JP4503397B2 - 縦型熱処理装置及びその処理容器急速降温方法 - Google Patents
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Description
本発明は、縦型熱処理装置及びその処理容器急速降温方法に関する。
半導体装置の製造においては、被処理体である例えば半導体ウエハに酸化、拡散、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）などの処理を施すために、各種の熱処理装置が用いられており、その一つとして、一度に多数枚の被処理体の熱処理が可能な縦型熱処理装置が使用されている。この縦型熱処理装置としては、被処理体を収容して熱処理する石英製の処理容器と、該処理容器の周囲を囲んで加熱する急速冷却機能を有する主ヒータと、処理容器の上部に排気管を接続するために屈曲形成された排気口部と、該排気口部を加熱するために設けられた補助ヒータとを備えた縦型熱処理装置が知られている（例えば特開２００３−２０９０６３号公報）。処理容器の下部は開口され、この開口部を封止すべく昇降可能（開閉可能）に設けられた蓋体の上部には被処理体を多段に搭載保持する石英製のボートが設けられている。
このような縦型熱処理装置によれば、二重管構造で熱容量の大きい処理容器を有するものに比して、処理容器の熱容量が小さいため、急速昇温及び急速降温が可能であり、ある程度のスループットの向上を期待することができる。また、排気口部を補助ヒータにより加熱することにより、処理ガス成分が排気口部内面に付着して成膜するのを抑制することができる。
ところで、前記縦型熱処理装置においては、熱処理（プロセス）の終了後、ボートから被処理体を取出した後、ボートを処理容器内に搬入して蓋体を閉じた状態で、主ヒータの急速降温により処理容器を所定の温度例えば常温まで降温してから、処理容器内にクリーニングガス（例えばエッチングガス）を導入することにより、処理容器の内面及びボートをドライクリーニング（乾式洗浄）する試みがなされている。
しかしながら、前記縦型熱処理装置においては、補助ヒータに急速冷却機能を備えていないため、排気口部を処理容器（本体）と同じ温度に迅速に降温させることが難しく、その結果、排気口部の内面に膜残りが生じ、これがパーティクルの原因となる問題がある。また、排気口部が処理容器（本体）と同じ温度に降温するまでには長時間を要するため、装置運用上の待ち時間ないし保守時のダウンタイムの長時間化を招き、スループットの向上ないし生産性の向上の障害となる問題がある。
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、排気口部を処理容器と同様に迅速に降温させることができ、スループットの向上が図れる縦型熱処理装置及びその処理容器急速降温方法を提供することを目的とする。
本発明のうち、請求項１に係る発明は、被処理体を収容して熱処理する処理容器と、該処理容器の周囲を囲んで加熱する急速冷却機能を有する主ヒータと、処理容器の上部に排気管を接続するために屈曲形成された排気口部と、該排気口部を加熱するために設けられた補助ヒータとを備えた縦型熱処理装置であって、前記補助ヒータに主ヒータの急速冷却時に該補助ヒータを排気口部から退避させるための移動機構を設けると共に、排気口部周辺の雰囲気を強制排気するための強制排気機構を設けたことを特徴とする。
請求項２に係る発明は、前記強制排気機構は、補助ヒータが退避した時の排気口部を覆うと共に退避した補助ヒータの内部と連通する遮熱カバーと、該遮熱カバーに接続されて遮熱カバー内を強制排気する排気用配管とを備えていることを特徴とする。
請求項３に係る発明は、前記遮熱カバーが水冷構造とされていることを特徴とする。
請求項４に係る発明は、主ヒータには該主ヒータ内を強制排気するための排気ダクトが接続され、該排気ダクトに前記補助ヒータの強制排気機構の排気用配管が接続されていることを特徴とする。
請求項５に係る発明は、被処理体を収容して熱処理する処理容器と、該処理容器の周囲を囲んで加熱する急速冷却機能を有する主ヒータと、処理容器の上部に排気管を接続するために屈曲形成された排気口部と、該排気口部を加熱するために設けられた補助ヒータと、主ヒータの急速冷却時に補助ヒータを排気口部から退避させるための移動機構と、排気口部周辺の雰囲気を強制排気するための強制排気機構とを備えた縦型熱処理装置の処理容器内をドライクリーニングするに際して、前記主ヒータ内を急速冷却すると共に、前記補助ヒータの退避及び排気口部周辺の強制排気を行い、処理容器及び排気口部を急速降温させることを特徴とする。
