路からチャンバの天壁内を同心円状に延び、複数の給気口が設けられた副ガス導入路とを有し、ガス排出部は、チャンバの天壁からチャンバ内のガスを排出するガス排出口と、ガス排出口に連通するガス 通路から天壁内を水平方向に延びる主排気路と、主排気路からチャンバの天壁内を同心円状に延び、複数の排気口が設けられた副排気路とを有し、副ガス導入路と副排気路とは交互に配置されている構成としたので、チャンバ内へのガスの供給をより均一に行うことができ、さらに、チャンバからの排気をより均一かつ速やかに行うことができる。
【0009】
この場合に、前記ガス導入口は、前記チャンバの天壁の周辺部に設けられ、前記主ガス導入路は、前記ガス導入口から前記チャンバの天壁の略中央まで延び、前記ガス排出口に連通するガス通路は、前記チャンバの天壁の略中央に設けられ、前記主排気路は、前記チャンバの天壁の周辺部から前記ガス通路まで延びている構成とすることができる。
【0010】
上記のような主ガス導入路と副ガス導入路とを有する構成において、給気口が、前記副ガス導入路の先端に行くに従ってその径が大きくなっていること、および/または前記副ガス導入路の先端に行くに従ってその間隔が狭くなっていることが好ましい。これによりガスの供給が少なくなりやすい副ガス導入路の先端部においてガスを多く供給することが可能となるので、ガスの供給をより均一に行うことができる。
【0011】
また、前記ガス排出部に着脱自在に設けられたトラップ機構をさらに具備することにより、チャンバ内に均一にガスを供給することができることに加えて、メンテナンス性を高くすることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る加熱処理装置を搭載したSODシステムを概略的に示す平面図、図2は図1に示したSODシステムを概略的に示す正面図、図3は図1に示したSODシステム内に装着された2個のユニット積層体および主搬送機構を示す側面図である。このSODシステムは、大略的に、処理ステーション1と、サイドキャビネット2と、キャリアステーション(CSB)3とを有しており、処理ステーション1の両側にサイドキャビネット2およびキャリアステーション(CSB)3が設けられている。
【0013】
処理ステーション1は、サイドキャビネット2側に主処理部1a、およびキャリアステーション(CSB)3側に副処理部1bを有している。
【0014】
主処理部1aは、中央に半導体ウエハ(以下、単にウエハという)Wを搬送するための主ウエハ搬送機構(PRA)18が設けられ、その前面側には、図1および図2に示すように、上段に設けられた2つの塗布処理ユニット(SCT)11,12と、下段に設けられた薬品等を内蔵した2つのケミカル室13,14とを有している。また、主ウエハ搬送機構(PRA)18を挟んでサイドキャビネット2側およびキャリアステーション(CSB)3側には、それぞれ複数の処理ユニットを多段に積層してなる処理ユニット群16および17が設けられている。
【0015】
主ウエハ搬送機構(PRA)18は、図3に示すように、Z方向に延在し、垂直壁51a,51bおよびこれらの間の側面開口部51cを有する筒状支持体51と、その内側に筒状支持体51に沿ってZ方向に昇降自在に設けられたウエハ搬送体52とを有している。筒状支持体51はモータ53の回転駆動力によって回転可能となっており、それに伴ってウエハ搬送体52も一体的に回転されるようになっている。ウエハ搬送体52は、搬送基台54と、搬送基台54に沿って前後に移動可能な3本のウエハ搬送アーム55,56,57とを備えており、ウエハ搬送アーム55〜57は、筒状支持体51の側面開口部51cを通過可能な大きさを有している。これらウエハ搬送アーム55〜57は、搬送基台54内に内蔵されたモータおよびベルト機構によりそれぞれ独立して進退移動することが可能となっている。ウエハ搬送体52は、モータ58によってベルト59を駆動させることにより昇降するようになっている。なお、符号40は駆動プーリー、41は従動プーリーである。
【0016】
処理ユニット群16は、図3に示すように、その上側から順に低温用の加熱処理ユニット(LHP)19と、2個の硬化(キュア)処理ユニット(DLC)20と、2個のエージングユニット(DAC)21とが積層されて構成されている。また、処理ユニット群17は、その上から順に2個のベーク処理ユニット(DLB)22と、低温用の加熱処理ユニット(LHP)23と、2個の冷却処理ユニット(CPL)24と、受渡部(TRS)25と、冷却処理ユニット(CPL)26とが積層されて構成されている。なお、受渡部(TRS)25は、クーリングプレートの機能を兼ね備えることが可能である。なお、加熱処理ユニット(LHP)19,23、キュア処理ユニット(DLC)20およびベーク処理ユニット(DLB)22は、いずれも、加熱プレート上でのウエハWの加熱処理を伴うものであり、冷却処理ユニット(CPL)24,26はクーリングプレートにて冷却を行うものである。また、キュア処理ユニット(DLC)20およびベーク処理ユニット(DLB)22は、窒素ガス等の不活性ガスを供給しながら加熱処理を行うものである。
【0017】
副処理部1bは、処理ユニット群17からキャリアステーション(CSB)3に向けて延びる搬送路32に沿って移動可能に設けられた副搬送機構33と、搬送路32の両側に2段ずつ積層して設けられた本実施形態に係る加熱処理装置としての4個の冷却機能付き高温加熱処理ユニット(HHP)31を有している。
【0018】
サイドキャビネット2は、その上段に薬液を供給するためのバブラー(Bub)27と、排気ガスの洗浄のためのトラップ(TRAP)28とを有している。また、その下段には、電力供給源(図示せず)と、HMDSやアンモニア水(NH4OH)等の薬液を貯留するための薬液室(図示せず)と、廃液を排出するためのドレイン(図示せず)とを有している。
