JP2006080256A - 基板処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】熱処理時間を短縮してスループットを向上させる。
【解決手段】ウエハ1の処理室32を形成した炭化シリコン製のプロセスチューブ31と、処理室32のウエハ1を150℃以上600℃以下の比較的に低温度に加熱するヒータユニット60とを備えた低温アニール装置10において、ヒータユニット60の発熱体63をプロセスチューブ31の外面にアルミナ製の絶縁層64を介して接触させる。アニールに際し、処理室32を水素ガス雰囲気とする。プロセスチューブを熱伝導で加熱できるので、ヒータユニットとプロセスチューブとの間の熱伝達速度を向上できる。熱伝導率の大きい水素ガス雰囲気とすることにより、ヒータユニットで加熱されたプロセスチューブの熱をウエハへ熱伝導によって伝達できる。ウエハ1を短時間で昇温させることができるので、低温アニール装置のスループットを向上させることができる。
【選択図】図3
【解決手段】ウエハ1の処理室32を形成した炭化シリコン製のプロセスチューブ31と、処理室32のウエハ1を150℃以上600℃以下の比較的に低温度に加熱するヒータユニット60とを備えた低温アニール装置10において、ヒータユニット60の発熱体63をプロセスチューブ31の外面にアルミナ製の絶縁層64を介して接触させる。アニールに際し、処理室32を水素ガス雰囲気とする。プロセスチューブを熱伝導で加熱できるので、ヒータユニットとプロセスチューブとの間の熱伝達速度を向上できる。熱伝導率の大きい水素ガス雰囲気とすることにより、ヒータユニットで加熱されたプロセスチューブの熱をウエハへ熱伝導によって伝達できる。ウエハ1を短時間で昇温させることができるので、低温アニール装置のスループットを向上させることができる。
【選択図】図3
Description
本発明は、基板を処理室に収容して加熱下で処理を施す基板処理装置に関し、例えば、半導体集積回路装置(以下、ICという。)が作り込まれる半導体ウエハ(以下、ウエハという。)にアニールやリフロー、酸化、拡散および熱CVD反応による成膜等の熱処理(thermal treatment )に使用される熱処理装置(furnace )に利用して有効なものに関する。
ICの製造方法において、ウエハにアニールを施すのに、熱処理装置の一例であるバッチ式縦形ホットウオール形アニール装置が、広く使用されている。
バッチ式縦形ホットウオール形アニール装置(以下、アニール装置という。)は、処理室を形成し垂直に設置されたプロセスチューブと、処理室を排気する排気管および処理室にガスを供給するガス供給管が接続されたマニホールドと、プロセスチューブの外に敷設されて処理室を加熱するヒータユニットと、複数枚のウエハを垂直方向に整列させて保持して処理室に搬入するボートとを備えており、複数枚のウエハを保持したボートが処理室に下端の炉口から搬入(ボートローディング)され、処理室にアニールガスがガス供給管から供給されるとともに、ヒータユニットによって処理室が加熱されることにより、ウエハの上にアニールを施すように構成されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2004−14543公報
バッチ式縦形ホットウオール形アニール装置(以下、アニール装置という。)は、処理室を形成し垂直に設置されたプロセスチューブと、処理室を排気する排気管および処理室にガスを供給するガス供給管が接続されたマニホールドと、プロセスチューブの外に敷設されて処理室を加熱するヒータユニットと、複数枚のウエハを垂直方向に整列させて保持して処理室に搬入するボートとを備えており、複数枚のウエハを保持したボートが処理室に下端の炉口から搬入(ボートローディング)され、処理室にアニールガスがガス供給管から供給されるとともに、ヒータユニットによって処理室が加熱されることにより、ウエハの上にアニールを施すように構成されている(例えば、特許文献1参照)。
従来のアニール装置のプロセスチューブは、石英ガラス(SiO2 )によって形成されているのが、一般的である。
プロセスチューブが石英ガラスによって形成されたアニール装置においては、熱処理する温度が低くなると、次のような理由で、熱処理時間が長くなり、スループットが低下するという問題点がある。
1) 一般に、熱処理する温度が低温であると、ヒータユニットの加熱温度も低くなるために、輻射による熱伝達が著しく低下する。
2) 石英ガラスは赤外線に不透明であることから、ヒータユニットからの輻射熱線はプロセスチューブ内のウエハに直接的には照射しない(届かない)。
3) 石英ガラスは熱伝導率が小さいことから、ヒータユニットからウエハへの熱伝達が著しく少なく、ウエハの温度が安定するのに著しく時間がかかる。
1) 一般に、熱処理する温度が低温であると、ヒータユニットの加熱温度も低くなるために、輻射による熱伝達が著しく低下する。
