JP5842032B2 - 基板の熱処理装置 - Google Patents

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本発明は基板の熱処理装置に関する。さらに詳しくは、半導体ウェハなどの板状のワーク、すなわち基板をウェット処理する熱処理装置に関する。
半導体デバイスの製造プロセスにおいては、板状のワークである半導体ウェハの表面に酸化膜を形成する酸化処理工程がある。かかる酸化処理として、炉内において半導体ウェハを所定の処理温度で水蒸気と接触させて酸化(ウェット酸化)させる方法がある(例えば、特許文献1〜2参照)。
特許文献1記載の装置では、水素ガスと酸素ガスを反応させて水蒸気を発生させる燃焼装置を処理炉の外部に独立して設け、この燃焼装置により発生する水蒸気を処理炉に供給して酸化処理を行っている。
また、特許文献2記載の装置では、底部に形成された炉口が開閉可能な蓋体で閉塞された反応管(プロセスチューブ)内に配設した半導体ウェハに水蒸気を供給してウェット酸化を行っている。
特開昭63−210501号公報 特開2000−58543号公報
ところで、特許文献2記載の装置のように、プロセスチューブ底部に形成された炉口が蓋体で閉塞されるタイプの熱処理炉において、ウェット酸化処理を低温(例えば、350℃付近)で行うと、前記炉口に多量の水が溜まってしまう。そして、このままの状態で昇降リフトを下降させて前記蓋体による炉口の閉塞を開放すると、前記熱処理炉の下方に設けられたロード空間などが水に濡れて装置の寿命が短くなるなどの問題がある。
そこで、炉口に溜まった水を蒸発によって除去するために、プロセスチューブ内にNガスなどのパージ用のガスを供給していた。
しかしながら、プロセスチューブ内は低温であり且つ水蒸気によって湿った雰囲気になっているので、水が蒸発しにくく、長時間(長いときには、炉内の昇降温も含めて8時間程度)に亘りパージ用のガスを供給しなければならなかった。このため、製品の生産速度を上げることができなかった。また、製品を長時間に亘り炉内に入れているので、製品が酸化過多によりデバイス特性不良を生じさせるという問題があった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、炉口に溜まった水を短時間で除去し、製品の生産速度をあげるとともに、デバイス特性不良を少なくすることができる基板の熱処理装置及び熱処理方法を提供することを目的としている。
本願発明の基板の熱処理装置は、底部に設けられた炉口を通してプロセスチューブ内に搬入された基板をウェット処理する熱処理炉と、前記炉口を開放可能に閉塞する開閉扉と、前記開閉扉の上方に設けられたヒートバリアと、前記熱処理炉の下方に設けられたロード空間と、前記基板をボートで保持して前記炉口を通してロード空間側からプロセスチューブ内に搬入するとともに、当該プロセスチューブからロード空間に搬出する昇降リフトと、前記プロセスチューブ内にパージ用のガスを供給するパージガス供給手段と、前記プロセスチューブ内を真空状態にしてウェット処理で生じた液分の沸点を下げる真空手段とを備え、前記昇降リフトには、ボールねじ機構に支持されて昇降する昇降テーブルが備えられ、当該昇降テーブルは、上昇端に位置した際に前記炉口を閉塞する前記開閉扉を兼用し、少なくとも一対の前記ボールねじ機構は、昇降テーブルの鉛直方向に延びる中心線に対して対称に設けられており、前記ボールねじ機構は、前記昇降テーブルの外周に取り付けられた少なくとも一対のボールナットと、当該ボールナットと螺合する少なくとも一対のボールねじを備え、前記パージ用のガスの供給及びプロセスチューブ内の排気を制御する制御部をさらに備えており、前記制御部は、パージガスの供給を遮断した第1真空状態と、パージガスを供給する第2真空状態を繰り返すように構成されていることを特徴とする。
本発明の基板の熱処理装置では、真空手段によってプロセスチューブ内を真空(減圧)状態にして、ウェット処理で生じた水などの液分の沸点を下げることで当該液分の蒸発を促進させる。これにより、プロセスチューブの炉口に溜まっている液分を短時間で除去することができ、生産のスループットを大幅に短くすることができる。また、ウェット処理をした製品を炉内に入れている時間も短くなるので、当該製品への酸化過多によるデバイス特性不良などの悪影響を少なくすることができる。
前記パージガスの供給及びプロセスチューブ内の排気を制御する制御部をさらに備えており、
前記制御部は、パージガスの供給を遮断した第1真空状態と、パージガスを供給する第2真空状態を繰り返すように構成されているのが好ましい。この場合、プロセスチューブ内でのパージガスの供給及び停止を繰り返すことによって、より短時間で炉口に溜まった液分の蒸発及び除去を行うことができる。