【0019】
キャリアステーション(CSB)3は、複数枚(例えば25枚)のウエハWを収納可能なウエハキャリア(図示せず)を他のシステムからこのシステムへ搬入またはこのシステムから他のシステムへ搬出したり、ウエハキャリアと処理ステーション1との間でウエハWの搬送を行うためのものであり、キャリア載置台およびウエハ搬送機構(いずれも図示せず)を有している。
【0020】
このように構成されたSODシステムにおいて適宜の誘電体膜を形成する際には、種々の方法が採用される。例えば、ゾル−ゲル法により層間絶縁膜を形成する場合には、塗布処理ユニット(SCT)11,12のいずれかで所定の塗布膜を塗布後、エージングユニット(DAC)21においてサイドキャビネット2内のバブラー(Bub)27により蒸気化された例えばアンモニアをユニット内に供給してエージング処理が行われ、低温用の加熱処理ユニット(LHP)19,23のいずれかで加熱処理後、ベーク処理ユニット(DLB)22によりベーク処理が行われる。また、スピードフィルム法により層間絶縁膜を形成する場合には、塗布処理ユニット(SCT)11,12のいずれかでアドヒージョンプロモータの塗布を行った後、低温用の加熱処理ユニット(LHP)19,23のいずれかで加熱処理を行い、塗布処理ユニット(SCT)11,12のいずれかで成膜用の塗布を行い、さらに低温用の加熱処理ユニット(LHP)19,23のいずれかでの加熱処理およびベーク処理ユニット(DLB)22でのベーク処理、キュア処理ユニット(DLC)20でのキュア処理がこの順で行われる。さらに、フォックス法により層間絶縁膜を形成する場合には、塗布処理ユニット(SCT)11,12のいずれかで所定の塗布膜を塗布後、さらに低温用の加熱処理ユニット(LHP)19,23のいずれかでの加熱処理およびベーク処理ユニット(DLB)22でのベーク処理、キュア処理ユニット(DLC)20でのキュア処理がこの順で行われる。一方、近時、低電力で高速動作し、かつデータが不揮発であるメモリ素子として強誘電体薄膜を用いた強誘電体メモリが注目されており、その製造プロセスとしてSODシステムが検討されているが、上記SODシステムではこのような強誘電体薄膜を形成することもでき、その場合には、まず、主処理部1aにてウエハWに対して、塗布処理ユニット(SCT)11,12のいずれかで加水分解型の塗布液を塗布し、必要に応じてエージングユニット(DAC)21でエージング処理を行った後、低温用の加熱処理ユニット(LHP)19,23のいずれかで加熱処理を行い、次いで受渡部(TRS)25を介してウエハWを副処理部1bに搬送し、本実施形態に係る冷却機能付き高温加熱処理ユニット(HHP)31にて650℃以上の高温でベーク処理を行う。なお、ウエハWを所定の温度に保持する目的で、または加熱後の冷却を目的として、ウエハWが冷却処理ユニット(CPL)24,26にて適宜処理される。
【0021】
以上の処理は例示であって、得ようとする誘電体膜または塗布膜の種類に応じて種々の処理が適用され、その中で高温に加熱する必要がある処理は、本実施形態の冷却機能付き高温加熱処理ユニット(HHP)31にて加熱処理される。また、これら各種の方法によって形成される塗布膜としては有機系、無機系およびハイブリッド系の各種材料を用いることが可能である。
【0022】
次に、本発明の一実施形態に係る加熱処理装置である冷却機能付き高温加熱処理ユニット(HHP)31について説明する。図4は冷却機能付き高温加熱処理ユニット(HHP)31の概略構造を示した断面図である。
【0023】
この冷却機能付き高温加熱処理ユニット(HHP)31は、加熱部31aと冷却部31bとを有している。
【0024】
加熱部31aは、チャンバ61と、ウエハWを載置して加熱する加熱プレート62と、加熱プレート62の外周を囲繞するように設けられたサポートリング63と、加熱プレート62を貫通するように突没自在に設けられた3本の昇降ピン64と昇降ピン64を昇降させる昇降機構65とを有している。加熱プレート62にはヒーターが内蔵されており、ヒーターにより700℃程度の高温に昇温可能となっている。
【0025】
また、加熱部31aは、チャンバ61内にパージガスを供給するパージガス供給機構66と、チャンバ61内を排気する排気機構67とを有している。そして、パージガス供給機構66からのパージガスはチャンバ61の天壁61aに設けられたパージガス導入部68を介してチャンバ61内に導入され、チャンバ61内のガスはチャンバ61の天壁61aに設けられたガス排出部74を介して排出される。パージガス供給機構66から供給されるパージガスは特に限定されないが、強誘電体メモリ用の強誘電体薄膜を形成する場合には、O2とN2との混合ガスが用いられる。
【0026】
パージガス導入部68は、天壁61aの加熱プレート62に対向する部分に設けられた下段プレート61bの全面に多数設けられた給気口69を有している。この給気口69へは天壁61aの上面端部に設けられたパージガス導入口70およびそこから下方に延びるパージガス通路71、ならびに以下に説明する図5に示す主ガス導入路72および副ガス導入路73を介してパージガスが供給される。一方、ガス排出部74は、同様に下段プレート61bの全面に多数設けられた排気口75を有している。この排気口75から吸引された気体は、図5に示す副排気路77および主排気路76から中央の通路78a,78b、天壁61aの中央上部に設けられたキャップ部材79の内部空間79aおよびガス排出口80を経て天壁61aから排出される。上記給気口69と排気口75とは交互的に設けられている。ここで、排気口75は給気口69よりも大きく構成されており、例えば給気口69の2倍の径を有している。このように給気口69を小さくすることにより、給気速度を速くしてパージガスが有効にウエハWに到達させることができる。
