JP4015791B2 - Heat treatment equipment - Google Patents
Heat treatment equipment Download PDFInfo
- Publication number
- JP4015791B2 JP4015791B2 JP32659399A JP32659399A JP4015791B2 JP 4015791 B2 JP4015791 B2 JP 4015791B2 JP 32659399 A JP32659399 A JP 32659399A JP 32659399 A JP32659399 A JP 32659399A JP 4015791 B2 JP4015791 B2 JP 4015791B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- tube
- processing
- gas
- heat treatment
- manifold
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば半導体デバイスの製造プロセスにおいては、被処理体である半導体ウエハにCVD(化学気相成長)、拡散、酸化、アニール等の処理を施すために、各種の熱処理装置が使用されている。中でも、CVD処理および比較的高圧の減圧下における拡散処理においては、石英製の縦型の反応管の下部に、ガス導入部および排気部とを有する金属製のマニホールドを設け、前記反応管内の処理領域に保持具であるウエハボートを介して多段に保持された半導体ウエハを収容して密閉し、反応管の外側に設けたヒーターにより処理領域を所定の処理温度に加熱して所定の処理ガスおよび処理圧力の下で半導体ウエハに所定の熱処理を施すようにした熱処理装置(縦型熱処理装置ともいう)が一般的に用いられている。
【0003】
このような熱処理装置においては、マニホールドがヒーターから離れていること、また、マニホールドと反応管の間をシールするシール部材例えばOリングの耐熱性の問題からマニホールドのシール部材近傍の冷却を行うことが一般的であること等により、マニホールドの内面が処理温度よりもはるかに低温となる。このため、反応管内の処理領域以外の領域であるマニホールドの内面に処理ガス成分が接触することにより凝縮して、反応副生成物(拡散処理では析出物ともいう。)がマニホールドの内面に付着し、パーティクルの発生等、処理に悪影響を及ぼすことになり、そのため定期的な洗浄が必要であった。また、例えばヒ素等の毒性を有する処理ガスを使用するプロセスにおいては、その反応副生成物の存在がオペレーターの健康に悪影響を及ぼしかねないので、その対策が必要とされる。
【0004】
このような問題を解決するために、従来の熱処理装置においては、マニホールドを外部から加熱することにより、反応副生成物の蒸気圧を上げてやり、昇華させるという手法が採用されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記熱処理装置においては、マニホールドの外側に専用の加熱ヒーターを取付けるため、装置が複雑化すること、マニホールドの全部位を所望の温度にすることが難しいこと、火傷等への安全の配慮が必要であること、電力消費の増加によるグローバルな意味での環境への影響があること等、いくつかの問題点があった。また、例えばヒ素系の処理ガスを使用するプロセスにおいては、反応副生成物であるヒ素の蒸気圧が低いため、前述の加熱手法による付着抑制には大きな効果が得られなかった。なお、マニホールドの内側に筒状のカバーを設け、カバーとマニホールドの間に環状の排気空間を形成し、カバーの下側に不活性ガス導入管を設けた縦型熱処理装置が提案されている(特開平10−223538号公報)。この縦型熱処理装置は、マニホールドの内側に反応副生成物が付着することを防止するのに有効であるが、熱処理領域を経て流れる処理ガスの下降流の下流側からそれに抗する上向きに、不活性ガス導入管から不活性ガスを流さなければならないため、不活性ガスの流速を大きくする必要があり、その結果、不活性ガス流量を多くしなければならないという欠点がある。不活性ガス流量が多いと、不活性ガスが熱処理領域にある処理ガスに多量に混入して熱処理の質に悪影響を与える。
【0006】
本発明は、前述した課題を解決すべくなされたもので、炉口周辺部への反応副生成物の付着を抑制することができるのは勿論、不活性ガスの流量を少なくすることができ、不活性ガスが熱処理領域にある処理ガスに混入する可能性が低く、熱処理の質に悪影響が及ぶことがない熱処理装置を提供することを目的とする。また、本発明の目的は、反応副生成物が付着したとしても、容易に剥離することがない熱処理装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明のうち、請求項1に係る発明は、周囲にヒーターを有する縦型反応管の下端部に、反応管内の処理領域に処理ガスを導入するガス導入部および排気部を有し炉口を形成する筒状のマニホールドを設け、その炉口を密閉する昇降可能な蓋体上に被処理体を多段に保持した保持具を保温筒を介して載置し、前記処理領域に収容した被処理体を所定の処理ガス、処理温度および処理圧力の下で熱処理する熱処理装置において、前記反応管は、上端および下端が開放された内部に処理領域を形成する内管と、この内管の外側に設けられ上端が閉塞され下端が開放され内管との間に処理ガスを下方に向かって排気するための環状空間を形成する外管とから構成され、前記マニホールドの内周部に形成された内側フランジ部に内管の下端部を支持する内管支持部材を設け、該内管支持部材よりも下側の側壁にパージガス導入部を設け、前記内管支持部材に前記保温筒に接近して処理ガスの拡散速度よりも早いパージガスの対抗流を発生させる隘路を形成する絞り部を設けたことを特徴とする。
【0008】
