JP3874975B2 - High temperature and high pressure processing equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ULSIに代表される半導体など、無塵雰囲気でも被処理物の処理が必要とされる製品を高温高圧ガスの雰囲気下で均熱を保ちつつアニール等の熱処理を行う装置に関するものである。
特に、Siウェーハなど板状の製品を棚状に積上げてバッチ処理でアニールを行う際に、簡素なヒータで均熱を保ちつつ処理を行う装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
バッチ方式にて、アルゴンなどの不活性ガスを用いた高温高圧のガス雰囲気下で熱処理を行うための縦型円筒状の装置としては、熱間静水圧プレス装置(HIP装置)が良く知られ、粉末冶金・セラミックス分野あるいは鋳造分野で無気孔の製品を製造するために用いられている。図4に代表的なHIP装置の構造の例を示す。
高温高圧のガス雰囲気下で使用されるHIP装置等における技術的な問題は、処理空間内を均熱化するためのヒータの配置である。すなわち、高温高圧のガスが高密度で粘性が低いために生じる激しい自然対流によって上部が高温で下部が低温になりやすいという温度分布を制御して上下方向の所定の空間の均熱化を図ることが要求される。
【0003】
通常は、図4に示すように、処理品を側面から取り囲むようにヒータを配置し、かつ均熱性を確保するために、ヒータを上下方向に多数のゾーンに分割して配置して、各ゾーンに温度測定手段を配置して温度を検知しつつ、各ヒータに投入する電力を制御して均熱化制御を行う。
とくに、高圧容器(圧力容器)は直径が大きくなると重量が増加し、また高価格となることから、上下方向の長さを大きくして容積をかせぐ考え方から、縦長形状が多く、上下方向での均熱化は非常に重要とされてきた。
【0004】
なお、このような構成のHIP装置の場合、温度が1400℃以下であれば、ヒータは金属ワイヤまたは帯板状のエレメントを波形に成形してセラミックス製の電気絶縁ガイシを用いて籠状のヒータサポート構造体に固定する方法が採用されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が主に対象とするULSI等の半導体の場合には、処理過程において粉塵等が被処理物に付着すると、製品表面に形成された電気回路等を破損することから、実質的に無塵の環境が同時に形成されることが必要である。
従来技術に示したHIP装置は、通常、粉末冶金やセラミックスあるいは鋳造品などが対象であり、これらに粉塵はつき物であることから無塵という配慮はなされていない。
【0006】
また、ULSI半導体の分野では、装置がクリーンルーム内に配置されることから、小型化・軽量化が重要であること、処理時間が短いこと、装置コストが安価であることなどの要請が上記の粉末冶金分野等以上に強い。
具体的には、装置を小型化するには、高圧容器の小型化が最も重要であるが、従来のHIP装置のような構造では対応が困難である。
すなわち、通常のHIP装置では、前述のように縦型の電気炉であるがために、処理室の高さが直径より大きく、このため図4に示されたように、処理室を取り囲むように電気抵抗線加熱方式のヒータが配置される。
【0007】
ULSIの場合、標準的な処理品すなわちウェーハの寸法は200mm(8インチ)で、ウェーハは25枚入りのカセットでハンドリングされるため、25枚を1ロットとして扱うことが多い。この場合、バッチ処理を行うプロセスでは、5ないし6.5mmピッチで棚板状に積み上げた状態で処理が行われる。最近になって、この25枚の半分を1ロットとして処理を行うことも検討されている。
いずれにしても、1ロット分の高さは120ないし160mm程度であり、直径の200mmと比較して小さい。このような、高さと直径の比率の場合、処理品を側面から取り囲むようにヒータを配置し、かつ均熱性を確保するために、ヒータを上下に複数段に分割して投入する電力を制御する構成では、小型化に限界がある。
【0008】
また、高圧容器全体の大きさは高圧容器の内径に依存することから、側面にヒータを配置することは高圧容器の内径を小さくする上でも限界がある。
また、ヒータには、通常、金属製の電気抵抗線エレメントをセラミックス等の電気絶縁ガイシに固定もしくは懸垂した構造が用いられるが、両者の熱膨張係数の差異による膨張・収縮に伴う摩耗粉の発生、あるいは供給電力に交流を用いた場合に発生する振動による摩耗粉などが、不可避的に発生するが、処理品より高い位置にヒータが配置されるこのような構造では、これらの摩耗粉が処理品の上に落下する可能性、すなわち処理品が汚染される可能性が高い。
【0009】
バッチ処理を行う場合、以上のような事情から、従来のHIP装置のような高温高圧ガスプロセス装置は、ULSI等の熱処理には不向きであり、特に工業生産には実質的に用いることができない。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以上述べた従来技術の持つ問題点を解決すべくなされたものである。具体的には、装置を小型化して、かつ必要とされるバッチの大きさに対して十分な均熱性を確保しつつ高温高圧処理を行うべく発明されたものである。
