JP4435322B2

JP4435322B2 - Heating device

Info

Publication number: JP4435322B2
Application number: JP07615899A
Authority: JP
Inventors: 英介森崎; 昌幸北村; 伸明高橋; 隆重岡
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1999-03-19
Filing date: 1999-03-19
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2019-03-19
Also published as: JP2000269154A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板挿入口を介して容器内に被処理基板を１枚ずつ入れて加熱処理する加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造プロセスの一つとして、半導体ウエハ（以下、ウエハとする）に種々の処理を施した後にその処理による特性の均一化を図るなどのために行うアニール処理がある。この処理を行うための従来の枚葉式加熱装置は、図５及び図６にそれぞれ側面断面及び平面断面を模式的に示すように、ウエハＷを収納する容器であるチャンバー１１と、ウエハ挿入口１２と、ゲートバルブ１３を備えており、ウエハＷを、図示しないロードロック室からゲートバルブ１３及びウエハ挿入口１２を介してチャンバー１１内に１枚ずつ挿入し、それを載置台１４上に載置して、チャンバー１１の下側に配置された図示しないランプ等よりなる加熱手段により加熱するようになっている。
【０００３】
その際チャンバー１１内は所定の雰囲気、例えば不活性ガス雰囲気に保たれ、チャンバー１１の天井部分に設けられたガス供給手段１５によってチャンバー１１内に不活性ガスを導入しながら、図示しない排気手段により排気を行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の加熱装置では、例えば熱源となる複数のランプを、ウエハＷの中心点を中心として同心円状に配列しており、ウエハＷの直径方向に加熱量を調節することができるようになっており、それによってウエハ面内における温度分布を均一化することができるようになっている。しかしチャンバー１１のウエハ挿入口１２を除く他の内周面では熱線が反射されるのに対して、ウエハ挿入口１２では熱線が吸収されてしまうため、チャンバー１１内で、ウエハ挿入口１２に近い部分の温度が他の部分よりも低くなってしまう。そのためウエハＷの周方向で加熱温度が異なり、ウエハ面内の処理が不均一となるという問題点がある。
【０００５】
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、枚葉式の加熱装置において被処理基板を収納する容器の、基板挿入口とそれを除く内周面との熱吸収度が同程度になるようにすることによって、被処理基板の周方向での加熱温度の均一性を高くし、被処理基板に対して均一な処理を行うことができる加熱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】
本発明に係る加熱装置は、被処理基板を収納する容器と、
被処理基板を加熱するための加熱手段と、
被処理基板を出し入れするために前記容器の側壁部の一部に設けられた基板挿入口と、
前記容器の側壁部の、基板挿入口を除く内周面の熱吸収度を前記基板挿入口の熱吸収度と同程度にするために、基板挿入口を除く前記内周面に周方向に沿って設けられた溝と、を具備することを特徴とする。
【０００７】
この発明において、前記加熱手段は、被処理基板の中心を中心とする同心円状の複数の領域毎に単位面積当たりの加熱量が調整可能な構成とすることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は、それぞれ本発明に係る加熱装置の一例を示す側面断面図及び平面断面図である。この加熱装置は、被処理基板であるウエハＷを一枚ずつ収納するチャンバー２１の側壁部の内周面２２に、基板挿入口であるウエハ挿入口２３の部分を除き、その周方向に沿って熱吸収手段をなす例えば溝２４が設けられているものである。この溝２４における熱吸収度はウエハ挿入口２３における熱吸収度と同程度になっており、従ってチャンバー２１の床部中央の開口部２０の下側に配置されたランプ３１等の加熱手段３から、その開口部２０を下側から塞ぐ透過窓４１を介してチャンバー２１内に供給された熱線は、チャンバー２１の側壁部の、ウエハ挿入口２３を含む全ての内周面２２において均一に吸収される。
【０００９】
溝２４は光学的に黒体とし、溝２４内に入った光が溝２４の外に出ないようにすることが好ましく、例えば溝２４の高さと奥行きとの比が１：３、すなわち例えば高さ及び奥行きがそれぞれ５ｍｍ及び１５ｍｍ程度であるのが好ましい。また溝２４の形状は、溝２４における熱吸収度がウエハ挿入口２３における熱吸収度と同程度であれば特に問わない。なお溝２４内を黒色にして溝２４の外に出る光を少なくするようにしてもよいし、溝２４内の表面を例えば細かい凹凸を付けた荒れた面としてもよい。
【００１０】
またチャンバー２１の天井部には、ガス供給手段としてシャワーヘッドなどと呼ばれるガス供給部５１が設けられている。ガス供給部５１は、例えばガス供給管５４，５５から供給されたガスを、ガス拡散部５２の多数のガス噴射口５３からチャンバー２１内に供給するようになっている。このガス供給手段は、例えばこの加熱装置を用いて不活性ガス雰囲気下でアニール処理を行う場合には不活性ガスを供給し、またこの成膜装置がＣＶＤ（化学気相成長）法による成膜処理に使用される場合には成膜ガス等の供給に供される。ガス供給手段により供給されたガスは、チャンバー２１に設けられた図示しない排気手段を介して排気される。ガス供給部５１の側壁部及びガス拡散部５２は、温調用の流体を通流させるための流体通路５６を有している。
【００１１】
ウエハ挿入口２３は、ゲートバルブ６１により塞がれており、このゲートバルブ６１が開くと図示しないロードロック室の内部に連通接続する。チャンバー２１内にはウエハＷを保持する保持アーム６２及びそれを昇降させるリフタ６３が設けられ、一方ロードロック室内にはウエハＷを搬送するための図示しない搬送アームが設けられており、ゲートバルブ６１が開いた時にその搬送アームと保持アーム６２との間でウエハＷの受け渡しが行われる。
