JP5403984B2 - 基板の熱処理装置 - Google Patents

Description

この発明は、半導体ウェハ等の板状ワークすなわち基板の表面にＣＶＤ処理、酸化処理及び拡散処理等を施すために使用される基板の熱処理装置に関する。

従来、半導体ウェハの表面にＣＶＤ処理を施すために、例えば図４に示す縦型の熱処理装置が使用されている。
この熱処理装置は、縦型の熱処理炉１００と、この熱処理炉１００の下方に設けられたロード空間１１０と、半導体ウェハＷを搬送するための昇降リフト１２０とを備えている（例えば特許文献１参照）。

前記熱処理炉１００は、加熱ヒータ１０１及び石英製のプロセスチューブ１０３を有しており、その底部には、半導体ウェハＷをプロセスチューブ１０３の内部に対して出し入れするための炉口１０４が設けられている。この炉口１０４は、開閉扉１０５によって開放可能に閉塞されている。
前記プロセスチューブ１０３は、アウターチューブ１０３ａとインナーチューブ１０３ｂとを有しており、インナーチューブ１０３ｂの内部には、プロセスガスを供給するためのガス供給管１０６が導入されている。このガス供給管１０６は、半導体ウェハＷの搬入および搬出の邪魔にならないように、インナーチューブ１０３ｂの周壁に近接させた状態で設けられている。

前記昇降リフト１２０は、半導体ウェハＷを保持するためのボート１２１を備えており、このボート１２１に保持された半導体ウェハＷを、前記ロード空間１１０からプロセスチューブ１０３内に搬入するとともに、プロセスチューブ１０３内からロード空間１１０に搬出する。

特開平５−９０１８６号公報

前記した従来の熱処理装置は、前記ガス供給管１０６が半導体ウェハＷに対して偏った位置に配置されているので、プロセスガスが半導体ウェハＷの処理面に対して不均一に供給される。このため、半導体ウェハＷの処理面に生成されるＣＶＤ膜の厚みがばらつく等、その熱処理が不均一になり易いという問題があった。

この発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、半導体ウェハ等の基板の熱処理を均一に行うことができる基板の熱処理装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するためのこの発明の基板の熱処理装置は、底部に設けられた炉口を通してプロセスチューブ内に搬入された基板を熱処理する熱処理炉と、前記炉口を開放可能に閉塞する開閉扉と、前記熱処理炉の下方に設けられたロード空間と、前記基板をボートで保持して前記炉口を通してロード空間側からプロセスチューブ内に搬入するとともに、プロセスチューブからロード空間に搬出する昇降リフトと、前記プロセスチューブ内にプロセスガスを供給するガス供給手段とを備える基板の熱処理装置であって、前記ガス供給手段が、前記昇降リフトによって前記ロード空間側から前記炉口を通してプロセスチューブ内に導入されるガス供給管と、前記ボートの直下において、前記ボートに保持された基板の軸線に対して軸対称に配置され、前記ガス供給管から供給されたプロセスガスを上方に吹き出す複数のノズルとを有し、前記ガス供給手段は、ガス供給管から供給されるプロセスガスを加熱するヒータを有しており、前記ガス供給管の上端部に中空のフランジ部を設け、このフランジ部の内部にプロセスガスの導入空間を形成し、この導入空間に連通させた状態で前記フランジ部の上端部に前記複数のノズルを形成しているとともに、前記ヒータを前記導入空間に臨ませて配置していることを特徴とする。

このような構成の基板の熱処理装置によれば、前記ボートの直下のノズルが、前記ボートに保持された基板の軸線に対して軸対称に配置されているので、ガス供給管から供給されたプロセスガスを、ボートに保持された基板に対して軸対称に供給することができる。このため、基板の処理面に対してプロセスガスを均一に供給することができ、ひいては基板を均一に熱処理することができる。

前記ガス供給手段は、ガス供給管から供給されるプロセスガスを加熱するヒータを有している。従って、前記ヒータによって加熱したプロセスガスを基板に供給することができるので、プロセスガスによって基板が冷却されるのを防止することができる。このため、基板を処理温度まで迅速に加熱することができる。