請求項2に係る発明は、周囲にヒーターを有すると共に上端に排気部を有する縦型反応管の下端部に、反応管内の処理領域に処理ガスを導入するガス導入部および排気部を有し炉口を形成する筒状のマニホールドを設け、その炉口を密閉する昇降可能な蓋体上に被処理体を多段に保持した保持具を保温筒を介して載置し、前記処理領域に収容した被処理体を所定の処理ガス、処理温度及び処理圧力の下で熱処理する熱処理装置であって、前記反応管は、内部に処理領域を形成し上端に排気部を有する内管と、この内管の外側に設けられ内管との間に環状通路を形成する外管とから構成され、前記マニホールドの内周部に形成された内側フランジ部に内管の下端部を支持する内管支持部材を設け、該内管支持部材よりも下側の側壁にパージガス導入部を設け、前記内管支持部材に前記保温筒に接近して処理ガスの拡散速度よりも早いパージガスの対抗流を発生させる隘路を形成する絞り部を設けたことを特徴とする。前記マニホールドの内面および排気部を含む排気系の内面には、反応副生成物の剥離を抑制する粗面加工が施されていることが好ましい(請求項3)。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を添付図面に基いて詳述する。図1は本発明を縦型熱処理装置に適用した実施の形態を示す縦断面図、図2は同熱処理装置の要部拡大断面図、図3はマニホールドの内管支持部材を示す図で、(a)は部分的平面図、(b)は部分的側面図である。
【0013】
図1において、1は減圧下でのCVD処理や拡散処理に適するように構成された縦型熱処理装置で、この熱処理装置1は下部に炉口2を有する熱処理炉3を備えている。この熱処理炉3は、処理容器である石英製の縦型の反応管4と、この反応管4の下端部に設けられ、反応管4内の処理領域(熱処理炉内の処理領域に同じ)Aに処理ガスを導入するガス導入部5と、処理領域Aからのガスを排気する排気部6を有する短円筒状のマニホールド7とを備えている。このマニホールド7の下部が炉口2を形成している。反応管4は、内管4aと外管4bの二重管構造になっていることが好ましい。内管4aは、上端および下端が開放されている。外管4bは、上端が閉塞され、下端が開放されている。内管4aと外管4bの間には、下方へ向って処理ガスを排気する環状通路9が形成されている。ガス導入部5から上方へ向って導入された処理ガスは、処理領域Aを経由し内管4aと外管4bの間の環状通路9を経て下方へ向って流れて排気される。
【0014】
マニホールド7は、耐熱性および耐食性を有する材料、例えばステンレス鋼により形成されている。ガス導入部5は、L字状のインジェクタ管からなり、マニホールド7の後述する内側フランジ部8よりも下方の側壁を気密に貫通し、処理ガスを反応管4内の処理領域Aに、その上端の処理ガス導入口5aから上向き流として導入すべく内管4aの内壁に沿って立上がって配置されている。前記ガス導入部5は、ガス種に対応してマニホールド7の周方向に複数設けられている。なお、熱処理炉3内を洗浄するクリーニングガスを導入するガス導入部(図示省略)は、L字状のインジェクタ管ではなく、後述するパージガス導入部と同様に炉口2に直接ガスを導入するように形成されていることが好ましい。
【0015】
前記排気部6は、マニホールド7の内側フランジ部8よりも上方の側壁に、内管4aと外管4bとの間の環状通路9と連通するように設けられている。排気部6には排気管10が接続され、この排気管10には、反応管4内の処理領域Aを所定の処理圧力例えば26.6Pa〜93100Pa(0.2Torr〜700Torr)に制御可能な圧力制御部として、メインバルブ、シャットオフバルブおよび圧力制御バルブの機能を兼ね備えたコンビネーションバルブ11、真空ポンプ12および除外装置13が順に設けられている。前記コンビネーションバルブ11等を備えた排気管10および排気部6が排気系14を構成している。この排気系14により処理領域Aが所定の処理圧力に制御された状態において、ガス導入部5の先端から噴出された処理ガスが反応管4の内管4a内の処理領域Aを上昇して所定の熱処理に供された後、内管4aと外管4bとの間の環状通路9を下降して排気部6から排気されるようになっている。
【0016】
前記マニホールド7の上端と下端には、フランジ部7a,7bが一体に形成されており、上端フランジ部7aの上面には、外管4bの下端フランジ部4gが載置され、フランジ押え15により固定されている。マニホールド7の上端フランジ部7aと外管4bの下端フランジ部4gとの間をシールするために、例えば図2に示すように、外管4bの下端フランジ部4gを取り囲む環状のフランジ押え15を採用し、このフランジ押え15と外管4bの下端フランジ部4gとの接合部およびフランジ押え15とマニホールド7の上端フランジ部7aとの接合部をシール部材であるOリング16,17でそれぞれシールするように構成されていいる。なお、マニホールド7の上端フランジ部7aと外管4bの下端フランジ部4gとの間をシールするために、これらの接合部にOリングを直接介在させるようにしてもよい(図示省略)。
【0017】
マニホールド7の内側に内管4aを支持するために、マニホールド7の内周部には内側フランジ部8が形成されていると共に、この内側フランジ部8に内管4aの下端部を支持するための内管支持部材18が設けられている。この内管支持部材18は、図2ないし図3に示すように、耐熱性および耐食性を有する材料例えばインコネルによりリング状に形成されており、その外周に設けた複数の爪部19と、下端にネジ止めされた押え板20により前記マニホールド7の内側フランジ部8に着脱可能に固定されていることが好ましい。
【0018】
前記マニホールド7は、ベースプレート21の下部に取付けられており、このベースプレート21の上部には、反応管4内の処理領域Aを所定の熱処理温度例えば300〜1100℃程度に加熱制御可能なヒーター22が設置されている。このヒーター22は、反応管4の上方を含む周囲を取り囲むように円筒状に形成された断熱材と、この断熱材の内周に設けられた抵抗発熱体とから主に構成されている(図示省略)。
【0019】
反応管4内の処理領域Aに複数枚例えば150枚程度の被処理体(被処理基板ともいう)である半導体ウエハWを水平状態で上下方向に適宜間隔で多段に収容保持するために、半導体ウエハWは保持具であるウエハボート23に保持され、このウエハボート23は炉口2を密閉する昇降可能な蓋体24の上部に断熱体である保温筒25を介して載置されている。蓋体24は、耐熱性および耐食性を有する材料、例えばステンレス鋼により形成されている。
【0020】
熱処理炉3の下方には、ローディングエリアEが設けられ、このローディングエリアEには、蓋体24を昇降させて反応管4内へのウエハボート21および保温筒25の搬入搬出および炉口2の開閉を行うための昇降機構26が設けられ、この昇降機構26の昇降アーム26aに蓋体24が取付けられている。マニホールド7の下端フランジ部7bと蓋体24との接合部には、Oリング27が設けられている。マニホールド7の上端フランジ部7aおよび下端フランジ部7bには、Oリング16,17,27の熱劣化を防止すべく冷却する手段として、冷却水を循環させる冷却水通路28が設けられている。