【００１２】
チャンバー２１内には、ウエハＷを載置するための載置台２５が、開口部２０を塞ぐように設けられている。開口部２０において、載置台２５と透過窓４１とにより囲まれた空間には、不活性ガス供給口４２を介して図示しない不活性ガス供給手段により不活性ガス、例えば窒素ガスが供給され得るようになっており、例えばこの加熱装置がＣＶＤ装置として使用される場合に、窒素ガスをバッファプレート４３のガス孔を介して、ウエハＷの下面近傍に均一に供給することによって、チャンバー２１内から成膜ガス等が透過窓４１側に流入するのを防ぎ、透過窓４１の表面で成膜が起こらないようにしている。
【００１３】
ランプ３１は、例えばモータ３２により回転駆動される回転テーブル３３上に配列されている。図３は、ランプ３１の配列の一例を示す平面図である。図３に示す例では、ランプ３１は、ウエハの中心点に相当する点を中心とし、互いに半径の異なる例えば３つの同心円のそれぞれの周３４，３５，３６に沿って配置されている。最も内側の円周３４に沿っては、例えば２個のランプ３１が設けられており、真ん中の円周３５に沿っては、例えば６個のランプ３１が設けられており、最も外側の円周３６に沿っては、例えば１５個のランプ３１が設けられている。なお同心円の数及び各円周上のランプ３１の数は、上記説明の数に限定されない。
【００１４】
ランプ３１は、各円周３４，３５，３６毎に独立して、あるいは１つずつ独立して単位面積当たりの加熱量を制御することができるようになっており、３つの円周３４，３５，３６上のランプ３１によって、図４に模式的に示すように例えば３つの輪状加熱領域３７，３８，３９が形成される。そして図示しない制御装置により、最も内側の輪状加熱領域３７よりもそのすぐ外側の輪状加熱領域３８の方が単位面積当たりの加熱量が大きくなるように制御し、更にその外側の輪状加熱領域３９の方が単位面積当たりの加熱量が大きくなるように制御する。それによって、ウエハＷの中心から外周に向かって徐々に単位面積当たりの加熱量が大きくなり、ウエハＷの面内温度分布が均一になる。
【００１５】
次に上述実施の形態の作用について述べる。まず図示しない搬送アームによりチャンバー２１内にウエハＷを搬入し、リフタ６３の保持アーム６２上に受け渡す。そして図示しない排気手段によりチャンバー２１内の排気を行いながら、ガス供給管５４，５５より、所定流量のＮ2 ガスをガス供給部５１を介してチャンバー２１内に導入し、常圧下でランプ３１によりウエハＷを、例えば５００℃程度に加熱し、アニール処理を行う。
【００１６】
上述実施の形態によれば、チャンバー２１の側壁部の、ウエハ挿入口２３の部分を除いた内周面２２に、その周方向に沿って溝２４を設け、ウエハ挿入口２３の部分を除いた内周面２２の熱吸収度がウエハ挿入口２３の熱吸収度と同程度になるようにしたため、チャンバー２１内の熱線がチャンバー２１の側壁部の、ウエハ挿入口２３を含む全ての内周面２２において均一に吸収されるので、ウエハＷの周方向での加熱温度の均一性が高くなり、ウエハＷに対して均一な処理を行うことができる。
【００１７】
以上において本発明は、チャンバー２１の側壁部の内周面に沿って溝２４を設けずに黒色の帯状着色部分を設けてもよい。また加熱手段として、ウエハＷの直径方向で温度調節することができる同心円状のヒータを用いてもよく、そのヒータはチャンバー内のウエハ載置部に埋め込まれていてもよい。またアニール処理に限らず、ＣＶＤによる成膜処理にも適用でき、その場合には例えば頻繁にクリーニングガスでチャンバー２１内の壁面をクリーニングする必要がある。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、被処理基板を収納する容器の側壁部の、基板挿入口を含む全ての内周面において熱吸収度が均一になるので、被処理基板の周方向での加熱温度が等しくなり、被処理基板に対して均一な処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る加熱装置の一例を示す側面断面図である。
【図２】その加熱装置の平面断面図である。
【図３】その加熱装置のランプの配置例を示す平面図である。
【図４】そのランプ配置により形成される加熱領域を示す模式図である。
【図５】従来の枚葉式加熱装置の側面断面を示す模式図である。
【図６】従来の枚葉式加熱装置の平面断面を示す模式図である。
【符号の説明】
Ｗウエハ（被処理基板）
３加熱手段
２１チャンバー（容器）
２３ウエハ挿入口（基板挿入口）
２４溝（熱吸収手段）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heating apparatus that heats a substrate to be processed one by one in a container through a substrate insertion opening.
[0002]
[Prior art]
As one of the semiconductor device manufacturing processes, there is an annealing process for performing uniform processing after performing various processes on a semiconductor wafer (hereinafter referred to as a wafer). A conventional single-wafer heating apparatus for performing this processing includes a chamber 11 that is a container for storing a wafer W, and a wafer insertion port, as schematically shown in a side section and a plane section in FIGS. 5 and 6, respectively. 12 and a gate valve 13, and wafers W are inserted into the chamber 11 one by one from a load lock chamber (not shown) through the gate valve 13 and the wafer insertion port 12, and are placed on the mounting table 14. And heated by heating means such as a lamp (not shown) disposed on the lower side of the chamber 11.