前記ガス供給管は、前記開閉扉を挿通した状態で前記ノズルの対称軸に対して同軸に設けられているのが好ましい。これにより、各ノズルの対称軸部分からプロセスガスを各ノズルに供給することができるので、各ノズルへのプロセスガスの供給量がばらつくのを抑制することができる。このため、基板をさらに均一に熱処理することができる。

前記基板の熱処理装置は、前記ガス供給管の上端部に中空のフランジ部を設け、このフランジ部の内部にプロセスガスの導入空間を形成し、この導入空間に連通させた状態で前記フランジ部の上端部に前記複数のノズルを形成しているとともに、前記ヒータを前記導入空間に臨ませて配置している。従って、プロセスガスをヒータによって容易かつ効率的に加熱することができるとともに、複数のノズルを簡単に形成することができる。

前記フランジ部の内部には、ヒータの下面に対向させた状態で熱反射板を設けているのが好ましい。この場合には、前記熱反射板によってヒータの熱を上方に反射させることができるので、プロセスガスをより効果的に加熱することができる。

この発明に係る基板の熱処理装置によれば、基板の処理面に対してプロセスガスを均一に供給することができるので、基板を均一に熱処理することができる。

以下、この発明の実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。
図１はこの発明の一実施形態に係る基板の熱処理装置を示す概略縦断面図である。
この熱処理装置は、筐体１の内部に、半導体ウェハ（基板）Ｗに熱処理を施す熱処理炉２を設け、その下方にロード空間３を設けているとともに、このロード空間３に隣設させて、半導体ウェハＷをロード空間３に搬送するための搬送空間Ａを設けている。前記ロード空間３及び搬送空間Ａは、必ずしも閉鎖空間である必要はなく、開放空間である場合も含まれる。

前記熱処理炉２は、底部が開口した石英製のプロセスチューブ２２の周囲に、加熱ヒータ２１を配置した縦型のものである。前記プロセスチューブ２２は、ドーム状の天井部を有するアウターチューブ２２ａの内部に、円筒形のインナーチューブ２２ｂを配置したものである。この熱処理炉２の底部には、半導体ウェハＷをプロセスチューブ２２内に搬入したり、プロセスチューブ２２内から搬出したりするための炉口２３が設けられている。なお、前記アウターチューブ２２ａの周壁とインナーチューブ２２ｂの周壁との間の空間は、プロセスガスの排気路として構成されている。

前記ロード空間３の内部には、半導体ウェハＷを保持するためのボート４が配置されているとともに、このボート４を熱処理炉２のプロセスチューブ２２内に導入するための昇降リフト５が配置されている。前記ボート４は、複数枚の半導体ウェハＷを互いに隙間を設けた状態で水平に保持するものであり、図示しないフレームを介して前記昇降リフト５に設けられた昇降テーブル５１に支持されている。

前記昇降テーブル５１は、ロード空間３に立設された複数対のボールねじ５３に、ボールナット５４を介して連結されている。この昇降テーブル５１は、回転駆動機構５５によって前記ボールねじ５３を回転駆動することにより昇降させることができ、これにより、ボート４に保持された半導体ウェハＷを、プロセスチューブ２２内に搬入したり、プロセスチューブ２２内から搬出したりすることができる。
前記昇降テーブル５１は、その上昇端において前記熱処理炉２の炉口２３を閉塞し、その下降に伴って当該炉口２３を開放する開閉扉を兼ねている。

前記昇降テーブル５１の上方には、ヒートバリア５２が設けられている。このヒートバリア５２は、石英からなる円板状の反射板５２ａを、所定隙間を設けて複数段積み重ねたものであり、プロセスチューブ２２内の輻射熱を上方へ反射して当該輻射熱がロード空間３へ伝わるのを抑制している。

前記昇降リフト５には、プロセスチューブ２２内にプロセスガスを供給するガス供給手段６が搭載されている。このガス供給手段６はボート４の直下に設けられており、前記昇降テーブル５１及びヒートバリア５２を挿通する金属製又は石英製のガス供給管６１と、このガス供給管６１を通して供給されるプロセスガスを加熱するヒータ６２と、このヒータによって加熱されたプロセスガスを上方へ吹き出す複数のノズル６３とを有している（図２参照）。