2) 石英ガラスは赤外線に不透明であることから、ヒータユニットからの輻射熱線はプロセスチューブ内のウエハに直接的には照射しない(届かない)。
3) 石英ガラスは熱伝導率が小さいことから、ヒータユニットからウエハへの熱伝達が著しく少なく、ウエハの温度が安定するのに著しく時間がかかる。
本発明の目的は、熱処理時間を短縮してスループットを向上させることができる基板処理装置を提供することにある。
本願において開示される発明のうち代表的なものは、次の通りである。
(1)基板を処理する処理室を形成したプロセスチューブと、前記処理室の前記基板を加熱するヒータユニットとを備えており、
前記ヒータユニットの発熱体が前記プロセスチューブの外面に電気的に絶縁して接触されているか、前記ヒータユニットの発熱体が前記ヒータユニットと前記プロセスチューブとの間の距離の方が前記基板と前記プロセスチューブとの間の距離よりも小さくなるように近接されていることを特徴とする基板処理装置。
(2)前記(1)において、前記プロセスチューブが炭素(C)またはシリコン(Si)またはシリコン含浸の炭化シリコン(SiC)または炭化シリコンによって形成されていることを特徴とする基板処理装置。
なお、汚染が問題とはならない場合には、金属または金属にSiO2 等をコーティングしたものによって形成してもよい。
(3)前記(1)において、前記基板の処理に際して、前記処理室が水素(H2 )またはヘリウム(He)またはネオン(Ne)を少なくとも20%以上含む雰囲気とされることを特徴とする基板処理装置。
(4)基板を処理する処理室を形成したプロセスチューブと、前記処理室の前記基板を加熱するヒータユニットとを備えており、
前記プロセスチューブの内面に気流を乱す凹凸が設けられていることを特徴とするアニール装置。
(5)基板を処理する処理室を形成したプロセスチューブと、前記処理室の前記基板を加熱するヒータユニットと、前記処理室で前記基板を保持する保持具と、前記保持具を回転させる回転駆動装置とを備えており、
前記保持具に前記処理室の気流を乱すフィンが設けられていることを特徴とする基板処理装置。
(6)基板をプロセスチューブの処理室内に搬入するステップと、
ヒータユニットの発熱体が前記プロセスチューブの外面に絶縁物を介して接触されているか、前記ヒータユニットの発熱体が前記ヒータユニットと前記プロセスチューブとの間の距離の方が前記基板と前記プロセスチューブとの間の距離よりも小さくなるように近接された状態で、前記プロセスチューブを加熱しつつ前記処理室内の基板を処理するステップと、
処理後の前記基板を前記処理室内から搬出するステップと、
を備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
(1)基板を処理する処理室を形成したプロセスチューブと、前記処理室の前記基板を加熱するヒータユニットとを備えており、
前記ヒータユニットの発熱体が前記プロセスチューブの外面に電気的に絶縁して接触されているか、前記ヒータユニットの発熱体が前記ヒータユニットと前記プロセスチューブとの間の距離の方が前記基板と前記プロセスチューブとの間の距離よりも小さくなるように近接されていることを特徴とする基板処理装置。
(2)前記(1)において、前記プロセスチューブが炭素(C)またはシリコン(Si)またはシリコン含浸の炭化シリコン(SiC)または炭化シリコンによって形成されていることを特徴とする基板処理装置。
なお、汚染が問題とはならない場合には、金属または金属にSiO2 等をコーティングしたものによって形成してもよい。
(3)前記(1)において、前記基板の処理に際して、前記処理室が水素(H2 )またはヘリウム(He)またはネオン(Ne)を少なくとも20%以上含む雰囲気とされることを特徴とする基板処理装置。
(4)基板を処理する処理室を形成したプロセスチューブと、前記処理室の前記基板を加熱するヒータユニットとを備えており、
前記プロセスチューブの内面に気流を乱す凹凸が設けられていることを特徴とするアニール装置。
(5)基板を処理する処理室を形成したプロセスチューブと、前記処理室の前記基板を加熱するヒータユニットと、前記処理室で前記基板を保持する保持具と、前記保持具を回転させる回転駆動装置とを備えており、
前記保持具に前記処理室の気流を乱すフィンが設けられていることを特徴とする基板処理装置。
(6)基板をプロセスチューブの処理室内に搬入するステップと、
ヒータユニットの発熱体が前記プロセスチューブの外面に絶縁物を介して接触されているか、前記ヒータユニットの発熱体が前記ヒータユニットと前記プロセスチューブとの間の距離の方が前記基板と前記プロセスチューブとの間の距離よりも小さくなるように近接された状態で、前記プロセスチューブを加熱しつつ前記処理室内の基板を処理するステップと、
処理後の前記基板を前記処理室内から搬出するステップと、