【0027】
パージガス導入部68およびガス排出部74の詳細な構造を図5に示す。図5は、チャンバ61の天壁61aの下段プレート61bを示す水平断面図である。この図に示すように、パージガス導入部68は、下段プレート61b内の端部のパージガス通路71の導入部71aから中心付近にかけて水平方向に直線的に延びる主ガス導入路72と、この主ガス導入路72から下段プレート61b内を同心円状に延び、複数の上記給気口69が設けられた複数の副ガス導入路73とを有している。一方、ガス排出部74は、下段プレート61bの中央の排気ガスが通る通路78aの吸引口78cから水平方向に直線的に延びる主排気路76と、主排気路76から下段プレート61b内を同心円状に延び、複数の上記排気口75が設けられた複数の副排気路77とを有している。そして、上記副ガス導入路73と上記副排気路77とは交互に配置されている。また、上記主ガス導入路72と上記主排気路76とは、同心円状の副ガス導入路73および副排気路77の直径に対応するように一直線をなしている。なお、上述したように排気口75が給気口69よりも大きく構成されていることから、副排気路77は副ガス導入路73よりも幅広となっている。
【0028】
チャンバ61の天壁61aにおける下段プレート61bの上には中央が円盤状にくりぬかれた中段プレート61cが設けられており、その中段プレート61cの中央の空間部に円盤状のトラップ機構82が設けられている。トラップ機構82の下および上にはそれぞれ空間81および83が設けられており、主排気路76から上方に延びる通路78aを経て空間81に達した排気ガスがトラップ機構82を通過して排気ガス内の昇華物等がトラップされる。トラップ機構82を通過した排気ガスは空間83からその上方に延びる通路78bに至る。トラップ機構82はカートリッジタイプであり容易に着脱可能となっている。
【0029】
チャンバ61の天壁61aにおける中段プレート61cの上には、冷却水等の冷媒が通流する冷媒流路84が形成された上段プレート61dが設けられている。一方、チャンバ61の底部には冷媒導入ポート85と冷媒排出ポート86とが設けられており、冷媒導入ポート85から導入された冷媒が上段プレート61dの冷媒流路84を通って冷媒排出ポート86から排出されて冷媒が循環され、これにより上記トラップ機構82を冷却するようになっている。このようにしてトラップ機構82が冷却されることにより、昇華物が冷却されて固体化しやすくなり、昇華物をより有効にトラップすることができる。
【0030】
チャンバ61の底部にはリフレクター(反射板)63を支持する支持ブロック88が設けられており、また加熱プレート62からリフレクター63およびチャンバ61の底壁を貫通して、加熱プレート62を加熱するヒーター(図示せず)のケーブル89aが通っているケーブル保護管89が設けられ、このヒーターのケーブル89aはヒーター電源90に接続されている。
【0031】
チャンバ61の側壁の冷却部31b側の部分にはウエハ搬入出口87が設けられており、このウエハ搬入出口87を介してチャンバ61に対するウエハWの搬入出が行われるようになっている。
【0032】
このウエハ搬入出口87が設けられたチャンバ61の側壁にはゲートシャッタ室91が接続されている。このゲートシャッタ室91には、ウエハ搬入出口87に対応する位置に第1のウエハ通過孔92が設けられ、その反対側には第2のウエハ通過孔93が設けられている。ゲートシャッタ室91の内部にはウエハ搬出入口87を開閉自在にゲートシャッタ94が設けられており、このゲートシャッタ94はゲートシャッタ室91の下方に設けられたシリンダ96によりピストン95を上下動することにより、ゲートシャッタ94を開閉するようになっている。
【0033】
冷却部31bは、チャンバ101と、ウエハWを載置して冷却する冷却プレート102と、冷却プレート102を支持する支持部材103と、冷却プレート102を貫通するように突没自在に設けられた3本の昇降ピン104と昇降ピン104を昇降させる昇降機構105とを有している。冷却プレート102には冷却水等の冷媒が通流する図示しない冷媒流路が設けられており、冷却プレート102の下部にはその冷媒流路に接続された冷媒導入管107と冷媒排出管108が設けられている。そして、冷媒導入管107から冷却水等の冷媒を冷媒流路に供給し、冷媒排出管108から冷媒を排出することにより冷媒が冷媒流路を流れ冷却プレート102を所定の温度に制御するようになっている。
【0034】
チャンバ101内の上部には水平方向に沿ってシャワープレート109が設けられており、シャワープレート109には多数のガス吐出孔が形成されている。チャンバ101の上面にはパージガスを導入するパージガス導入口111が形成されており、このパージガス導入口111にはパージガス供給機構112が接続されている。そして、パージガス供給機構112からパージガス、例えばO2とN2との混合ガスがチャンバ101内に導入される。具体的には、最初にチャンバ101の天壁とシャワープレート109との間の空間113にパージガスが導入され、空間113のパージガスがシャワープレート109のガス吐出孔110を介して下方に均一に吐出される。また、チャンバ101の底壁には排気口114が設けられており、この排気口114には排気機構115が接続されている。そして、排気機構115により排気口114を介してチャンバ101内を排気する。
【0035】