請求項１に係る発明によれば、被処理体を収容して熱処理する処理容器と、該処理容器の周囲を囲んで加熱する急速冷却機能を有する主ヒータと、処理容器の上部に排気管を接続するために屈曲形成された排気口部と、該排気口部を加熱するために設けられた補助ヒータとを備えた縦型熱処理装置であって、前記補助ヒータに主ヒータの急速冷却時に該補助ヒータを排気口部から退避させるための移動機構を設けると共に、排気口部周辺の雰囲気を強制排気するための強制排気機構を設けているため、排気口部を処理容器と同様に迅速に降温させることができ、スループットの向上が図れる。
請求項１に係る発明によれば、前記強制排気機構は、補助ヒータが退避した時の排気口部を覆うと共に退避した補助ヒータの内部と連通する遮熱カバーと、該遮熱カバーに接続されて遮熱カバー内を強制排気する排気用配管とを備えているため、排気口部を効果的に降温させることができると共に、排気口部からの放熱による熱影響を防止することができる。
請求項３に係る発明によれば、前記遮熱カバーが水冷構造とされているため、排気口部を更に効果的に降温させることができる。
請求項４に係る発明によれば、主ヒータには該主ヒータ内を強制排気するための排気ダクトが接続され、該排気ダクトに前記補助ヒータの強制排気機構の排気用配管が接続されているため、主ヒータの排気ダクトによる強制排気力を利用して補助ヒータの強制排気機構による強制排気を行うことができ、構造の簡素化及びコストの低減が図れる。
請求項５に係る発明によれば、被処理体を収容して熱処理する処理容器と、該処理容器の周囲を囲んで加熱する急速冷却機能を有する主ヒータと、処理容器の上部に排気管を接続するために屈曲形成された排気口部と、該排気口部を加熱するために設けられた補助ヒータと、主ヒータの急速冷却時に補助ヒータを排気口部から退避させるための移動機構と、排気口部周辺の雰囲気を強制排気するための強制排気機構とを備えた縦型熱処理装置の処理容器内をドライクリーニングするに際して、前記主ヒータ内を急速冷却すると共に、前記補助ヒータの退避及び排気口部周辺の強制排気を行い、処理容器及び排気口部を急速降温させるため、処理容器内面及び排気口部内面を迅速且つ均一にドライクリーニングすることが可能となり、膜残りによるパーティクルの発生を防止できると共にスループットの向上が図れる。
以下に、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を基に詳述する。図１は本発明の実施の形態である縦型熱処理装置の概略的縦断面図、図２は同熱処理装置の上部を示す平面図、図３は補助ヒータの移動機構を示す概略的側面図である。図４は同移動機構のレールの配置を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、図５は補助ヒータの移動を説明する図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、図６はレールの断面図、図７は補助ヒータの加熱状態を示す断面図、図８は補助ヒータの強制冷却状態を示す断面図である。
図１において、１は縦型熱処理装置で、この縦型熱処理装置１は、図示しない筐体と、該筐体内に設けられ被処理体例えば半導体ウエハｗを収容して所定の熱処理を行う縦型の処理容器（反応管ともいう）２を備えている。この処理容器２は、耐熱性及び耐食性を有する石英（石英ガラス）により形成されている。処理容器２は、上部がドーム状、具体的には逆漏斗状に形成されており、下部が炉口３として開口している。前記処理容器２の下部の開口端にはフランジ部４が設けられ、該フランジ部４がフランジ押えを介してベースプレートに固定されている（図示省略）。
処理容器２の下側部には処理ガスや不活性ガス（例えばＮ２）を導入するガス導入管を接続するためのガス導入口部が設けられている（図示省略）。処理容器２の頂部中央には排気管５を接続するための排気口部６がＬ字状に屈曲して形成されている。排気管５には処理容器２内を所定の圧力例えば１１０ｋｇｆ程度に減圧可能な真空ポンプ、圧力センサ、圧力制御弁、コントローラを備えた圧力制御システムが設けられている。
