JP5352156B2 - 熱処理装置 - Google Patents
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Description
本発明は、半導体ウェーハなどの被処理基板を多数枚同時に熱処理する縦型の熱処理装置に関する。
半導体ウェーハ表面にベークによって被膜を形成する際に従来から縦型の熱処理装置が用いられている。一般的な熱処理装置の構造は、特許文献１に開示されるように、被処理基板が内部に挿入される反応チャンバー（炉心管）の外側に熱を均一に分散させるためのアウターチューブを配置し、このアウターチューブの外側に、内側面にヒータを設けた筒状断熱体を配置している。
最近では、メタル配線の前工程などでは、８００℃〜１０００℃での高温処理が必要になってきている。しかしながら半導体ウェーハを８００℃〜１０００℃まで加熱して膜を形成した後、直ちに半導体ウェーハを熱処理装置から取り出すと、半導体ウェーハに熱歪みを生じたり、高温状態で大気（酸素）と接することで酸化膜が形成されてしまうなどの問題が生じる。
熱歪みを生じたり、高温状態で大気（酸素）と接することで酸化膜が形成されるのを防止するには、これらの不利が生じない温度まで冷却した後に半導体ウェーハを取り出せばよいのであるが、これでは時間がかかり処理効率が悪い。そこで、特許文献２、３が提案されている。
特許文献２、３には、反応チャンバー（炉心管）の外側に筒状加熱部材を配置し、これら反応チャンバー（炉心管）と筒状加熱部材との間に筒状冷却部材を相対的に昇降動可能に配置し、反応チャンバー（炉心管）内の半導体ウェーハを高温処理する場合には、反応チャンバー（炉心管）と筒状加熱部材との間から筒状冷却部材を後退させ、熱処理後には反応チャンバー（炉心管）と筒状加熱部材との間に筒状冷却部材を挿入して、反応チャンバー（炉心管）内の半導体ウェーハを急冷するようにしている。
特開２００１−１６８０４７号公報
特開平５−２１８００７号公報
特開平９−１９９４３６号公報
上述したように、反応チャンバー（炉心管）と筒状加熱部材との間に筒状冷却部材を昇降動可能に設けることで、ウェーハを急冷することはできる。しかしながら、筒状冷却部材を配置するために反応チャンバー（炉心管）と筒状加熱部材との間に十分なスペースを設けなければならない。一方、十分なスペースを設けると、ヒータとの間隔が大きくなって熱処理効率が低下する。
上記課題を解決するため本発明に係る熱処理装置は、被処理基板が内部に挿入される反応チャンバーの外側に筒状加熱部材を同軸状に配置し、この筒状加熱部材の外側に筒状断熱体を同軸状に配置し、更に、前記反応チャンバーと筒状断熱体とを一体化した状態で、前記筒状加熱部材に対し、相対的に昇降動可能とした。
前記筒状断熱体は、内側面に冷却ガスの噴出口が形成されたものとすることができる。このようにすることで、反応チャンバー内の半導体ウェーハを積極的に冷却することができ、更にタクトタイムの短縮を図ることができる。
本発明に係る熱処理装置によれば、従来の反応チャンバー（炉心管）と筒状加熱部材との間隔をそのままにして、筒状加熱部材を反応チャンバー（炉心管）に対して相対的に上昇または下降して、反応チャンバー（炉心管）を露出しても、その外側に筒状断熱体が存在するため、反応チャンバー（炉心管）の熱による周辺機器への悪影響を抑えることができる。
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る熱処理装置の処理中の縦断面図、図２は昇降機構を示す平面図であり、加熱処理装置はベースプレート１に開口２を形成し、この開口２に真空引き装置につながる配管３を取り付け、また開口２を跨ぐように合成石英或いは或いはアルミニウムからなる載置台４をベースプレート１上に固定し、この載置台４上に同じく合成石英或いは或いはアルミニウムからなるボート５を着脱自在にセットしている。このボート５には２５〜５０枚の半導体ウェーハＷが等間隔で保持された状態で収納される。
前記ボート５の外側には合成石英等からなるベルジャー型の反応チャンバー９が配置され、この反応チャンバー９の外側には筒状加熱部材１０および筒状断熱体１１を同軸状に配置している。
前記反応チャンバー９とセラミック繊維などを成形してなる筒状断熱体１１は下端を共通のプレート１２に支持され、この共通のプレート１２はベースプレート１の側方に配置した昇降装置１３のアーム１４に支持され、昇降装置１３によって反応チャンバー９と筒状断熱体１１は一体的に昇降動する。尚、プレート１２の下面には反応チャンバー９が下降した場合に反応チャンバー９内を機密な空間にするためのシール部材１５が取り付けられている。
