JP5770042B2

JP5770042B2 - 熱処理装置

Info

Publication number: JP5770042B2
Application number: JP2011171183A
Authority: JP
Inventors: 浦廣行松
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2011-08-04
Filing date: 2011-08-04
Publication date: 2015-08-26
Anticipated expiration: 2031-08-04
Also published as: US20130034820A1; US9105672B2; JP2013038128A

Description

本発明は、熱処理炉を備えた熱処理装置に関する。

半導体装置の製造においては、被処理体である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いる。そして、その一般的な熱処理装置は、下部に炉口を有し半導体ウエハを収容して熱処理するための処理容器と、この処理容器の周囲を覆うように設けられた断熱材と、断熱材の内周面に設けられ処理容器内のウエハを加熱するヒータとを有する熱処理炉と、処理容器の炉口を閉塞する蓋体と、蓋体上に載置され被処理体を多段に保持する保持具と、蓋体を昇降させる昇降機構とを備え、全体として上下方向に延びる縦型構造をとり、このような熱処理装置はクリーンルーム内に設置される。

ところで、このような構造の熱処理装置において、近年直径４５０ｍｍの大型の半導体ウエハを熱処理することが求められている。４５０ｍｍの半導体ウエハを熱処理する場合、ウエハ間のピッチを大きくとることが必要となり、この場合は熱処理炉の全高がかなり大きくなる。しかしながら、クリーンルーム室内はその高さが一定に定められているため、大型の半導体ウエハを熱処理しようとすると、処理すべき枚数に制約を受ける。

特開２００８−２６３１７０号公報

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、処理されるべき被処理体が大型化した場合であっても、従来のクリーンルームの室内形状を変えることなく一定の枚数の被処理体に対して熱処理を施すことができる熱処理装置を提供することを目的とする。

本発明は、床面を有するクリーンルームに設置された熱処理装置において、上部に炉口を有し複数の被処理体を収納して熱処理するための縦型の処理容器と、処理容器の周囲を覆う断熱材と、断熱材の内周面に設けられたヒータとを有する熱処理炉と、処理容器の炉口を閉塞する蓋体と、蓋体に吊設され、複数の被処理体を多段に保持する保持具と、蓋体を昇降させて蓋体により炉口を開閉するとともに処理容器内へ保持具を搬入しかつ搬出する昇降機構とを備え、熱処理炉はクリーンルームの床面下方に設置され、昇降機構はクリーンルームの床面上方に設置され、熱処理炉は、その外周がクリーンルームの床面下方に設置されたヒータカバーにより覆われており、このヒータカバーに、ヒータカバー内の熱気体および微量の処理ガスを外方へ排出するヒータカバー用排気ラインを設けたことを特徴とする熱処理装置である。

本発明は、熱処理炉はその高さ方向長さの３０％以上がクリーンルームの床面下方に位置することを特徴とする熱処理装置である。

本発明は、処理容器はその上部に、炉口を形成するとともにガス供給ラインが接続されたマニホルドフランジを有することを特徴とする熱処理装置である。

本発明は、処理容器のマニホルドフランジは、クリーンルームの床面から上方へ突出することを特徴とする熱処理装置である。

本発明は、処理容器のマニホルドフランジに、マニホルドフランジ用排気ラインが接続されていることを特徴とする熱処理装置である。

本発明は、昇降機構はクリーンルームの床面上方に設けられた覆い体により覆われていることを特徴とする熱処理装置である。

本発明によれば、熱処理炉がクリーンルームの床面下方に設置されるため、被処理体が大型化して被処理体の配置ピッチを大きくとり、これにより熱処理炉の全高が大きくなっても、従来のクリーンルームの室内形状を大きく変えることなく、一定の枚数の被処理体に対して熱処理を施すことができる。

図１は本発明の実施の形態である熱処理装置を概略的に示す縦断面図。図２は熱処理装置の熱処理炉を示す拡大詳細図。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照して説明する。