【0021】
そして、前記処理領域Aに導入される処理ガスが炉口2側へ侵入するのを阻止するために、炉口2側にはパージガスを導入するパージガス導入部29が設けられていると共に、処理領域Aと炉口2の間に処理ガスの拡散速度よりも速いパージガスの対向流を発生させるための絞り部30が設けられている。前記パージガス導入部29は、マニホールド7の内側フランジ部8よりも下側の側壁に設けられている。パージガスとしては、不活性ガス例えばアルゴンガスを用いることが好ましいが、窒素ガス等であってもよい。処理ガスの下向きの拡散速度よりも速い上向きのパージガスの増速した対向流を発生させるための熱処理炉内の圧力範囲としては、26.6Pa(0.2Torr)の分子流領域ではだめで、粘性流領域である266Pa(2Torr)〜大気圧程度が好ましく、実用的には13300Pa〜66500Pa(100Torr〜500Torr)程度が好ましい。
【0022】
前記絞り部30は、マニホールド7と保温筒25の間にオリフィス状の隘路31を形成するように設けられる。絞り部30は、内管4aに設けられていてもよいが、図示例のように内管支持部材18に設けられていることが好ましい。この内管支持部材18は、図2ないし図3に示すように、マニホールド7の内側フランジ部8よりも上方へ立上がっており、内管支持部材18の上端部を断面L字の内向きフランジ状に形成することにより、保温筒25に接近した絞り部30とされている。すなわち、絞り部30は、マニホールド7の内管支持部材18の上端部から径方向内方へ水平に延出した水平部30aと、この水平部30aの先端から垂直に立上がった垂直部30bとを有するように断面L字状に形成されていることにより、保温筒25に接近しており、保温筒25との間に隘路31を形成している。隘路31の幅は1〜15mm、例えば5mm程度が好ましい。
【0023】
内管支持部材18の上端部には、内管4aを位置決め載置するための環状溝32が前記絞り部30と共に形成されている。なお、図3に示すように、絞り部30には、ガス導入部(インジェクタ管)5との干渉を避けるためにこれらと対応した切欠部33が設けられている。
【0024】
また、前記処理ガスの反応副生成物の付着が想定される熱処理炉3の炉口2の内面および排気系14の内面には、反応副生成物の剥離を抑制する粗面加工が施されている(図示省略)。粗面加工を施す領域としては、マニホールド7の内面(内周面)および排気部6を含む排気系14の内面であるが、コンビネーションバルブ11よりも下流は26.6Pa(0.2Torr)と圧力が低くて反応副生成物が生成され難く、また除外装置13が設けられていることから、具体的には、マニホールド7の内側フランジ部8よりも上方の内面、排気部6の内面および排気部6からコンビネーションバルブ11までの排気管10の内面に粗面加工を施せばよい。なお、マニホールド7の絞り部30よりも下方の内面は、パージガスのパージによって反応副生成物の付着が抑制されているが、当該内面および蓋体24の内面にも粗面加工が施されていてもよい。また、保温筒25の表面にも粗面加工を施してもよい。
【0025】
粗面加工の方法としては、例えばバフ研磨、ヘアーライン処理、ブラスト処理、複合電解研磨処理等が適用可能であるが、中でもブラスト処理が好ましいことが実験により確認された。実験では、種々の粗面加工を施した複数のサンプルを作成し、反応副生成物の剥離時期についての試験を行った。その結果、被加工面に例えば150〜250μのガラスビーズを吹き付けることにより、粗度の高い例えば平均粗さが1.31μmの粗面を形成したものが反応副生成物の剥離を抑制する効果が高いことが確認された。そして、特にヒ素系のプロセスにおいては、通常のステンレス鋼表面の場合の剥離時期に対して10倍以上の延命効果があることが確認された。
【0026】
また、前記マニホールド7の内側フランジ部8よりも上方の内周壁面には、例えばHCl等の強腐食性を有する処理ガスやクリーニングガスの接触による腐食を防止するために、石英製の円筒状の保護カバー部材34が装着されていることが好ましい。
【0027】
次に、以上の構成からなる縦型熱処理装置の作用について述べる。先ず、ローディングエリアEに降下された蓋体24上に半導体ウエハWが多段に保持されたウエハボート23を保温筒25を介して載置したなら、蓋体24を上昇させて熱処理炉3内の処理領域Aにウエハボート23を搬入すると共に炉口2を蓋体24で密閉する。そして、排気部6からの減圧排気により炉内を所定の処理圧力例えば26600Pa(200Torr)にし、ガス導入部5から処理領域Aに所定の処理ガス例えばアルシン(AsH3)を導入すると共にパージガス導入部29からパージガス例えばアルゴンガスを導入し、処理領域Aをヒーター22で所定の処理温度に加熱することにより、半導体ウエハWに所定の熱処理例えば熱拡散処理を施す。この場合、ガス導入部5から処理ガスを例えば毎分数百ccで導入すると共に、パージガス導入部29からパージガスを例えば毎分1リットル程度で導入する。
【0028】
この熱処理工程において、処理ガスは、ガス導入部5の先端の処理ガス導入口5aから反応管4の内管4a内に導入され、内管4a内を上昇する過程で処理領域Aの半導体ウエハWの熱処理に供された後、内管4aと外管4bとの間の環状通路9を下降してマニホールド7の排気部6から排気される。この場合、処理ガスが処理領域Aから下方の炉口2側へも拡散しようとするが、処理領域Aと炉口2の間には絞り部30が設けられていると共にこの絞り部30よりも下方にはパージガスが導入されているため、絞り部30によって狭められた隘路31をパージガスが処理ガスの拡散速度よりも速い流速の対向流となって処理領域A側へ流れることにより、処理ガスの炉口2側への侵入が阻止ないし抑制される。この際、処理ガスは基本的にはガス導入部5の先端の処理ガス導入口5aから上向き流として供給されており、この上向き流の上流側から隘路31を経て上方に向うパージガス流は、処理ガスの下方への拡散に打ち勝てさえすればよいので、冒頭に記載した特開平10−223538号公報に記載の縦型熱処理装置に比し、パージガス流の上向き流量は少なくて済み、従って熱処理中に処理ガスに多量の不活性ガスが混入することがない。
【0029】
