JPH0677153A

JPH0677153A - 熱処理装置

Info

Publication number: JPH0677153A
Application number: JP25056592A
Authority: JP
Inventors: Wataru Okase; 亘大加瀬
Original assignee: Tokyo Electron Ltd; Tokyo Electron Tohoku Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd; Tokyo Electron Tohoku Ltd
Priority date: 1992-08-26
Filing date: 1992-08-26
Publication date: 1994-03-18

Abstract

(57)【要約】【目的】汚染のない被処理体の面内均熱処理の可能な
熱処理装置を提供する。【構成】処理容器２の側部より被処理体Ｗを搬入・搬
出する熱処理装置において、搬入された被処理体Ｗと発
熱体８との間に被処理体Ｗに対して平行にさせ均熱加熱
体１０を形成する。そして、被処理体Ｗを挿入する前に
発熱体８により予め均熱加熱体１０を加熱状態にしてお
き、その後、被処理体を挿入してこれに熱処理を施す。
これにより、被処理体の面内均熱処理ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体製造工程においては、例
えばウエハ等の被処理体に対して、酸化、拡散、アニー
ル、ＣＶＤ等の熱処理を行うために、各種の熱処理装置
が使用されるが、現在においてはスルプットが良好なこ
とから、ウエハボートに多数のウエハを所定のピッチで
上下方向に積層し、これらウエハを縦型炉内へ収容して
一度に熱処理を施すことが主として行われている。

【０００３】ところが、酸化、拡散、アニール等の前工
程において行われるイオン注入操作、スパッタ操作、メ
タルＣＶＤ操作等を行う装置を上記した熱処理装置等と
を適切に集合させて、作業全体の効率化を図る、いわゆ
るクラスタツールの概念が登場した。これは、例えば各
種の処理装置を、そのウエハ搬出入口を中心に向けた状
態で円周上に配列し、その中心部にロボット等のハンド
リング装置を設置し、これにより各処理装置間にウエハ
の受け渡しを行うようになっている。そして、この種の
クラスタツールを実現するためには使用される熱処理装
置は装置に対して水平方向からウエハの受け渡しができ
る形式の熱処理装置でなければならない。

【０００４】この種の熱処理装置としては、例えば水平
方向に設置された石英製のチューブ内に、ウエハを載置
可能な石英製のトレーを挿脱可能に収容し、上記チュー
ブの上下に発熱源として例えばハロゲンランプを多数設
置して構成されている。そして、ウエハを加熱する場合
には、ウエハを炉内へ収容した後に熱源であるハロゲン
ランプをオンすることによりウエハにランプからの熱線
（波長約１μｍ以下）を照射してこれを急激に直接加熱
し、所定の時間だけ熱処理を施したならばランプをオフ
する、いわゆるコールドウォール方式の熱処理を行って
いた。しかしながら、上記したようなランプによる直接
加熱の場合には、ランプ数を多くして密に配置したとし
ても、処理時におけるウエハ温度の面内均一性が十分で
はなく、均熱処理ができないという改善点を有してい
た。

【０００５】また、上述したように加熱源としてランプ
を用いる場合には、このランプからの光を透過させるた
めにチューブとして必ず透明な石英管を用いなければな
らないが、この石英管はアルカリイオンを透過すること
からランプ側から発生するアルカリイオンが石英チュー
ブを透過し、ウエハを汚染してしまうという改善点も有
していた。本発明は、以上のような問題点に着目し、こ
れを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の
目的は、汚染のない面内均熱処理の可能な熱処理装置を
提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために、処理容器の側部より被処理体を、その
面を水平状態に維持した状態で、搬入・搬出する熱処理
装置において、前記処理容器内に発熱体を形成すると共
に前記搬入された被処理体と前記発熱体との間に前記発
熱体からの熱により加熱される均熱加熱体を形成したも
のである。

【０００７】

【作用】本発明は、以上のように構成したので、被処理
体は処理容器の側部から水平状態に維持された状態で搬
入される。被処理体を搬入する前に処理容器内の発熱体
を加熱することにより均熱加熱体は、所定の熱処理温度
に加熱されており、搬入された被処理体は、この予め加
熱された均熱加熱体により加熱されることになる。従っ
て、被処理体の面内均一加熱が可能となり、また、発熱
体からでるアルカリイオン等は均熱加熱体に吸収されて
被処理体に届くことはない。