チャンバ101内のシャワープレート109と冷却プレート102との間には水平にガイドレール116が設けられており、ガイドレール116に沿って、ウエハ保持アーム117が取り付けられたスライダ118が移動可能となっている。ウエハ保持アーム117は、AlN等のセラミックスで構成され、冷却プレート102から数mm離隔して水平に配置されている。そして、ウエハ保持アーム117はウエハWを保持した状態で図示しない駆動機構によりスライダ118をガイドレール116に沿って移動させることにより、ウエハWを冷却部31bのチャンバ101と加熱部31aのチャンバ61との間で搬送可能となっている。
【0036】
チャンバ101の加熱部31a側の側壁にはウエハ搬送口119が形成されており、このウエハ搬送口119を介してウエハWを冷却部31bと加熱部31aとの間で搬送するようになっている。
【0037】
なお、この冷却機能付き高温加熱処理ユニット(HHP)31に対するウエハWの搬入出は、冷却部31bのチャンバ101に設けられた図示しないウエハ搬入出口を介して副搬送機構33により行われる。
【0038】
次に、このように構成された冷却機能付き高温加熱処理ユニット(HHP)31の動作について説明する。まず、冷却部31bの搬入出口からウエハWを搬入する。このとき、ウエハ保持アーム117を冷却部31bのチャンバ101内における冷却プレート102の直上に位置させ、昇降ピン104を突出させた状態にして、図6に示すように、副搬送機構33によりウエハWを昇降ピン104上に載せ、次いで昇降ピン104を下降させてウエハ保持アーム117上にウエハWを載置させる。
【0039】
続いて、ゲートシャッタ室91のゲートシャッタ94を開にしてウエハWが載置されたウエハ保持アーム117を加熱部31aのチャンバ61内に搬送し、図7に示すように加熱プレート62直上に位置させ、昇降ピン64を上昇させてウエハWを昇降ピン64上に載置させる。そして、ウエハ保持アーム117を退避させ、ゲートシャッタ94を閉じ、昇降ピン64を下降させることにより、図4に示したようにウエハWが加熱プレート62に載置された状態となる。
【0040】
このとき、内蔵されたヒーターにより加熱プレート62は例えば600〜700℃程度の高温に加熱されており、チャンバ61内の空間には熱対流が生じている。そして、パージガス導入部68からはパージガス供給機構66からのパージガスがチャンバ61内に導入され、排気機構67によりガス排出部74を介してチャンバ61内が排気される。
【0041】
この際にチャンバ61の天壁61aに設けられた複数の給気口69からパージガスが供給され、この給気口69と交互的に設けられた複数の排気口75から排気されるので、ガスの供給および排気を局所的な領域毎に行うことができる。したがって、チャンバ61内に熱対流が生じていても、それによって供給されたパージガスがウエハWに到達せずに排気されるおそれが少なく、熱対流の影響は少ないから、チャンバ61内に均一にガスを供給することができる。
【0042】
また、パージガス導入部68は、水平方向に直線的に延びる主ガス導入路72と、この主ガス導入路72から下段プレート61b内を同心円状に延び、複数の上記給気口69が設けられた複数の副ガス導入路73とを有し、ガス排出部74は、水平方向に直線的に延びる主排気路76と、主排気路76から下段プレート61b内を同心円状に延び、複数の上記排気口75が設けられた複数の副排気路77とを有し、副ガス導入路73と副排気路77とは交互に配置されているので、チャンバ61内へのパージガスの供給をより均一に行うことができ、また、チャンバ61からの排気をより均一かつ速やかに行うことができる。
【0043】
この場合に、主ガス導入路72から延びる副ガス導入路73では先端に行くほど供給されるガス量が少なくなるので、図8の(a)に示すように副ガス導入路73の先端に行くほど吸気口69の径を大きくしたり、図8の(b)に示すように、副ガス導入路73の先端に行くほど給気口69の間隔を狭くすることが好ましい。これにより、パージガスの供給をチャンバ61内でより均一に行うことができる。
【0044】
一方、排気口75から吸引された排気ガスは、副排気路77、主排気路76、通路78a、空間81を通ってトラップ機構82に至り、そこで排気ガス中の昇華物等がトラップされる。この場合に、トラップ機構82はチャンバ61の天壁61a内に着脱自在に設けられているため、メンテナンスの際にはトラップ機構82を取り外して洗浄しさえすればよく、配管等の洗浄が不要である。したがって、メンテナンス性が高い。また、チャンバ61の天壁61aには冷却水等の冷媒が通流されているので、トラップ機構82が冷却されており、トラップ機構82において昇華物が速やかに冷却されて固体になりやすく、昇華物のトラップ効率が高い。
【0045】
なお、チャンバ61内の下段プレート61bとトラップ機構82との間および下段プレート61bと中段プレート61cとの間に断熱材を設けてもよい。これにより、冷却されたチャンバ61内の中段プレート61cおよびトラップ機構82の熱影響による下段プレート61bの温度下降を防止し、排気口75内で昇華物が冷却され固体化し付着するのを防止することができる。
【0046】
以上のようにして加熱処理が終了した後、昇降ピン64によりウエハWが持ち上げられ、ゲートシャッタ94を開にして加熱部31aのチャンバ61内に再びウエハ保持アーム117が進入してきてその上にウエハWが載置される。この場合にウエハWは700℃程度の高温になっているが、ウエハ保持アーム117はセラミック製であるため、熱によるダメージは生じない。
【0047】
次に、ウエハWを受け取ったウエハ保持アーム117を冷却部31bのチャンバ101内に移動させ、ゲートシャッタ94を閉じる。チャンバ101内は、パージガス供給機構112からパージガス導入口111を経て導入されたパージガス、例えばO2とN2との混合ガスをシャワープレート109のガス吐出孔110から下方に吐出させ、排気機構115により排気口114を経て排気することにより、清浄なパージガス雰囲気に維持されており、その状態でウエハ保持アーム117上のウエハWを冷却プレート102の直上に位置させ、冷却プレート102の冷熱によりウエハWを冷却する。