従って、炉口周辺部には反応副生成物が生成されないか、生成されたとしても僅少である。これにより、アンロード時にメンテナンスエリアであるローディングエリアEに暴露される恐れのある炉口周辺部への反応副生成物の付着を解消ないし抑制することができる。よって、従来炉口周辺部に加熱ヒーターを使用していたプロセスにおいては、加熱ヒーターの削除が可能となり、装置の簡素化が図れる。また、加熱ヒーターでも効果の得られないヒ素系のプロセスにおいては、特に有効であり、オペレーターの健康を守る有効な対策となる。
【0030】
一方、排気側のマニホールド7の内面および排気部6を含む排気系14の内面には、処理ガスが接触するため、反応副生成物が生成され易いが、反応副生成物の付着が予想されるマニホールド7の内面(具体的には内側フランジ部8よりも上方の内面)および排気部6を含む排気系14の内面(具体的には排気部6の内面および排気部6からコンビネーションバルブ11までの排気管10の内面)に反応副生成物の剥離を抑制する粗面加工が施されているため、反応副生成物が付着したとしても、容易に剥離することがない。これにより、パーティクルの発生を抑制ないし防止することができるため、プロセス的にも、オペレーターの健康のためにも有功となる。また、従来では、反応副生成物の剥離時期との関係で1ラン毎に洗浄が必要とされていたのに対し、10ラン毎に洗浄を行えばよく、定期洗浄の間隔を大幅に延長することができ、処理能力の向上が図れる。
【0031】
図4は本発明の実施の形態ではない参考例を示す。図4において、図1に示したと同じかまたは均等な部材または部分については同じ符号を付して説明を省略し、図1と異なる点のみについて以下説明する。この実施の形態では、反応管4は内管と外管を持つ二重管構造ではなく、単管構造になっている。反応管4の上端(頂部)は縮径され、排気部6が設けられ、この排気部6に排気系14が接続されている。反応管4の頂部に排気部6があるために、マニホールド7の側面には排気部は設けられていない。
【0032】
また、この実施の形態では、図1に示すマニホールド7の内側に支持される内管支持部材18は設けられず、保護カバー部材34の内側に隣接して筒状の絞り部30が取付けられている。絞り部30の筒部は、保温筒25の外周面との間に環状の隘路31を形成している。絞り部30は、図1の場合と同様に、パージガス導入部29より上方で、しかも処理ガス導入口5aから出る処理ガスの上向き流に関して上流側に位置している。この実施の形態は、ガスの排気の態様で図1に示す実施の形態と異なるだけで、それ以外の基本的作用は図1に示す実施の形態と同じである。この実施の形態では、上向き流として処理領域Aを経た処理ガスは直接反応管4上端の排気部6から排気系14に排気されるため、排気のコンダクタンスを向上させることができる。
【0033】
図5は本発明の熱処理装置の他の実施の形態を示す。図5において、図1に示したと同じかまたは均等な部材または部分については同じ符号を付して説明を省略し、図1と異なる点のみについて以下説明する。この実施の形態では、図1に示す実施の形態と同様に二重管構造を採用していて、内管4aと外管4bとの間に環状通路9が形成されている。しかし、この環状通路9は処理ガスの排気のためには使用しない。処理ガスの排気は、図4に示す実施の形態と同様に内管4aの頂部に設けた排気部6から排気系14によりなされるようになっている。
【0034】
外管4bは、内管4aとほぼ同じ形状で内管4aの外側を覆っており、内管4aとの間に環状通路9を形成している。この環状通路9の下部に設けた不活性ガス導入部40からN2のような不活性ガスを環状通路9内に流して頂部から工場排気系に排気することによりに、内管4a外部への処理ガスの漏出を防止すると共に、ヒータ22から放出される金属成分による半導体ウエハの金属汚染を防止している。また、外管4bは処理ガスと直接接しないため洗浄を要せず、処理ガスと直接接する内管4aのみを洗浄すればよい。この実施の形態は、ガスの排気の態様で図1に示す実施の形態と異なるだけで、それ以外の基本的作用は図1に示す実施の形態と同じである。
【0035】
図6は本発明の実施の形態ではない参考例を示す。前記実施の形態では、絞り部30は内管支持部材18に一体的に形成されているが、図6に示す実施の形態では、絞り部30は保温筒25の外周に設けられており、絞り部30の筒状垂直部外周面と内管4aとの間には隘路31が形成されている。
【0036】
以上、本発明の実施の形態を図面により詳述してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の設計変更等が可能である。本発明は、縦型熱処理装置以外に例えば枚葉式の熱処理装置や横型熱処理装置にも適用可能である。また、被処理体としては、半導体ウエハ以外に例えばガラス基板やLCD基板等が適用可能である。
【0038】
【発明の効果】
以上要する本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
【0042】
(1)請求項1に係る発明によれば、周囲にヒーターを有する縦型反応管の下端部に、反応管内の処理領域に処理ガスを導入するガス導入部および排気部を有し炉口を形成する筒状のマニホールドを設け、その炉口を密閉する昇降可能な蓋体上に被処理体を多段に保持した保持具を保温筒を介して載置し、前記処理領域に収容した被処理体を所定の処理ガス、処理温度および処理圧力の下で熱処理する熱処理装置において、前記反応管は、上端および下端が開放された内部に処理領域を形成する内管と、この内管の外側に設けられ上端が閉塞され下端が開放され内管との間に処理ガスを下方に向かって排気するための環状空間を形成する外管とから構成され、前記マニホールドの内周部に形成された内側フランジ部に内管の下端部を支持する内管支持部材を設け、該内管支持部材よりも下側の側壁にパージガス導入部を設け、前記内管支持部材に前記保温筒に接近して処理ガスの拡散速度よりも早いパージガスの対抗流を発生させる隘路を形成する絞り部を設けているため、アンロード時にメンテナンスエリアであるローディングエリアに暴露される恐れのある炉口周辺部への反応副生成物の付着を抑制することができる。
【0043】