前記処理容器２の周囲には処理容器２内を所定の温度例えば３００〜１０００℃に加熱制御可能で且つ急速冷却機能を有する円筒状の主ヒータ７が設けられている。本実施例では、主ヒータ７の本体７ａは金属製（例えばＳＵＳ製）の水冷ジャケットからなり、ヒータエレメント（図示省略）として、急速昇降温が可能なカーボンワイヤが用いられている。主ヒータ７はベースプレート上に設置されている。主ヒータ７の上部は天板８で覆われ、前記排気口部６は天板８を貫通して主ヒータ７の上部から突出されている。
プロセス降温時又はドライクリーニング等の保守時に主ヒータ７及び主ヒータ７内の処理容器２を強制空冷するために、主ヒータ７の下部には室温の空気を主ヒータ７内に送入するための送風機９を備えた送風ノズル１０が設けられ、主ヒータ７の上部には排気ファン１１を備えた排気ダクト１２が接続されている。この排気ダクト１２は、主ヒータ７の天板８上に配設された第１ダクト１２ａと、この第１ダクト１２ａと工場排気系との間をつなぐ第２ダクト１２ｂとから主に構成され、この第２ダクト１２ｂには排気温度を下げるための熱交換器１３と、前記排気ファン１１が設けられている。
処理容器２の下方には、処理容器２の下部の開口（炉口）３を密閉する蓋体１４が図示しない昇降機構により昇降可能（開閉可能）に設けられている。この蓋体１４の上方には複数例えば２５〜５０枚程度のウエハｗを上下方向に所定の間隔で多段に搭載保持する石英製のボート（保持具）１５が設けられている。このボート１５は下部中央部に支柱１６を有し、該支柱１６が蓋体１４の中央部に設けられた回転導入機構１７に接続されている。前記蓋体１４の中央部には炉口３からの放熱を抑制する手段として面状の加熱ヒータや遮熱板を備えたサーモプラグ１８が前記支柱１０と干渉しない状態で設けられている。処理容器２の下方には、蓋体１４の降下により処理容器２内からボート１５を搬出し、該ボート１５と運搬容器であるキャリア（カセット）との間でウエハｗの移載を行うためのローデングエリア１９が設けられている。
前記主ヒータ７の上部には排気口部６を加熱するための補助ヒータ２０が設けられている。排気口部６を処理容器２と同様に迅速に降温させるために、補助ヒータ２０には主ヒータ７の急速冷却時に該補助ヒータ２０を排気口部６から退避させる（遠ざける）ための移動機構２１が設けられていると共に、排気口部６周辺の雰囲気を強制排気するための強制排気機構２２が設けられている。この強制排気機構２２は、図８にも示すように補助ヒータ２０が退避した時の排気口部６を覆うと共に退避した補助ヒータ２０の内部と連通する遮熱カバー２３と、該遮熱カバー２３に接続されて遮熱カバー２３内を強制排気する排気用配管２４とから主に構成されている。これにより、遮熱カバー２３内の排気口部６周辺雰囲気及び補助ヒータ２０内の雰囲気を強制的に排気することができ、排気口部６を効率よく降温させることができる。この排気用配管２４は前記排気ダクト１２の熱交換器１３よりも上流部分に接続されている。遮熱カバー２３は金属製（例えばＳＵＳ製）で、その表面に冷却水循環流路２５を有する水冷構造とされていることが好ましい。
前記主ヒータ７の天板８上には排気口部６の垂直立上り部の周囲を断熱するための断熱ブロック２６が設置され、この断熱ブロック２６の上面には補助ヒータ２０を水平方向に移動可能に載置するための金属製（例えばＳＵＳ製）の載置板２７が設けられている。補助ヒータ２０は、図７に示すように排気口部６を背面側（図７の右側）からスライド可能に覆える形状、すなわち下方及び正面側（図７の左側）が開放された断面形状とされた断熱材２８と、該断熱材２８の内面に配設（埋設）された抵抗発熱線２９とから主に構成されている。この補助ヒータ２０には温度センサ（熱電対）３０が設けられている。断熱材２８及び前記断熱ブロック２６はモールド品からなり、粉が出やすいため、アルミナクロスで表面が覆われている。また、補助ヒータ２０の外面には、冷却水循環流路３１を有する水冷ジャケット３２が設けられていることが好ましい。
