JP4537201B2 - Batch furnace - Google Patents
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Description
(関連出願に関する言及)
本出願は、2002年8月2日に出願された米国特許出願第10/211,757号の一部継続出願に基づくもので、同出願に関する言及をもって、その内容を本出願の一部とする。
(References to related applications)
This application is based on a continuation-in-part of US patent application Ser. No. 10 / 211,757, filed on Aug. 2, 2002, the contents of which are incorporated herein by reference. .
本発明は半導体製造装置に関し、さらに詳しくは半導体ウエハの処理システム及び方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus, and more particularly to a semiconductor wafer processing system and method.
半導体デバイスの処理の際に、デバイスに加えられる熱処理を正確に制御することが極めて望ましい。場合によっては、主にウエハからなるデバイスのバッチを半導体処理炉内で処理するが、処理炉は所望の処理を行うために注意深く制御された処理環境を備えている。 When processing semiconductor devices, it is highly desirable to accurately control the heat treatment applied to the device. In some cases, batches of devices consisting primarily of wafers are processed in a semiconductor processing furnace, which has a carefully controlled processing environment to perform the desired processing.
残念ながら、多くの従来形式の上下に配置された炉に於いては、処理管を加熱要素により外囲することにより、所望の温度を処理管内部において達成するようにしている。このような構成に於いては、先ず、輻射及び対流が処理管を加熱するために利用され、次に熱エネルギーがより低温のウエハに伝達される。処理管は、通常隔絶されているため、対流による加熱は通常有効ではない。低温に於けるウエハの処理作業中においては、このような加熱の構成は非効率的であって多大な時間を要する。しかも、この種の構成に於いては、異なるバッチのウエハを処理する作業の間に於いて、炉アセンブリ全体の温度を下げることが困難かつ非効率であるため、通常別個の冷却室又はブロアが炉全体を急速に冷却するために必要となる。 Unfortunately, in many conventional types of top and bottom furnaces, the process tube is surrounded by a heating element to achieve the desired temperature within the process tube. In such a configuration, radiation and convection are first used to heat the process tube, and then thermal energy is transferred to the cooler wafer. Since processing tubes are usually isolated, convective heating is usually not effective. During wafer processing operations at low temperatures, such a heating arrangement is inefficient and requires a lot of time. Moreover, in this type of configuration, it is difficult and inefficient to reduce the temperature of the entire furnace assembly during the operation of processing different batches of wafers, so a separate cooling chamber or blower is usually used. Necessary for rapid cooling of the entire furnace.
このような理由により、処理されるウエハの均一性に関する問題を生ずることなく、処理温度を正確にかつダイナミックに制御し得るような、半導体デバイスの表面全体に渡って一定の温度分布を達成し得るようなシステム及び方法が望まれている。 For this reason, a constant temperature distribution can be achieved across the surface of the semiconductor device such that the processing temperature can be accurately and dynamically controlled without causing problems with the uniformity of the wafer being processed. Such systems and methods are desired.
本発明は、処理の際に半導体デバイスの全体に渡って温度を均一にするためのシステム及び方法を提供する。その炉アセンブリは、半導体ウエハを補完的に受容する形状を有するウエハキャリアを着脱可能に受容するべく構成された処理管を含む。加熱アセンブリは電気抵抗性加熱要素を含むものであってよく、これは処理室内に導入されるべき空気または他のガスを加熱するべく配置される。ウエハキャリア及び加熱アセンブリは、駆動機構を用いることにより、上下方向に駆動され、処理室内の位置に配置される。加熱アセンブリが処理管内にてシールを形成した後に、処理管が排気され、パージされる。ガスが、入口から処理室内に導入され、ガスは加熱要素と熱交換を行う。加熱されたガスは処理室内にて循環し、対流加熱をすることによりウエハの温度を高める。 The present invention provides a system and method for uniformity of temperature throughout a semiconductor device during processing. The furnace assembly includes a processing tube configured to removably receive a wafer carrier having a shape that complementarily receives a semiconductor wafer. The heating assembly may include an electrically resistive heating element, which is arranged to heat air or other gas to be introduced into the process chamber. The wafer carrier and the heating assembly are driven in the vertical direction by using a driving mechanism, and are arranged at positions in the processing chamber. After the heating assembly forms a seal in the process tube, the process tube is evacuated and purged. Gas is introduced into the process chamber from the inlet and the gas exchanges heat with the heating element. The heated gas circulates in the processing chamber and raises the wafer temperature by convection heating.