まず、本発明の特徴は、圧力容器内の処理室に積層された板状の被処理物をヒータによって加熱して高温高圧雰囲気下で処理を行う高温高圧処理装置において、前記ヒータが前記被処理物下方のみに位置するよう前記処理室内に配設されているという点である。
【0011】
被処理物の側面にヒータを配置する構造の場合、圧力容器の内径が増大することが避けられなかったが、本発明のように被処理物の下方のみにヒータを配置することで、圧力容器の内径の増大を抑えることができ、したがって、装置を小型化することができる。
そして、下方のみにヒータを配置した構造で、処理室内の均熱性を向上させるために、本発明では、さらに、上下に常時開口する開口部を有する均熱化筒体を、前記被処理物を取り囲むように前記処理室内に配設したものである。
【0012】
通常(均熱化筒体がない場合)、下方からヒータで加熱すると処理室の上部が高温で下部が低温という温度分布が発生しやすい。
本発明では、均熱化筒体を設けたので、被処理物を加熱するためのヒータの熱により均熱化筒体内側では上昇流が発生する。
そして、筒体の上下には常時開口する開口部が設けられているので、筒体の外側では下降流が発生し、筒体の内外で循環対流が起こる。この循環対流により処理室内の均熱性が確保される。
【0013】
なお、処理室とは、後述の実施形態に基づけば、圧力容器内に設けられた断熱構造体の内側をいうが、そのようなものに限定されない。
また、本発明を別の観点からとらえると、圧力容器内の処理室に積層された板状の被処理物をヒータによって加熱して高温高圧雰囲気下で処理を行う高温高圧処理装置において、前記ヒータが前記被処理物下方のみに位置するよう前記処理室内に配設され、前記処理室内には、少なくとも第1流通路と第2流通路とが常時連通するように形成され、前記第1流通路には前記被処理物が位置するとともに前記ヒータの加熱による上昇流が流れ、前記第2流通路は前記処理室の上部及び下部で第1通路と連通して下降流が流れることにより第1通路と第2通路との間で循環対流が生ずるように構成されていることを特徴とする高温高圧処理装置、ということもできる。
【0014】
この場合、第1流通路を流れる上昇流は、処理室の上部で第2通路に流れ込み下降流となって処理室の下部に流れ、再び第1通路に流れ込み、第1通路と第2通路との間で循環対流が生ずる。この循環対流により処理室内の均熱性が確保される。
また、前記均熱化筒体の内側に温度測定手段が配設されているのが好適である。これを言い換えれば、前記第1流通路に温度測定手段が配設されている、ということができる。
【0015】
通常の高温高圧の状態の運転では、例えば20MPa以上の高圧の条件であれば、ほぼ均熱性の確保が可能であるが、被処理物の温度履歴を保証する目的から、処理の全工程を通じて温度を監視することは重要である。また、低圧時点で加熱するような操作が必要な場合には、温度分布を監視しつつヒータの昇温速度等を制御することができる。
なお、高速で昇温するような場合、ヒータに大電力を供給する場合があり、このような場合等に備えて、ヒータ過熱防止の観点から、ヒータ近傍に温度測定手段を別途設けて、ヒータ近傍の温度を測定して、この過熱を防止するような配慮を行うことも推奨される。
【0016】
また、前記均熱化筒体と圧力容器の下部内面との間を遮蔽する遮蔽部材が設けられているのが好適である。これを言い換えれば、前記第1及び第2通路が圧力容器の下部内面から離れて形成されている、ということができる。
さらに、前記圧力容器内に配設された前記ヒータおよび前記均熱化筒体の少なくとも一方の金属性部材の表面に電解研磨法による平滑化処理が施されているのが好適である。
金属性部材の酸化により発生する粉塵の発生を抑制するには、これら炉構成部材の表面の凹凸を少なくするように、電解研磨などの表面平滑化処理を行うことが効果的である。酸化等の現象は尖った部分で顕著でかつ、このような部分が酸化されると容易に剥離脱落するからである。
【0017】
なお、後述の実施形態に基づけば、金属性部材には、ヒータの他、断熱構造体、均熱化筒体などが含まれるが、これらに限定されない。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図1は本発明の第1実施形態を示しており、半導体用の高温高圧処理装置1である。この装置1は、高温高圧ガス雰囲気下で被処理体2としてのSiウェーハをアニールするものであり、ウェーハ2が収納される圧力容器(高圧容器)3を備えている。
圧力容器3は、上下に開口を有する円筒本体4と、円筒本体4の上部開口を塞ぐ上蓋5と、円筒本体4の下部開口を塞ぐ下蓋6とを備えている。また、図示は省略したが、上下の蓋5,6に作用する軸方向の荷重を支持するためのプレスフレームが設けられている。
【0019】
ウェーハ2は、下蓋6に対して設けられた治具7によって複数枚を上下方向に支持可能とされている。ウェーハの出し入れは、図示省略の昇降機構により下蓋6を昇降させることにより行われる。
前記上蓋5には、断熱構造体8が懸垂されている。断熱構造体8は、金属製の椀状部材を間隙を設けて複数個重ね合わせた構造である。ウェーハ2は、断熱構造体8の最内面の内側に治具7により棚板状に積み上げられている。