を備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記(1)の手段によれば、プロセスチューブを熱伝導によって加熱することにより、熱伝達速度を向上させることができるので、基板の温度を短時間で上昇させるとともに、安定させることができ、基板処理装置のスループットを向上させることができる。
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
本実施の形態において、本発明に係る基板処理装置は、ICの製造方法におけるアニール工程を実施するアニール装置(バッチ式縦形ホットウオール形アニール装置)として構成されており、特に、低温度(150℃以上600℃以下)でのアニールに優れた効果を発揮するものとして構成されている。
ちなみに、通常のアニールは、800℃以上1200℃以下で実施される。
図1および図2に示されているように、アニール装置10は略直方体の箱形状に形成された筐体11を備えている。筐体11の正面壁の内側にはカセットステージ12が設置されており、カセットステージ12にはウエハ1を収納して搬送するカセット2が工程内搬送装置(図示せず)によって供給されるようなっている。
筐体11の内部のカセットステージ12の後側には昇降手段としてのカセットエレベータ13が設けられており、カセットエレベータ13には搬送手段としてのカセット移載装置14が取り付けられている。カセットエレベータ13の後側にはカセット2を保管するカセット棚15が設けられており、カセットステージ12の上方には予備カセット棚16が設けられている。
予備カセット棚16の上方にはクリーンユニット17が設けられており、クリーンユニット17はクリーンエアを筐体11の内部に流通させるように構成されている。筐体11の内部のカセット棚15の後側には移載エレベータ18が垂直に設置されており、移載エレベータ18にはウエハ1を移載するウエハ移載装置19が設置されている。
ちなみに、通常のアニールは、800℃以上1200℃以下で実施される。
図1および図2に示されているように、アニール装置10は略直方体の箱形状に形成された筐体11を備えている。筐体11の正面壁の内側にはカセットステージ12が設置されており、カセットステージ12にはウエハ1を収納して搬送するカセット2が工程内搬送装置(図示せず)によって供給されるようなっている。
筐体11の内部のカセットステージ12の後側には昇降手段としてのカセットエレベータ13が設けられており、カセットエレベータ13には搬送手段としてのカセット移載装置14が取り付けられている。カセットエレベータ13の後側にはカセット2を保管するカセット棚15が設けられており、カセットステージ12の上方には予備カセット棚16が設けられている。
予備カセット棚16の上方にはクリーンユニット17が設けられており、クリーンユニット17はクリーンエアを筐体11の内部に流通させるように構成されている。筐体11の内部のカセット棚15の後側には移載エレベータ18が垂直に設置されており、移載エレベータ18にはウエハ1を移載するウエハ移載装置19が設置されている。
筐体11の内部の移載エレベータ18の後側にはモータ駆動方式の送りねじ軸装置等によって構築されたボートエレベータ20が設置されており、ボートエレベータ20の昇降台21にはウエハ保持具としてのボート23がアーム22やシールキャップ等を介して支持されている。
ボート23は上下で一対の端板24および25と、両端板24、25間に垂直に配設された複数本の保持部材26とを備えており、炭化シリコンによって形成されている。各保持部材26には複数条の保持溝27が、長手方向に等間隔に配されて互いに同一平面内において開口するようにそれぞれ刻設されている。そして、ウエハ1は複数条の保持溝27間に外周辺部が挿入されることにより、水平にかつ互いに中心を揃えた状態に整列されてボート23に保持されるようになっている。
ボート23の下側には第一断熱キャップ28と第二断熱キャップ29とが形成されている。上側に配された第一断熱キャップ28は炭化シリコンによって形成されており、下側に配された第二断熱キャップ29は石英ガラスによって形成されている。
ボート23は上下で一対の端板24および25と、両端板24、25間に垂直に配設された複数本の保持部材26とを備えており、炭化シリコンによって形成されている。各保持部材26には複数条の保持溝27が、長手方向に等間隔に配されて互いに同一平面内において開口するようにそれぞれ刻設されている。そして、ウエハ1は複数条の保持溝27間に外周辺部が挿入されることにより、水平にかつ互いに中心を揃えた状態に整列されてボート23に保持されるようになっている。
ボート23の下側には第一断熱キャップ28と第二断熱キャップ29とが形成されている。上側に配された第一断熱キャップ28は炭化シリコンによって形成されており、下側に配された第二断熱キャップ29は石英ガラスによって形成されている。
筐体11の上部にはプロセスチューブ31が、中心線が垂直になるように縦に設置されている。プロセスチューブ31は赤外線や遠赤外線等の熱線に対して透明で、かつ、石英ガラスに比べて熱伝導率が大きい材料である炭化シリコンが使用されて、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。
