JP2010056294A - Thermal processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体ウェーハなどの被処理基板を多数枚同時に熱処理する縦型の熱処理装置に関する。 The present invention relates to a vertical heat treatment apparatus for simultaneously heat treating a plurality of substrates to be processed such as semiconductor wafers.
半導体ウェーハ表面にベークによって被膜を形成する際に従来から縦型の熱処理装置が用いられている。一般的な熱処理装置の構造は、特許文献1に開示されるように、被処理基板が内部に挿入される反応チャンバー(炉心管)の外側に熱を均一に分散させるためのアウターチューブを配置し、このアウターチューブの外側に、内側面にヒータを設けた筒状断熱体を配置している。 Conventionally, a vertical heat treatment apparatus has been used when a film is formed on a surface of a semiconductor wafer by baking. As disclosed in Patent Document 1, a general heat treatment apparatus has an outer tube for uniformly distributing heat outside a reaction chamber (core tube) in which a substrate to be processed is inserted. A cylindrical heat insulator provided with a heater on the inner surface is disposed outside the outer tube.
最近では、メタル配線の前工程などでは、800℃〜1000℃での高温処理が必要になってきている。しかしながら半導体ウェーハを800℃〜1000℃まで加熱して膜を形成した後、直ちに半導体ウェーハを熱処理装置から取り出すと、半導体ウェーハに熱歪みを生じたり、高温状態で大気(酸素)と接することで酸化膜が形成されてしまうなどの問題が生じる。 Recently, high-temperature treatment at 800 ° C. to 1000 ° C. is required in the pre-process of metal wiring. However, if a semiconductor wafer is heated to 800 ° C. to 1000 ° C. to form a film and then immediately removed from the heat treatment apparatus, the semiconductor wafer is thermally strained or oxidized by being in contact with the atmosphere (oxygen) at a high temperature. Problems such as film formation occur.
熱歪みを生じたり、高温状態で大気(酸素)と接することで酸化膜が形成されるのを防止するには、これらの不利が生じない温度まで冷却した後に半導体ウェーハを取り出せばよいのであるが、これでは時間がかかり処理効率が悪い。そこで、特許文献2、3が提案されている。
In order to prevent the formation of an oxide film due to thermal distortion or contact with the atmosphere (oxygen) at a high temperature, the semiconductor wafer may be taken out after cooling to a temperature at which these disadvantages do not occur. This takes time and processing efficiency is poor. Therefore,
特許文献2、3には、反応チャンバー(炉心管)の外側に筒状加熱部材を配置し、これら反応チャンバー(炉心管)と筒状加熱部材との間に筒状冷却部材を相対的に昇降動可能に配置し、反応チャンバー(炉心管)内の半導体ウェーハを高温処理する場合には、反応チャンバー(炉心管)と筒状加熱部材との間から筒状冷却部材を後退させ、熱処理後には反応チャンバー(炉心管)と筒状加熱部材との間に筒状冷却部材を挿入して、反応チャンバー(炉心管)内の半導体ウェーハを急冷するようにしている。
上述したように、反応チャンバー(炉心管)と筒状加熱部材との間に筒状冷却部材を昇降動可能に設けることで、ウェーハを急冷することはできる。しかしながら、筒状冷却部材を配置するために反応チャンバー(炉心管)と筒状加熱部材との間に十分なスペースを設けなければならない。一方、十分なスペースを設けると、ヒータとの間隔が大きくなって熱処理効率が低下する。 As described above, the wafer can be rapidly cooled by providing the cylindrical cooling member so as to be movable up and down between the reaction chamber (core tube) and the cylindrical heating member. However, a sufficient space must be provided between the reaction chamber (core tube) and the cylindrical heating member in order to arrange the cylindrical cooling member. On the other hand, if a sufficient space is provided, the space between the heater and the heat treatment efficiency decreases.