加熱アセンブリは電気抵抗性加熱要素を含むものであってよく、これは処理室内に導入されるべき空気または他のガスを加熱するべく配置される。加熱アセンブリは、加熱要素の周りを通過し、処理管を流れるガスの流れの向きを定めるための反射器を備えるものであってよい。 The heating assembly may include an electrically resistive heating element, which is arranged to heat air or other gas to be introduced into the process chamber. The heating assembly may include a reflector for directing the flow of gas passing around the heating element and flowing through the processing tube.
作動中に、炉アセンブリは、駆動機構を用いることにより、ウエハキャリア及び加熱アセンブリ上の位置に下降される。加熱アセンブリが処理管内にてシールを形成した後に、処理管が排気され、パージされる。ガスが、入口から処理室内に導入される。ガスが処理管内を循環するに伴い、ガスは加熱要素と熱交換を行う。反射器は、ガスが処理管の底部からその上端に向けて循環するのを可能にする。このように均一な対流加熱を行うことによりウエハの温度を均一に高めることができる。 In operation, the furnace assembly is lowered to a position on the wafer carrier and heating assembly by using a drive mechanism. After the heating assembly forms a seal in the process tube, the process tube is evacuated and purged. Gas is introduced into the processing chamber from the inlet. As the gas circulates in the processing tube, the gas exchanges heat with the heating element. The reflector allows gas to circulate from the bottom of the process tube towards its top. By performing uniform convection heating in this way, the wafer temperature can be increased uniformly.
ウエハが処理された後、加熱要素は下向きに駆動され、加熱されないガスが処理管内にて流される。加熱されないガスは、ウエハを、それを取り出す前に冷却する。一旦冷却すると、駆動機構により、ウエハキャリア及び加熱アセンブリが処理室から取り出される。 After the wafer is processed, the heating element is driven downward, and unheated gas is flowed through the processing tube. Unheated gas cools the wafer before removing it. Once cooled, the drive mechanism removes the wafer carrier and heating assembly from the process chamber.
好ましくは、ウエハの加熱及び冷却が、すべて処理室内にて対流加熱をすることにより達成される。循環する加熱ガスとウエハとの間の熱伝達は、輻射または伝導による加熱構造に比較してより直接的である。ウエハが処理室内にて冷却されるため、別途冷却室を設けたり、ブロアを追加する必要がなくなる。加熱要素の熱容量が小さいため、その昇温降及び降温に要する時間を短縮することができる。 Preferably, heating and cooling of the wafer are all accomplished by convection heating in the processing chamber. The heat transfer between the circulating heated gas and the wafer is more direct compared to the heating structure by radiation or conduction. Since the wafer is cooled in the processing chamber, there is no need to provide a separate cooling chamber or add a blower. Since the heat capacity of the heating element is small, the time required for the temperature increase and decrease and the temperature decrease can be shortened.
本発明のこれらの及び他の特徴及び利点は、以下の添付の図面を参照する好適実施例の詳細な説明からおのずと明らかになろう。 These and other features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of the preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の炉アセンブリ100の一実施例を示す単純化された断面図である。炉アセンブリ100は、内部スペース106を画定する処理管104を外囲する処理室102を含む。