前記ガス供給管６１のロード空間３内に位置する下端部付近には、当該ガス供給管６１が昇降テーブル５１とともに昇降できるように、図示しないフレキシブルチューブが接続されている。このガス供給管６１の軸線Ｌ２と、前記ボート４に保持された半導体ウェハＷの軸線Ｌ１とは、同一線上に位置している（図１参照）。

前記ヒータ６２及びノズル６３は、ガス供給管６１の上端部に接続されたフランジ部６５に設けられている。このフランジ部６５は中空の円板状のものであり、ガス供給管６１の軸線Ｌ２に対して同軸に設けられている。前記フランジ部６５の内部には、ガス供給管６１からプロセスガスを導入するガス導入空間６７が形成されている。このガス導入空間６７は、天板６６に臨ませた状態で形成されており、このガス導入空間６７に臨ませた状態で、円板状のヒータ６２が配置されている。このヒータ６２によって、ガス導入空間６７に導入されたプロセスガスを加熱することができる。このため、プロセスガスによって半導体ウェハＷが冷却されるのを防止することができ、ひいては半導体ウェハＷを処理温度まで迅速に加熱することができる。なお、前記ヒータ６２としては、石英ヒータやセラミックヒータ等を用いることができる。

前記ヒータ６２とフランジ部６５の底板６９との間には隙間７０が設けられており、この隙間７０と前記ガス導入空間６７とは、ヒータ６２によって密封性を維持した状態で区画されている。
前記フランジ部６５の内底部には、ヒータ６２の下面に対向させた状態で、円板状の熱反射板７１が設けられている。この熱反射板７１は、例えばモリブデンや白金によって形成されている。これにより、ヒータ６２の熱を上方に反射させて、プロセスガスをより効果的に加熱することができる。

なお、前記ヒータ６２には、ガス供給管６１の外周外方に設けられた給電部６２ａを通して電力が供給される。また、前記ガス供給管６１及び給電部６２ａは、ヒートバリア５２の各反射板５２ａを挿通する石英管６８によって包囲されている。

各ノズル６３は、天板６６に形成された貫通孔からなり、それぞれ前記フランジ部６５のガス導入空間６７に連通されている。各ノズル６３はボート４に保持された半導体ウェハＷの軸線Ｌ１およびガス供給管６１の軸線Ｌ２に対して、軸対称に配置されている。図３はノズル６３の配置形態の一例を示す平面図であり、前記軸線Ｌ２と一致する対称軸Ｑを中心とする複数の同心円に沿って、同心円毎に複数のノズル６３が、前記軸線Ｌ１に対して軸対称になるように所定間隔毎に配置されている。
このようにガス供給管６１の上端部に中空のフランジ部６５を形成し、その内部にガス導入空間６７及びヒータ６２を設けることにより、プロセスガスをヒータ６２によって容易かつ効率的に加熱することができるとともに、複数のノズル６３を軸対称にて簡単に形成することができる。

前記搬送空間Ａの内部には、カセットストッカや移載ロボットが配置されており（図示せず）、この移載ロボットによって、扉（図示せず）を通して半導体ウェハＷを前記カセットストッカからボート４に移載したり、ボート４から搬送空間Ａへ取り出したりすることができる。

以上の構成の熱処理装置は、昇降リフト５をロード空間３に下降させ、搬送空間Ａからボート４に複数枚の半導体ウェハＷを移載した状態で、昇降リフト５を上昇させることにより、炉口２３を通してボート４とともに半導体ウェハＷをプロセスチューブ２２内に導入する。この半導体ウェハＷの導入が完了すると同時に、昇降テーブル５１によってプ炉口２３が閉塞されてプロセスチューブ２２内が密閉され、この状態で半導体ウェハＷにCＶＤ処理等の熱処理が施される。