【0048】
このようにして冷却部31bでウエハWを冷却するので、ウエハWが700℃という高温に加熱された場合でも副搬送機構33に支障なくウエハWを次工程に搬送することが可能となる。また、ウエハ保持アーム117上に載置された状態で冷却されるため、工程が簡略化される。この場合に、ウエハ保持アーム117は冷却プレート102の直上数mmの位置にあるので、冷却効率は高く維持される。
【0049】
ウエハWの冷却が終了した後、昇降ピン104を上昇させてウエハWを持ち上げ、図示しない搬入出口から副搬送機構33をウエハWの直下に挿入し、昇降ピン104を下降させることにより、副搬送機構33上にウエハWを載置し、ウエハWを搬出し、冷却機能付き高温加熱処理ユニット(HHP)31での処理を終了する。
【0050】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の思想の範囲内で種々変形可能である。例えば、上記実施形態では主ガス導入路から同心円状に延びる副ガス導入路と主排気路から同心円状に延びる副排気路とを交互に設け、これら副ガス導入路および副排気路にそれぞれ給気口および排気口を設けたが、これに限らず、複数の給気口と排気口とが交互的に設けられている構造であれば適用可能である。また、上記実施形態では、冷却機能を有する高温加熱処理ユニットに本発明を適用したが、冷却機能は必ずしも必要ではない。さらに、上記実施形態ではチャンバ内に供給されるガスとしてパージガスの例について示したが、これに限らず、他の処理を目的としたガスであってもよい。さらにまた、処理される基板は、半導体ウエハに限定されるものではなく、例えば、LCD基板等の他の基板であっても構わない。
【0051】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、チャンバの天壁に設けられた複数の給気口からガスが供給され、この給気口と交互的に設けられた複数の排気口から排気されるので、ガスの供給および排気を局所的な領域毎に行うことができ、熱対流の影響が少なく、チャンバ内に均一にガスを供給することができ、加熱処理を均一に行うことができる。
【0052】
また、チャンバ内に設けられたガス排出部に、トラップ機構を着脱自在に設けたので、メンテナンスの際にはトラップ機構を取り外して洗浄しさえすればよく、配管等の洗浄が不要である。したがって、洗浄する部品を削減することができ、メンテナンス性を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態に係る加熱処理装置を搭載したSODシステムを概略的に示す平面図。
【図2】 図1のSODシステムを概略的に示す正面図。
【図3】 図1に示したSODシステム内に装着された2個のユニット積層体および主搬送機構を概略的に示す側面図。
【図4】 本発明の一実施形態に係る加熱処理装置である冷却機能付き高温加熱処理ユニット(HHP)の概略構造を示す断面図。
【図5】 パージガス導入部およびガス排出部の詳細な構造を示す水平断面図。
【図6】 本発明の一実施形態に係る加熱処理装置である冷却機能付き高温加熱処理ユニット(HHP)の動作を説明するための断面図。
【図7】 本発明の一実施形態に係る加熱処理装置である冷却機能付き高温加熱処理ユニット(HHP)の動作を説明するための断面図。
【図8】 パージガス導入部における副ガス導入路の好ましい例を示す図。
【符号の説明】
1;処理ステーション
2;サイドキャビネット
3;キャリアステーション(CSB)
16,17;処理ユニット群
18;主ウエハ搬送機構(PRA)
31;冷却機能付き高温加熱処理ユニット(HHP)(加熱処理装置)
31a;加熱部
31b;冷却部
61;チャンバ
61a;天壁
62;加熱プレート
66;パージガス供給機構
67;排気機構
68;パージガス導入部
69;給気口
70;ガス導入口
71;パージガス通路
72;主ガス導入路
73;副ガス導入路
74;ガス排出部
75;排気口
76;主排気路
77;副排気路
78a,78b;通路
80;ガス排出口
82;トラップ機構
84;冷媒流路
W;半導体ウエハ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat treatment apparatus for performing a heat treatment such as a curing process when an interlayer insulating film is formed on a substrate such as a semiconductor wafer.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in a semiconductor device manufacturing process, a dielectric film such as an interlayer insulating film is formed by using an SOD (Spin on Dielectric) system. In this SOD system, after a coating film is spin-coated on a semiconductor wafer, a dielectric film is obtained by performing a curing process on the spin-coated coating film. Processing is used.