FIG. 1 is a simplified cross-sectional view illustrating one embodiment of a furnace assembly 100 of the present invention. The furnace assembly 100 includes a
ある実施例においては、処理室102の外側には、好ましくはアルミニウム、ステレンス鋼などの金属からなるハウジング108を含む。ハウジング108内の、ハウジング108と処理管104との間には、内部断熱材料112が設けられる。断熱材料112は、処理管104からハウジング108の外部に向けての熱損失を最小化することができる。所望に応じて、処理管104の周りの温度を高めるために処理管104と断熱層112との間に加熱要素114を配置し、ハウジング100から外部への熱損失を最小化し、処理管104内の温度は安定化するのに要する時間を短縮することができる。断熱材料112は、セラミックファイバー材料など任意の適切な断熱材料からなるものであってよい。
In one embodiment, outside the
処理室102は、底面112に設けられた開口110を有する。開口110は処理されるべきウエハを受容するウェアキャリアまたはボートを受け入れるべく構成されている。開口110は処理の前後において処理管104に対してウエハキャリアを導入したり取り出したりすることを可能にする。
The
処理管104は、処理室102内にマウントされる。ある実施例においては、処理管104はベル形ジャーなどの形状などをとるものであってよい。ベル形ジャー状の処理管は、外面118及び内面120を備えたシェルを有する。内面120は処理管104及び内部キャビティ106の外周部を画定する。処理管104は、ウエハのバッチを受容するウエハキャリアを外囲するために最小限の容積を有するような内部キャビティ106を画定するべくその形状が定められている。一般に、処理管104は、0.001Torrから1000Torr、好ましくは0.1Torrから約760Torrの間の内圧力に耐えるべく構成される。
The
処理管104は、熱処理及びCVDなどの分野に於いてよく知られているように、様々な温度に於いて、ガスをはじめとする様々な化学物質に対して半導体ウエハのバッチを暴露することを伴うような半導体ウエハの処理を行うためのものである。このような処理に於いては、処理管104には入口管122から所望の処理ガスが供給される。流失するガスは出口管124から排出される。出口管124の入口は、開口110から離れた、処理管104の上部の近傍に設けられ、ガスが上部に滞留しないようにしている。処理管104は石英その他の同様の材料からなるものであってよい。
The
図1に示されるように、複数のウエハ126を、処理に適する配置のアレイとして保持し得るようなウエハキャリアまたはボート128が設けられている。ウエハキャリア128は、石英その他の適切な材料からなる。処理管104及びウエハキャリア128は、互いに同軸的に配置されており、ウエハキャリア128は、以下に詳しく説明するように、処理管104内に、取り出し可能に受容されている。
As shown in FIG. 1, a wafer carrier or
ある実施例においては、ウエハキャリア128は、複数のノッチからなるものであってよい一連のウエハ容器を備えており、これらのノッチのそれぞれは、処理の間にウエハを所定の位置に保持することができる。ウエハキャリア128は、任意の数のウエハ126を保持し得るものでよいが、好ましくは25ないし50枚のウエハを保持するものであってよい。ある実施例においては、ウエハキャリア128はプラットフォームに結合するべく構成されているものであってよく、このプラットフォームは、ウエハレイが、処理管104内に配置されたり或いは処理管104から取り出し得るように上下に移動可能に構成されている。
In some embodiments, the
図1、2は加熱アセンブリ130の実施例を示しており、ウエハキャリア128を処理管104内に向けて上下方向に駆動するための手段をなすように構成されている。加熱アセンブリ130は、ウエハキャリアを移動させることに加えて、開口110に嵌め合い、処理の間に、処理管104をシールするように構成されている。ある実施例においては、加熱アセンブリ130は、ウエハキャリア128、反射器134及び加熱源136を、すべてベース即ちプラットフォーム138の作動面135上にマウントするための手段132を備えており、プラットフォーム138は昇降装置150により上下に駆動することができる。
FIGS. 1 and 2 show an embodiment of a
マウントするための手段132は、ウエハキャリア128をプラットフォーム138上に着脱可能にマウントし得る任意の構造をなすものであってよい。例えば、マウント手段132は、開かれたフランジを、それをプラットフォーム138に結合する軸部等を有するものであってよい。開かれたフランジは、ウエハキャリア128を配置するためのリップを有するものであってよい。当業者であれば、本発明の概念から逸脱することなく様々なマウント手段132を実現することができる。
The means 132 for mounting may be of any structure that allows the
処理管104内におけるガスの循環は、ガスを特定の方向に移動させるような任意の装置を利用することにより効率的に行うことができる。ある実施例においては、処理管104内のガスの循環は、反射器134を用いて促進される。反射器134は、プラットフォーム138の作動面135の概ね中心に取り付けられた漏斗状の装置からなるものであってよい。漏斗状をなす反射器134(または漏斗形状部134)は、加熱源136の近傍およびその周囲に流れを向けるために利用することができる。反射器134は、ガスが、図1において符号を付していない矢印により示される方向に沿って、ウエハキャリア128の周りを流れるようにする。反射器134は、アルミニウム、ステンレス鋼、その他の非反応性材料からなるものであってよい。また、反射器134は、処理管104内にガスの流れの向きを制御するために利用し得る装置の一例であるに過ぎないことを了解されたい。