前記移動機構２１は、図４ないし図５にも示すように補助ヒータ２０を水平移動可能に案内するために移動方向の前後に左右一対ずつ配設されたガイドレール３３，３４と、補助ヒータ２０の略四隅に腕部３５，３６を介して配設されガイドレール３３，３４に沿って案内されるガイドローラ３７、３８と、補助ヒータ２０をスライド移動させるエアシリンダ３９とから主に構成されている。遮熱カバー２３との干渉を避けるために、前部のガイドレール３３は補助ヒータ２０の載置面よりも下部例えば天板８上に断熱ブロック２６と干渉しないように配置され、後部のガイドレール３４は第１ダクト１２ａの後部に取付けられた支柱４０を介して補助ヒータ２０と略同じ高さの上部に配置されている。ガイドレール３３，３４は、例えば図６に示すように金属製の板材４１の一側面にガイドローラ案内用の案内溝４２を設けて構成されている。
筐体に固定された熱交換器１３を利用して後部のガイドレール３４の支持構造を補強するために、熱交換器１３には水平の取付けバー４３を介して水平支持部材４４がネジ止めにより取付けられている。取付けバー４３は熱交換器１３に設けられた既存のネジ孔（タップ）を利用してネジ止めされている。また、熱交換器１３の上部には取付けバー４３を介してエアシリンダ３９用の取付部材４５が取付けられている。エアシリンダ３９の基端部はこの取付部材４５にブラケット４６を介して取付けられ、エアシリンダ３９のピストンロッド３９ａの先端部は補助ヒータ２０の背面部にブラケット４７を介して連結されている。
前記補助ヒータ２０は、加熱時には図７に示すように排気口部６に近接した状態で断熱ブロック２６上に載置され、且つ遮熱カバー２３の内部に収納された状態にあり、退避時には図８に示すように排気口部６から遠ざかり、補助ヒータ２０の先端部が遮熱カバー２３の開口端に位置されて遮熱カバー２３内と補助ヒータ２０内とが連通した状態になる。遮熱カバー２３は、断面門形ないし逆Ｕ字状に形成され、前部の左右一対のレール３３の板材４１上に両側面部が取付けられている。遮熱カバー２３の前面部は排気口部６が通る部分を残して前面カバー部２３ａにより覆われており、遮熱カバー２３の背面部は補助ヒータ２０の退避移動用として開口されている。
補助ヒータ２０は、エアシリンダ３９によって加熱位置から退避位置に所定量Ｌ例えばＬ＝１８５ｍｍ程度スライド移動されるが、この移動時の摩擦抵抗を軽減し、金属粉などのごみの発生を防止するために、補助ヒータ２０が断熱ブロック２６上の載置位置である加熱位置から移動を開始する直後に載置面から所定寸法ｄ例えばｄ＝１５ｍｍ程度浮上させるべく、ガイドレール３３，３４の前端側には傾斜部３３ａ，３４ｂが設けられていることが好ましい。
移動側である補助ヒータ２０の水冷ジャケット３２の冷却水循環流路３１と固定側の冷却水循環供給部とを結ぶ配管は、フレキシブルパイプからなっている。また、退避位置における補助ヒータ２０の下方には、補助ヒータ２０の下方からの放熱を抑制するための遮熱プレート４８が補助ヒータ２０の下面の露出部分を覆うように配置されている。この遮熱プレート４８は、水冷式であること、すなわち冷却水循環流路４９が設けられていることが好ましい。なお、図示例では第１ダクト１２ａを利用してその上部に遮熱プレートが取付けられている。
以上の構成からなる縦型熱処理装置１によれば、被処理体例えばウエハｗを収容して熱処理する処理容器２と、該処理容器２の周囲を囲んで加熱する急速冷却機能を有する主ヒータ７と、処理容器２の上部に排気管５を接続するために屈曲形成された排気口部（排気管接続部ともいう）６と、該排気口部６を加熱するために設けられた補助ヒータ２０とを備え、補助ヒータ２０に主ヒータ７の急速冷却時に該補助ヒータ２０を排気口部６から退避させるための移動機構２１を設けると共に、排気口部６周辺の雰囲気を強制排気するための強制排気機構２２を設けているため、プロセス降温時又はドライクリーニング等の保守時に排気口部６を処理容器２と同様に迅速に降温させることができ、装置運用上の待ち時間ないし保守時のダウンタイムの短縮化が図れ、スループットの向上ないし生産性の向上が図れる。また、排気口部６を処理容器２と同様に迅速に降温させることができるため、排気口部６内面の膜残りが解消され、膜残りに起因するパーティクルの問題を解消することができる。