[0003]
Such heat treatment is usually performed by a heat treatment apparatus configured by disposing a heating plate in a chamber. A wafer is placed on the surface of the heating plate, and the heating plate is heated by a heater. Then, the wafer is heated. At this time, it is necessary to introduce a purge gas into the casing so that a uniform treatment can be performed on the coating film, and to perform the heat treatment while discharging volatile matter generated from the coating film during the heat treatment. As such a heat treatment apparatus, an apparatus having a structure that exhausts air from the upper center of the housing and supplies purge gas or processing gas from the outer periphery of the housing is employed.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a heat treatment apparatus, the heating plate is heated and thermal convection is generated in the housing, so that the purge gas supplied into the housing is exhausted from the exhaust port in the upper center of the housing together with the rising airflow. There is a problem that the inside of the body does not have a uniform purge gas atmosphere and it is difficult to obtain a uniform film.
[0005]
In addition, since the exhaust contains sublimate, a trap mechanism for trapping the sublimate is attached to the exhaust pipe, but when maintenance is performed, it is necessary to clean the pipe to the trap mechanism, etc. There is a problem of poor maintainability.
[0006]
The present invention has been made in view of such circumstances, and is to provide a heat treatment apparatus that is less susceptible to thermal convection in the housing and can uniformly supply purge gas and processing gas into the housing. Objective. Moreover, it aims at providing the heat processing apparatus with high maintainability of a trap mechanism.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, in a first aspect of the present invention, a heating plate for placing and heating a substrate;
A chamber containing the heating plate;
A gas supply mechanism for supplying a predetermined gas into the chamber;
An exhaust mechanism for exhausting the chamber;
A gas introduction unit for introducing gas from the gas supply mechanism into the chamber;
A gas discharge section for discharging the gas in the chamber;
Comprising
The gas introduction part includes a gas introduction port for introducing gas into the top wall of the chamber;
A main gas introduction path extending linearly in the horizontal direction from the gas introduction port in the ceiling wall;
A sub-gas introduction passage that extends concentrically from the main gas introduction passage in the top wall of the chamber and is provided with a plurality of air supply ports;
The gas discharge unit includes a gas discharge port for discharging gas in the chamber from the top wall of the chamber;
A main exhaust passage extending horizontally in the top wall from a gas passage communicating with the gas outlet;
A concentric circle extending from the main exhaust passage in the top wall of the chamber, and a sub exhaust passage provided with a plurality of exhaust ports,
The sub-gas introduction path and the sub-exhaust path are alternately arranged to provide a heat treatment apparatus.
[0008]
According to such a configuration, gas is supplied from a plurality of air supply ports provided on the top wall of the chamber, and exhausted from a plurality of exhaust ports provided alternately with the air supply ports. Supply and exhaust can be performed for each local region, and the influence of thermal convection is small, and gas can be supplied uniformly into the chamber.
The gas introduction unit includes a gas introduction port for introducing gas into the ceiling wall of the chamber, a main gas introduction path extending linearly in the top wall from the gas introduction port in the horizontal direction, and The gas exhaust section includes a gas exhaust port that exhausts gas in the chamber from the top wall of the chamber, and a gas exhaust port that extends concentrically in the wall and has a plurality of air supply ports. Gas communicating with the outlet A sub-gas introduction passage having a main exhaust passage extending horizontally from the passage in the top wall and a sub-exhaust passage extending concentrically from the main exhaust passage in the top wall of the chamber and having a plurality of exhaust ports. Since the sub-exhaust passages and the sub-exhaust passages are alternately arranged, the gas can be supplied into the chamber more uniformly, and the exhaust from the chamber can be performed more uniformly and rapidly.
[0009]
In this case, the gas introduction port is provided in a peripheral portion of the top wall of the chamber, and the main gas introduction path extends from the gas introduction port to a substantially center of the top wall of the chamber, and is connected to the gas discharge port. The communicating gas passage is provided in the approximate center of the top wall of the chamber, and the main exhaust path isChamberIt can be set as the structure extended from the peripheral part of the top wall to the said gas channel.
[0010]
In the configuration having the main gas introduction path and the auxiliary gas introduction path as described above, the diameter of the air supply port increases toward the tip of the auxiliary gas introduction path, and / or the auxiliary gas introduction. It is preferable that the space | interval becomes narrow as it goes to the front-end | tip of a road. As a result, a large amount of gas can be supplied at the tip of the auxiliary gas introduction path, where the gas supply tends to be reduced, so that the gas can be supplied more uniformly.
[0011]
Further, by further including a trap mechanism that is detachably provided in the gas discharge part, it is possible to supply gas uniformly into the chamber and to improve maintenance performance.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
1 is a plan view schematically showing an SOD system equipped with a heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a front view schematically showing the SOD system shown in FIG. 1, and FIG. 2 is a side view showing two unit stacks and a main transport mechanism mounted in the SOD system shown in FIG. This SOD system generally includes a processing station 1, a side cabinet 2, and a carrier station (CSB) 3, and the side cabinet 2 and the carrier station (CSB) 3 are provided on both sides of the processing station 1. It has been.