The gas can be circulated in the
熱源136は、ウエハの処理を行うために必要となる所要の加熱能力を有する任意の熱源からなるものであってよい。例えば、熱源136は、処理管104内の温度が、100℃から約1200℃の範囲の温度、より好ましくは約100℃から約1200℃の範囲の温度、より好ましくは約100℃から約800℃の温度に高め得るものであってよい。
The
ある実施例においては、熱源136は、リング状の加熱要素などからなるものであってよい電気抵抗性加熱要素からなる。この実施例においてはリング状の加熱要素が、その中心に反射器134を備えた状態で示されているが、実施例によっては、熱源136の位置は以下に示されるように変更することができる。
In one embodiment, the
電気抵抗性加熱要素は、熱処理の用途において用いるのに適する任意の従来形式の加熱要素からなるものであってよい。例えば、リング状加熱要素は、抵抗性の加熱要素コアを、フィラメントワイアにより被覆した構成を要するものであってよい。コアは、セラミック材料からなるものであってよいが、任意の耐熱性の非導電性材料からなるものであってよい。フィラメントワイヤは、コアの周りに従来形式をもって巻かれ、最適量の輻射熱が加熱要素から放射されるようになっている。フィラメントワイアは、適宜な電気抵抗性加熱可能なワイアからなるものであってよく、SiC,SiCにより被覆された黒鉛、黒鉛及びAlNiなど熱応答が良好であって高温安定性を備えた高密度材料からなるものであってよい。加熱要素は、米国Connecticut州Stamfordに所在するOmega Engineering Inc.により市販されている。 The electrically resistive heating element may consist of any conventional type of heating element suitable for use in heat treatment applications. For example, the ring-shaped heating element may require a configuration in which a resistive heating element core is covered with a filament wire. The core may be made of a ceramic material, but may be made of any heat-resistant non-conductive material. The filament wire is wound in a conventional manner around the core so that an optimum amount of radiant heat is radiated from the heating element. The filament wire may be composed of a wire that can be heated appropriately, and is a high-density material with good thermal response and high-temperature stability, such as graphite, graphite, and AlNi coated with SiC, SiC. It may consist of. The heating element is marketed by Omega Engineering Inc., located in Stamford, Connecticut, USA.
別の実施例においては、加熱要素は、電気絶縁のために圧縮された酸化マグネシウム粉を用いた筒状ヒータや金属被覆カートリッジヒータからなるものであってよい。 In another embodiment, the heating element may comprise a cylindrical heater or a metal coated cartridge heater using magnesium oxide powder compressed for electrical insulation.
これらの実施例においては、加熱要素は加熱要素端子及び関連する配線(図示せず)を介して、電源システムに電気的に接続される。 In these embodiments, the heating element is electrically connected to the power supply system via a heating element terminal and associated wiring (not shown).
加熱アセンブリ130がプラットフォーム138上に配置される。ある実施例においては、プラットフォーム138は加熱アセンブリ130の部品をマウントし得るような作動面135を画定する第1段の面を備えた概ね非反応性の材料からなるものであってよい。第2段の面は処理管104を閉じるためのシールを形成するように処理室102とインターフェース可能なリップ部142を画定する。プラットフォーム138は、機械加工、成形あるいはその他の製造工程により構成されたものであってよい。
A
昇降装置150は矢印152に示される方向にプラットフォーム138を昇降するために利用することができる。昇降装置150は、加熱アセンブリ130を、処理管104の内部キャビティ106に対して出し入れするようにプラットフォーム138を介して昇降し得る任意の従来形式の装置からなるものであってよい。例えば、昇降装置150は、当技術分野において知られた空気圧、油圧リフト、機械式ウォーム装置その他のリニアアクチュエータ装置からなるものであってよい。
The
処理管104のシールは、プラットフォーム138のリップ部142が、処理室102と加熱アセンブリ130との間のインターフェースとして形成されたフランジ140その他の装置と接触することにより達成される。ある実施例においては、入口管122及び出口管124が、処理管104に到達するようにフランジ140を貫通するように設けられている。シール144が、処理室102とフランジ140との接触部間及びフランジ140及びリップ部142の接触部間に配置されている。シール144は、処理の間に処理管104をハーメチックシール可能とする。