(2)請求項2に係る発明によれば、周囲にヒーターを有すると共に上端に排気部を有する縦型反応管の下端部に、反応管内の処理領域に処理ガスを導入するガス導入部および排気部を有し炉口を形成する筒状のマニホールドを設け、その炉口を密閉する昇降可能な蓋体上に被処理体を多段に保持した保持具を保温筒を介して載置し、前記処理領域に収容した被処理体を所定の処理ガス、処理温度及び処理圧力の下で熱処理する熱処理装置であって、前記反応管は、内部に処理領域を形成し上端に排気部を有する内管と、この内管の外側に設けられ内管との間に環状通路を形成する外管とから構成され、前記マニホールドの内周部に形成された内側フランジ部に内管の下端部を支持する内管支持部材を設け、該内管支持部材よりも下側の側壁にパージガス導入部を設け、前記内管支持部材に前記保温筒に接近して処理ガスの拡散速度よりも早いパージガスの対抗流を発生させる隘路を形成する絞り部を設けているため、アンロード時にメンテナンスエリアであるローディングエリアに暴露される恐れのある炉口周辺部への反応副生成物の付着を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明を縦型熱処理装置に適用した実施の形態を示す縦断面図である。
【図2】 同熱処理装置の要部拡大断面図である。
【図3】 マニホールドの内管支持部材を示す図で、(a)は部分的平面図、(b)は部分的側面図である。
【図4】 本発明の実施の形態とは異なる参考例を示す縦断面図である。
【図5】 本発明の熱処理装置の他の実施の形態を示す縦断面図である。
【図6】 本発明の実施の形態とは異なる参考例の要部拡大縦断面図である。
【符号の説明】
W 半導体ウエハ(被処理体)
1 縦型熱処理装置(熱処理装置)
2 炉口
3 熱処理炉
4 反応管
4a 内管
4b 外管
A 処理領域
5 ガス導入部
6 排気部
7 マニホールド
14 排気系
22 ヒーター
24 蓋体
29 パージガス導入部
30 絞り部
31 隘路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat treatment apparatus.
[0002]
[Prior art]
For example, in a semiconductor device manufacturing process, various types of heat treatment apparatuses are used in order to perform processing such as CVD (chemical vapor deposition), diffusion, oxidation, annealing, etc. on a semiconductor wafer as an object to be processed. In particular, in the CVD process and the diffusion process under a relatively high pressure reduction, a metal manifold having a gas introduction part and an exhaust part is provided at the bottom of a quartz vertical reaction tube, and the process in the reaction tube is performed. A semiconductor wafer held in multiple stages via a wafer boat as a holder is accommodated and sealed in the region, and the processing region is heated to a predetermined processing temperature by a heater provided outside the reaction tube, and a predetermined processing gas and In general, a heat treatment apparatus (also referred to as a vertical heat treatment apparatus) in which a predetermined heat treatment is performed on a semiconductor wafer under a processing pressure is generally used.
[0003]
In such a heat treatment apparatus, it is possible to cool the vicinity of the manifold seal member due to the fact that the manifold is separated from the heater and the heat resistance of the seal member that seals between the manifold and the reaction tube, for example, the O-ring. Due to the generality, the inner surface of the manifold is much cooler than the processing temperature. For this reason, the processing gas component contacts the inner surface of the manifold, which is a region other than the processing region in the reaction tube, condenses, and reaction by-products (also called precipitates in the diffusion processing) adhere to the inner surface of the manifold. The generation of particles and the like adversely affects the processing, and therefore regular cleaning is required. Further, in a process using a processing gas having toxicity such as arsenic, countermeasures are required because the presence of the reaction by-product may adversely affect the health of the operator.