[0013]
The processing station 1 has a
[0014]
The
[0015]
As shown in FIG. 3, the main wafer transfer mechanism (PRA) 18 extends in the Z direction, has a
[0016]
As shown in FIG. 3, the
[0017]
The
[0018]
The side cabinet 2 has a bubbler (Bub) 27 for supplying a chemical solution to an upper stage thereof, and a trap (TRAP) 28 for cleaning exhaust gas. In the lower stage, a power supply source (not shown), HMDS and ammonia water (NH4It has a chemical chamber (not shown) for storing a chemical solution such as OH) and a drain (not shown) for discharging the waste solution.
[0019]
The carrier station (CSB) 3 carries a wafer carrier (not shown) capable of storing a plurality of (for example, 25) wafers W from another system into this system or from this system to another system, This is for carrying the wafer W between the wafer carrier and the processing station 1, and has a carrier mounting table and a wafer carrying mechanism (both not shown).
[0020]
In forming an appropriate dielectric film in the SOD system configured as described above, various methods are employed. For example, when an interlayer insulating film is formed by a sol-gel method, a predetermined coating film is applied by one of the coating processing units (SCT) 11 and 12, and then the aging unit (DAC) 21 Aging treatment is performed by supplying, for example, ammonia vaporized by a bubbler (Bub) 27 into the unit, and after the heat treatment in one of the low-temperature heat treatment units (LHP) 19 and 23, the bake treatment unit (DLB) ) 22 to perform the baking process. When an interlayer insulating film is formed by the speed film method, after applying an adhesion promoter in one of the coating processing units (SCT) 11 and 12, a low-temperature heating processing unit (LHP) 19 is applied. , 23, heat treatment is performed in any one of the coating processing units (SCT) 11, 12, and film formation is performed in any one of the heat treatment units (LHP) 19, 23 for low temperature. The heat treatment and the baking treatment in the baking treatment unit (DLB) 22 and the curing treatment in the cure treatment unit (DLC) 20 are performed in this order. Further, when an interlayer insulating film is formed by the Fox method, a predetermined coating film is applied by one of the coating processing units (SCT) 11 and 12, and then the low-temperature heat processing units (LHP) 19 and 23 are applied. Any one of the heat treatment, the baking treatment in the baking treatment unit (DLB) 22 and the curing treatment in the cure treatment unit (DLC) 20 are performed in this order. On the other hand, a ferroelectric memory using a ferroelectric thin film has recently attracted attention as a memory element that operates at low power and high speed and has non-volatile data, and an SOD system has been studied as a manufacturing process thereof. In the SOD system, such a ferroelectric thin film can be formed. In this case, first, one of the coating processing units (SCT) 11 and 12 is applied to the wafer W in the
[0021]
The above process is an example, and various processes are applied depending on the type of dielectric film or coating film to be obtained. Among them, the process that needs to be heated to a high temperature is the cooling function of this embodiment. Heat treatment is performed in the attached high temperature heat treatment unit (HHP) 31. In addition, various organic, inorganic, and hybrid materials can be used as the coating film formed by these various methods.
[0022]
Next, the high temperature heat processing unit (HHP) 31 with a cooling function which is the heat processing apparatus which concerns on one Embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a high temperature heat treatment unit (HHP) 31 with a cooling function.
[0023]
The high-temperature heat treatment unit (HHP) 31 with a cooling function includes a
[0024]
The heating unit 31aChamber61, a
[0025]
The
[0026]
The purge
[0027]
The detailed structure of the purge
[0028]
A
[0029]
Above the
[0030]
A
[0031]
A wafer loading / unloading
[0032]
A
[0033]
The cooling unit 31bChamber101, a
[0034]
A
[0035]
A
[0036]
A
[0037]
The loading / unloading of the wafer W to / from the high-temperature heat treatment unit (HHP) 31 with a cooling function is performed by the
[0038]
Next, the operation of the high-temperature heat treatment unit with cooling function (HHP) 31 configured as described above will be described. First, the wafer W is loaded from the loading / unloading port of the
[0039]
Subsequently, the gate shutter 94 of the
[0040]
At this time, built-inheaterThus, the
[0041]
At this time, purge gas is supplied from a plurality of
[0042]
Further, the purge
[0043]
In this case, since the amount of gas supplied to the auxiliary
[0044]
On the other hand, the exhaust gas sucked from the
[0045]
A heat insulating material may be provided between the
[0046]
After the heat treatment is completed as described above, the wafer W is lifted by the lift pins 64, the gate shutter 94 is opened, the
[0047]
Next, the
[0048]
Thus, since the wafer W is cooled by the
[0049]
After the cooling of the wafer W is completed, the lift pins 104 are lifted to lift the wafer W, the
[0050]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible within the range of the thought of this invention. For example, in the above embodiment, the auxiliary gas introducing passage extending concentrically from the main gas introducing passage and the auxiliary exhaust passage extending concentrically from the main exhaust passage are alternately provided, and the auxiliary gas introducing passage and the auxiliary exhaust passage are respectively supplied with air. Although the opening and the exhaust port are provided, the present invention is not limited to this, and any structure can be applied as long as a plurality of air supply ports and exhaust ports are alternately provided. Moreover, in the said embodiment, although this invention was applied to the high temperature heat processing unit which has a cooling function, a cooling function is not necessarily required. Furthermore, in the above-described embodiment, an example of the purge gas as the gas supplied into the chamber has been described. However, the gas is not limited to this, and may be a gas intended for other processing. Furthermore, the substrate to be processed is not limited to a semiconductor wafer, and may be another substrate such as an LCD substrate.