ちなみに、石英ガラス(SiO2 )の熱伝導率は、1、66W/mK、Si含浸炭化シリコン(SiC)の熱伝導率は、175W/mK、である。
プロセスチューブ31の筒中空部はボート23によって保持された複数枚のウエハが搬入される処理室32を形成しており、処理室32を形成するプロセスチューブ31の内径は、取り扱うウエハの最大外径(例えば、三百mm)よりも大きくなるように設定されている。
プロセスチューブ31の外周の下端には、円形リング形状のフランジ部33が水平に突設されている。
ちなみに、石英ガラス(SiO2 )の熱伝導率は、1、66W/mK、Si含浸炭化シリコン(SiC)の熱伝導率は、175W/mK、である。
プロセスチューブ31の筒中空部はボート23によって保持された複数枚のウエハが搬入される処理室32を形成しており、処理室32を形成するプロセスチューブ31の内径は、取り扱うウエハの最大外径(例えば、三百mm)よりも大きくなるように設定されている。
プロセスチューブ31の外周の下端には、円形リング形状のフランジ部33が水平に突設されている。
筐体11のプロセスチューブ31の下側には支持リング35が、吊り具34を介して水平に吊持されており、支持リング35はマニホールド40を下から支持している。支持リング35の上にはマニホールド40を押さえる押さえリング36が装着されている。
マニホールド40は石英ガラスまたはステンレス等が使用されて上下両端が開口した短尺の略円筒形状に形成されており、マニホールド40の下端開口によって炉口41が形成されている。
マニホールド40の外周の下端には円形リング形状の下側フランジ部42が水平に突設されている。支持リング35は下側フランジ部42の下端面の周縁部に下から係合することにより、マニホールド40およびプロセスチューブ31を支持している。
マニホールド40は石英ガラスまたはステンレス等が使用されて上下両端が開口した短尺の略円筒形状に形成されており、マニホールド40の下端開口によって炉口41が形成されている。
マニホールド40の外周の下端には円形リング形状の下側フランジ部42が水平に突設されている。支持リング35は下側フランジ部42の下端面の周縁部に下から係合することにより、マニホールド40およびプロセスチューブ31を支持している。
マニホールド40の外周の上端には円形リング形状の上側フランジ部43が水平に突設されている。マニホールド40の上側フランジ部43の上端面にはプロセスチューブ31のフランジ部33の下端面が当接されており、プロセスチューブ31はマニホールド40の上に垂直に支持された状態になっている。プロセスチューブ31のフランジ部33とマニホールド40の上側フランジ部43との当接面は、密接によって充分な気密シールを確保しつつ、プロセスチューブ31とマニホールド40との熱膨張差を吸収することができるように平坦かつ平滑に形成されている。
ちなみに、石英ガラスの熱膨張係数は、0、6〜0、9×10-6/℃、炭化シリコンの熱膨張係数は、3、8×10-6/℃、である。
なお、真空が必要な場合や水素等のように洩れては困るガスを流す場合には、マニホールド40に環状溝を形成し、弗素ゴム等のシールリングにより完全にシールする必要がある。
ちなみに、石英ガラスの熱膨張係数は、0、6〜0、9×10-6/℃、炭化シリコンの熱膨張係数は、3、8×10-6/℃、である。
なお、真空が必要な場合や水素等のように洩れては困るガスを流す場合には、マニホールド40に環状溝を形成し、弗素ゴム等のシールリングにより完全にシールする必要がある。
マニホールド40の側壁には他端が排気装置(図示せず)に接続された大口径の排気管44が処理室32に連通するように接続されており、排気管44は処理室32を排気するようになっている。
マニホールド40の側壁の内部には、水平部と垂直部とを有するガス導入口45(図3参照)が開設されている。ガス導入口45においてマニホールド40の側壁の外周に開口した水平部分には、ガス導入配管46が接続されており、ガス導入配管46の他端はアニールガス等のガスを供給するガス供給装置(図示せず)に接続されている。マニホールド40の上端面に開口した垂直部分には、炭化シリコンによって形成されたノズル47が挿入されて固定されており、ノズル47は処理室32の内周面に沿って処理室32の上端部まで敷設されている。ノズル47の上端に開設された噴出口はボート23の上端に配置されている。
マニホールド40の側壁の内部には、水平部と垂直部とを有するガス導入口45(図3参照)が開設されている。ガス導入口45においてマニホールド40の側壁の外周に開口した水平部分には、ガス導入配管46が接続されており、ガス導入配管46の他端はアニールガス等のガスを供給するガス供給装置(図示せず)に接続されている。マニホールド40の上端面に開口した垂直部分には、炭化シリコンによって形成されたノズル47が挿入されて固定されており、ノズル47は処理室32の内周面に沿って処理室32の上端部まで敷設されている。ノズル47の上端に開設された噴出口はボート23の上端に配置されている。