この断熱構造体8は、上蓋5に設けられた高圧ガス導入孔10の圧力容器内部側開口部にネジ込むことによって固定される。
【0020】
圧力媒体である高圧ガスは(ガスボンベ)をガス源としてガス圧縮機により供給される。金属配線膜中の気孔発生を防止する高圧アニール法などの場合の処理圧力は200MPaの高圧のアルゴンガス等の不活性ガスが用いられる。
高圧ガスの導入孔10から供給される高圧ガスは断熱構造体8を貫通する孔を通じて処理室空間(断熱構造体の内側)に導入されるが、図1に矢印で示すように、ガスを放出するガス分散口11から一旦ガスを水平面方向に分散させて吹き込む構造とすることが、高速加圧時の半導体ウェーハ2の移動(ウェーハの踊り)を防止する観点で好ましい。
【0021】
なお、断熱構造体内側上面から間隔をおいてガス分散板12を配置するのが好ましい。
処理室からのガスの放出は、上蓋5に形成された高圧ガス排出孔13を介して行われる。処理室内のガスは、断熱構造体8の外側と円筒本体4の間のガス通路を通って高圧ガス排出孔13に導かれる。
ウェーハ2の下方には、電気抵抗線加熱方式のヒータ15が配置されている。このヒータ15により高温高圧アニール処理のための加熱が行われる。ヒータ15は、支持部材16を介して下蓋6に固定されており、径内外方向に2つのゾーン(ヒータ素子15a,15b)に分割されて配置されている。各ヒータ素子15a,15bに対して独立した温度制御を行えば、径内外方向での均熱を確保することができる。
【0022】
断熱構造体8の内面と被処理物2との間の空間は、高温高圧のガスの自然対流を制御して、被処理物が収納された空間の上下方向の温度分布が発生するのを防止する機能を有している。具体的には、以下に述べるような現象を利用して均熱化を図るものである。
高温高圧のアルゴン等のプロセス媒体ガスは、高密度で低粘性であることから、非常に自然対流を生じやすく、下方で加熱されたガスは急激に上昇して、被処理物2を加熱する。しかし、断熱構造体8が逆椀状であるため、そのままでは、加熱された高温のガスは断熱構造体8で形成される空間の上部に滞留して上部が高温で下部が低温という温度分布が発生しやすい。
【0023】
これは、断熱構造体8のとくに円筒部分の内面から外側へ向かっての放熱があることがこの現象を促進する。
本実施形態では、この現象の防止のため、上下に開放された円筒状の均熱化筒体17を被処理物2と断熱構造体8との間に配置している。この断熱構造体8は、最上部の被処理物2から最下部の被処理物2にわたって側方から被処理物2を取り囲むように配置されている。
この均熱化筒体17により、ガスの自然対流が筒体17の内側では上昇流に、外側では下降流となる。ヒータ15からの熱は、まず被処理物2を加熱昇温するために供給されて、ついで、断熱構造体8の内面から外側への放熱を補って処理室内部の温度が保持される。
【0024】
なお、視点を変えれば、均熱化筒体17の内側は上昇流が流れる第1流通路S1を構成し、筒体17の外側は下降流が流れる第2通路S2を構成しており、第1通路S1と第2通路との間で上下に循環する対流が生じているということができる。
図2は、比較例として均熱化円筒17を設けなかった場合のガスの流れの状態を示しており、自然対流が局所的になり、上部が高温になりやすくなる。なお、図2では、径方向の温度分布も偏りが生じやすいが、図1のものは径方向の温度分布もより均一にできる。
【0025】
8インチウェーハを13枚収納した状態で、図1に示す本発明の構造と、図2に示す比較例の構造における温度分布の状態は、制御温度(上下方向の中央部)を450℃とした際に、比較例の構造では上端部と下端部の温度差が15℃あったが、本発明の構造では3℃であった。通常このようなSiウェーハの熱処理における温度分布は±5℃以下とされており、本発明の構造であれば、このような温度分布仕様を十分に満足させることが可能である。
前記均熱化筒体17の形状及び配置は、上記の現象を発揮できれば、特に制約はなく、図示のものに限定はされない。ただし、被処理物全体を囲み、かつヒータの側面は完全に均熱化筒体17の内側に収納させることが好ましい。均熱化筒体17は上下方向に開放、即ち均熱化筒体17の上端部及び下端部は、その均熱化筒体17の外側から内側に向けてあるいは、内側から外側に向けてガスの流動が形成されるように、開放されていることは必要である。
【0026】
だだし、内外に開放するための上下の開口部は、図1のように筒体17の上面と下面に形成されている必要はなく、筒体17の側面の上下に開口部を形成してもよい。例えば、筒体17の下端部を下蓋6近くまで延ばして、ヒータ15の側方部にあたる均熱化筒体下部に開口部を設けて、均熱化筒体17の外側を下降してきた高温高圧のガスをヒータ15側へ流入させるような構成とすることも本願発明の態様に含まれる。
また、筒体17は図1に示したような単純な円筒でもよいが、断熱構造体8の上方への放熱の程度等によっては、図3に示すように、上端部の断面積を小さくするように絞った構造としてもよい。
【0027】
さらに、別の観点からは、均熱化を図るための部材が筒体17である必要はなく、上昇流が流れる第1流通路S1と、下降流が流れる第2流通路S2が形成されていればよい。