前記強制排気機構２２は、補助ヒータ２０が退避した時の排気口部６を覆う（排気口部６の周囲を覆う）と共に退避した補助ヒータ２０の内部と連通する遮熱カバー２３と、該遮熱カバー２３に接続されて遮熱カバー２３内を強制排気する排気用配管２４とを備えているため、排気口部６を効果的に降温させることができると共に、排気口部６からの放熱による熱影響を防止することができる。また、前記遮熱カバー２３が水冷構造とされているため、排気口部６を更に効果的に降温させることができる。更に、前記主ヒータ７には該主ヒータ７内を強制排気するための排気ダクト１２が接続され、該排気ダクト１２に前記補助ヒータ２０の強制排気機構２２の排気用配管２４が接続されているため、主ヒータ７の排気ダクト１２による強制排気力を利用して補助ヒータ２０の強制排気機構２２による強制排気を行うことができ、構造の簡素化及びコストの低減が図れる。
そして、縦型熱処理装置１において処理容器２と共に排気口部６を強制的に冷却する処理容器強制冷却方法においては、前記処理容器２内をドライクリーニングするに際して、前記主ヒータ７内を急速冷却すると共に、前記補助ヒータ２０の退避及び排気口部６周辺の強制排気を行い、処理容器２及びその排気口部６を急速降温させるため、排気口部６を処理容器２と同様に冷却降温させることができ、処理容器２内面及び排気口部６内面を迅速且つ均一にドライクリーニングすることが可能となり、膜残りによるパーティクルの発生を防止できると共にスループットの向上が図れる。なお、主ヒータ７の急速冷却時には主ヒータ７への電力供給は停止し、補助ヒータ２０の退避時（強制排気時を含む）には補助ヒータ２０への電力供給は停止する。
前記縦型熱処理装置及びその処理容器強制冷却方法によれば、例えば排気口部６の温度を８００℃から１００℃に降温させるのに、従来では１１０分程度を要していたのに対し、本実施例では６５分程度に短縮することができた。
以上、本発明の実施の形態ないし実施例を図面により詳述してきたが、本発明は前記実施の形態ないし実施例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、既存の縦型熱処理装置にも大幅な改造を伴わずに実施することが可能である。
ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
１ 縦型熱処理装置
２ 処理容器
５ 排気管
６ 排気口部
７ 主ヒータ
２０ 補助ヒータ
２１ 移動機構
２２ 強制排気機構
２３ 遮熱カバー
２４ 排気用配管
１ 縦型熱処理装置
２ 処理容器
５ 排気管
６ 排気口部
７ 主ヒータ
２０ 補助ヒータ
２１ 移動機構
２２ 強制排気機構
２３ 遮熱カバー
２４ 排気用配管
Claims (5)
- 被処理体を収容して熱処理する処理容器と、該処理容器の周囲を囲んで加熱する急速冷却機能を有する主ヒータと、処理容器の上部に排気管を接続するために屈曲形成された排気口部と、該排気口部を加熱するために設けられた補助ヒータとを備えた縦型熱処理装置であって、前記補助ヒータに主ヒータの急速冷却時に該補助ヒータを排気口部から退避させるための移動機構を設けると共に、排気口部周辺の雰囲気を強制排気するための強制排気機構を設けたことを特徴とする縦型熱処理装置。
- 前記強制排気機構は、補助ヒータが退避した時の排気口部を覆うと共に退避した補助ヒータの内部と連通する遮熱カバーと、該遮熱カバーに接続されて遮熱カバー内を強制排気する排気用配管とを備えていることを特徴とする請求項１記載の縦型熱処理装置。
- 前記遮熱カバーは、水冷構造とされていることを特徴とする請求項２記載の縦型熱処理装置。
- 主ヒータには該主ヒータ内を強制排気するための排気ダクトが接続され、該排気ダクトに前記補助ヒータの強制排気機構の排気用配管が接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載の縦型熱処理装置。
- 被処理体を収容して熱処理する処理容器と、該処理容器の周囲を囲んで加熱する急速冷却機能を有する主ヒータと、処理容器の上部に排気管を接続するために屈曲形成された排気口部と、該排気口部を加熱するために設けられた補助ヒータと、主ヒータの急速冷却時に補助ヒータを排気口部から退避させるための移動機構と、排気口部周辺の雰囲気を強制排気するための強制排気機構とを備えた縦型熱処理装置の処理容器内をドライクリーニングするに際して、前記主ヒータ内を急速冷却すると共に、前記補助ヒータの退避及び排気口部周辺の強制排気を行い、処理容器及び排気口部を急速降温させることを特徴とする縦型熱処理装置の処理容器急速降温方法。
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