(57)【要約】【課題】処理室の昇降温時間を短縮する。【解決手段】複数枚のウエハ１を保持したボート２２を収容する処理室１１を形成したプロセスチューブ１２と、プロセスチューブ１２を取り巻くように設置されて処理室１１を加熱するヒータ３２と、ヒータ３２の外側に設置された断熱槽３４とを具備するＣＶＤ装置２において、ヒータ３２の熱をプロセスチューブ１２側に反射させる反射部材３１が、ヒータ３２と断熱槽３４との間に設置されたベルジャ３０の内周に敷設されており、ベルジャ３０と断熱槽３４との間には冷却エア３５が流通する冷却エア通路３６が形成されている。【効果】反射部材でヒータの熱を全て処理室に供給することで昇温時間を短縮でき、冷却エア通路での冷却エアの流通でベルジャを冷却できるため、降温時間を短縮でき、装置の性能やスループットを高めＩＣの浅い接合を実現できる。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を収容する処理室を形成したプロセスチューブと、このプロセスチューブを取り巻くように設置され、前記基板を加熱する抵抗加熱部材と、この抵抗加熱部材の外側に設置された断熱槽とを備えている基板処理装置において、
前記抵抗加熱部材の熱を前記プロセスチューブ側に反射させる反射部材が、前記抵抗加熱部材と前記断熱槽との間に設置されており、この反射部材と前記断熱槽との間には冷却媒体が流通する冷却媒体流通路が形成されていることを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板に熱処理（ｔｈｅｒｍａｌ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　）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。）に熱処理を施すのに利用して有効なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣの製造方法においてウエハ等の基板に、例えば、ＣＶＤ膜のような薄膜の形成、不純物の拡散、エッチング処理等を行う基板処理装置の一つに、バッチ式縦形ホットウオール形ＣＶＤ装置（以下、ＣＶＤ装置という。）が、使用されている。ＣＶＤ装置は、ウエハが搬入される処理室を形成するプロセスチューブと、プロセスチューブ内を加熱する抵抗加熱部材（以下、ヒータという。）と、ヒータの外側に設置された断熱槽とを備えており、複数枚のウエハがボートによって積層された状態で処理室に下端の炉口から搬入され、ヒータによって処理室が加熱されることにより、ＣＶＤ膜がウエハに熱ＣＶＤ反応によって形成されるように構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなＣＶＤ装置においては、近年、次のような問題点が指摘されている。ウエハを加熱したり冷却したりする時間が長くなるため、近年の浅い接合のＩＣを製造することが困難になっている。ヒータからの熱エネルギーを効率よくウエハに供給することができないため、エネルギーの浪費が発生している。
【０００４】
そこで、例えば、特開平５−１３６０７４号公報、特開２００１−２０８４７８号公報を参考にして、ヒータの外側に反射部材を設置してヒータの熱エネルギーを全てウエハの方向に向かわせることにより、ヒータの熱エネルギーを効率よくウエハに供給する技術を、提案することができる。
【０００５】
しかしながら、ヒータの外側に反射部材を設置したＣＶＤ装置においては、ヒータからの熱エネルギーを効率よくウエハに供給することができるが、断熱槽の内部の冷却時間を短縮することはできない。
【０００６】
本発明の目的は、昇降温時間を短縮することができる基板処理装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る基板処理装置は、基板を収容する処理室を形成したプロセスチューブと、このプロセスチューブを取り巻くように設置され、前記基板を加熱する抵抗加熱部材と、この抵抗加熱部材の外側に設置された断熱槽とを備えている基板処理装置において、