図１および図２において、符号１は本発明による熱処理装置（縦型の熱処理装置）であり、この熱処理装置１は、被処理体例えば半導体ウエハＷを一度に多数枚収容して酸化、拡散、減圧ＣＶＤ等の熱処理を施すことができる。この熱処理装置１は全体として、床面Ｆを有するクリーンルーム１Ａ内に設置されている。熱処理装置１は上部に炉口３ａが形成された縦型の円筒状処理容器３と、該処理容器３の周囲を覆うように設けられた円筒状の断熱材１６と、断熱材１６の内周面に設けられウエハＷを加熱するヒータ５とを有する熱処理炉２と、処理容器３の炉口３ａを閉塞する蓋体１０と、蓋体１０に保温筒１１を介して吊設され半導体ウエハＷを多段に保持するボート（保持具）１２とを備えている。

このうち処理容器３は、内側に位置する石英製の内管３Ａと、外側に位置する石英製の外管３Ｂとからなり、その上部に炉口３ａを形成するマニホルドフランジ３ｂが取付けられている。

またマニホルドフランジ３ｂには処理ガスや不活性ガスを供給するガス供給ライン８と、第１排気ライン８Ａが接続されている。このうちガス供給ライン８の処理容器３側先端にはガスインジェクタ３４が設けられ、また第１排気ライン８Ａは、ストッパバルブ３７を介して真空ポンプ３８に接続され、処理容器３内を真空引きするようになっている。

また断熱材１６はその外周が保持体３１により保持されるとともに、この保持体３１の上部には固定フランジ３２が固着され、固定フランジ３２および保持体３１は、クリーンルーム１Ａの床面Ｆに支持構造３５を介して固定されている。

さらにまた、断熱材１６を保持する保持体３１は、その外周がヒータカバー４５により覆われており、ヒータカバー４５には第２排気ライン４６が接続されている。

第２排気ライン４６はヒータカバー４５内の熱気体を排気してヒータカバー４５内を冷却するとともに、ガス供給ライン８から漏洩する微量の処理ガスをヒータカバー４５内部から外方へ排出するようになっている。

すなわち、ヒータカバー４５は断熱体１６を保持する保持体３１を外方から覆うとともに、処理容器３の上部に設けられたマニホルドフランジ３ｂも外方から覆うようになっており、ヒータカバー４５内にはマニホルドフランジ３ｂに接続されたガス供給ライン８から微量の処理ガスが漏洩することも考えられる。

このような場合、ヒータカバー４５に接続され図示しない真空ポンプを有する第２排気ライン４６によって、ヒータカバー４５内の熱気体とともに、処理ガスも外方へ排出することができる。

ところで、上述した熱処理装置１の構成のうち、内管３Ａと外管３Ｂとからなる処理容器３と、断熱材１６と、ヒータ５とを有する熱処理炉２は、その高さ方向の大部分がクリーンルーム１Ａの床面Ｆ下方に設置されている。また後述のように蓋体１０を昇降させる昇降機構１３は、クリーンルーム１Ａの床面Ｆ上方に位置している。

具体的には熱処理炉２は、高さ方向の大部分、例えば高さ方向長さの３０％〜１００％、好ましくは４０％〜１００％がクリーンルーム１Ａの床面Ｆ下方に位置する。この場合、処理容器３上部のマニホルドフランジ３ｂは、クリーンルーム１Ａの床面Ｆから上方へ突出している。

なお、上述のように処理容器３のマニホルドフランジ３ｂには、処理ガスや不活性ガス等を処理容器３内に導入するガス供給ライン８及び処理容器３内のガスを排気するための第１排気ライン８Ａが設けられている。ガス供給ライン８には図示しないガス供給源が接続され、第１排気ライン８Ａにはストッパバルブ３７を介して例えば１０〜１０^−８Ｔｏｒｒ程度に減圧制御が可能な真空ポンプ３８が接続されている。

上述のように処理容器３は、上部が炉口３ａを介して開口し、この炉口３ａは蓋体１０により閉塞される。またこの蓋体１０は昇降機構１３により昇降移動可能となっている。

この蓋体１０の下部には、上述のように保温手段である例えば保温筒１１が設けられ、該保温筒１１の下部には例えば直径が４５０ｍｍのウエハＷを多数枚例えば１００〜１５０枚程度上下方向に所定の間隔で搭載する保持具である石英製のボート１２が吊設されている。蓋体１０には、ボート１２をその軸心回りに回転する回転機構１３Ａが設けられている。ボート１２は、昇降機構１３により駆動される蓋体１０の下降移動により処理容器３内から上方のローディングエリア２５Ａ内に搬出（アンロード）され、ウエハＷの移替え後、昇降装置１３により駆動される蓋体１０の上昇移動によりローディングエリア２５Ａから処理容器３内に搬入（ロード）される。