[0003]
At that time, the inside of the chamber 11 is maintained in a predetermined atmosphere, for example, an inert gas atmosphere, and an inert gas is introduced into the chamber 11 by the gas supply means 15 provided on the ceiling portion of the chamber 11, and an exhaust means (not shown) is used. Exhaust.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional heating apparatus described above, for example, a plurality of lamps serving as heat sources are arranged concentrically around the center point of the wafer W, and the amount of heating can be adjusted in the diameter direction of the wafer W. As a result, the temperature distribution in the wafer surface can be made uniform. However, while heat rays are reflected on the inner peripheral surface other than the wafer insertion port 12 of the chamber 11, heat rays are absorbed at the wafer insertion port 12, so that the chamber 11 is close to the wafer insertion port 12. The temperature of a part will become lower than another part. Therefore, there is a problem that the heating temperature differs in the circumferential direction of the wafer W, and the processing in the wafer surface becomes non-uniform.
[0005]
The present invention has been made under such circumstances, and an object of the present invention is to absorb heat between a substrate insertion port and an inner peripheral surface of the container in which a substrate to be processed is stored in a single wafer heating apparatus. By providing the same degree of heating, it is possible to increase the uniformity of the heating temperature in the circumferential direction of the substrate to be processed, and to provide a heating apparatus that can perform uniform processing on the substrate to be processed. is there.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
A heating apparatus according to the present invention includes a container for storing a substrate to be processed,
Heating means for heating the substrate to be processed;
A substrate insertion opening provided in a part of the side wall portion of the container for taking in and out the substrate to be processed;
In order to make the heat absorption rate of the inner peripheral surface excluding the substrate insertion port of the side wall portion of the container the same as the heat absorption rate of the substrate insertion port , along the circumferential direction along the inner peripheral surface excluding the substrate insertion port. And a groove provided .