Sealing of the
図1に示されるように、所望に応じて温度センサ160a、160bが図示されない温度制御装置に接続され、処理管104内の温度の変化を監視するようにしている。ある実施例においては、温度センサ160a、160bが処理管104内の適切な位置に配置され、熱源136により得られた温度を表示するようにしている。例えば、センサ160aを、熱源136から離れた処理管の上端部に配置し、同様に、センサ160bを熱源の温度を監視するために熱源136に近接して配置することができる。作動に際して、熱源136を起動し、加熱を開始するに伴い、処理管104の上端と底端との間に、短時間ではあるが、ある温度差が発生する。この温度差は約10℃から約100℃の範囲である。温度センサ160a、160bは、熱源136に供給されたパワーを制御することにより、遅延により、上端が所望の温度に達する間に、処理管104の底端が過熱することがないようにすることができる。温度センサ160a、160bは、例えば米国Connecticut州Stamfordに所在するOmega Engineering Inc.により市販されている従来形式のR型またはK型の熱電対からなるものであってよい。
As shown in FIG. 1, temperature sensors 160a and 160b are connected to a temperature control device (not shown) as desired to monitor changes in temperature in the
図3、4、5は本発明の更に別の実施例に於ける加熱アセンブリの単純化された図である。図3に於いて、加熱アセンブリ300は、いずれもプラットフォーム138の作動面135上に設けられた(図示されない)ウエハキャリアマウント手段、反射器134及び熱源136を備えている。加熱アセンブリ300の全体が、昇降装置150により処理管104内に向けて上昇することができる。
3, 4 and 5 are simplified views of a heating assembly in yet another embodiment of the present invention. In FIG. 3, the
本実施例に於いては、プラットフォーム138にはガス入口管302が設けられ、ガスが、その作動面135上の出口から、処理管104内に向けて流入することができる。同様に、プラットフォーム138に出口管304を設けることができる。出口管304の入口は、作動面135の上方にある間隔をもって離隔した位置に設けられ、プラットフォーム138が、処理管104をシールする位置に達すると、出口管304の入口が処理管104の上端に位置するようになっている。
In this embodiment, the
本実施例に於いては、温度センサ160a、160bが作動面135上に取り付けられ、温度センサ160a、160bがプラットフォーム138と共に処理管104内に導入され、上記したような所定の位置を占めるようになっている。
In this embodiment, the temperature sensors 160a and 160b are mounted on the working
図4は本実施例に基づく加熱アセンブリ400の更に別の実施例を示し、この加熱アセンブリ400も、(図示されない)ウエハキャリアマウント手段、反射器134及び熱源136を備えている。理解を容易にするために、プラットフォーム138の第1段の面402は透明に示されている。本実施例に於いては、第1段の面402は、その外周に沿って配置された複数の孔404を備えた凹室を画定している。熱源136は、この凹室内に配置されている。ガス入口404が、プラットフォーム138を貫通し、第1段の面402に於いて開口している。本実施例に於いては、熱源136は、第1段の面402により画定される凹室に流入するガスを加熱する。ガスは、ガス入口404から流れ込み、処理管104内に至る。
FIG. 4 shows yet another embodiment of a
図5は本実施例に基づく加熱アセンブリ500の更に別の実施例を示し、この加熱アセンブリ500は輻射熱を利用する。加熱アセンブリ500も、(図示されない)ウエハキャリアマウント手段、反射器134及び熱源506を備えている。理解を容易にするために、プラットフォーム138は透明に示されている。本実施例に於いては、第1段の面502及び第2段の面504が、いずれも凹室を画定している。第1段の面502の作動面135は、その直上方位置に設けられた熱拡散部材510を備えた石英窓508を有する。熱拡散部材510は、作動面135と反射器134との間の、石英窓508に近接した位置に設けられる。熱拡散部材510は、シリコンカーバイド、シリコンカーバイドにより被覆された黒鉛、シリコン等の十分に高い熱伝導率を有する適宜な熱拡散材料からなるものであって良い。
FIG. 5 shows yet another embodiment of a
本実施例に於いては、熱源506は、第2段の面504の凹室内に配置されている。熱源506は、光エネルギを供給する1つ又は複数の高輝度ランプ506からなるものであってよい。高輝度ランプ506の例としては、限定的ではないが、タングステンハロゲンランプやフィラメントを用いない高輝度ランプが含まれる。ランプ506が出力する光エネルギは、第2段の面504から、第1の段の面502を経て石英製の窓508から出射される。熱拡散部材510は、窓508から放射される光エネルギを吸収し、光エネルギーを処理管104内において熱エネルギに変換する。処理管104内を循環するガスは、本発明に基づき、反射器134により熱拡散部材510に向けられ、循環ガスの温度が高められる。
In this embodiment, the