被処理物2加熱用のヒータ15および被処理物2は、下蓋6の上に固定されており、被処理物2であるSiウェーハの出し入れは下蓋6を昇降することにより行われる。前記均熱化筒体17は、この下蓋6に固定することも可能であるが、このSiウェーハの出し入れ時に、Siウェーハを側面からロボット等により水平方向移動させることにより行うのが通常であり、下蓋6に均熱化筒体17を固定すると、この時に均熱化筒体17を取り除くという動作が必要となるため、前記の断熱構造体8の内面に懸垂した構造とすることが推奨される。
【0028】
また、処理室内の温度分布については、均熱化筒体17の内側の被処理物2の上端部と下端部に熱電対などに例示される温度測定手段20,21を配置することにより監視することが推奨される(図3参照)。通常の高温高圧状態の運転では、30MPa以上の高圧の条件であれば、ほぼ前述のような均熱性の確保が可能であるが、被処理物2の温度履歴を保証する目的から、処理の全行程を通じて温度を監視することが重要で、低圧時点で加熱するような操作が必要な場合には、この上下の温度分布を監視しつつ昇温速度等を制御することが推奨される。なお、高速で昇温するような場合、ヒータ15に大電力を供給する場合がある。このような場合、ヒータ15の過熱防止の観点から、ヒータ近傍に別途温度測定手段22を配置し、ヒータ近傍の温度を測定して、この過熱を防止するような配慮を行うことも推奨される(図3参照)。
【0029】
本実施形態の半導体基板用高温高圧ガスアニール装置1において、温度分布の次に問題となるのは、Siウェーハへの粉塵(パーティクル)の付着防止である。粉塵は、断熱構造物等の炉構成部材の酸化や部品同士の摩擦や振動によって発生し、微細で軽い粉塵の場合には、高密度の高圧ガスでの浮力の増加により増長されて浮遊しやすくなった粉塵がガスの自然対流によって、被処理物収納空間に運ばれる。これを防止するには、以下のような配慮を行うことが推奨される。
まず、多くの場合、このような粉塵は容器内部の下方、もっと端的には下蓋の上に溜まりやすい。このことから、前記の自然対流の均熱化筒体17外側の下降流が下蓋6上面までは届かないように遮蔽板(遮蔽部材)25を設けることが、一つの方策である。この遮蔽板25は、均熱化筒体17と下蓋6(圧力容器3下部内面)との間に設けられている。言い換えれば、図1に示したような形態で、第1及び第2流通炉S1,S2が遮蔽板25で区分されることにより上蓋6上面から離れて形成されている。
【0030】
また、ヒータ15については、交流加熱するとヒータエレメントが帯板もしくは線材の場合には振動が発生して固定している電気絶縁ガイシとの摩擦で粉塵を発生することから、直流加熱とすることが推奨される。
断熱構造体8については、通常フェルト状の断熱材が用いられるが、フェルト状の断熱材の多くはセラミックスファイバが主体であり、温度サイクルの繰り返しにより脆化して粉塵を発生する。これを防止し、かつ実用上十分な断熱性を得るには、図1に示したように、複数層の金属性の逆椀状の熱遮蔽部材を所定の空隙を介して重ね合わせた形態とすることが最も適している。500℃程度の温度までであれば、SUS304等のオーステナイト系のステンレス鋼で逆椀状の熱遮蔽部材を製作し、3ないし5層重ねることで実用上十分な断熱機能が得られる。重ね合わせる際には、互いに擦れ合わないように2ないし3mmの隙間を設けて、ガタつかないように固定することが推奨される。
【0031】
なお、断熱構造体8は、断熱の可能な部材であれば、上記のものに限定されない。
さらには、断熱構造体8はヒータエレメントの酸化により発生する粉塵の発生を抑制するには、これら炉構成部材の表面の凹凸を少なくするように、電解研磨などの表面円滑化処理を行うことが効果的である。酸化等の現象は尖った部分で顕著でかつ、このような部分が酸化されると容易に剥離脱落するからである。
上記実施形態によれば、8インチウェーハ用の装置の場合、高圧容器3の内径が従来のHIP装置では350ないし300mm必要であったのに対して、300mm程度で十分となる。すなわち受圧面積で、30ないし40%の低減が可能となり、高圧容器の寸法はもちろん重量の低減効果は非常に大きい。また、処理に必要とされる圧力媒体ガスの使用量もこれと同じ比率で低減が可能であり、処理コスト面での改善効果も極めて大きい。
【0032】
本装置1によれば、最近話題となっているULSI配線膜の微細化と低電気抵抗化にともなって用いられつつある銅配線のコンタクトホールやビアホール、溝への充填と密着性向上に、高温高圧ガスアニールプロセスを適用することが可能となる。すなわち、鋳造分野等ですでに信頼性向上や孔状欠陥の除去による歩留まり向上で実績のあるHIP処理法がULSI半導体製造分野でも使用可能となり、高度の信頼性とコストダウンが大きな要請となりつつある本分野で、大きな貢献をするものと期待される。
【0033】
【発明の効果】
本発明によれば、装置の小型化を図りつつ、均熱化も確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の高温高圧処理装置の内部断面図である。
【図2】 比較例としての高温高圧処理装置の内部断面図である。
【図3】 主に温度測定手段の配置を示す内部断面図である。
【図4】 従来のHIP装置の内部断面図である。
【符号の説明】
1 高温高圧処理装置
2 被処理物
3 圧力容器
8 断熱構造体
15 ヒータ
17 均熱化筒体