上記課題を解決するため本発明に係る熱処理装置は、被処理基板が内部に挿入される反応チャンバーの外側に筒状加熱部材を同軸状に配置し、この筒状加熱部材の外側に筒状断熱体を同軸状に配置し、更に、前記反応チャンバーと筒状断熱体とを一体化した状態で、前記筒状加熱部材に対し、相対的に昇降動可能とした。 In order to solve the above-described problems, a heat treatment apparatus according to the present invention has a cylindrical heating member coaxially disposed outside a reaction chamber in which a substrate to be processed is inserted, and a cylindrical heat insulation outside the cylindrical heating member. The body was coaxially arranged, and the reaction chamber and the tubular heat insulator were integrated, and the body could be moved up and down relatively with respect to the tubular heating member.
前記筒状断熱体は、内側面に冷却ガスの噴出口が形成されたものとすることができる。このようにすることで、反応チャンバー内の半導体ウェーハを積極的に冷却することができ、更にタクトタイムの短縮を図ることができる。 The cylindrical heat insulator may have a cooling gas jet formed on the inner side surface. By doing so, the semiconductor wafer in the reaction chamber can be actively cooled, and the tact time can be further shortened.
本発明に係る熱処理装置によれば、従来の反応チャンバー(炉心管)と筒状加熱部材との間隔をそのままにして、筒状加熱部材を反応チャンバー(炉心管)に対して相対的に上昇または下降して、反応チャンバー(炉心管)を露出しても、その外側に筒状断熱体が存在するため、反応チャンバー(炉心管)の熱による周辺機器への悪影響を抑えることができる。 According to the heat treatment apparatus according to the present invention, the cylindrical heating member is raised relative to the reaction chamber (core tube) while maintaining the distance between the conventional reaction chamber (core tube) and the cylindrical heating member. Even if the reaction chamber (furnace core tube) is lowered and exposed, a cylindrical heat insulator is present outside the reaction chamber, so that adverse effects on peripheral devices due to the heat of the reaction chamber (furnace core tube) can be suppressed.
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図1は本発明に係る熱処理装置の処理中の縦断面図、図2は昇降機構を示す平面図であり、加熱処理装置はベースプレート1に開口2を形成し、この開口2に真空引き装置につながる配管3を取り付け、また開口2を跨ぐように合成石英或いは或いはアルミニウムからなる載置台4をベースプレート1上に固定し、この載置台4上に同じく合成石英或いは或いはアルミニウムからなるボート5を着脱自在にセットしている。このボート5には25〜50枚の半導体ウェーハWが等間隔で保持された状態で収納される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view during processing of the heat treatment apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a plan view showing an elevating mechanism, and the heat treatment apparatus forms an
前記ボート5の外側には合成石英等からなるベルジャー型の反応チャンバー9が配置され、この反応チャンバー9の外側には筒状加熱部材10および筒状断熱体11を同軸状に配置している。
A bell jar
前記反応チャンバー9とセラミック繊維などを成形してなる筒状断熱体11は下端を共通のプレート12に支持され、この共通のプレート12はベースプレート1の側方に配置した昇降装置13のアーム14に支持され、昇降装置13によって反応チャンバー9と筒状断熱体11は一体的に昇降動する。尚、プレート12の下面には反応チャンバー9が下降した場合に反応チャンバー9内を機密な空間にするためのシール部材15が取り付けられている。
A
前記筒状加熱部材10は内周面にコイルヒータ16が設けられ、このコイルヒータ16よりも内側にはコイルヒータによる加熱斑の影響をなくして均熱化を図るための合成石英あるいは炭化珪素からチューブ17が配置され、これら筒状加熱部材10およびチューブ17はベースプレート1の側方に配置した昇降装置18のアーム19に支持され、昇降装置18によって筒状加熱部材10およびチューブ17は一体的に昇降動する。