図6は、本発明に基づく方法600の概略を示すフロー図である。作動中において、ウエハキャリアマウント手段132、反射器134及び熱源136と共に、プラットフォーム138は、ウエハキャリア128が手動又は自動にプラットフォーム138上によりロード/アンロードされるような第1の位置即ちローディング位置と、ウエハキャリア128が処理管104内に位置する第2の位置即ち処理位置との間を移動することが出来る。
FIG. 6 is a flow diagram illustrating an overview of a
ステップ602に於いて、ウエハ126は、ウエハキャリア128を介してウエハキャリアマウント手段132上にロードされる。昇降装置150がプラットフォーム138をフランジ140にシール可能に接触する位置に上昇させる。この様にして、ウエハ126は処理されるべき位置に到達する。
In step 602, the
ステップ604に於いて、処理管104がポンプにより排気され、殆ど真空状態に至るようにし、N2、Ar等のパージガスが、入口管122から処理管104内に導入される。出口管124は、処理管104内からガスを排気する。入口管122及び出口管124を組み合わせた効果により、ガスが循環し、処理管104からパージされる。ポンプ及びパージ技術のおかげで、処理管104から空気がパージされ、ある実施例においては、例えば、処理管104内の残留O2のレベルが、約1、000ppmに低下され、これを更に約1ppm以下に低下されることもできる。
In
ステップ606に於いて、処理管104がパージされると、プロセスガスが処理管104内に導入される。ガスが流れている間、加熱源136が起動される。処理管104内を循環するプロセスガスは、加熱源136から熱を吸収する。循環するプロセスガスは、更にウエハ126の周りを循環し、熱エネルギをウエハ126に伝達する。反射器134は、漏斗状をなし、循環するプロセスガスの少なくとも一部が加熱源136に向けられるようにし、プロセスガスへの熱伝達を促進する。
In step 606, when the
加熱源136は、マイクロプロセッサ、プロセス制御コンピュータ等を用いて制御され、処理管104内の半導体ウエハ126の処理を制御し、診断的な目的で、システムの状態をモニターするために利用される。ある実施例においては、プロセス制御コンピュータは、処理管104の上端の温度センサ160a及び処理管104の下端の温度センサ160bからの温度データに応答して、コントローラに制御信号を送信する。コントローラは、熱源136に電力を供給するSCR位相制御電源に制御信号を供給する。コントローラは、両温度センサ160a、160bの温度を比較し、処理管104内にて平衡状態が達成されるようにし、熱源136が処理管104の下端を過熱することのないように電源を制御する。
The
処理コンピュータは、更に、図示されないポンプアセンブリに圧力のセットポイントを送信し、ガスネットワークに於けるマスフローコントローラに、ガス及びプラズマ入口流れ信号を送信する。好適実施例に於いては、コントローラは、Omega Corporationにより市販されているリアルタイムPIDコントローラからなる。 The processing computer further transmits a pressure setpoint to a pump assembly (not shown) and a gas and plasma inlet flow signal to a mass flow controller in the gas network. In the preferred embodiment, the controller comprises a real-time PID controller marketed by Omega Corporation.
ステップ608に於いて、ウエハ126が処理温度に達すると、ウエハ126を更に処理するために追加のガスが処理管104に供給される。このようなガスとしては、成膜及び熱処理のためのO2、NH3、TaETO、SiCl4等がある。
In step 608, when the
ステップ610に於いて、加熱源136が下向きに駆動され、処理管104に於ける循環ガスへの熱エネルギの伝達を停止させる。加熱されないガスは継続して処理管104に向けて流されるに伴い、ウエハ126は、加熱されないガスに向けて熱の伝達を開始し、それによってウエハ126を冷却する。
In
ステップ612に於いて、ウエハの所望の温度が達成されると、プラットフォーム138が、処理管104から離反するように下降し、ウエハキャリア128を取り出すことができる。
In
図7は、本発明の別の実施例を単純化して示すもので、炉アセンブリ702、ウエハカセット704、ウエハボート712、ウエハトランスポート機構706、ガス供給ボックス708、パワーコントローラ710及び内部加熱アセンブリ130を含むウエハ処理システム700を備えている。
FIG. 7 is a simplified illustration of another embodiment of the present invention, in which a
図8から理解されるように、炉アセンブリ700には、内部スペース106を画定する処理管104を外囲する処理室102を備えている。処理室102内には、ハウジング100と処理管104との間に、内部断熱材利用112が設けられているものであってよい。所望に応じて、1つ又は複数の加熱要素114を処理管104と断熱層112との間に設けて、処理管104の周囲の温度を高め、ハウジングを介して外部へ熱が失われるのを最小化し、処理管104内における温度が安定化するのに要する時間を短縮することが出来る。
As can be seen from FIG. 8, the
図7に示されるように、ウエハボート712が設けられ、これは処理のためのアレイをなす複数のウエハ126を保持することが出来る。ウエハボート712には、ウエハカセット704からトランスポート機構706を介してウエハ126がロードされる。処理管104及びウエハボート712は、互いに同軸をなすように配置され、ウエハボート712は処理管104内に、取り出し可能に受容されている。ある実施例においては、ウエハボート712は加熱アセンブリ130と共に固定されたプラットフォーム802に結合し得るように構成されているものであってよい。