すなわち、図１に示すように、昇降装置１３はクリーンルーム１Ａの床面Ｆ上方に配置され、またクリーンルーム１Ａの床面Ｆ上方には昇降装置１３を覆う覆い体２５が設置されている。覆い体２５内は区画壁２６によってローディングエリア２５Ａと、ウエハ移載エリア２５Ｂに区画されている。またローディングエリア２５Ａ内は排気機構２５Ｃにより常時排気されている。

また覆い体２５のウエア移載エリア２５Ｂ外方にはロードポート２８が設けられ、ロードポート２８上にウエハキャリア３０が載置されるとともに、ロードポート２８上に載置されたウエハキャリア３０がウエハ移載エリア２５Ｂ内に搬入されてキャリア移載機２７により移載台２９まで運ばれる。次に移載台２９上のウエハキャリア３０からウエアＷがウエハ移載機２３によりウエハ移載エリア２５Ｂからローディングエリア２５Ａまで移載され、その後ウエハ移載機２３によってウエハＷがボート１２内へ挿入されるようになっている。図２において覆い体２５の床面２５Ｄは、クリーンルーム１Ａの床面に直上に位置している。

次に図２により熱処理炉２の構造について更に述べる。まず、熱処理炉２の断熱材１６および断熱材１６の内周面に設けられたヒータ５について述べる。断熱材１６の内周面に軸方向（図示例では上下方向）に多段に形成された溝状の棚部が形成され、各棚部に沿ってヒータエレメントが配置され、このヒータエレメントによりヒータ５が構成される。また断熱材１６は、例えばシリカ、アルミナあるいは珪酸アルミナを含む無機質繊維からなっている。断熱材１６は、縦に二分割され、ヒータエレメントの組付を容易にしている。

ヒータエレメントは、帯状の発熱抵抗体を波形に成形（折り曲げ加工）して成る。このコルゲートタイプ（波形）のヒータエレメントは、例えば鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）およびアルミニウム（Ａｌ）の合金（いわゆるカンタル材）からなっている。このヒータエレメントは、例えば肉厚が１〜２ｍｍ程度、幅が１４〜１８ｍｍ程度、波形部分の振幅が１１〜１５ｍｍ程度、波形部分のピッチｐが２８〜３２ｍｍ程度とされている。また、ヒータエレメントの波形部分の頂角θは９０度程度とされ、各頂点部（凸部または山部ともいう）はＲ曲げ加工が施されている。

また熱処理後にウエハを急速降温させて処理の迅速化ないしスループットの向上を図るために、断熱材１６および断熱材１６を保持する保持体３１の側部には、断熱材１６および保持体３１と処理容器３との間の空間３３内に冷却媒体を導入して強制的に冷却する強制冷却ライン４０が設けられている。この強制冷却ライン４０はヒータカバー４５、保持体３１および断熱材１６を貫通して設けられている。また保持体３１の底部には、保持体３１と処理容器３との間の空間３３内を排気する第３排気ライン４１が設けられ、この第３排気ライン４１はヒータカバー４５および保持体３１を貫通して設けられている。

なお、強制冷却ライン４０から供給される冷却媒体としては、空気、窒素、水等が考えられる。

次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。

まずウエハ移載エリア２５Ｂ内の移載台２９上までウエハキャリア３０がキャリア移載機２７により移載され、ウエハキャリア３０内のウエハＷがローディングエリア２５Ａ内へ移載される。次にローディングエリア２５Ａ内においてウエハ移載機２３によりボート１２内にウエハＷが移載される。この場合、ボート１２は予め蓋１０により保温筒１１を介して吊設されている。