前記第1真空状態の真空度をA(Pa)としたときに、前記第2真空状態の真空度を、当該第1真空状態の真空度よりも大気圧に近いA+α(Pa)とすることができる。この場合、第1真空状態で蒸発促進された液分を第2真空状態で、前記液分のキャリアとして供給するパージガスで強制的に追い出すことができる。
本発明の基板の熱処理装置及び熱処理方法によれば、炉口に溜まった水を短時間で除去し、製品の生産速度をあげるとともに、デバイス特性不良を少なくすることができる。
本発明の基板の熱処理装置の一実施の形態の断面説明図である。
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の基板の熱処理装置及び熱処理方法の実施の形態を詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施の形態に係る基板の熱処理装置の断面説明図である。この熱処理装置は、筐体1の内部に、半導体ウェハ(基板)Wに熱処理を施す熱処理炉2を設け、その下方にロード空間3を設けているとともに、このロード空間3に隣接させて、半導体ウェハWをロード空間3に搬送するための搬送空間Aを設けている。なお、前記ロード空間3及び搬送空間Aは、必ずしも閉鎖空間である必要はなく、開放空間である場合もある。
熱処理炉2は、上端が閉塞され下端が開放した縦長円筒状の耐熱性を有する、例えば石英製のプロセスチューブ22の周囲に加熱ヒータ21を配置した縦型のものである。前記プロセスチューブ22は、ドーム状の天井部を有するアウターチューブ22aの内部に、円筒形のインナーチューブ22bを配置したものである。熱処理炉2の底部には、半導体ウェハWをプロセスチューブ22内に搬入したり、プロセスチューブ22から搬出したりするための炉口23が設けられている。なお、前記アウターチューブ22aの周壁とインナーチューブ22bの周壁との間の空間22cは、プロセスガスなどの排気路として構成されている。
ロード空間3の内部には、半導体ウェハWを保持するためのボート4が配置されているとともに、このボート4を熱処理炉2のプロセスチューブ22内に導入するための昇降リフト5が設置されている。前記ボート4は、複数枚の半導体ウェハWを上下方向に隙間を設けた状態で水平に保持するものであり、図示しないフレームを介して前記昇降リフト5に設けられた昇降テーブル51に支持されている。なお、前記搬送空間Aの内部には、カセットストッカや移載ロボットが配置されており(図示せず)、この移載ロボットによって、扉を通して半導体ウェハWを前記カセットストッカからボート4に移載したり、ボート4から搬送空間Aへ取り出したりすることができる。
昇降テーブル51は、ロード空間3に立設された複数対のボールねじ53に、ボールナット54を介して連結されている。この昇降テーブル51は、回転駆動機構55によって前記ボールねじ53を回転駆動することにより昇降させることができ、これにより、ボート4に保持された半導体ウェハWをプロセスチューブ22内に搬入したり、当該プロセスチューブ22から搬出したりすることができる。
前記昇降テーブル51は、その上昇端において前記熱処理炉2の炉口23を閉塞し、その下降に伴って当該炉口23を開放する開閉扉を兼ねている。プロセスチューブ22は、その底部に設けられた炉口23が昇降テーブル51で気密に閉塞されることにより、機密性の高い熱処理炉2を構成している。
昇降テーブル51の上方には、ヒートバリア52が設けられている。このヒートバリア52は、石英、SiC、Siウェハなどからなる円板状の反射・断熱板52aを、所定隙間を設けて上下方向に複数段積み重ねたものであり、プロセスチューブ21内の輻射熱を上方へ反射して当該輻射熱がロード空間3へ伝わるのを抑制している。
前記アウターチューブ22aの周壁とインナーチューブ22bの周壁との間の空間22cに連通する排気管24は、真空手段としてのドライポンプ30に接続されている。また、プロセスチューブ22内には、図示しない給気管を介して、水素ガスHと酸素ガスOの燃焼反応により水蒸気を発生させて供給する燃焼装置31、及び、プロセスチューブ22内のガスを希釈したり当該プロセスチューブ内の水分を除去したりするためのNなどの不活性ガスを供給するパージガス供給手段32が接続されている。なお、前記給気管には、図示は省略しているが、半導体ウェハの各種処理に必要なプロセスガスを供給する手段が接続されている。
前記ドライポンプ30、燃焼装置31、パージガス供給装置32及び前記回転駆動機構55は、熱処理炉2の制御部33に接続されており、この制御部33によって、ドライポンプ30によるプロセスチューブ22の排気、燃焼装置31による水蒸気の供給、パージガス供給装置32によるパージガスの供給、及び回転駆動機構55による昇降リフト5の昇降が制御されるようにされている。