As shown in FIG. 7, a
図7、8に示されるように、炉アセンブリ702を矢印722により示される方向に上下に昇降させるために利用することが出来る。昇降装置720は、ウエハ226を処理するために、炉アセンブリ702をウエハボート712及び加熱アセンブリ130上に移動させるために必要な昇降動作を行い得る任意の形式の装置からなるものであってよい。例えば、昇降装置720は空気圧式又は油圧式のリフト、機械式ウォーム駆動機構その他の当該技術分野においてよく知られたリニアアクチュエータ装置からなるものであってよい。
As shown in FIGS. 7 and 8, the
処理管104のシールは、固定プラットフォーム802のリップ部142が処理室102と固定プラットフォーム802との間のインターフェイスに形成されたフランジ140等の構造と接触することにより達成される。ある実施例においては、入口管120及び出口管122が、フランジ140を貫通して処理管104内に至るように設けられている。ある実施例においては、シール144が処理室102及びフランジ140の接触部分間及びフランジ140及びリップ部142の接触部分間に設けられている。シール144は、処理の間に処理管104がハーメチックにシールされるようにする。
Sealing of the
図9A、9B及び9Cは本発明に基づく処理システム700の作動の経過を示す。別途記載されている場合を除いて、炉アセンブリ100について上記した性能、機能及び組み合わせは、炉アセンブリ702にも適用可能であることを了解されたい。
9A, 9B and 9C illustrate the course of operation of the
処理システム700の要素は、スペースを効率的に利用するように機能的に配置される。例えば、ある実施例において、処理システム700は約900ミリの幅W(図7)、1710ミリの長さL及び1925ミリの高さHを有するように構成されている。
The elements of the
図9Aは、処理システム700がロード/アンロード過程を行う様子を示している。ウエハボート712が加熱アセンブリ130の上方に配置され、これら両者は固定プラットフォーム802上に設けられている。ウエハボート712及び加熱アセンブリ130は、炉アセンブリ702内において互いに同軸的に組み合わされるようにその寸法が定められ且つ組み合わされている。
FIG. 9A shows how the
図9Aには、炉アセンブリ702が、プラットフォーム802の上方の第1の位置にある様子が示されている。処理管104が、積み重ねられたウエハボート712及び加熱アセンブリ130に対して同軸をなしている。第1の位置に於いては、炉アセンブリ702の処理管104はプラットフォーム802と接触していない。炉アセンブリ702は、プラットフォーム802上の距離dに渡って昇降することが出来る。距離dは、ウエハボート712及び加熱アセンブリ130の全体の高さ及びウエハ126をアンロードするためにウエハボート712と炉アセンブリ702との間に必要な空隙に基づいて定められる。ある実施例においては、距離dが約550ミリ以下とされる。
FIG. 9A shows the
ウエハトランスポート機構706が、ウエハをウエハカセット704からウエハボート712に移動させると、炉アセンブリ702は、処理管104がウエハボート712及び加熱アセンブリ130を受容し且つ密閉する第2の位置に向けて下降する。
As the
図9Bに示されるように、炉アセンブリ702が処理管104と共にプラットフォーム802上に載置される位置に下降し、シールが形成されると、処理管104を、ウエハの処理に先立ってパージする。ウエハの処理は、炉アセンブリ100及び加熱アセンブリ130について前記した要領をもって行われる。本実施例に於いて用いられる加熱アセンブリ130は、昇降機構150を除いて、図2、10−12について前記したような様々な形状を取ることが出来る。
As shown in FIG. 9B, when the
処理過程が終了し、安全なスリップの起こらない温度が達成すると、加熱アセンブリ130から熱エネルギーが発生することなく、ガスを処理管104内に流すことにより温度の降下速度を大幅に加速することが出来る。更に、炉アセンブリ702をウエアボート712及び加熱アセンブリ130から上昇させることにより、更に一層ウエハの冷却が加速される。
Once the process is complete and a safe slip-free temperature is achieved, the temperature drop rate can be significantly accelerated by flowing gas through the
図9Cに示されるように、炉アセンブリ702は、処理管104や加熱要素114等のようなアセンブリの主要な部品に対してアクセスが容易であるような構成をなしている。各部分がユニット式の構造を有することから、保守も容易である。
As shown in FIG. 9C, the
本発明を特定の実施例について記述してきたが、当業者であれば、本発明の概念及び技術範囲から逸脱することなく、形態及び詳細に関して様々な変更を加えることができる。従って、本発明は添付の特許請求の範囲のみによって限定される。 Although the invention has been described with reference to specific embodiments, those skilled in the art can make various changes in form and detail without departing from the concept and scope of the invention. Accordingly, the invention is limited only by the following claims.