[0007]
In the present invention, the heating means can be configured such that the heating amount per unit area can be adjusted for each of a plurality of concentric regions centered on the center of the substrate to be processed.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1 and 2 are a side sectional view and a plan sectional view, respectively, showing an example of a heating device according to the present invention. In this heating apparatus, the inner peripheral surface 22 of the side wall portion of the chamber 21 for storing wafers W to be processed one by one is removed along the circumferential direction except for the portion of the wafer insertion port 23 that is a substrate insertion port. For example, a groove 24 forming a heat absorbing means is provided. The heat absorption in the groove 24 is almost the same as the heat absorption in the wafer insertion opening 23, and therefore, from the heating means 3 such as the lamp 31 disposed below the opening 20 at the center of the floor of the chamber 21. The heat rays supplied into the chamber 21 through the transmission window 41 that closes the opening 20 from the lower side are uniformly absorbed by all the inner peripheral surfaces 22 of the side wall of the chamber 21 including the wafer insertion port 23. The
[0009]
The groove 24 is preferably an optically black body so that light entering the groove 24 does not exit the groove 24. For example, the ratio of the height and depth of the groove 24 is 1: 3, that is, for example, high The thickness and depth are preferably about 5 mm and 15 mm, respectively. The shape of the groove 24 is not particularly limited as long as the heat absorption in the groove 24 is approximately the same as the heat absorption in the wafer insertion port 23. Note that the inside of the groove 24 may be black to reduce the amount of light that goes out of the groove 24, or the surface inside the groove 24 may be a rough surface with fine irregularities, for example.
[0010]
A gas supply unit 51 called a shower head or the like is provided as a gas supply unit on the ceiling of the chamber 21. The gas supply unit 51 supplies, for example, gas supplied from the gas supply pipes 54 and 55 into the chamber 21 from a large number of gas injection ports 53 of the gas diffusion unit 52. The gas supply means supplies, for example, an inert gas when annealing is performed in an inert gas atmosphere using the heating apparatus, and the film forming apparatus forms a film by a CVD (chemical vapor deposition) method. When used for processing, it is used to supply a film forming gas or the like. The gas supplied by the gas supply means is exhausted through an exhaust means (not shown) provided in the chamber 21. The side wall part of the gas supply part 51 and the gas diffusion part 52 have a fluid passage 56 for allowing a temperature adjusting fluid to flow therethrough.
[0011]
The wafer insertion port 23 is closed by a gate valve 61. When the gate valve 61 is opened, the wafer insertion port 23 is connected to the interior of a load lock chamber (not shown). A holding arm 62 for holding the wafer W and a lifter 63 for raising and lowering the wafer W are provided in the chamber 21. On the other hand, a transfer arm (not shown) for transferring the wafer W is provided in the load lock chamber. When the wafer is opened, the wafer W is transferred between the transfer arm and the holding arm 62.
[0012]
In the chamber 21, a mounting table 25 for mounting the wafer W is provided so as to close the opening 20. In the opening 20, an inert gas such as nitrogen gas can be supplied to a space surrounded by the mounting table 25 and the transmission window 41 by an inert gas supply means (not shown) via an inert gas supply port 42. For example, when this heating apparatus is used as a CVD apparatus, nitrogen gas is uniformly supplied to the vicinity of the lower surface of the wafer W through the gas holes of the buffer plate 43, thereby forming the inside of the chamber 21. A film gas or the like is prevented from flowing into the transmission window 41, and film formation does not occur on the surface of the transmission window 41.
[0013]
The lamps 31 are arranged on a turntable 33 that is driven to rotate by a motor 32, for example. FIG. 3 is a plan view showing an example of the arrangement of the lamps 31. In the example shown in FIG. 3, the lamp 31 is disposed along the circumferences 34, 35, and 36 of, for example, three concentric circles having different radii from the center corresponding to the center point of the wafer. For example, two lamps 31 are provided along the innermost circumference 34, and for example, six lamps 31 are provided along the middle circumference 35, and the outermost circumference is provided. For example, fifteen lamps 31 are provided along the line 36. The number of concentric circles and the number of lamps 31 on each circumference are not limited to the number described above.