【０００８】

【実施例】以下に、本発明の熱処理装置の一実施例を添
付図面に基づいて詳述する。図１は本発明に係る熱処理
装置の一実施例を示す断面図、図２は図１に示す装置の
平面断面図、図３はウエハ保持アームを示す平面図、図
４は発熱体の構成を示す構成図である。図示するように
この熱処理装置は、全体が例えばステンレス等により円
筒体状に成形された処理容器２を有しており、この処理
容器２内には空間部６を介して断熱性を有するセラミッ
クウール等により円筒体状に成型された内側容器４が収
容されている。これら処理容器２及び内側容器４はその
高さ方向の中央部において上下方向へ２分割可能になさ
れており、必要時には上下方向へ２分割される。

【０００９】そして、内側容器４の内側は処理空間Ｓと
して構成されると共に、この上下の内壁面には発熱体と
して、例えばニケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ₂ ）、また
は鉄（Ｆｅ）とクロム（Ｃｒ）とアルミニウム（Ａｌ）
の合金線であるカンタル（商品名）線等の抵抗発熱体８
が前面に渡って面状に配置されており、処理空間Ｓの上
下全域をカバーし得るように構成されている。例えばニ
ケイ化モリブデンは単線として使用することができ、カ
ンタル線はコイルとして使用することができる。特に、
ニケイ化モリブデンは１８００℃の高温にも十分に耐え
ることができるので、酸化拡散材料としては好適であ
る。発熱体８は、例えばニケイ化モリブデンの単線から
なる抵抗発熱線を螺旋状に配置して構成される。

【００１０】また、発熱体８の形状は、被処理体である
例えば半導体ウエハＷと同様に円形の形状であることが
好ましく、また、発熱体の直径Ｄ２は、面内温度の均一
性を確保するためにウエハＷの直径Ｄ１より２倍以上大
きいことが好ましい。そして、この内側容器４の内側に
は、上記ウエハＷを囲むように上下に、例えば高純度炭
化珪素（ＳｉＣ）よりなる均熱加熱体１０が形成されて
おり、発熱体８により均熱加熱体１０を加熱し、この熱
でウエハＷを加熱する間接加熱方式が採用されている。
この均熱加熱体１０を構成する炭化珪素は、耐熱性、耐
久性、耐汚染性、耐食性、耐シール性に優れ、特に、抵
抗発熱体８から放出される可能性のあるアルカリイオン
を捕捉することができ、これがウエハＷに到達すること
を阻止することができる。また、均熱加熱体１０は上下
面だけでなく側壁部１２も有しており、ウエハＷに対す
る面内均熱性及びアルカリイオンによる汚染の防止を確
実ならしめている。

【００１１】このように構成される処理容器２、内側容
器８及び均熱加熱体１０には、その高さ方向の中央部を
水平方向へ貫通するようにして、例えば高純度の石英よ
りなるプロセスチューブ１４を貫通させて設けるプロセ
スチューブ挿通孔１６、１８が形成されると共にこの挿
通孔１６、１８を区画するフランジ部２０、２２には、
Ｏリング２４、２６を介してチューブ１４が気密状態で
取り付け固定される。このチューブ１４の先端部には、
この中に処理ガスを導入するために図示しない処理ガス
源に配管等を介して接続された処理ガス導入口２８が形
成されると共に、基端部の上側には処理済ガスを排出す
るために図示しない排気系に接続された処理ガス排出口
３０が形成されている。

【００１２】そして、このチューブ１４の基端部には、
開口部３２が形成されており、この開口部３２よりウエ
ハＷを保持するウエハ保持アーム３４をチューブ１４の
内部に挿脱可能にしている。このアーム３４は、図３に
示すように例えば高純度の石英等により形成されてお
り、具体的にはアーム部３６と、この先端に設けられて
ウエハＷを実際に保持するリング状の保持部３８とによ
り構成されている。そして、このリング状の保持部３８
には、その周方向に沿って等ピッチで例えば４個の爪部
４０が設けられており、この部分で保持したウエハＷの
脱落を防止するように構成されている。

【００１３】アーム部３６の基端部には、アーム側フラ
ンジ４２が形成されており、これをチューブ側フランジ
４４に対してＯリング４６を介して気密に取り付け可能
になされている。このアーム側フランジ４２は屈曲させ
たアーム４８を介して水平移動機構５０に接続されてお
り、ボールネジ５２等によりこの水平移動機構５０を移
動させることによりウエハＷをチューブ１８内へ水平方
向から挿脱し得るように構成されている。また、この装
置全体を被うステンレス製の処理容器２には、この内部
に冷媒を流通させるための冷媒通路５４が形成されてお
り、この中に例えば冷却水等の冷媒を流通させて容器全
体を冷却し得るように構成されている。