前記抵抗加熱部材の熱を前記プロセスチューブ側に反射させる反射部材が、前記抵抗加熱部材と前記断熱槽との間に設置されており、この反射部材と前記断熱槽との間には冷却媒体が流通する冷却媒体流通路が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
前記した手段によれば、抵抗加熱部材の熱を反射部材によってプロセスチューブ側に全て向かわせることにより、抵抗加熱部材の熱エネルギーを効率よく基板に供給することができるため、昇温時間を短縮することができる。また、冷却媒体流通路に冷却媒体を流通させることにより、断熱槽の内部の冷却時間を短縮することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
【００１０】
本実施の形態において、図３に示されているように、本発明に係る基板処理装置はＩＣの製造方法においてウエハにＣＶＤ膜を形成するＣＶＤ装置（バッチ式縦形ホットウオール形ＣＶＤ装置）２として構成されている。ここで、ＣＶＤ装置の概略を説明する。
【００１１】
ＣＶＤ装置２の筐体１０の前面にはカセット授受ユニット５０が設けられている。筐体１０の内部にはカセット授受ユニット５０に対向してカセット棚５１が設けられ、カセット授受ユニット５０の上方には予備カセット棚５２が設けられている。カセット授受ユニット５０とカセット棚５１との間にはカセット搬送機５３が設けられており、カセット棚５１の後方にはウエハ移載機５４が設けられている。ウエハ移載機５４の後側にはボートエレベータ５５が設けられており、ボートエレベータ５５の上方には縦型反応炉５６が設けられている。
【００１２】
カセット授受ユニット５０はウエハ搬送容器（ウエハキャリア）であるカセット５７を２個載置可能なカセットステージ５８と、カセットステージ５８の下方のウエハ姿勢整合機５９とを二組具備しており、外部搬送装置（図示せず）より搬送されたカセット５７がカセットステージ５８に垂直姿勢（すなわち、カセット５７に収納されるウエハ１が垂直姿勢の状態で載置されると、ウエハ姿勢整合機５９はカセット５７内のウエハ（図示せず）のノッチやオリエンテーションフラットが同一位置となるようにウエハの姿勢を整合する。
【００１３】
カセットステージ５８が９０度回転し、カセット５７を水平姿勢するとともに、カセット搬送機５３により搬送可能な状態にする。
【００１４】
カセット搬送機５３は前後方向に進退可能なロボットアーム６０を具備し、ロボットアーム６０は横行および昇降可能となっており、ロボットアーム６０の進退、昇降、横行の協動により、カセットステージ５８からカセット棚５１、または予備カセット棚５２へのカセット５７の搬送が行われる。
【００１５】
ボートエレベータ５５から延びるアーム６１にはシールキャップ２１が設けられており、シールキャップ２１にはウエハ保持具であるボート２２が載置される。ボート２２はウエハを水平姿勢で多段に保持するものであり、ボートエレベータ５５により縦型反応炉５６内に搬入搬出される。
【００１６】
ウエハ移載機５４は回転かつ昇降可能に設けられ、進退可能なウエハ保持部６２を具備し、ウエハ保持部６２は複数枚のウエハ保持プレート６３を有し、ウエハを複数枚一括または一枚ずつ保持可能となっている。
【００１７】
ウエハ移載機５４はカセット棚５１のカセット５７から下降状態のボート２２に複数枚一括または一枚ずつウエハを移載する。
【００１８】
所定枚数のウエハがボート２２に移載されると、縦型反応炉５６にはボート２２が装入され、ウエハの処理がなされる。
【００１９】
処理されたウエハは前記した作動とは逆の作動によりカセット棚５１のカセット５７に移載され、さらに、カセット搬送機５３によりカセット授受ユニット５０に搬送され、図示しない外部搬送装置により搬出される。
【００２０】
次に、図１を参照して縦型反応炉５６を詳しく説明する。縦型反応炉５６は縦形の処理室１１を形成したプロセスチューブ１２を備えている。プロセスチューブ１２は石英ガラスが使用されて上端が閉塞した円筒形状に形成されており、中心線が垂直になるように縦に配されて固定的に支持されている。プロセスチューブ１２の下端開口はウエハを出し入れするための炉口１３を構成している。図２に示されているように、プロセスチューブ１２の外周面には炭化シリコン（ＳｉＣ）膜１４がコーティングされている。
【００２１】