25 遮蔽部材
S1 第1流通路
S2 第2流通路
20 温度測定手段
21 温度測定手段
22 温度測定手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for performing a heat treatment such as annealing on a product such as a semiconductor represented by ULSI that requires processing of an object to be processed even in a dust-free atmosphere while maintaining a uniform temperature in an atmosphere of a high-temperature and high-pressure gas. is there.
In particular, the present invention relates to an apparatus for performing processing while keeping soaking with a simple heater when plate-like products such as Si wafers are stacked in a shelf shape and annealed by batch processing.
[0002]
[Prior art]
As a vertical cylindrical apparatus for performing heat treatment in a high temperature and high pressure gas atmosphere using an inert gas such as argon in a batch system, a hot isostatic press apparatus (HIP apparatus) is well known. It is used to manufacture non-porous products in the powder metallurgy / ceramics field or the casting field. FIG. 4 shows an example of the structure of a typical HIP device.
A technical problem in an HIP apparatus or the like used in a high-temperature and high-pressure gas atmosphere is the arrangement of a heater for equalizing the temperature in the processing space. In other words, by controlling the temperature distribution that the upper part tends to become hot and the lower part tends to become cold due to intense natural convection caused by high density and low viscosity of the high-temperature and high-pressure gas, so as to equalize the predetermined space in the vertical direction Is required.
[0003]
Normally, as shown in FIG. 4 , the heater is arranged so as to surround the processed product from the side, and the heater is divided into a number of zones in the vertical direction in order to ensure heat uniformity. The temperature measuring means is disposed in the heater to detect the temperature, and the electric power supplied to each heater is controlled to perform the temperature equalization control.
In particular, high-pressure vessels (pressure vessels) increase in weight and cost as the diameter increases. From the concept of increasing the length in the vertical direction to increase the volume, there are many vertically long shapes, Soaking has been very important.