【００１４】そして、ウエハＷの上下側に設けた平面円
板状の発熱体８は、それぞれ図４に示すようにその中心
部から半径方向外方に向けて円心状に複数、例えば３つ
のゾーンに分割された部分発熱体８Ａ、８Ｂ、８Ｃによ
り構成されており、各部分発熱はそれぞれリード５６
Ａ、５６Ｂ、５６Ｃにより例えばマイクロコンピュータ
等よりなる温度制御部５８へ接続されており、必要に応
じて各部分発熱体８Ａ、８Ｂ、８Ｃの発熱量を別個独立
させて自由に制御し得るように構成されている。また、
各部分発熱体８Ａ、８Ｂ、８Ｃには、それらのゾーンの
温度を測定するための例えば熱電対６０Ａ、６０Ｂ、６
０Ｃが設けられており、その出力を上記温度制御部５８
へ入力するように構成される。

【００１５】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について説明する。まず、ウエハＷの熱処理を行う
場合には、予め温度制御部５８より内側容器４の上下内
壁面に設けた発熱体８に電力を供給してこれを加熱し、
これにより上下の均熱加熱体１０を予め所定の温度に昇
温しておく。このように均熱加熱体１０を加熱した状態
でウエハ保持アーム３４のリング状保持部３８に水平状
態に保持したウエハＷをプロセスチューブ８内へ挿入し
てこの開口部３２をアーム側フランジ４２により密閉す
る。そして、このチューブ８内に、処理ガス導入口２８
より所望の処理ガスを導入しつつ同時に排気も行い、こ
の中を所定の圧力、例えばｍＴｏｒｒ程度に
維持して熱処理を所定時間だけ行う。

【００１６】処理温度は、図４に示すように発熱体８の
各熱電対６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃからの検出温度値が温
度制御部５８へフィードバック入力されており、これに
基づいて部分発熱体８Ａ、８Ｂ、８Ｃを個々に制御し例
えば３００〜８００℃程度に制御する。このように均熱
加熱体１０が予め面内方向に渡って均等に加熱されてい
る状態のところにウエハＷを水平状態にして挿入し、こ
のウエハ面に対して上下の垂直方向から例えば波長１ｍ
ｍ程度の熱線が入射されてウエハＷを加熱することにな
り、従って、ウエハＷはこれに対して平行に配置されて
いる均熱加熱体１０により間接加熱されてウエハに対す
る温度の面内均一性を向上させることが可能となる。

【００１７】この場合、容器内中心部は比較的温度が高
くなり、チューブ１８の開口部３２側は、ウエハＷの挿
脱により放熱が生じて比較的温度が低くなる傾向にある
が、そのような時には、図４に示すように例えば同心状
に配置された部分発熱体８Ａ、８Ｂ、８Ｃに対して外側
に行く程その発熱量を多くして不足熱量を補償し、ウエ
ハ面内における温度の均一性を確保するようにしてもよ
い。また、ウエハＷの直径Ｄ１に対して円形平面状の発
熱体８の直径Ｄ２は２倍以上の大きさとなっているの
で、ウエハＷの中心部と周辺部との温度差は、フィード
バック等をかけない場合には約１℃程度で済み、温度の
面内均一性を一層向上させることが可能となる。

【００１８】また、ウエハＷが反転されているか否かに
応じてウエハＷの上面から或いは下面からのみしか加熱
することができないような場合には、それに対応させて
上側及び下側の発熱体８の内のいずれか一方のみを駆動
するように操作する。そして、加熱に際しては、抵抗発
熱体８からアルカリイオン等が放出される可能性が生ず
るが、これらのアルカリイオンは均熱加熱体１０を構成
する材料である炭化珪素により捕捉されてしまうのでウ
エハＷに到達することはなく、ウエハＷがアルカリイオ
ンにより汚染されることを防止することができる。

【００１９】特に、本実施例にあっては、処理空間Ｓの
上部のみならず側壁部１２もプロセスチューブ１８の装
着部を除き全て高純度の炭化珪素により被われているの
でアルカリイオンがウエハＷに侵入することを一層確実
に阻止することが可能となる。尚、この側壁部１２を、
高純度炭化珪素に代えて高純度マルミナ材により形成す
るようにしてもよい。熱処理中においては、処理容器２
に形成した冷媒通路５４に冷却水が流通されており、こ
の処理容器２を冷却することにより外部での操作の安全
性を十分に確保することが可能となる。