プロセスチューブ１２の下側には短尺の円筒形状に形成されたマニホールド１６が同軸に配設されており、マニホールド１６はＣＶＤ装置２の筐体１０に支持されている。プロセスチューブ１２はマニホールド１６の上にシールリング１５を挟んで載置されることによって筐体１０に気密シール状態をもって支持された状態になっており、プロセスチューブ１２と筐体１０との間にもシールリング１５が挟設されている。マニホールド１６の側壁には、他端が排気装置（図示せず）に接続された排気管１７の一端が接続されており、排気管１７は処理室１１を排気するようになっている。また、マニホールド１６の側壁の他の場所には、他端が原料ガス供給装置やキャリアガス供給装置およびパージガス供給装置（いずれも図示せず）に接続されたガス導入管１８が挿通されており、ガス導入管１８の吹出口端は処理室１１の上端部側に配置されている。ガス導入管１８によって処理室１１の上端部に導入されたガスは処理室１１を流下して排気管１７によって排気されるようになっている。マニホールド１６の下端開口はボート搬入搬出口１９を構成しており、ボート搬入搬出口１９にはボートエレベータ５５によって昇降されるシールキャップ２１が、垂直方向下側からシールリング２０を挟んで当接されるようになっている。シールキャップ２１はボート搬入搬出口１９の内径よりも大きい外径を有する円盤形状に構築されており、プロセスチューブ１２の下方に筐体１０によって形成されたボート搬入搬出室をボートエレベータ５５によって昇降されるようになっている。
【００２２】
シールキャップ２１の上にはボート２２が垂直に立脚されて支持されている。ボート２２は上下で一対の端板２３、２４と、両端板２３と２４との間に架設されて垂直に配設された三本の保持部材２５とを備えており、三本の保持部材２５には多数の保持溝２６が長手方向に等間隔に配されて互いに対向して開口するように刻設されている。ボート２２は三本の保持部材２５の保持溝２６間にウエハ１を挿入されることにより、複数枚のウエハ１を水平にかつ互いに中心を揃えた状態に整列させて保持するようになっている。ボート２２の下側端板２４とシールキャップ２１との間には断熱キャップ部２７が形成されている。
【００２３】
一方、プロセスチューブ１２の外側には、ステンレス鋼が使用されてプロセスチューブ１２よりも大径で上端が閉塞した円筒形状に形成されたベルジャ３０が同心円に被せられており、ベルジャ３０の側壁面にはステンレス鋼が使用されて環帯形状の凹面鏡に形成された多数個の反射部材３１が隣接して積層されている。なお、図１において、反射部材３１はボート２２上のウエハ載置場所に対応した部分に設けられている。また、必要に応じて、ベルジャ３０の天井壁にも反射部材を設けてもよい。プロセスチューブ１２とベルジャ３０との間には抵抗加熱部材（以下、ヒータという。）３２が螺旋状に敷設されており、ヒータ３２の径方向外向きに照射する熱線は反射部材３１によって反射されて径方向内向きに向かうようになっている。ヒータ３２は複数のヒータ部に分割されており、これらヒータ部は温度コントローラ（図示せず）によって互いに連携および独立してシーケンス制御されるように構成されている。ベルジャ３０の外側には上端が閉塞した円筒形状の断熱槽３４が同心円に配置されており、ベルジャ３０および断熱槽３４は筐体１０の上に構築された架台３３によって垂直に支持されている。
【００２４】
断熱槽３４とプロセスチューブ１２との間には冷却媒体として、窒素や大気等の冷却エア３５を流通させるための冷却エア通路３６が、プロセスチューブ１２を全体的に包囲するように形成されている。断熱槽３４の下端部には冷却エア３５を冷却エア通路３６に供給する給気管３７が接続されており、給気管３７に供給された冷却エア３５は冷却エア通路３６の全周に拡散するようになっている。断熱槽３４の天井壁の中央部には冷却エア３５を冷却エア通路３６から排出する排気口３８が開設されており、排気口３８には排気管（図示せず）が接続されている。
【００２５】
架台３３には不活性ガスとしての窒素ガス３９を供給する窒素ガス給気管４０が、窒素ガス３９をベルジャ３０とプロセスチューブ１２との間の空間に供給するように挿入されており、架台３３の他の場所には窒素ガス３９を排気する窒素ガス排気管４１が、窒素ガス３９をベルジャ３０とプロセスチューブ１２との間の空間から排気するように挿入されている。