The
前記筒状断熱体11については、図3に示すように内部を中空として冷却ガスの通路20とし、内側面に冷却ガスの噴出孔21を形成した構成としてもよい。このようにすることで、反応チャンバー9(半導体ウェーハ)を積極的に冷却することができる。
As shown in FIG. 3, the
以上において、加熱処理は昇降装置13によって反応チャンバー9と筒状断熱体11を下降させ、昇降装置18によって筒状加熱部材10を下降させた状態で行なう。この処理では既に反応チャンバー9内は減圧されており、半導体ウェーハW表面に塗布された塗布膜中の溶剤は蒸発によって除去されている。
In the above, the heat treatment is performed in a state where the
加熱処理は、コイルヒータ16に通電して雰囲気温度を800℃付近まで昇温させ、半導体ウェーハW表面に被膜を形成する。そして、加熱処理が終了したならば、図4に示すように、昇降装置18によって筒状加熱部材10を上昇させ、反応チャンバー9を露出させて反応チャンバー9(半導体ウェーハ)を400℃程度まで冷却する。
In the heat treatment, the
この場合、反応チャンバー9の外側には筒状断熱体11が存在しているので、反応チャンバー9の熱によって周辺機器が悪影響を受けることがない。
In this case, since the
この後、図5に示すように、昇降装置13によって反応チャンバー9と筒状断熱体11を下降させて載置台4を露出させる。そして載置台4上の処理済みの半導体ウェーハWを搭載しているボート5を未処理の半導体ウェーハWを搭載しているボート5に取り替える。この後は、上記した操作を繰り返す。
Thereafter, as shown in FIG. 5, the
図6は別実施例を示す図1と同様の断面図であり、この実施例では筒状加熱部材10をベースプレート1上に固定し、載置台4及び反応チャンバー9を独立して昇降可能としている。
FIG. 6 is a cross-sectional view similar to FIG. 1 showing another embodiment. In this embodiment, the
即ち、モータ30によって回転せしめられるボールネジ31にナット32が螺合し、このナット32に取り付けられたアーム33にて反応チャンバー9と筒状断熱体11を取り付けた共通プレート12を昇降動するようにし、またモータ34によって回転せしめられるボールネジ35にナット36が螺合し、このナット36に取り付けられたアーム37にて載置台4を昇降動するようにしている。
That is, a
この実施例にあっても、加熱処理が終了した場合には、図7に示すように、反応チャンバー9と筒状断熱体11が一体的に下降して筒状加熱部材10の内方から抜け出て、所定温度まで短時間のうちに冷却される。そして、このとき外側に筒状断熱体11が存在しているため、反応チャンバー5の熱が外側に飛散して周辺機器に悪影響を及ぼすことがない。
Even in this embodiment, when the heat treatment is completed, as shown in FIG. 7, the
そして、酸化膜を形成しない所定温度まで降下したならば、図8に示すように反応チャンバー9と筒状断熱体11を上昇せしめて載置台4を露出させ、ボート5の交換を行う。
When the temperature drops to a predetermined temperature at which no oxide film is formed, the
1…ベースプレート、2…ベースに形成した開口、3…真空引き装置につながる配管、4…載置台、5…ボート、9…反応チャンバー、10…筒状加熱部材、11…筒状断熱体、12…共通のプレート、13…昇降装置、14…アーム、15…シール部材、16…コイルヒータ、17…チューブ、18…昇降装置、19…アーム、20…冷却ガスの通路、21…冷却ガスの噴出孔、30,34…モータ、31,35…ボールネジ、32,36…ナット、33,37…アーム、W…半導体ウェーハ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Base plate, 2 ... Opening formed in base, 3 ... Piping connected to vacuum drawing apparatus, 4 ... Mounting table, 5 ... Boat, 9 ... Reaction chamber, 10 ... Cylindrical heating member, 11 ... Cylindrical heat insulator, 12 ... Common plate, 13 ... Lifting device, 14 ... Arm, 15 ... Sealing member, 16 ... Coil heater, 17 ... Tube, 18 ... Lifting device, 19 ... Arm, 20 ... Cooling gas passage, 21 ... Cooling gas ejection Hole, 30, 34 ... motor, 31, 35 ... ball screw, 32, 36 ... nut, 33, 37 ... arm, W ... semiconductor wafer.
Claims (2)
2. The heat treatment apparatus according to claim 1, wherein an outlet of a cooling gas is formed on an inner surface of the cylindrical heat insulator.
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