【００２０】そして、ウエハＷに対する熱処理が終了し
たならば、ウエハを保持するウエハ保持アーム３４を左
方向へ移動させることによりこれをチューブ１８から抜
き出し、処理済みのウエハＷを図示しないロボットアー
ム等により受け渡し、新たな未処理のウエハＷをこれに
保持させ、次のウエハの熱処理を行う。また、ウエハ保
持アーム３４のリング状保持部３８に形成した爪部４０
としては、図１に示す突起状の爪部に限定されず、例え
ば図５に示すように爪部４０を、リング状保持部３８か
ら起立させた起立部材６２とこれよりリングの半径方向
内方へ突出させた水平部材６４とにより構成し、この水
平部材６４上にウエハＷを載置するようにしてもよい
し、また、図６に示すように棒状の起立部材６２を設
け、この先端部に半円状の切欠き６６を形成してこの切
欠き６６にウエハＷの周縁部を支持させるようにしても
よい。

【００２１】また、図１に示す装置例にあってはプロセ
スチューブ１４に対して一方向からウエハＷの挿脱を行
うようにしたがこれに限定されず、例えば図７及び図８
に示すようにプロセスチューブ１４の形状を左右対称に
形成して左右両方にウエハ搬出搬入用の開口部３２を設
け、これら開口部３２にそれぞれ図示しないウエハ保持
アームを設置するようにしてもよい。これによれば図中
プロセスチューブの左側よりウエハＷをプロセスチュー
ブ１４内に挿入して熱処理した後に左側より取り出し、
次にプロセスチューブの右側よりウエハＷをプロセスチ
ューブ１４内に挿入して熱処理した後に右側より取り出
し、１枚ずつウエハＷを連続的に熱処理してスループッ
トを向上させるように構成してもよい。

【００２２】更に、プロセスチューブ１４としては前述
したものに限定されず、例えば図９に示すようにプロセ
スチューブ１４の中心部に中空円筒状のウエハ収容部６
６を形成するように構成してもよい。この場合には、処
理容器全体を上下に２分割可能に形成してプロセスチュ
ーブ１４を収容可能にしたり、或いは処理容器側壁に形
成するプロセスチューブ挿通孔をウエハ収容部６６が通
過し得る程度に大きく形成してプロセスチューブ１４の
挿脱を行うようにしてもよい。尚、このチューブ用挿通
孔とチューブ１４間に形成される隙間には処理容器を構
成する材料と同種の材料を埋め込むことにより、これを
塞ぐようにする。

【００２３】尚、上記実施例にあっては、均熱加熱体と
して高純度の炭化珪素を用いたがこれに限定されず、例
えばグラファイトの表面に高純度の炭化珪素をコーティ
ングしたものや、高純度の酸化アルミナの焼結体や熱処
理温度が３００〜４００℃と低い場合には石英板等を用
いるようにしてもよい。また、熱処理装置としては酸化
拡散装置、アニール装置、ＣＶＤ装置等にも適用し得る
のは勿論である。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の熱処理装
置によれば次のような優れた作用効果を発揮することが
できる。均熱加熱体を用いて被処理体を加熱するように
したので被処理体の面内均一加熱を行うことができる。
また、発熱体等から放出されるアルカリイオンを均熱加
熱体により捕捉することができるので、被処理体が汚染
されることを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る熱処理装置の一実施例を示す断面
図である。

【図２】図１に示す装置の平面断面図である。

【図３】ウエハ保持アームを示す平面図である。

【図４】本発明装置に用いる発熱体の構成を示す構成図
である。

【図５】ウエハ保持アームの先端部の変形例を示す拡大
構成図である。

【図６】ウエハ保持アームの爪部の変形例を示す拡大図
である。

【図７】本発明に用いるプロセスチューブの変形例を示
す平面図である。

【図８】図７に示すプロセスチューブの斜視図である。

【図９】本発明に用いるプロセスチューブの他の変形例
を示す斜視図である。

【符号の説明】

２処理容器８抵抗発熱体８Ａ、８Ｂ、８Ｃ部分発熱体１０均熱加熱体１４プロセスチューブ２８処理ガス導入口３０処理ガス排出口３４ウエハ保持アーム５０水平移動機構５８温度制御部６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ熱電対Ｓ処理空間Ｗ半導体ウエハ（被処理体）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】処理容器の側部より被処理体を、その面
を水平状態に維持した状態で、搬入・搬出する熱処理装
置において、前記処理容器内に発熱体を形成すると共に
前記搬入された被処理体と前記発熱体との間に前記発熱
体からの熱により加熱される均熱加熱体を形成したこと
を特徴とする熱処理装置。
【請求項２】前記発熱体及び均熱加熱体は、前記搬入
された被処理体の上方と下方にそれぞれ設けられ、これ
らの上下の発熱体はそれぞれ別個独立して制御可能であ
ることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
【請求項３】前記発熱体は、その面内において同心状
に複数に分割された部分発熱体を有し、各部分発熱体は
別個独立して制御可能であることを特徴とする請求項１
または２記載の熱処理装置。