本実施の形態では、半導体ウェハWを低温(例えば、350℃付近)でウェット酸化した際に炉口23に溜まる水分を、プロセスチューブ22内を真空状態にすることで蒸発しやすくし、これにより前記水分を短時間で除去している。具体的には、ウェット酸化が終了した後に、ドライポンプ30を駆動してプロセスチューブ22内を排気し、当該プロセスチューブ22の真空度を、例えば0.1Pa〜90kPaにしている。このようにプロセスチューブ22内を真空状態にすることで、水分の沸点を下げることができ、その結果、低温でも早く水分を蒸発させることができる。プロセスチューブ22の容積やウェット酸化における処理温度などにより異なるが、従来のパージガスの供給だけによる水分除去の場合に比べ、本発明の熱処理方法によれば、1/10〜1/4程度の時間で炉口23に溜まった水分を除去することができる。
また、ドライポンプ30によりプロセスチューブ22内を排気しながら、パージ用ガスの供給と停止を交互に繰り返すサイクルパージを行うのが好ましい。より詳細には、パージ用ガスの供給を遮断した状態でプロセスチューブ22内を第1真空状態(例えば、0.1Pa〜90kPa)にする第1真空工程と、パージ用ガスを供給しつつプロセスチューブ22内を前記第1真空状態よりも大気圧に近い第2真空状態(例えば、0.1Pa+α〜90kPa+α)にする第2真空工程とを交互に繰り返すのが好ましい。プロセスチューブ22内でのパージガスの供給及び停止を繰り返すことによって、より短時間で炉口23に溜まった水分の蒸発及び除去を行うことができる。また、パージガスを供給する第2真空状態の真空度を、パージガスを遮断する第1真空状態の真空度よりも大気圧に近いものにすることで、パージガスが蒸発した水分のキャリアとなり強制排気することができる。前記αの値は、本発明において特に限定されるものではないが、例えば0.1〜100kPaとすることができる。
前記第1真空工程及び第2真空工程それぞれの一工程の時間は、本発明において特に限定されるものではないが、例えば0.1〜1440分及び0.1〜60分とすることができる。
なお、前記実施の形態では、基板を低温でウェット酸化する際に炉口に溜まる水分を除去対象にしているが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、基板の表面に付着、又は、基板に塗布されている溶剤などの液分も、本発明の基板の熱処理方法にしたがい、プロセスチューブ内を真空状態にして当該液分の沸点を下げることにより、その蒸発時間を短くすることができる。
1 筐体
2 熱処理炉
3 ロード空間
4 ボート
5 昇降リフト
21 加熱ヒータ
22 プロセスチューブ
23 炉口
24 排気管
30 ドライポンプ(真空手段)
31 燃焼装置
32 パージガス供給装置(パージガス供給手段)
33 制御部
51 昇降テーブル
52 ヒートバリア
55 回転駆動機構
W 半導体ウェハ(基板)
A 搬送空間

Claims (2)

  1. 底部に設けられた炉口を通してプロセスチューブ内に搬入された基板をウェット処理する熱処理炉と、
    前記炉口を開放可能に閉塞する開閉扉と、
    前記開閉扉の上方に設けられたヒートバリアと、
    前記熱処理炉の下方に設けられたロード空間と、
    前記基板をボートで保持して前記炉口を通してロード空間側からプロセスチューブ内に搬入するとともに、当該プロセスチューブからロード空間に搬出する昇降リフトと、
    前記プロセスチューブ内にパージ用のガスを供給するパージガス供給手段と、
    前記プロセスチューブ内を真空状態にしてウェット処理で生じた液分の沸点を下げる真空手段と
    を備え、
    前記昇降リフトには、ボールねじ機構に支持されて昇降する昇降テーブルが備えられ、当該昇降テーブルは、上昇端に位置した際に前記炉口を閉塞する前記開閉扉を兼用し、
    少なくとも一対の前記ボールねじ機構は、昇降テーブルの鉛直方向に延びる中心線に対して対称に設けられており、
    前記ボールねじ機構は、前記昇降テーブルの外周に取り付けられた少なくとも一対のボールナットと、当該ボールナットと螺合する少なくとも一対のボールねじを備え、
    前記パージ用のガスの供給及びプロセスチューブ内の排気を制御する制御部をさらに備えており、
    前記制御部は、パージ用のガスの供給を遮断した第1真空状態と、パージ用のガスを供給する第2真空状態を繰り返すように構成されていることを特徴とする基板の熱処理装置。
  2. 前記第1真空状態の真空度をA(Pa)としたときに、前記第2真空状態の真空度が、当該第1真空状態の真空度よりも大気圧に近いA+α(Pa)である請求項に記載の基板の熱処理装置。
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