【００２６】
次に、前記構成に係るＣＶＤ装置の作用を説明する。
【００２７】
ヒータ３２が加熱駆動される以前に、窒素ガス３９がベルジャ３０とプロセスチューブ１２との間の空間に、窒素ガス給気管４０から供給されて窒素ガス排気管４１から排気されることにより、予め流通される。この窒素ガス３９の流通の維持により、ベルジャ３０とプロセスチューブ１２との間の空間に敷設されたヒータ３２の加熱によるベルジャ３０や反射部材３１の酸化が防止される。
なお、ベルジャ３０とプロセスチューブ１２との間の空間に、窒素ガスを充満させた後は、窒素ガスの供給・排気を適宜に、停止させてもよい。
【００２８】
図１に示されているように、複数枚のウエハ１を整列保持したボート２２はシールキャップ２１の上にウエハ１群が並んだ方向が垂直になる状態で載置され、ボートエレベータ５５によって差し上げられてボート搬入搬出口１９から処理室１１に搬入（ボートローディング）されて行き、シールキャップ２１に支持されたままの状態で処理室１１に存置される。
【００２９】
続いて、処理室１１が所定の圧力（０．１〜１００Ｐａ）に排気管１７によって排気され、処理室１１が所定の温度（７００〜１０００℃）にヒータ３２によって昇温される。この際、ヒータ３２から照射された熱線のうち径方向外向きに向かった熱線は、径方向外側に設置された反射部材３１によって反射されることにより径方向内向きに向かう。したがって、ヒータ３２から照射された全ての熱線がプロセスチューブ１２に照射し、処理室１１を加熱する。しかも、プロセスチューブ１２の外周面には炭化シリコン膜１４がコーティングされているため、プロセスチューブ１２に照射した熱線はプロセスチューブ１２に効率的に吸収されて、処理室１１を効果的に加熱する。
【００３０】
次いで、処理ガスが処理室１１の上端部にガス導入管１８によって所定の流量をもって導入される。ガス導入管１８によって処理室１１の上端部に導入された処理ガスは、処理室１１を流下して排気管１７から処理室１１の外部に排気されて行く。そして、処理ガスは処理室１１を流下する間にボート２２に保持されたウエハ１に接触することにより、ウエハ１に対して熱ＣＶＤ反応によってＣＶＤ膜を形成する。
【００３１】
所定の成膜時間が経過すると、処理ガスの導入が停止された後に、パージガスとしての窒素ガスが処理室１１にガス導入管１８から導入されるとともに、処理室１１が排気管１７によって排気される。この際、ベルジャ３０と断熱槽３４との間の冷却エア通路３６には冷却エア３５が、給気管３７から供給されて排気口３８から排気されることによって流通される。この冷却エア通路３６を流通する冷却エア３５がベルジャ３０の外面に接触することによってベルジャ３０の熱を奪うため、ベルジャ３０が急速に冷却される。ベルジャ３０が急速に冷却されると、処理室１１の温度が急速に下げられるため、処理室１１の降温時間が短縮されることになる。この際、冷却エア通路３６を流通する冷却エア３５はベルジャ３０の外面に直接的に接触するが、ベルジャ３０の内面や反射部材３１および処理室１１を形成したプロセスチューブ１２の外面には接触しない。したがって、冷却エア３５に大気を用いた場合でも、ベルジャ３０の内面の酸化を防止できる。なお、冷却エア３５の流通による冷却とともに、ベルジャ３０とプロセスチューブ１２との間の空間に窒素を流通させることで、冷却効果が一層促進される。
【００３２】
処理室１１が窒素ガスによってパージされ、かつ、所定の温度に降温されると、シールキャップ２１に支持されたボート２２はボートエレベータ５５によって下降されることにより、ボート搬入搬出口１９から処理室１１の外部へ搬出（ボートアンローディング）される。
【００３３】
以降、前記作用が繰り返されることにより、ＣＶＤ装置２によってウエハ１への熱ＣＶＤ反応による成膜がバッチ処理されて行く。
【００３４】
前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。
【００３５】
１）　ヒータの熱をプロセスチューブ側に反射させる反射部材をヒータの外側のベルジャの内面に設置することにより、ヒータの熱を反射部材によってプロセスチューブ側に全て向かわせて、ヒータの熱エネルギーを効率よく処理室に供給させることができるため、処理室の昇温時間を短縮することができる。