[0004]
In the case of the HIP apparatus having such a configuration, if the temperature is 1400 ° C. or lower, the heater is formed as a corrugated heater using a ceramic wire insulating insulator made of a metal wire or a strip-like element. A method of fixing to the support structure is adopted.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the case of a semiconductor such as ULSI, which is mainly targeted by the present invention, if dust or the like adheres to the object to be processed in the process, the electric circuit or the like formed on the surface of the product will be damaged. It is necessary that the environment is simultaneously formed.
The HIP apparatus shown in the prior art is usually intended for powder metallurgy, ceramics, cast products, and the like, and since dust is an accessory to these, no consideration is given to the absence of dust.
[0006]
In the field of ULSI semiconductors, since the apparatus is placed in a clean room, there is a demand for downsizing and weight reduction, short processing time, low apparatus cost, etc. Stronger than the metallurgical field.
Specifically, in order to reduce the size of the apparatus, the miniaturization of the high-pressure vessel is the most important, but it is difficult to cope with a structure like a conventional HIP apparatus.
That is, since the normal HIP apparatus is a vertical electric furnace as described above, the height of the processing chamber is larger than the diameter, and therefore, as shown in FIG. 4, it surrounds the processing chamber. An electric resistance wire heating type heater is arranged.
[0007]
In the case of ULSI, a standard processed product, that is, a wafer size is 200 mm (8 inches), and a wafer is handled by a cassette containing 25 sheets, so 25 sheets are often handled as one lot. In this case, in the process of performing batch processing, the processing is performed in a state of being stacked in a shelf shape at a pitch of 5 to 6.5 mm. Recently, it has been considered to process half of the 25 sheets as one lot.
In any case, the height for one lot is about 120 to 160 mm, which is smaller than the diameter of 200 mm. In the case of such a ratio of height to diameter, the heater is arranged so as to surround the processed product from the side surface, and the electric power supplied by dividing the heater into a plurality of stages is controlled in order to ensure thermal uniformity. There is a limit to downsizing in the configuration.
[0008]
In addition, since the overall size of the high-pressure vessel depends on the inner diameter of the high-pressure vessel, disposing a heater on the side surface has a limit in reducing the inner diameter of the high-pressure vessel.
Also, the heater usually has a structure in which a metal electric resistance wire element is fixed or suspended on an electrically insulating insulator such as ceramics. However, the generation of wear powder due to expansion / contraction due to the difference in thermal expansion coefficient between the two. In addition, wear powder due to vibration generated when AC is used for the supplied power is inevitably generated. However, in such a structure in which the heater is arranged at a higher position than the treated product, these wear powder is treated. There is a high possibility that the product falls on the product, that is, the treated product is contaminated.
[0009]
When batch processing is performed, a high-temperature and high-pressure gas process apparatus such as a conventional HIP apparatus is not suitable for heat treatment such as ULSI, and cannot be practically used for industrial production.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art. Specifically, the present invention was invented to perform high-temperature and high-pressure treatment while miniaturizing the apparatus and ensuring sufficient soaking for the required batch size.
First, a feature of the present invention is that in a high-temperature and high-pressure processing apparatus that performs processing in a high-temperature and high-pressure atmosphere by heating a plate-like object to be processed laminated in a processing chamber in a pressure vessel with a heater, the heater includes the processing object. It is that it is disposed in the processing chamber so as to be located only under the object.
[0011]
In the case of the structure in which the heater is arranged on the side surface of the object to be processed, it is inevitable that the inner diameter of the pressure vessel increases. However, by arranging the heater only below the object to be processed as in the present invention, the pressure vessel An increase in the inner diameter of the device can be suppressed, and thus the apparatus can be miniaturized.
In order to improve the heat uniformity in the processing chamber with the structure in which the heater is disposed only in the lower part, in the present invention, the heat treatment cylindrical body having an opening portion that is always opened up and down is further provided on the workpiece. It is disposed in the processing chamber so as to surround it.
[0012]
Usually (when there is no soaking cylinder), when heated with a heater from below, a temperature distribution is likely to occur where the upper part of the processing chamber is hot and the lower part is cold.
In the present invention, since the temperature equalizing cylinder is provided, an upward flow is generated inside the temperature equalizing cylinder due to the heat of the heater for heating the workpiece.
And since the opening part which always opens is provided in the upper and lower sides of a cylinder, a downward flow generate | occur | produces on the outer side of a cylinder, and a circulation convection arises inside and outside a cylinder. This circulating convection ensures thermal uniformity in the processing chamber.