次に保温筒１１を介してボート１２を保持する蓋体１０が、ねじ機構２１により昇降する昇降機構１３によって降下し、保温筒１１およびボート１２が処理容器３内に挿入され、その後処理容器３の炉口３ａが蓋体１０により閉塞される。

次に処理容器３内が昇温され、その後高温維持された後、処理容器３内が降温される。この間、強制冷却ライン４０から冷却媒体が空間３３内に導入され、空間３３内が第３排気ライン４１により排気されてヒータ５とともに処理容器３内の温度制御が行なわれる。

また、処理容器３内には、以下のような手順で、処理ガスが供給される。

すなわち、まず処理容器３内を温度制御しながら、ガス供給ライン８から処理ガスが処理容器３内に供給され、ウエハＷに対して所望の熱処理が施される。このとき、蓋体１０に設けられている回転機構１３Ａによりボート１２が処理容器３内で回転する。

次に処理容器３内のガスが第１排気ライン８Ａから排気され、処理容器３内が真空状態となるまで減圧される。

このようにしてウエハＷに対する所望の処理ガスによる熱処理が施され、次にウエハに対して更なる処理ガスによる熱処理が施される。

このように処理容器３に対して上述した温度制御が繰り返され、ガス供給ライン８から別の処理ガスが処理容器３内に供給され、ウエハＷに対する更なる熱処理が施される。

ウエハＷに対する熱処理が終了すると、ねじ機構２１により昇降する昇降機構１３によって蓋体１０が上昇し、蓋体１０に保温筒１１を介して吊設されているボート１２がローディングエリア２５Ａまで移動する。

ところで上述のように、熱処理炉２はその高さ方向長さの大部分がクリーンルーム１Ａの床面Ｆ下方に配置されている。このため、例えば半導体ウエハＷが４５０ｍｍの直径をもつ大型のウエハからなり、これに伴なって熱処理炉２の全高が大きくなっても、熱処理炉２はクリーンルーム１Ａの床面Ｆ下方にあるため、床面Ｆから上方へ突出することはない。このため、従来のクリーンルーム１Ａの室内形状を変える必要はない。また熱処理炉の全高を抑えるために、同時に熱処理すべきウエハＷの枚数を抑える必要はない。

Ｗ半導体ウエハ（被処理体）
１熱処理装置
２熱処理炉
３処理容器
３Ａ内管
３Ｂ外管
３ａ炉口
３ｂマニホルドフランジ
５ヒータ
８ガス供給ライン
８Ａ第１排気ライン
１０蓋体
１１保温筒
１２ボート
１３昇降機構
１６断熱材
２５覆い体
４０強制冷却ライン
４５ヒータカバー
４６第２排気ライン

Claims

床面を有するクリーンルームに設置された熱処理装置において、
上部に炉口を有し複数の被処理体を収納して熱処理するための縦型の処理容器と、処理容器の周囲を覆う断熱材と、断熱材の内周面に設けられたヒータとを有する熱処理炉と、処理容器の炉口を閉塞する蓋体と、
蓋体に吊設され、複数の被処理体を多段に保持する保持具と、
蓋体を昇降させて蓋体により炉口を開閉するとともに処理容器内へ保持具を搬入しかつ搬出する昇降機構とを備え、
熱処理炉はクリーンルームの床面下方に設置され、
昇降機構はクリーンルームの床面上方に設置され、熱処理炉は、その外周がクリーンルームの床面下方に設置されたヒータカバーにより覆われており、このヒータカバーに、ヒータカバー内の熱気体および微量の処理ガスを外方へ排出するヒータカバー用排気ラインを設けたことを特徴とする熱処理装置。
熱処理炉はその高さ方向長さの３０％以上がクリーンルームの床面下方に位置することを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
処理容器はその上部に、炉口を形成するとともにガス供給ラインが接続されたマニホルドフランジを有することを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
処理容器のマニホルドフランジは、クリーンルームの床面から上方へ突出することを特徴とする請求項３記載の熱処理装置。
処理容器のマニホルドフランジに、マニホルドフランジ用排気ラインが接続されていることを特徴とする請求項３記載の熱処理装置。
昇降機構はクリーンルームの床面上方に設けられた覆い体により覆われていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の熱処理装置。