図1および図2に示されているように、筐体11の内部のマニホールド40の近傍には炉口41を開閉するシャッタ50が設置されており、シャッタ50はボート23が処理室32から搬出されている時に炉口41を閉塞するように構成されている。
ボート23が処理室32に搬入されている時には、炉口41はシールキャップ51によって閉塞されるように構成されている。シールキャップ51はステンレス鋼等の金属材料が使用されて、炉口41よりも大径の円板形状に形成されている。
シールキャップ51の上面には石英ガラスによって形成されたカバー52が被着されており、カバー52の上面における周縁部にはシールリング収納溝(図示せず)が同心円に没設されており、シールリング収納溝には炉口41をシールするシールリング(図示せず)が収納されている。
ボート23が処理室32に搬入されている時には、炉口41はシールキャップ51によって閉塞されるように構成されている。シールキャップ51はステンレス鋼等の金属材料が使用されて、炉口41よりも大径の円板形状に形成されている。
シールキャップ51の上面には石英ガラスによって形成されたカバー52が被着されており、カバー52の上面における周縁部にはシールリング収納溝(図示せず)が同心円に没設されており、シールリング収納溝には炉口41をシールするシールリング(図示せず)が収納されている。
プロセスチューブ31の外側にはウエハを加熱するヒータユニット60が、同心円に配されて設置されており、ヒータユニット60は筐体11によって垂直に支持されている。ヒータユニット60はステンレス鋼等によって円筒形状に形成されたケース61と、断熱材によって円筒形状に形成されてケース61内に据え付けられた断熱槽62と、抵抗発熱体等によって形成されて断熱槽62の内周面に敷設された発熱体63とを備えている。
なお、低温の場合には、断熱材はあまり必要ではなく薄くてもよい。極低温は断熱材は設けないのが最適と考えられる。
ヒータユニット60の発熱体63はプロセスチューブ31の外周面に、赤外線や遠赤外線等の熱線に対して透明で、かつ、熱伝導率が大きいアルミナ(Al2 O3 )等の絶縁物によって形成された絶縁層64を介して接触されており、発熱体63の発熱が絶縁層64を介してプロセスチューブ31に輻射でなく熱伝導によって直接的に熱伝達することにより、発熱体63からプロセスチューブ31への熱伝達速度は大きく設定されている。すなわち、発熱体63はプロセスチューブ31の外面に電気的に絶縁して接触されている。
ちなみに、アルミナの熱伝導率は、96%アルミナで19W/mK、99、5%アルミナで25W/mK、である。アルミナの熱膨張係数は、96%アルミナで6、7〜7、0×10-6/℃、99、5%アルミナで7、1×10-6/℃である。
なお、低温の場合には、断熱材はあまり必要ではなく薄くてもよい。極低温は断熱材は設けないのが最適と考えられる。
ヒータユニット60の発熱体63はプロセスチューブ31の外周面に、赤外線や遠赤外線等の熱線に対して透明で、かつ、熱伝導率が大きいアルミナ(Al2 O3 )等の絶縁物によって形成された絶縁層64を介して接触されており、発熱体63の発熱が絶縁層64を介してプロセスチューブ31に輻射でなく熱伝導によって直接的に熱伝達することにより、発熱体63からプロセスチューブ31への熱伝達速度は大きく設定されている。すなわち、発熱体63はプロセスチューブ31の外面に電気的に絶縁して接触されている。
ちなみに、アルミナの熱伝導率は、96%アルミナで19W/mK、99、5%アルミナで25W/mK、である。アルミナの熱膨張係数は、96%アルミナで6、7〜7、0×10-6/℃、99、5%アルミナで7、1×10-6/℃である。
次に、前記構成に係るアニール装置の作用を、ウエハに対する水素アニール工程をもとに説明する。
水素アニール工程を実施すべきウエハ1が装填されたカセット2は、カセットステージ12にウエハ1が上向きの姿勢で工程内搬送装置によって搬入されて、カセットステージ12によってウエハ1が水平姿勢となるように90度回転させられる。
次に、カセット2はカセットエレベータ13の昇降動作、横行動作およびカセット移載装置14の進退動作、回転動作の協働により、カセットステージ12からカセット棚15または予備カセット棚16に搬送される。
カセット棚15にはウエハ移載装置19の搬送対象となるカセット2が収納される移載棚が設定されており、ウエハ1が移載に供されるカセット2はカセットエレベータ13、カセット移載装置14によって移載棚に移載される。
次に、カセット2はカセットエレベータ13の昇降動作、横行動作およびカセット移載装置14の進退動作、回転動作の協働により、カセットステージ12からカセット棚15または予備カセット棚16に搬送される。