[0013]
Note that the processing chamber refers to the inside of the heat insulating structure provided in the pressure vessel based on an embodiment described later, but is not limited thereto.
Further, when the present invention is viewed from another point of view, in the high-temperature and high-pressure processing apparatus that performs processing in a high-temperature and high-pressure atmosphere by heating a plate-like object to be processed stacked in the processing chamber in the pressure vessel with a heater, the heater Is disposed in the processing chamber so as to be positioned only below the workpiece, and is formed in the processing chamber so that at least the first flow path and the second flow path are always in communication with each other. The workpiece is positioned and an upward flow due to heating of the heater flows, and the second flow passage communicates with the first passage at the upper and lower portions of the processing chamber, and the downward flow flows through the first passage. It can also be said that the apparatus is a high-temperature and high-pressure treatment apparatus characterized in that circulation convection is generated between the first passage and the second passage.
[0014]
In this case, the upward flow flowing through the first flow passage flows into the second passage at the upper portion of the processing chamber, flows down to the lower portion of the processing chamber, flows into the first passage again, the first passage, the second passage, Circulating convection occurs between the two. This circulating convection ensures thermal uniformity in the processing chamber.
In addition, it is preferable that temperature measuring means is disposed inside the soaking cylinder. In other words, it can be said that temperature measuring means is disposed in the first flow path.
[0015]
In normal high-temperature and high-pressure operation, for example, it is possible to ensure a substantially uniform temperature under a high-pressure condition of 20 MPa or more. However, in order to guarantee the temperature history of the workpiece, It is important to monitor. In addition, when an operation for heating at a low pressure point is necessary, the heating rate of the heater can be controlled while monitoring the temperature distribution.
In addition, when the temperature is increased at high speed, a large amount of power may be supplied to the heater. In preparation for such a case, a temperature measuring unit is separately provided in the vicinity of the heater from the viewpoint of preventing overheating of the heater. It is also recommended to take measures to prevent this overheating by measuring the temperature in the vicinity.
[0016]
Further, it is preferable that a shielding member for shielding between the temperature-uniforming cylinder and the lower inner surface of the pressure vessel is provided. In other words, it can be said that the first and second passages are formed away from the lower inner surface of the pressure vessel.
Furthermore, it is preferred that the smoothing process by the electrolytic polishing method on a surface of at least one of the metallic member of the heating data and the soaking tubular member disposed in the pressure vessel is applied.
In order to suppress the generation of dust generated by oxidation of the metallic member, it is effective to perform a surface smoothing process such as electrolytic polishing so as to reduce the unevenness of the surface of these furnace components. This is because a phenomenon such as oxidation is noticeable at a pointed portion, and when such a portion is oxidized, it is easily peeled off.
[0017]
In addition, based on the below-described embodiment, the metallic member includes, in addition to the heater, a heat insulating structure, a soaking tube, and the like, but is not limited thereto.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention, which is a high-temperature and high-
The
[0019]
A plurality of
A
The
[0020]
The high pressure gas which is a pressure medium is supplied by a gas compressor using a (gas cylinder) as a gas source. In the case of a high pressure annealing method for preventing the generation of pores in the metal wiring film, an inert gas such as a high pressure argon gas of 200 MPa is used.
The high-pressure gas supplied from the high-pressure
[0021]
In addition, it is preferable to arrange | position the
The gas is released from the processing chamber through a high-pressure
Below the
[0022]
The space between the inner surface of the
A process medium gas such as high-temperature and high-pressure argon has a high density and a low viscosity, so that it is very easy to generate natural convection, and the gas heated below rapidly rises to heat the
[0023]
This promotes this phenomenon because there is heat radiation from the inner surface of the
In the present embodiment, in order to prevent this phenomenon, a
Due to this soaking
[0024]
From a different viewpoint, the inside of the soaking
FIG. 2 shows the state of gas flow when the soaking
[0025]
In the state of storing 13 8-inch wafers, the temperature distribution in the structure of the present invention shown in FIG. 1 and the structure of the comparative example shown in FIG. At that time, in the structure of the comparative example, the temperature difference between the upper end portion and the lower end portion was 15 ° C., but in the structure of the present invention, it was 3 ° C. Usually, the temperature distribution in the heat treatment of such a Si wafer is set to ± 5 ° C. or less. With the structure of the present invention, it is possible to sufficiently satisfy such a temperature distribution specification.