Claims (18)
1枚又は複数枚の半導体ウエハを支持するべく構成されたウエハキャリアを受容するべく構成された処理管を含む処理室と、
前記ウエハキャリアに近接してプラットフォーム上にマウントされた加熱アセンブリとを有し、
前記加熱アセンブリ及びウエハキャリアが前記処理管外であるような第1の位置と、前記加熱アセンブリ及びウエハキャリアが前記処理管内であるような第2の位置との間を、前記処理室が移動可能であり、
前記加熱アセンブリが熱源及び漏斗形状部を含み、前記漏斗形状部は、前記ウエハキャリアの近傍に配置される第1開口と、ガスの流れを前記熱源に向けるべく前記熱源の近傍に配置される、前記第1開口より小さい径の第2開口とを有することを特徴とするシステム。A wafer processing system,
A processing chamber including a processing tube configured to receive a wafer carrier configured to support one or more semiconductor wafers;
A heating assembly mounted on a platform proximate to the wafer carrier;
The processing chamber is movable between a first position where the heating assembly and wafer carrier are outside the processing tube and a second position where the heating assembly and wafer carrier are inside the processing tube. And
The heating assembly includes a heat source and a funnel shape, the funnel shape being disposed in the vicinity of the heat source to direct a gas flow to the heat source and a first opening disposed in the vicinity of the wafer carrier. And a second opening having a smaller diameter than the first opening.
複数の半導体ウエハを支持するべく構成されたウエハキャリアを受容するべく構成された処理管を含む可動処理室と、
前記処理管内にガスを流入させるための入口管と、
前記処理管内に配置された熱源と、
前記ウエハキャリアの近傍に配置される第1開口と、ガスの流れを前記熱源に向けるべく前記熱源の近傍に配置される、前記第1開口より小さい径の第2開口とを有する漏斗形状部とを有し、
前記熱源からの熱エネルギ出力が、前記ガスに伝達され、前記処理管内全体の処理温度を提供することを特徴とする炉アセンブリ。A furnace assembly for processing a plurality of semiconductor wafers,
A movable processing chamber including a processing tube configured to receive a wafer carrier configured to support a plurality of semiconductor wafers;
An inlet pipe for flowing gas into the processing pipe;
A heat source disposed in the processing tube;
A funnel-shaped portion having a first opening disposed in the vicinity of the wafer carrier and a second opening having a smaller diameter than the first opening disposed in the vicinity of the heat source to direct a gas flow to the heat source; Have
A furnace assembly characterized in that thermal energy output from the heat source is transferred to the gas to provide an overall process temperature within the process tube.
処理管を、熱源を受容する第1の位置に搬送する過程と、
前記熱源から熱エネルギを供給する過程と、
前記処理管内にて第1のガスを循環させ、前記第1のガスを前記ウエハから前記熱源に向け、前記第1のガスに前記熱エネルギを吸収させ、前記熱エネルギを熱力学的に前記ウエハに伝達する過程と、
その後に、前記熱源からの熱エネルギの供給を停止する過程と、
前記処理管内にて第2のガスを循環させ、前記第2のガスに前記ウエハから熱エネルギを吸収させ、前記ウエハの温度を低下させる過程とを有することを特徴とする方法。A method for processing a wafer using the wafer processing system of claim 1 , comprising:
Transporting the processing tube to a first position for receiving a heat source;
Supplying thermal energy from the heat source;
A first gas is circulated in the processing tube, the first gas is directed from the wafer toward the heat source, the thermal energy is absorbed by the first gas, and the thermal energy is thermodynamically transferred to the wafer. The process of communicating to
Thereafter, the process of stopping the supply of heat energy from the heat source;
Circulating a second gas in the processing tube, causing the second gas to absorb thermal energy from the wafer, and lowering the temperature of the wafer.
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