カセット棚15にはウエハ移載装置19の搬送対象となるカセット2が収納される移載棚が設定されており、ウエハ1が移載に供されるカセット2はカセットエレベータ13、カセット移載装置14によって移載棚に移載される。
カセット2が移載棚に移載されると、ウエハ1は移載棚からボート23へ、ウエハ移載装置19の進退動作、回転動作および移載エレベータ18の昇降動作の協働により移載される。複数枚のウエハ1はボート23に互いに平行で中心線が揃った状態にウエハ移載装置19によって装填(ウエハチャージング)される。
所定の枚数のウエハ1が装填されると、所謂スタンバイ温度(100〜200℃、例えば150℃程度)に予熱された処理室32へ、ボート23はシールキャップ51のボートエレベータ20による上昇に伴ってマニホールド40の炉口41から搬入(ボートローディング)されて行き、図3に示されているように、シールキャップ51に支持されたままの状態で処理室32に存置される。
この状態で、シールキャップ51は炉口41を気密シールした状態になる。すなわち、シールキャップ51に被着されたカバー52の周縁部のシールリングがマニホールド40の下端面に密着することにより、炉口41が気密封止される。
この状態で、シールキャップ51は炉口41を気密シールした状態になる。すなわち、シールキャップ51に被着されたカバー52の周縁部のシールリングがマニホールド40の下端面に密着することにより、炉口41が気密封止される。
次に、プロセスチューブ31の内部が所定の真空度(数十〜数万Pa)に排気管44によって排気される。
また、処理室32がヒータユニット60によって、アニールの通常の処理温度よりも低温の所定の温度(150℃以上600℃以下)に均一に加熱される。この際、ヒータユニット60の発熱体63の発熱が絶縁層64を介してプロセスチューブ31に輻射でなく熱伝導によって直接的に熱伝達することにより、発熱体63からプロセスチューブ31への熱伝達速度が大きくなっているので、プロセスチューブ31の温度は所定の処理温度に短時間で上昇する。
プロセスチューブ31の内部の温度や圧力が安定すると、アニールガスとしての水素ガスが処理室32に、ガス導入配管46、ガス導入口45およびノズル47によって導入される。
なお、処理条件は、例えば次の通りである。
処理温度は400℃、水素ガスの流量は数十cc/分〜数万cc/分、処理圧力は大気圧または減圧、処理時間は約120分。
また、処理室32がヒータユニット60によって、アニールの通常の処理温度よりも低温の所定の温度(150℃以上600℃以下)に均一に加熱される。この際、ヒータユニット60の発熱体63の発熱が絶縁層64を介してプロセスチューブ31に輻射でなく熱伝導によって直接的に熱伝達することにより、発熱体63からプロセスチューブ31への熱伝達速度が大きくなっているので、プロセスチューブ31の温度は所定の処理温度に短時間で上昇する。
プロセスチューブ31の内部の温度や圧力が安定すると、アニールガスとしての水素ガスが処理室32に、ガス導入配管46、ガス導入口45およびノズル47によって導入される。
なお、処理条件は、例えば次の通りである。
処理温度は400℃、水素ガスの流量は数十cc/分〜数万cc/分、処理圧力は大気圧または減圧、処理時間は約120分。
予め設定された処理時間が経過すると、処理室32の残留ガスが排気管44の排気力によって排気される。また、処理室32の温度が所謂スタンバイ温度(例えば150℃程度)まで下降される。
次に、シールキャップ51が下降されて炉口41が開口されるとともに、ボート23に保持された状態でウエハ1群が炉口41からプロセスチューブ31の真下の待機室に搬出(ボートアンローディング)される。
ボート23が搬出されると、シャッタ50が炉口41を気密封止する。
次に、シールキャップ51が下降されて炉口41が開口されるとともに、ボート23に保持された状態でウエハ1群が炉口41からプロセスチューブ31の真下の待機室に搬出(ボートアンローディング)される。
ボート23が搬出されると、シャッタ50が炉口41を気密封止する。
処理済みのウエハ1は前述した作動の逆の手順により、ボート23から移載棚のカセット2に移載される。
カセット2はカセット移載装置14により移載棚からカセットステージ12に移載され、工程内搬送装置によって筐体11の外部に搬出される。
カセット2はカセット移載装置14により移載棚からカセットステージ12に移載され、工程内搬送装置によって筐体11の外部に搬出される。
ところで、以上のアニール工程に使用された水素ガスの熱伝導率(182×10-3W/mK)は、比較的に大きいので、ヒータユニット60によって加熱されたプロセスチューブ31の熱はウエハ1へ、輻射のみならず水素ガスの熱伝導によってきわめて効果的に伝達される。したがって、ウエハ1の温度は所定の処理温度に短時間で上昇する。
前記した実施の形態によれば、次の効果が得られる。