[0004]
In order to solve such a problem, a conventional heat treatment apparatus employs a technique in which the manifold is heated from the outside to raise the vapor pressure of the reaction by-product and sublimate it.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the heat treatment apparatus, since a dedicated heater is attached outside the manifold, the apparatus becomes complicated, it is difficult to bring all parts of the manifold to a desired temperature, and safety considerations such as burns are taken into account. There were some problems, such as the necessity and the global impact on the environment due to the increase in power consumption. For example, in a process using an arsenic-based process gas, the vapor pressure of arsenic, which is a reaction by-product, is low, so that a great effect was not obtained in suppressing adhesion by the heating method described above. A vertical heat treatment apparatus has been proposed in which a cylindrical cover is provided inside the manifold, an annular exhaust space is formed between the cover and the manifold, and an inert gas introduction pipe is provided below the cover ( JP-A-10-223538). This vertical heat treatment apparatus is effective in preventing the reaction by-product from adhering to the inside of the manifold, but it is not suitable for the upward flow from the downstream side of the downflow of the process gas flowing through the heat treatment region. Since the inert gas must flow from the active gas introduction pipe, it is necessary to increase the flow rate of the inert gas. As a result, there is a disadvantage that the flow rate of the inert gas must be increased. When the flow rate of the inert gas is large, a large amount of the inert gas is mixed into the processing gas in the heat treatment region, which adversely affects the quality of the heat treatment.
[0006]
The present invention was made to solve the above-mentioned problems, and of course, it is possible to reduce the flow rate of the inert gas, as well as to suppress the adhesion of reaction byproducts to the periphery of the furnace port, It is an object of the present invention to provide a heat treatment apparatus in which an inert gas is unlikely to be mixed into a treatment gas in a heat treatment region and does not adversely affect the quality of the heat treatment. It is another object of the present invention to provide a heat treatment apparatus that does not easily peel off even if reaction by-products adhere to it.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
Among the present inventions, the invention according to claim 1At the lower end of a vertical reaction tube having a heater around it is provided a cylindrical manifold having a gas introduction part and an exhaust part for introducing a processing gas into a processing region in the reaction tube and forming a furnace port. A holder that holds the object to be processed in multiple stages on a lid that can be raised and lowered is placed via a heat insulating cylinder and accommodated in the processing region.In a heat treatment apparatus for heat-treating an object to be treated under a predetermined treatment gas, treatment temperature and treatment pressure,The reaction tube includes an inner tube that forms a processing region inside an upper end and a lower end that are open, and an outer tube that is provided outside the inner tube, the upper end is closed, the lower end is opened, and a processing gas flows downward between the inner tube and the reaction tube. An inner pipe supporting member for supporting a lower end portion of the inner pipe is provided on an inner flange portion formed on the inner peripheral portion of the manifold, and the inner pipe is provided with an outer pipe forming an annular space for exhausting toward the inner pipe. Provided with a purge gas introduction part on the side wall below the support member, and a throttle part that forms a bottleneck that generates a counterflow of the purge gas that is closer to the heat retaining cylinder and generates a purge gas flow faster than the diffusion rate of the processing gas. ProvidedIt is characterized by that.
[0008]
The invention according to claim 2A cylindrical manifold having a gas inlet and an exhaust for introducing a processing gas into a processing region in the reaction tube at the lower end of a vertical reaction tube having a heater around and an exhaust at the upper end and forming a furnace port The holder that holds the object to be processed in multiple stages is placed on the lid that can be raised and lowered to seal the furnace port, and is placed in the processing region through a heat insulating cylinder.A heat treatment apparatus for heat-treating an object to be treated under a predetermined treatment gas, treatment temperature and treatment pressureThe reaction tube is composed of an inner tube that forms a treatment region inside and has an exhaust part at the upper end, and an outer tube that is provided outside the inner tube and forms an annular passage between the inner tube and the inner tube. An inner pipe support member for supporting the lower end of the inner pipe is provided on the inner flange portion formed on the inner peripheral part of the manifold, and a purge gas introduction part is provided on a side wall below the inner pipe support member, Approach the inner tube support member to the heat insulation cylinderGenerate a counter flow of purge gas that is faster than the diffusion rate of the process gasForm a bottleneckSet the apertureKetaIt is characterized by that.It is preferable that the inner surface of the manifold and the inner surface of the exhaust system including the exhaust portion are roughened to suppress separation of reaction byproducts (Claim 3).
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1 is a longitudinal sectional view showing an embodiment in which the present invention is applied to a vertical heat treatment apparatus, FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a main part of the heat treatment apparatus, and FIG. 3 is a view showing an inner pipe support member of a manifold. a) is a partial plan view, and (b) is a partial side view.
[0013]
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a vertical heat treatment apparatus configured to be suitable for CVD treatment or diffusion treatment under reduced pressure, and this heat treatment apparatus 1 includes a
[0014]
The manifold 7 is formed of a material having heat resistance and corrosion resistance, for example, stainless steel. The
[0015]
The
[0016]
[0017]
In order to support the
[0018]
The manifold 7 is attached to the lower portion of the
[0019]
In order to accommodate and hold a plurality of, for example, about 150 semiconductor wafers W (also referred to as substrates) in the processing region A in the
[0020]
A loading area E is provided below the
[0021]
In order to prevent the processing gas introduced into the processing region A from entering the
[0022]
The
[0023]
An
[0024]
In addition, the inner surface of the
[0025]
As a rough surface processing method, for example, buffing, hairline processing, blasting, composite electrolytic polishing, and the like can be applied. It has been confirmed by experiments that blasting is preferable. In the experiment, a plurality of samples subjected to various roughened surfaces were prepared, and a test was conducted on the timing of peeling of reaction by-products. As a result, by spraying glass beads of, for example, 150 to 250 μm on the surface to be processed, a product having a rough surface with a high roughness, for example, an average roughness of 1.31 μm, has the effect of suppressing the separation of reaction byproducts. It was confirmed to be high. In particular, in an arsenic process, it has been confirmed that there is a life extension effect of 10 times or more with respect to the peeling time in the case of a normal stainless steel surface.