[0014]
The lamp 31 can control the heating amount per unit area independently for each of the circumferences 34, 35, 36 or one by one, and the three circumferences 34, 35 can be controlled. , 36, for example, three annular heating regions 37, 38, 39 are formed as schematically shown in FIG. Then, a control device (not shown) controls the heating amount per unit area to be larger in the annular heating region 38 immediately outside the innermost annular heating region 37, and further controls the outer annular heating region 39. In this case, the heating amount per unit area is controlled to be large. Thereby, the heating amount per unit area gradually increases from the center of the wafer W toward the outer periphery, and the in-plane temperature distribution of the wafer W becomes uniform.
[0015]
Next, the operation of the above embodiment will be described. First, the wafer W is loaded into the chamber 21 by a transfer arm (not shown) and transferred onto the holding arm 62 of the lifter 63. Then, while exhausting the chamber 21 by an exhaust means (not shown), a predetermined flow rate of N2 gas is introduced into the chamber 21 through the gas supply section 51 from the gas supply pipes 54 and 55, and the wafer is discharged by the lamp 31 under normal pressure. W is heated to about 500 ° C., for example, and annealing is performed.
[0016]
According to the above-described embodiment, the groove 24 is provided along the circumferential direction on the inner peripheral surface 22 of the side wall portion of the chamber 21 excluding the portion of the wafer insertion port 23, and the portion of the wafer insertion port 23 is removed. Since the heat absorption rate of the inner peripheral surface 22 is approximately the same as the heat absorption rate of the wafer insertion port 23, all the inner peripheral surfaces including the wafer insertion port 23 on the side wall of the chamber 21 are heated by the heat rays in the chamber 21. 22 is uniformly absorbed, the uniformity of the heating temperature in the circumferential direction of the wafer W is increased, and the wafer W can be uniformly processed.
[0017]
In the above, the present invention may provide a black belt-like colored portion without providing the groove 24 along the inner peripheral surface of the side wall portion of the chamber 21. Further, as the heating means, a concentric heater capable of adjusting the temperature in the diameter direction of the wafer W may be used, and the heater may be embedded in a wafer mounting portion in the chamber. Further, the present invention can be applied not only to the annealing process but also to a film forming process by CVD. In this case, for example, the wall surface in the chamber 21 needs to be frequently cleaned with a cleaning gas.
[0018]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the heat absorption becomes uniform on all the inner peripheral surfaces including the substrate insertion port of the side wall portion of the container for storing the substrate to be processed. The heating temperature becomes equal, and uniform processing can be performed on the substrate to be processed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view showing an example of a heating device according to the present invention.
FIG. 2 is a plan sectional view of the heating device.
FIG. 3 is a plan view showing an arrangement example of lamps of the heating device.
FIG. 4 is a schematic diagram showing a heating region formed by the lamp arrangement.
FIG. 5 is a schematic view showing a side cross section of a conventional single wafer heating device.
FIG. 6 is a schematic view showing a plane cross section of a conventional single wafer heating device.
[Explanation of symbols]
W wafer (substrate to be processed)
3 Heating means 21 Chamber (container)
23 Wafer insertion slot (substrate insertion slot)
24 groove (heat absorption means)

Claims

被処理基板を収納する容器と、
被処理基板を加熱するための加熱手段と、
被処理基板を出し入れするために前記容器の側壁部の一部に設けられた基板挿入口と、
前記容器の側壁部の、基板挿入口を除く内周面の熱吸収度を前記基板挿入口の熱吸収度と同程度にするために、基板挿入口を除く前記内周面に周方向に沿って設けられた溝と、を具備することを特徴とする加熱装置。A container for storing the substrate to be processed;
Heating means for heating the substrate to be processed;
A substrate insertion opening provided in a part of the side wall portion of the container for taking in and out the substrate to be processed;
In order to make the heat absorption rate of the inner peripheral surface excluding the substrate insertion port of the side wall portion of the container the same as the heat absorption rate of the substrate insertion port , along the circumferential direction along the inner peripheral surface excluding the substrate insertion port. And a groove provided .

前記加熱手段は、被処理基板の中心を中心とする同心円状の複数の領域毎に単位面積当たりの加熱量が調整可能であることを特徴とする請求項１記載の加熱装置。The heating apparatus according to claim 1 , wherein the heating unit is capable of adjusting a heating amount per unit area for each of a plurality of concentric regions centering on the center of the substrate to be processed.