1) ヒータユニットの発熱体をプロセスチューブの外面に絶縁物を介して接触させることにより、プロセスチューブを熱伝導によって加熱して熱伝達速度を向上させることができるので、プロセスチューブの温度を所定の処理温度まで短時間で上昇させることができ、その結果、アニール装置のスループットを向上させることができる。
2) アニールガスとして熱伝導率の大きいガスを使用することにより、ヒータユニットによって加熱されたプロセスチューブの熱をウエハ1へ、輻射のみならずガスの熱伝導によってきわめて効果的に伝達させることができるので、ウエハ1の温度を所定の処理温度まで短時間で上昇させることができ、その結果、アニール装置のスループットを向上させることができる。
図4は本発明の第二の実施の形態であるアニール装置の主要部を示す側面断面図である。
本実施の形態が前記実施の形態と異なる点は、プロセスチューブ31の内周面にアニールガスの気流を乱す凹凸37が設けられており、絶縁層が省略されている点、である。
なお、凹凸37の幅や深さは気流を効果的に乱すことができるように、数mm以上に設定することが望ましい。また、凹凸37は溝切り法や板状物の嵌め込み法等によって形成することができる。
さらに、凹凸37は図4に示されているように、プロセスチューブ31の内周全面に設けてもよいし、プロセスチューブ31の内周面の一部に設けるようにしてもよい。
なお、凹凸37の幅や深さは気流を効果的に乱すことができるように、数mm以上に設定することが望ましい。また、凹凸37は溝切り法や板状物の嵌め込み法等によって形成することができる。
さらに、凹凸37は図4に示されているように、プロセスチューブ31の内周全面に設けてもよいし、プロセスチューブ31の内周面の一部に設けるようにしてもよい。
本実施の形態によれば、プロセスチューブ31の内周面にアニールガスの気流を乱す凹凸37が設けられていることにより、アニールガスによるプロセスチューブ31からウエハ1への熱伝達速度がより一層大きくなるので、ウエハ1の昇温時間を短縮することができる。
図5は本発明の第三の実施の形態であるアニール装置の主要部を示す側面断面図である。
本実施の形態が前記実施の形態と異なる点は、ボート23の外周面にアニールガスの気流を乱すフィン23aが設けられているとともに、ボート23が回転駆動装置23bによって回転されるように構成されており、絶縁層が省略されている点、である。
なお、フィン23aの幅や長さ(奥行)は気流を効果的に乱すことができるように、数mm以上に設定することが望ましい。また、フィン23aは溝切り法や板状物の嵌め込み法等によって設けることができる。
なお、フィン23aの幅や長さ(奥行)は気流を効果的に乱すことができるように、数mm以上に設定することが望ましい。また、フィン23aは溝切り法や板状物の嵌め込み法等によって設けることができる。
本実施の形態によれば、ボート23が回転駆動装置23bが回転されると、ボート23の外周面に設けられたフィン23aがアニールガスの気流を乱すので、アニールガスによるプロセスチューブ31からウエハ1への熱伝達速度がより一層大きくなるので、ウエハ1の昇温時間を短縮することができる。
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
例えば、ヒータユニットの発熱体をプロセスチューブの外面に絶縁物を介して接触させて設置するに限らず、発熱体とプロセスチューブを接触させることなくヒータユニットの発熱体をヒータユニットとプロセスチューブとの間の距離の方がウエハとプロセスチューブとの間の距離よりも小さくなるように極近接させて設置してもよい。つまり、空間を発熱体とプロセスチューブとを電気的に絶縁する絶縁層(所謂エアギャップ)として使用する場合には、発熱体とプロセスチューブとの絶縁を確保し得る範囲内で、発熱体とプロセスチューブとの間の熱伝達速度が最も大きくなるように、発熱体とプロセスチューブとの近接距離を設定することが望ましい。それらを考慮すると、発熱体とプロセスチューブとの間の距離は10mm以下、好ましくは2mm以下とするのが好ましい。
プロセスチューブは炭化シリコンによって形成するに限らず、石英ガラスに比べて熱伝導率が大きい材料の一例である炭素(C)またはシリコン(Si)またはシリコン含浸炭化シリコン(SiC)によって形成してもよい。
ちなみに、炭素の熱伝導率は、900〜2000W/mKであり、シリコンの熱伝導率は、150W/mK、である。
なお、シリコン含浸炭化シリコンによるプロセスチューブは、炭化シリコン粉を焼き固めた焼き物を高温で融解したシリコンに浸すことにより、製造することができる。
ちなみに、炭素の熱伝導率は、900〜2000W/mKであり、シリコンの熱伝導率は、150W/mK、である。
なお、シリコン含浸炭化シリコンによるプロセスチューブは、炭化シリコン粉を焼き固めた焼き物を高温で融解したシリコンに浸すことにより、製造することができる。