[0026]
In addition, the inner peripheral wall surface above the
[0027]
Next, the operation of the vertical heat treatment apparatus having the above configuration will be described. First, when the
[0028]
In this heat treatment step, the processing gas is introduced into the
[0029]
Accordingly, reaction by-products are not generated in the periphery of the furnace port or even if generated. As a result, it is possible to eliminate or suppress the reaction by-product from adhering to the periphery of the furnace port that may be exposed to the loading area E that is a maintenance area during unloading. Therefore, in a process in which a heater is conventionally used around the furnace port, the heater can be deleted, and the apparatus can be simplified. In addition, it is particularly effective in an arsenic-based process where the effect cannot be obtained even with a heater, and is an effective measure for protecting the health of the operator.
[0030]
On the other hand, since the processing gas is in contact with the inner surface of the exhaust-side manifold 7 and the inner surface of the
[0031]
FIG. 4 shows the present invention.The fruitForm of applicationNot a reference exampleIndicates. In FIG. 4, the same or equivalent members or portions as shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and only differences from FIG. 1 will be described below. In this embodiment, the
[0032]
Further, in this embodiment, the inner
[0033]
FIG. 5 shows a heat treatment apparatus according to the present invention.OtherAn embodiment of the present invention will be described. In FIG. 5, the same or equivalent members or portions as shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and only differences from FIG. 1 will be described below. In this embodiment, a double tube structure is adopted as in the embodiment shown in FIG. 1, and an
[0034]
The
[0035]
FIG. 6 shows the present invention.The fruitForm of applicationNot a reference exampleIndicates. In the above embodiment, the
[0036]
Although the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various design changes and the like can be made without departing from the gist of the present invention. is there. The present invention can be applied to, for example, a single-wafer type heat treatment apparatus or a horizontal heat treatment apparatus in addition to the vertical heat treatment apparatus. In addition to the semiconductor wafer, for example, a glass substrate or an LCD substrate can be used as the object to be processed.
[0038]
【The invention's effect】
According to the present invention as described above, the following effects can be obtained.
[0042]
(1Claim1According to the invention according to the present invention, a cylindrical manifold having a gas inlet and an exhaust for introducing a processing gas into a processing region in the reaction tube at the lower end of a vertical reaction tube having a heater around it and forming a furnace port A holder that holds the object to be processed in multiple stages is placed on a lid that can be moved up and down to seal the furnace port via a heat insulating cylinder, and the object to be processed accommodated in the processing region is treated with a predetermined processing gas. In heat treatment equipment for heat treatment under treatment temperature and pressureThe reaction tube includes an inner tube that forms a processing region inside an open upper end and a lower end, and an outer tube that is provided outside the inner tube, closes the upper end, opens the lower end, and passes a processing gas between the inner tube and the reaction tube. An inner pipe support member for supporting the lower end portion of the inner pipe is provided on the inner flange portion formed on the inner peripheral portion of the manifold. Side wall below the tube support memberProvided with a purge gas introduction part,Approaching the heat insulation cylinder to the inner pipe support memberA constriction is provided to form a bottleneck that generates a counterflow of purge gas that is faster than the diffusion rate of the processing gas.JustTherefore, it is possible to suppress the deposition of reaction by-products on the periphery of the furnace port that may be exposed to the loading area that is the maintenance area during unloading.wear.
[0043]
(2Claim2According to the invention according to the present invention, the furnace port has a gas introducing part and an exhaust part for introducing a processing gas into a processing region in the reaction tube at a lower end part of a vertical reaction tube having a heater around and an exhaust part at an upper end. A holder that holds the object to be processed in multiple stages is placed on a lid that can be moved up and down to seal the furnace port through the heat insulating cylinder, and the object to be accommodated in the processing region is provided. A heat treatment apparatus for heat treating a treatment body under a predetermined treatment gas, treatment temperature and treatment pressure,The reaction tube is composed of an inner tube having a processing region therein and having an exhaust portion at an upper end thereof, and an outer tube which is provided outside the inner tube and forms an annular passage between the inner tube and the manifold. An inner pipe support member that supports the lower end portion of the inner pipe is provided on the inner flange portion formed on the inner peripheral portion of the inner pipe, and the side wall below the inner pipe support member is provided.Provided with a purge gas introduction part,Approaching the heat insulation cylinder to the inner pipe support memberBecause there is a constriction that forms a bottleneck that generates a counter flow of purge gas that is faster than the diffusion rate of the processing gas, reaction to the furnace port periphery that may be exposed to the loading area, which is the maintenance area, during unloading By-product adhesion can be suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an embodiment in which the present invention is applied to a vertical heat treatment apparatus.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a main part of the heat treatment apparatus.
3A and 3B are views showing an inner pipe support member of a manifold, where FIG. 3A is a partial plan view, and FIG. 3B is a partial side view.
FIG. 4 The present inventionThe fruitForm of applicationReference example different fromFIG.
FIG. 5 is a heat treatment apparatus according to the present invention.OtherIt is a longitudinal cross-sectional view which shows this embodiment.
FIG. 6The fruitForm of applicationReference example different fromFIG.