この熱処理中において、ガス供給手段６によってプロセスガスが半導体ウェハＷに継続的に供給される。ここに、前記ボート４の直下のノズル６３が、当該ボート４に保持された半導体ウェハＷの軸線Ｌ１に対して軸対称に配置されているので、ガス供給管６１から供給されたプロセスガスを、半導体ウェハＷに対して軸対称に供給することができる。このため、半導体ウェハＷの処理面に対してプロセスガスを均一に供給することができ、ひいては、熱処理を均一に行うことができる。

特に、前記実施の形態においては、各ノズル６３の対称軸Ｑとガス供給管６１の軸線Ｌ２とが一致しているので、プロセスガスをガス導入空間６７の中心部から放射状に拡散させてノズル６３に導くことができる。このため、各ノズル６２へ供給されるプロセスガスの量がばらつくのを抑制することができる。この結果、半導体ウェハＷをより均一に熱処理することができる。

半導体ウェハＷの熱処理が完了すると、昇降リフト５を駆動してボート４とともに半導体ウェハＷをロード空間３に下降させて冷却する。そして、半導体ウェハＷが所定温度まで冷却すると、移載ロボットにより当該半導体ウェハＷを搬送空間Ａに移送する。以上により熱処理の１サイクルが完了する。

なお、この発明に係る基板の熱処理装置は、前記実施の形態に限定されるものでない。例えば、被熱処理物としては、前記半導体ウェハＷに限らず、各種の板状ワークすなわち基板を挙げることができる。また、ボートとしては、基板を水平状態に支持するものの他、起立させた状態で支持するものであってもよい。さらに、ヒートバリア５２については必要により構成される。

この発明の一実施形態に係る基板の熱処理装置を示す概略縦断面図である。 ノズル部分の拡大断面図である。 ノズルの配置形態の一例を示す平面図である。 従来の熱処理装置を示す概略縦断面図である。

符号の説明

２ 熱処理炉
２２ プロセスチューブ
２３ 炉口
３ ロード空間
４ ボート
５ 昇降リフト
５１ 昇降テーブル（開閉扉）
６ ガス供給手段
６２ ヒータ
６３ ノズル
６５ フランジ部
６７ ガス導入空間
７１ 熱反射板
Ｗ 半導体ウェハ（基板）
Ｌ１ 半導体ウェハ（基板）の軸線
Ｌ２ ガス供給管の軸線
Ｑ ノズルの対称軸

Claims (4)

1. 底部に設けられた炉口を通してプロセスチューブ内に搬入された基板を熱処理する熱処理炉と、
   前記炉口を開放可能に閉塞する開閉扉と、
   前記熱処理炉の下方に設けられたロード空間と、
   前記基板をボートで保持して前記炉口を通してロード空間側からプロセスチューブ内に搬入するとともに、プロセスチューブからロード空間に搬出する昇降リフトと、
   前記プロセスチューブ内にプロセスガスを供給するガス供給手段と
   を備える基板の熱処理装置であって、
   前記ガス供給手段が、
   前記昇降リフトによって前記ロード空間側から前記炉口を通してプロセスチューブ内に導入されるガス供給管と、
   前記ボートの直下において、前記ボートに保持された基板の軸線に対して軸対称に配置され、前記ガス供給管から供給されたプロセスガスを上方に吹き出す複数のノズルとを有し、
   前記ガス供給手段は、ガス供給管から供給されるプロセスガスを加熱するヒータを有しており、
   前記ガス供給管の上端部に中空のフランジ部を設け、このフランジ部の内部にプロセスガスの導入空間を形成し、この導入空間に連通させた状態で前記フランジ部の上端部に前記複数のノズルを形成しているとともに、前記ヒータを前記導入空間に臨ませて配置していることを特徴とする基板の熱処理装置。
2. 前記ガス供給管が、前記開閉扉を挿通した状態で前記ノズルの対称軸に対して同軸に設けられている請求項１記載の基板の熱処理装置。
3. ヒータはガス供給管の軸線を中心として略対称に配置される請求項１又は２に記載の基板の熱処理装置。
4. 前記フランジ部の内部に、ヒータの下面に対向させた状態で熱反射板を設けている請求項１ないし３のいずれか一項に記載の基板の熱処理装置。

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