【００３６】
２）　ベルジャと断熱槽との間の冷却エア通路に冷却エアを給気管から供給して排気口から排気して流通させることにより、ベルジャの内部を急速に冷却することができるため、処理室の降温時間を短縮することができる。
【００３７】
３）　前記１）および２）により、処理室の昇降温時間を短縮することができるため、ＣＶＤ装置の性能およびスループットを高めることができ、近年の浅い接合のＩＣの製造を実現することができる。
【００３８】
４）　プロセスチューブとベルジャとの間の空間に窒素ガス給気管および窒素ガス排気管を接続することにより、プロセスチューブとベルトの間の空間に窒素ガスを流通させることができるため、プロセスチューブとベルジャとの間の空間に敷設されたベルジャや反射部材のヒータの加熱による酸化を防止することができ、ベルジャや反射部材をステンレス鋼によって製作することを可能とする。
【００３９】
５）　プロセスチューブの外周面に炭化シリコン膜をコーティングすることにより、プロセスチューブに照射したヒータの熱線をプロセスチューブに効率的に吸収させることができるため、処理室をより一層効果的に加熱することができる。
【００４０】
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。
【００４１】
例えば、ベルジャおよび反射部材はステンレス鋼によって製作するに限らず、他の材料によって製作してもよい。また、ベルジャは省略し、反射部材のみを設置してもよい。
【００４２】
プロセスチューブは石英ガラスを使用して形成するに限らず、炭化シリコンによって形成してもよい。
【００４３】
冷却媒体としては冷却エアを使用するに限らず、窒素ガス等の不活性ガスを使用してもよい。
【００４４】
前記実施の形態においては成膜する場合について説明したが、酸化処理や拡散処理および拡散だけでなくイオン打ち込み後のキャリア活性化や平坦化のためのリフローおよびアニール処理等の熱処理全般に使用することができる。
【００４５】
バッチ式縦形ホットウオール形ＣＶＤ装置に限らず、バッチ式横形ＣＶＤ装置や縦形および横形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置、その他の熱処理装置等の基板処理装置全般に適用することができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板処理装置の昇降温時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の一実施の形態であるＣＶＤ装置の縦型反応炉を示す正面断面図である。
【図２】
その主要部を示す拡大部分断面図である。
【図３】
本発明の一実施の形態であるＣＶＤ装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
１…ウエハ（基板）、２…ＣＶＤ装置（基板処理装置）、１０…筐体、１１…処理室、１２…プロセスチューブ、１３…炉口、１４…炭化シリコン膜、１５…シールリング、１６…マニホールド、１７…排気管、１８…ガス導入管、１９…ボート搬入搬出口、２０…シールリング、２１…シールキャップ、２２…ボート、２３、２４…端板、２５…保持部材、２６…保持溝、２７…断熱キャップ部、３０…ベルジャ、３１…反射部材、３２…ヒータ（抵抗加熱部材）、３３…架台、３４…断熱槽、３５…冷却エア（冷却媒体）、３６…冷却エア通路（冷却媒体流通路）、３７…給気管、３８…排気口、３９…窒素ガス（不活性ガス）、４０…窒素ガス給気管、４１…窒素ガス排気管、５０…カセット授受ユニット、５１…カセット棚、５２…予備カセット棚、５３…カセット搬送機、５４…ウエハ移載機、５５…ボートエレベータ、５６…縦型反応炉、５７…カセット、５８…カセットステージ、５９…ウエハ姿勢整合機、６０…ロボットアーム、６１…アーム、６２…ウエハ保持部、６３…ウエハ保持プレート。
【図１】
2004055880.tif 000003
【図２】
2004055880.tif 000004
【図３】
2004055880.tif 000005