前記筒状加熱部材１０は内周面にコイルヒータ１６が設けられ、このコイルヒータ１６よりも内側にはコイルヒータによる加熱斑の影響をなくして均熱化を図るための合成石英あるいは炭化珪素からチューブ１７が配置され、これら筒状加熱部材１０およびチューブ１７はベースプレート１の側方に配置した昇降装置１８のアーム１９に支持され、昇降装置１８によって筒状加熱部材１０およびチューブ１７は一体的に昇降動する。
前記筒状断熱体１１については、図３に示すように内部を中空として冷却ガスの通路２０とし、内側面に冷却ガスの噴出孔２１を形成した構成としてもよい。このようにすることで、反応チャンバー９（半導体ウェーハ）を積極的に冷却することができる。
以上において、加熱処理は昇降装置１３によって反応チャンバー９と筒状断熱体１１を下降させ、昇降装置１８によって筒状加熱部材１０を下降させた状態で行なう。この処理では既に反応チャンバー９内は減圧されており、半導体ウェーハＷ表面に塗布された塗布膜中の溶剤は蒸発によって除去されている。
加熱処理は、コイルヒータ１６に通電して雰囲気温度を８００℃付近まで昇温させ、半導体ウェーハＷ表面に被膜を形成する。そして、加熱処理が終了したならば、図４に示すように、昇降装置１８によって筒状加熱部材１０を上昇させ、反応チャンバー９を露出させて反応チャンバー９（半導体ウェーハ）を４００℃程度まで冷却する。
この場合、反応チャンバー９の外側には筒状断熱体１１が存在しているので、反応チャンバー９の熱によって周辺機器が悪影響を受けることがない。
この後、図５に示すように、昇降装置１３によって反応チャンバー９と筒状断熱体１１を下降させて載置台４を露出させる。そして載置台４上の処理済みの半導体ウェーハＷを搭載しているボート５を未処理の半導体ウェーハＷを搭載しているボート５に取り替える。この後は、上記した操作を繰り返す。
図６は別実施例を示す図１と同様の断面図であり、この実施例では筒状加熱部材１０をベースプレート１上に固定し、載置台４及び反応チャンバー９を独立して昇降可能としている。
即ち、モータ３０によって回転せしめられるボールネジ３１にナット３２が螺合し、このナット３２に取り付けられたアーム３３にて反応チャンバー９と筒状断熱体１１を取り付けた共通プレート１２を昇降動するようにし、またモータ３４によって回転せしめられるボールネジ３５にナット３６が螺合し、このナット３６に取り付けられたアーム３７にて載置台４を昇降動するようにしている。
この実施例にあっても、加熱処理が終了した場合には、図７に示すように、反応チャンバー９と筒状断熱体１１が一体的に下降して筒状加熱部材１０の内方から抜け出て、所定温度まで短時間のうちに冷却される。そして、このとき外側に筒状断熱体１１が存在しているため、反応チャンバー５の熱が外側に飛散して周辺機器に悪影響を及ぼすことがない。
そして、酸化膜を形成しない所定温度まで降下したならば、図８に示すように反応チャンバー９と筒状断熱体１１を上昇せしめて載置台４を露出させ、ボート５の交換を行う。
１…ベースプレート、２…ベースに形成した開口、３…真空引き装置につながる配管、４…載置台、５…ボート、９…反応チャンバー、１０…筒状加熱部材、１１…筒状断熱体、１２…共通のプレート、１３…昇降装置、１４…アーム、１５…シール部材、１６…コイルヒータ、１７…チューブ、１８…昇降装置、１９…アーム、２０…冷却ガスの通路、２１…冷却ガスの噴出孔、３０，３４…モータ、３１，３５…ボールネジ、３２，３６…ナット、３３，３７…アーム、Ｗ…半導体ウェーハ。
Claims (2)
- 被処理基板が内部に挿入される反応チャンバーの外側に筒状加熱部材を同軸状に配置し、この筒状加熱部材の外側に筒状断熱体を同軸状に配置した熱処理装置において、
前記反応チャンバーと筒状断熱体とを一体化した状態で、前記筒状加熱部材に対し、相対的に昇降動可能とされており、
前記反応チャンバー及び前記筒状断熱体は、昇降方向の下方の端部が共通のプレートによって支持されることで一体化されており、
前記プレートの下面には、前記反応チャンバーを機密な空間にするためのシール部材が取り付けられている
ことを特徴とする熱処理装置。 - 請求項１に記載の熱処理装置において、前記筒状断熱体の内側面には冷却ガスの噴出口が形成されていることを特徴とする熱処理装置。
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