The shape and arrangement of the soaking
[0026]
However, the upper and lower openings for opening inside and outside need not be formed on the upper surface and the lower surface of the
The
[0027]
Further, from another point of view, the member for equalizing the temperature need not be the
The
[0028]
Further, the temperature distribution in the processing chamber is monitored by arranging temperature measuring means 20 and 21 exemplified by thermocouples at the upper end and lower end of the
[0029]
In the high-temperature and high-pressure
First, in many cases, such dust tends to accumulate below the inside of the container, more specifically, on the lower lid. Therefore, it is one measure to provide a shielding plate (shielding member) 25 so that the downward flow outside the natural
[0030]
Further, when the
For the
[0031]
In addition, if the
Furthermore, in order to suppress the generation of dust generated by the oxidation of the heater element, the
According to the above embodiment, in the case of an apparatus for 8-inch wafers, the inner diameter of the high-
[0032]
According to the
[0033]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to ensure uniform temperature while reducing the size of the apparatus.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an internal cross-sectional view of a high-temperature and high-pressure processing apparatus of the present invention.
FIG. 2 is an internal cross-sectional view of a high-temperature and high-pressure processing apparatus as a comparative example.
FIG. 3 is an internal sectional view mainly showing an arrangement of temperature measuring means.
FIG. 4 is an internal cross-sectional view of a conventional HIP device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記ヒータ(15)が前記被処理物(2)下方のみに位置するよう前記処理室内に配設され、
上下に常時開口する開口部を有する均熱化筒体(17)が前記被処理物(2)を取り囲むように前記処理室内に配設されている
ことを特徴とする高温高圧処理装置。In a high-temperature and high-pressure processing apparatus that performs processing in a high-temperature and high-pressure atmosphere by heating a plate-like object (2) stacked in a processing chamber in a pressure vessel (3) with a heater (15),
The heater (15) is disposed in the processing chamber so as to be positioned only below the workpiece (2),
A high-temperature and high-pressure treatment apparatus, characterized in that a soaking tube (17) having an opening that is always open vertically is disposed in the treatment chamber so as to surround the workpiece (2).
ことを特徴とする請求項1記載の高温高圧処理装置。The high-temperature and high-pressure processing apparatus according to claim 1, wherein temperature measuring means (20, 21) is disposed inside the soaking tube (17).
ことを特徴とする請求項1又は2記載の高温高圧処理装置。The high temperature according to claim 1 or 2, wherein a shielding member (25) is provided for shielding between the soaking tube (17) and the lower inner surface (6) of the pressure vessel (3). High pressure processing equipment.
前記ヒータ(15)が前記被処理物(2)下方のみに位置するよう前記処理室内に配設され、
前記処理室内には、少なくとも第1流通路(S1)と第2流通路(S2)とが常時連通するように形成され、
前記第1流通路(S1)には前記被処理物(2)が位置するとともに前記ヒータ(15)の加熱による上昇流が流れ、前記第2流通路(S2)は前記処理室の上部及び下部で第1通路(S1)と連通して下降流が流れることにより第1通路(S1)と第2通路(S2)との間で循環対流が生ずるように構成されている
ことを特徴とする高温高圧処理装置。In a high-temperature and high-pressure processing apparatus that performs processing in a high-temperature and high-pressure atmosphere by heating a plate-like object (2) stacked in a processing chamber in a pressure vessel (3) with a heater (15),
The heater (15) is disposed in the processing chamber so as to be positioned only below the workpiece (2),
In the processing chamber, at least the first flow path (S1) and the second flow path (S2) are formed so as to always communicate ,
The workpiece (2) is positioned in the first flow path (S1), and an upward flow due to heating of the heater (15) flows. The second flow path (S2) is above and below the processing chamber. In this way, a circulating convection is generated between the first passage (S1) and the second passage (S2) when the downward flow flows in communication with the first passage (S1). High pressure processing equipment.
ことを特徴とする請求項4記載の高温高圧処理装置。The high-temperature and high-pressure processing apparatus according to claim 4, wherein temperature measuring means (20, 21) is disposed in the first flow path (S1).
ことを特徴とする請求項4又は5記載の高温高圧処理装置。The high-temperature and high-pressure processing apparatus according to claim 4 or 5, wherein the first and second passages (S1, S2) are formed away from the lower inner surface (6) of the pressure vessel (3).
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の高温高圧処理装置。The high-temperature and high-pressure processing apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein a temperature measuring means (22) for detecting heater overheating is disposed in the vicinity of the heater (15).
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の高温高圧処理装置。Wherein the smoothing process by the electrolytic polishing method on a surface of at least one of the metallic members disposed by said heating data and the soaking tubular body is subjected to the pressure vessel (3) in The high-temperature / high-pressure processing apparatus according to any one of claims 1 to 7.
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