[0051]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, gas is supplied from a plurality of air supply ports provided in the top wall of the chamber, and is exhausted from a plurality of exhaust ports provided alternately with the air supply ports. Therefore, gas supply and exhaust can be performed for each local region, and the influence of thermal convection is small, gas can be supplied uniformly into the chamber, and heat treatment can be performed uniformly.
[0052]
In addition, since the trap mechanism is detachably provided in the gas discharge section provided in the chamber, it is only necessary to remove and clean the trap mechanism during maintenance, and it is not necessary to clean the piping. Accordingly, it is possible to reduce the number of parts to be cleaned and to improve the maintainability.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view schematically showing an SOD system equipped with a heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front view schematically showing the SOD system of FIG. 1;
3 is a side view schematically showing two unit stacks and a main transport mechanism mounted in the SOD system shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a high-temperature heat treatment unit with cooling function (HHP) which is a heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a horizontal sectional view showing a detailed structure of a purge gas introduction part and a gas discharge part.
FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the operation of a high-temperature heat treatment unit (HHP) with a cooling function, which is a heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining the operation of a high-temperature heat treatment unit with cooling function (HHP) that is a heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a view showing a preferred example of a sub gas introduction path in a purge gas introduction unit.
[Explanation of symbols]
1: Processing station
2; side cabinet
3: Carrier station (CSB)
16, 17; processing unit group
18: Main wafer transfer mechanism (PRA)
31; High temperature heat treatment unit (HHP) with cooling function (heat treatment device)
31a; heating unit
31b; cooling section
61; chamber
61a; sky wall
62; heating plate
66; Purge gas supply mechanism
67; Exhaust mechanism
68; Purge gas introduction part
69; inlet
70; Gas inlet
71; purge gas passage
72: Main gas introduction path
73; Secondary gas introduction path
74; Gas discharge part
75; exhaust port
76; main exhaust passage
77; Secondary exhaust passage
78a, 78b; passage
80; gas outlet
82; Trap mechanism
84; Refrigerant flow path
W: Semiconductor wafer
Claims (6)
前記加熱プレートを収容するチャンバと、
前記チャンバ内に所定のガスを供給するガス供給機構と、
前記チャンバ内を排気する排気機構と、
前記ガス供給機構からのガスをチャンバ内に導入するガス導入部と、
前記チャンバ内のガスを排出するガス排出部と
を具備し、
前記ガス導入部は、前記チャンバの天壁にガスを導入するガス導入口と、
前記ガス導入口から前記天壁内を水平方向に直線的に延びる主ガス導入路と、
前記主ガス導入路から前記チャンバの天壁内を同心円状に延び、複数の給気口が設けられた副ガス導入路とを有し、
前記ガス排出部は、前記チャンバの天壁からチャンバ内のガスを排出するガス排出口と、
前記ガス排出口に連通するガス通路から前記天壁内を水平方向に延びる主排気路と、
前記主排気路から前記チャンバの天壁内を同心円状に延び、複数の排気口が設けられた副排気路とを有し、
前記副ガス導入路と前記副排気路とは交互に配置されていることを特徴とする加熱処理装置。 A heating plate for placing and heating the substrate;
A chamber containing the heating plate;
A gas supply mechanism for supplying a predetermined gas into the chamber;
An exhaust mechanism for exhausting the chamber;
A gas introduction unit for introducing gas from the gas supply mechanism into the chamber;
A gas discharge section for discharging the gas in the chamber;
Comprising
The gas introduction part includes a gas introduction port for introducing gas into the top wall of the chamber;
A main gas introduction path extending linearly in the horizontal direction from the gas introduction port in the top wall;
A secondary gas introduction path that extends concentrically from the main gas introduction path within the top wall of the chamber and is provided with a plurality of air supply ports,
The gas discharge unit includes a gas discharge port for discharging the gas in the chamber from the top wall of the chamber,
A main exhaust passage extending horizontally in the top wall from a gas passage communicating with the gas outlet;
A sub-exhaust passage extending concentrically from the main exhaust passage in the top wall of the chamber, and having a plurality of exhaust ports;
The heat treatment apparatus, wherein the auxiliary gas introduction path and the auxiliary exhaust path are alternately arranged.
前記ガス排出口に連通するガス通路は、前記チャンバの天壁の略中央に設けられ、前記主排気路は、前記チャンバの天壁の周辺部から前記ガス通路まで延びていることを特徴とする請求項1に記載の加熱処理装置。The gas introduction port is provided in a peripheral portion of the ceiling wall of the chamber, and the main gas introduction path extends from the gas introduction port to a substantially center of the ceiling wall of the chamber,
The gas passage communicating with the gas exhaust port is provided at substantially the center of the top wall of the chamber, and the main exhaust passage extends from a peripheral portion of the top wall of the chamber to the gas passage. The heat treatment apparatus according to claim 1 .
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