熱伝達速度を向上させるためには、処理室を水素ガスの100%雰囲気とするに限らず、処理室を水素ガス(H2 )またはヘリウム(He)またはネオン(Ne)を少なくとも20%以上含む雰囲気としてもよい。水素ガス、ヘリウム、ネオンは窒素よりも熱伝導がよく、ガスを希釈する場合、窒素ではなくこれら水素ガス、ヘリウム、ネオンを用い、しかも、その濃度を20%以上とすることで熱伝達速度を向上させることができる。
ちなみに、ヘリウムの熱伝導率は、150×10-3W/mKであり、ネオンの熱伝導率は、493×10-4W/mK、である。
ちなみに、ヘリウムの熱伝導率は、150×10-3W/mKであり、ネオンの熱伝導率は、493×10-4W/mK、である。
アニールの対象物は、SOG膜付きウエハやPIQ膜付きウエハ、アルミニウム(Al)膜付きウエハ、銅(Cu)膜付きウエハ等であってもよい。
アニールガスとしては、窒素、水素、アルゴン、酸素、水蒸気(H2 O)等を使用することができる。アニールガス種はアニールの目的によって最適のものを適宜に選定することが望ましい。
アニールの処理条件は、アニールの目的やアニールガス種等に対応して最適に設定することが望ましい。
アニール装置に限らず、酸化処理や拡散処理、熱CVD反応による成膜処理等にも使用される基板処理装置全般に適用することができる。
二重反応管を備えた基板処理装置にも適用することができるし、バッチタイプの基板処理装置だけでなく、枚葉タイプの基板処理装置にも適用することができる。
二重反応管を備えた基板処理装置にも適用することができるし、バッチタイプの基板処理装置だけでなく、枚葉タイプの基板処理装置にも適用することができる。
前記実施の形態ではウエハに処理が施される場合について説明したが、処理対象はホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。
1…ウエハ(被処理基板)、2…カセット、10…アニール装置(基板処理装置)、11…筐体、12…カセットステージ、13…カセットエレベータ、14…カセット移載装置、15…カセット棚、16…予備カセット棚、17…クリーンユニット、18…移載エレベータ、19…ウエハ移載装置、20…ボートエレベータ、21…昇降台、22…アーム、23…ボート、23a…フィン、23b…回転駆動装置、24、25…端板、26…保持部材、27…保持溝、28…第一断熱キャップ、29…第二断熱キャップ、31…プロセスチューブ、32…処理室、33…フランジ部、34…吊り具、35…支持リング、36…押さえリング、37…凹凸、40…マニホールド、41…炉口、42…下側フランジ部、43…上側フランジ部、44…排気管、45…ガス導入口、46…ガス導入配管、47…ノズル、50…シャッタ、51…シールキャップ、52…カバー、60…ヒータユニット、61…ケース、62…断熱槽、63…発熱体、64…絶縁層。
Claims (1)
- 基板を処理する処理室を形成したプロセスチューブと、前記処理室の前記基板を加熱するヒータユニットとを備えており、
前記ヒータユニットの発熱体が前記プロセスチューブの外面に電気的に絶縁して接触されているか、前記ヒータユニットの発熱体が前記ヒータユニットと前記プロセスチューブとの間の距離の方が前記基板と前記プロセスチューブとの間の距離よりも小さくなるように近接されていることを特徴とする基板処理装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004261886A JP2006080256A (ja) | 2004-09-09 | 2004-09-09 | 基板処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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Family
ID=36159476
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JP2004261886A Pending JP2006080256A (ja) | 2004-09-09 | 2004-09-09 | 基板処理装置 |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102656666A (zh) * | 2009-09-25 | 2012-09-05 | 磁性流体技术(美国)公司 | 混合气体注射器 |
JP2013511819A (ja) * | 2009-12-01 | 2013-04-04 | コリア ベーシック サイエンス インスティテュート | 電子サイクロトロン共鳴イオン源を利用したx線発生装置及び方法 |
JP2014165500A (ja) * | 2013-02-26 | 2014-09-08 | Tera Semicon Corp | バッチ式基板処理装置 |
-
2004
- 2004-09-09 JP JP2004261886A patent/JP2006080256A/ja active Pending
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