[Explanation of symbols]
W Semiconductor wafer (object to be processed)
1 Vertical heat treatment equipment (heat treatment equipment)
2 Furnace
3 Heat treatment furnace
4 reaction tubes
4a Inner pipe
4b Outer pipe
A processing area
5 Gas introduction part
6 Exhaust section
7 Manifold
14 Exhaust system
22 Heater
24 Lid
29 Purge gas introduction part
30 Aperture
31 Kushiro
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32659399A JP4015791B2 (en) | 1998-11-26 | 1999-11-17 | Heat treatment equipment |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10-335471 | 1998-11-26 | ||
JP33547198 | 1998-11-26 | ||
JP32659399A JP4015791B2 (en) | 1998-11-26 | 1999-11-17 | Heat treatment equipment |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000223432A JP2000223432A (en) | 2000-08-11 |
JP4015791B2 true JP4015791B2 (en) | 2007-11-28 |
Family
ID=26572231
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP32659399A Expired - Fee Related JP4015791B2 (en) | 1998-11-26 | 1999-11-17 | Heat treatment equipment |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4015791B2 (en) |
Families Citing this family (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001029773A (en) * | 1999-07-26 | 2001-02-06 | Anelva Corp | Vacuum apparatus |
FR2824663B1 (en) * | 2001-05-14 | 2004-10-01 | Semco Sa | METHOD AND DEVICE FOR DOPING, DIFFUSING AND PYROLITHIC OXIDATION OF REDUCED PRESSURE SILICON WAFERS |
JP3837073B2 (en) * | 2002-01-17 | 2006-10-25 | 株式会社日立国際電気 | Semiconductor manufacturing equipment |
JP3720784B2 (en) * | 2002-03-20 | 2005-11-30 | 光洋サーモシステム株式会社 | Hot air circulation oven |
KR100745932B1 (en) * | 2003-02-21 | 2007-08-02 | 가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키 | Substrate-processing apparatus and method of producing semiconductor device |
JPWO2007010607A1 (en) * | 2005-07-21 | 2009-01-29 | 光洋サーモシステム株式会社 | Carburizing method and carburizing furnace |
JP4532427B2 (en) * | 2006-03-24 | 2010-08-25 | 株式会社日立国際電気 | Semiconductor manufacturing equipment |
JP2008227201A (en) * | 2007-03-14 | 2008-09-25 | Hitachi Kokusai Electric Inc | Substrate processing apparatus |
KR101256621B1 (en) * | 2010-12-28 | 2013-04-19 | 재단법인 포항산업과학연구원 | Magnesium melting crucible |
JP5882167B2 (en) * | 2012-09-13 | 2016-03-09 | 東京エレクトロン株式会社 | Heat treatment equipment |
KR102063607B1 (en) * | 2013-03-12 | 2020-02-11 | 삼성전자주식회사 | Apparatus for processing wafers |
JP6307318B2 (en) | 2014-03-24 | 2018-04-04 | 株式会社日立国際電気 | Substrate processing apparatus, semiconductor device manufacturing method, and program |
CN103928317B (en) * | 2014-04-28 | 2016-10-26 | 北京七星华创电子股份有限公司 | Improve the method that technique sheet becomes film uniformity |
JP6460874B2 (en) | 2015-03-26 | 2019-01-30 | 株式会社Kokusai Electric | Semiconductor device manufacturing method, substrate processing apparatus, and program |
JP6616258B2 (en) * | 2016-07-26 | 2019-12-04 | 株式会社Kokusai Electric | Substrate processing apparatus, lid cover, and semiconductor device manufacturing method |
JP6782362B2 (en) * | 2017-08-30 | 2020-11-11 | 株式会社Kokusai Electric | Manufacturing method of protective plate, substrate processing device and semiconductor device |
JP6651591B1 (en) * | 2018-09-27 | 2020-02-19 | 株式会社Kokusai Electric | Substrate processing apparatus and semiconductor device manufacturing method |
JP6663526B2 (en) * | 2019-04-11 | 2020-03-11 | 光洋サーモシステム株式会社 | Heat treatment equipment |
KR102631372B1 (en) * | 2019-10-21 | 2024-01-31 | 주식회사 원익아이피에스 | Substrate processing apparatus |
-
1999
- 1999-11-17 JP JP32659399A patent/JP4015791B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2000223432A (en) | 2000-08-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4015791B2 (en) | Heat treatment equipment | |
US6187102B1 (en) | Thermal treatment apparatus | |
JP3556804B2 (en) | Processing device and processing method | |
KR100745932B1 (en) | Substrate-processing apparatus and method of producing semiconductor device | |
JP3007432B2 (en) | Heat treatment equipment | |
US5271963A (en) | Elimination of low temperature ammonia salt in TiCl4 NH3 CVD reaction | |
JP3579278B2 (en) | Vertical heat treatment device and sealing device | |
US5484484A (en) | Thermal processing method and apparatus therefor | |
US8076615B2 (en) | Substrate processing apparatus and method of manufacturing semiconductor device | |
US5578132A (en) | Apparatus for heat treating semiconductors at normal pressure and low pressure | |
KR100463663B1 (en) | Substrate processing apparatus and method for manufacturing semiconductor device | |
JP2007113119A (en) | Processing apparatus and treatment method capable of reducing backside deposition in substrate | |
JP4200844B2 (en) | Heat treatment equipment | |
JP4963336B2 (en) | Heat treatment equipment | |
JP3278011B2 (en) | Heat treatment equipment | |
US8051870B2 (en) | Pressure reduction process device, pressure reduction process method, and pressure regulation valve | |
JP3578258B2 (en) | Heat treatment equipment | |
JP2001035797A (en) | Substrate treatment device | |
JP4969127B2 (en) | Substrate processing equipment | |
JP4718054B2 (en) | Vertical heat treatment equipment | |
JPH0729841A (en) | Heat treatment furnace | |
JP2006274316A (en) | Substrate treatment apparatus | |
JP2002305190A (en) | Heat treating apparatus and method for cleaning the same | |
JP3690095B2 (en) | Deposition method | |
JP2714576B2 (en) | Heat treatment equipment |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20051213 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20051213 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060502 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070613 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20070807 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070807 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20070807 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070911 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070914 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100921 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4015791 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130921 Year of fee payment: 6 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |