(57)【要約】【課題】本発明の目的は、熱に対する応答遅れを解決し、スループット向上が可能でありかつ低温領域での降温速度の向上が可能でありかつリカバリー時間の短縮が可能な基板処理装置を提供することを目的とする。【解決手段】  基板処理装置において、基板を処理する処理室を形成する処理管が、該処理管内部に中空部を形成し、該中空部には、前記基板を加熱する加熱手段を備えた。そのことにより、熱に対する応答遅れを解決し、スループット向上が可能でありかつ低温領域での降温速度の向上が可能でありかつリカバリー時間の短縮が可能な基板処理装置を提供することができる。【選択図】図４
2005072386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する処理室を形成する処理管が、該処理管内部に中空部を形成し、該中空部
には、前記基板を加熱する加熱手段が備えら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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板（半導体ウエーハやガラス基板等、以下ウエーハという）を熱処理するた
めの基板処理装置に係り、特に多数のウエーハを搭載して処理炉内にて加熱処理されるヒ
ータを備えている基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの製造工程では、例えば熱拡散工程やアニール工程やＣＶＤ工程で
使用される基板処理装置としては、縦型熱処理装置や枚葉熱処理装置が主流となっている
。特にこの縦型熱処理装置は、複数のシリコン等のウエーハを熱処理する処理炉を形成し
、ウエーハはウエーハ移載機（基板移動手段）によりウエーハを保持する基板保持具（以
下ボートという）に多枚数搬送されてボートと共に加熱手段としてのヒータ内部にある反
応室（処理室）にボートエレベータによりローディングされる。
【０００３】
前述した縦型熱処理装置においては、ウエーハを複数枚ずつ処理する反応室（処理室）を
有し、反応室内にウエーハを挿入し、加熱した状態で、反応ガス（処理ガス）や不活性ガ
スを導入し、ウエーハ表面に所要の薄膜を生成したり、不純物の拡散などを行う。ウエー
ハに生成される薄膜の均一性などは、歩留り、半導体素子の性能に大きく影響する。その
ような半導体素子の性能に影響を与えるものとして、ウエーハに熱処理を行うことが挙げ
られる。ウエーハへの熱処理としては、酸化処理や熱処理そして拡散処理やＣＶＤ処理等
を行うものがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述した縦型熱処理装置を用いて、熱処理を行う場合、反応室を形成する反応管（処理管
）の外周には、ヒータが設定されており、さらに反応管とヒータとの間には、ＳＩＣ等で
製作された均熱管が存在することになる。すなわち、ヒータ発熱体とウエーハとの間には
、均熱管と反応管及びそれらを設置するための空間があるため、熱容量が大きく熱に対す
る応答に遅れを生じることが宿命としてある。
【０００５】
本発明の目的は、上記事情を考慮し、熱に対する応答遅れを解決し、スループット向上が
可能な基板処理装置を提供することを目的とする。
【０００６】
好適には、本発明の別の目的は、上記事情を考慮し、熱に対する応答遅れを解決し、低温
領域での降温速度の向上が可能な基板処理装置を提供することを目的とする。
【０００７】
好適には、本発明の別の目的は、上記事情を考慮し、熱に対する応答遅れを解決し、リカ
バリー時間の短縮が可能な基板処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため本発明に係る基板処理装置は、基板を処理する処理室を形成す
る処理管が、該処理管内部に中空部を形成し、該中空部には、前記基板を加熱する加熱手
段が備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明においては、反応管とヒータを一体化させた熱処理装置（基板処理装置）により、
熱の応答性が速くすることが可能となり、スループットを向上させることができる。また
、ヒータの断熱槽が無いため、とりわけ低温領域での降温速度を向上されることができる
。さらに、ヒータ制御熱電対をウエーハ近傍に設置できるため、ウエーハ温度を高精度に
制御でき、かつ内部熱電対が不要になり、低コスト化が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の基板処理装置の構成を図面を用いて説明する。尚、以下の説明では、基板処理装
置として基板に熱処理などを行う縦型の装置（以下、単に処理装置とも表す）を適用した
場合について述べる。図１は、本発明に適用される一例である処理装置の外観斜視図であ
る。尚、この図は透視図として描かれている。また、図２は本発明に適用される一例であ
る図１に示す処理装置の側面図である。また、図３は本発明に適用される一例となる図１
に示す処理装置の酸化・拡散熱処理装置断面側面図である。また、図４は本発明に適用さ
れる一例となる反応管の構造図である。
【実施例１】
【００１１】
本発明の基板処理装置は、シリコン等からなるウエーハ２００を収納したポッド１００を
、外部から筐体１０１内へ挿入するため、およびその逆に筐体１０１内から外部へ払出す
ためのＩ／Ｏステージ（保持具授受部材）１０５が筐体１０１の前面に付設され、筐体１
０１内には挿入されたポッド１００を保管するためのカセット棚（載置手段）１０９が敷
設されている。また、ウエーハ２００の搬送エリアであり、後述のボート２１７のローデ
ィング、アンローディング空間となるＮ２パージ室（気密室）１０２が設けられている。
ウエーハ２００に処理を行うときのＮ２パージ室１０２の内部は、ウエーハ２００の自然
酸化膜を防止するためにＮ２ガスなどの不活性ガスが充満されるように、Ｎ２パージ室１
０２は密閉容器となっている。
【００１２】
上述したポッド１００としては、現在ＦＯＵＰというタイプが主流で使用されており、ポ
ッド１００の一側面に設けられた開口部を蓋体（図示せず）で塞ぐことで大気からウエー
ハ２００を隔離して搬送でき、蓋体を取り去る事でポッド１００内へウエーハ２００を入
出させることができる。このポッド１００の蓋体を取外し、ポッド内の雰囲気とＮ２パー
ジ室１０２の雰囲気とを連通させるために、Ｎ２パージ室１０２の前面側には、ポッドオ
ープナ（開閉手段）１０８が設けられている。ポッドオープナ１０８、カセット棚１０９
、およびＩ／Ｏステージ１０５間のポッド１００の搬送は、カセット移載機１１４によっ
て行なわれる。このカセット移載機１１４によるポッド１００の搬送空間には、筐体１０
１に設けられたクリーンユニット（図示せず）によって清浄化した空気をフローさせるよ
うにしている。
【００１３】
Ｎ２パージ室１０２の内部には、複数のウエハ２００を多段に積載するボート２１７と、
ウエハ２００のノッチ（又はオリエンテーションフラット）の位置を任意の位置に合わせ
る基板位置合わせ装置１０６と、ポッドオープナ１０８上のポッド１００と基板位置合わ
せ装置１０６とボート２１７との間でウエハ２００の搬送を行うウエーハ移載機（搬送手
段）１１２とが設けられている。また、Ｎ２パージ室１０２の上部にはウエハ２００を処
理するための処理炉２０２が設けられており、ボート２１７はボートエレベータ（昇降手
段）１１５によって処理炉２０２へローディング、又は処理炉２０２からアンローディン
グすることができる。これら、Ｉ／Ｏステージ１０５やカセット移載機１１４ポッドオー
プナ１０８等の搬送ロボットは、駆動制御部（図３）により制御する。
【００１４】
次に、本発明の処理装置の動作について説明する。
先ず、ＡＧＶやＯＨＴなどにより筐体１０１の外部から搬送されてきたポッド１００は
、Ｉ／Ｏステージ１０５に載置される。Ｉ／Ｏステージ１０５に載置されたポッド１００
は、カセット移載機１１４によって、直接ポッドオープナ１０８上に搬送されるか、また
は、一旦カセット棚１０９にストックされた後にポッドオープナ１０８上に搬送される。
ポッドオープナ１０８上に搬送されたポッド１００は、ポッドオープナ１０８によってポ
ッド１００の蓋体を取外され、ポッド１００の内部雰囲気がＮ２パージ室１０２の雰囲気
と連通される。
【００１５】
次に、ウエーハ搬送機１１２によって、Ｎ２パージ室１０２の雰囲気と連通した状態の
ポッド１００内からウエーハ２００を取出す。取出されたウエーハ２００は、基板位置合
わせ装置１０６によって任意の位置にノッチが定まる様に位置合わせが行なわれ、位置合
わせ後、ボート２１７へ搬送される。
【００１６】
ボート２１７へのウエーハ２００の搬送が完了したならば、処理室２０１の炉口シャッ
タ１１６を開けて、ボートエレベータ１１５によりウエーハ２００を搭載したボート２１
７をローディングする。
ローディング後は、処理炉２０２にてウエーハ２００に任意の処理が実施され、処理後は
上述の逆の手順で、ウエーハ２００およびポッド１００は筐体１０１の外部へ払出される
。
【００１７】
図３に示した酸化、拡散処理装置について説明する。
例えば石英（ＳｉＯ２）等の耐熱性材料からなる反応容器（以下反応管２０３）は、下端
に開口を有する円筒状の形態を有し、配置されている。反応管２０３の下部には例えば石
英からなるガスの供給管２３２と排気管２３１が連結されていて、供給管２３２と連結す
る導入口２３４は反応管２０３下部から、反応管２０３側部に添って例えば細管状に立ち
上がり、天井部で反応管２０３内部に至る。排気管２３１は反応管２０３の排気口２３５
に接続される。ガスは供給管２３２から反応管２０３天井部から内部にガスを流し、反応
管２０３下部に接続された排気管２３１から排気されるようになっている。
【００１８】
反応管２０３の導入口２３４にはガスの供給管２３２により、処理用のガスが反応管２０
３内に供給されるようになっている。このガスの供給管２３２はガスの流量制御手段（以
下マスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４１）若しくは水分発生器（図示しない）に連結
されており、ＭＦＣ２４１はガス流量制御部（図３）に接続されており、供給するガス若
しくは水蒸気（Ｈ２Ｏ）の流量を所定の量に制御し得る。
【００１９】
反応管２０３の排気口２３５には、圧力調節器（例えばＡＰＣ２４２）に連結されたガス
の排気管２３１が接続されており、反応管２０３内を流れるガスを排出し、反応管２０３
内をＡＰＣ２４２により圧力を制御することにより、所定の圧力にするよう圧力検出手段
（以下圧力センサ２４５）により検出し、圧力制御部（図３）により制御する。
【００２０】
反応管２０３の下端開口部には、例えば石英からなる円盤状の保持体（以下ベース２５７
）が、Ｏリング２２０を介して気密シール可能に着脱自在にあり、ベース２５７は円盤状
の蓋体（以下シールキャップ２１９）の上に取付けられている。又、シールキャップ２１
９には、回転手段（以下回転軸２５４）が連結されており、回転軸２５４により、保持体
（以下石英キャップ２１８）及び基板保持手段（以下ボート２１７）、ボート２１７上に
保持されている基板（以下ウエーハ２００）を回転させる。又、シールキャップ２１９は
昇降手段（以下ボートエレベータ１１５）に連結されていて、ボート２１７を昇降させる
。回転軸２５４、及びボートエレベータ１１５を所定のスピードにするように、駆動制御
部（図３）により制御する。
【００２１】
図４に示すように、反応管２０３の内部は、中空部２０４が形成され、該中空部２０４に
は、加熱手段であるヒータ２０７が配置されている。
【００２２】
さらに、ヒータ２０７について、詳細を記す。ヒータ２０７は、ヒータの発熱体を材質は
例えば金属、セラミックカーボン、ＳＩＣなどで構成される。また、発熱体は石英等で覆
われて保護されており、反応管２０３は、言わば二重構造になっている。また、天井部埋
め込みヒータ２０７a及び側面部埋め込みヒータ２０７b、側面下部埋め込みヒータ２０７
cというように、反応管２０３内に埋め込まれていて、言わば反応管２０３と一体化した
構造となっており、反応管の側部の略全体及び、天井部の全体に及んで形成されている。
前述の天井部埋め込みヒータ２０７a及び側面部埋め込みヒータ２０７b、側面下部埋め込
みヒータ２０７cは、それぞれによって、複数のゾーン（天井部、側面部、下部）を形成
し、該ゾーンによりそれぞれのゾーンにおいて異なる温度制御が可能となり、よりいっそ
う、処理室２０１内のウエーハ２００の近傍の温度を所望の温度に制御可能となる。また
、側面下部埋め込みヒータ２０７cについては好ましくは、導入口２３４及び排気口２３
５の接続口に至るまで発熱体が埋め込められていることにより、ウエーハ２００がボート
２１７に置かれた時の特に最下部において、温度制御性が向上し得る。さらに、側面下部
埋め込みヒータ２０７cが取付けられていることにより、ボート２１７挿入後の温度リカ
バリー時間の短縮が図れる。
【００２３】
また、反応管２０３の側部の一部には、ヒータ２０７への電力等を供給するための外部配
線の接続ポート２０５（接続部）が設けられており、該接続ポート２０５はキャップ取付
可能な構造となっており、キャップを取付け保護することが可能となる。キャップを取付
けることにより、反応管２０３は洗浄が可能となる。また、ヒータ端子などの力が加わる
部分には、反応管２０３外に設置することにより、反応管２０３の破損を防止することが
できる。さらに、その接続ポート２０５から、温度検出手段（熱電対２６３）が設けられ
ており、発熱体の近傍でかつウエーハ２００とも近傍に位置し得る熱電対２６３から検出
した温度を用いることによるフィードバック制御を温度制御部（図３）が行うことにより
前述の温度制御がよりいっそう正確に制御可能となる。さらに断熱槽等の比較的熱容量の
大きい部材がヒータ２０７の近傍にある場合、特に降温速度を遅くする要因と成り得るが
、本発明のように反応管２０３及びヒータ２０７を一体化させる形状にすることにより、
特に低温（４００℃以下）で熱処理する場合、降温速度が向上する。さらに、反応管２０
３とヒータ２０７が一体化しているため反応管２０３内への熱に対する応答性の向上が図
れる。
【００２４】
また、反応管２０３の側部の一部には、中空部２０４へのエアー又は不活性ガスを供給・
排気することができるためのガス接続ポート２６５が２箇所以上設けられており、該ガス
接続ポート２６５の供給側からエアー又は不活性ガスを供給し、排気側からエアー又は不
活性ガスを排気する。つまりエアー又は不活性ガスを中空部２０４内へ循環できる構造と
なっている。特に処理室２０１内の温度を下げたい時にヒータ２０７の設定・制御温度を
下げるとともに、エアー又は不活性ガスを中空部２０４に循環させることによりよりいっ
そう降温速度を速めることができる。
【００２５】
図３に示した処理炉による酸化、拡散処理方法の一例を説明すると、まず、ボートエレベ
ータ１１５によりボート２１７を下降させる。ボート２１７に複数枚のウエーハ２００を
保持する。次いで、ヒータ２０７により加熱しながら、反応管２０３内の温度を所定の処
理温度にする。ガスの供給管２３２に接続されたＭＦＣ２４１により予め反応管２０３内
を不活性ガスで充填しておき、ボートエレベータ１１５により、ボート２１７を上昇させ
て反応管２０３内に移し、反応管２０３の内部温度を所定の処理温度に維持する。反応管
２０３内を所定の圧力に保った後、回転軸２５４により、ボート２１７及びボート２１７
上に保持されているウエーハ２００を回転させる。同時にガスの供給管２３２から処理用
のガスを供給若しくは水分発生器から水蒸気を供給する。供給されたガスは、反応管２０
３を下降し、ウエーハ２００に対して均等に供給される。
【００２６】
酸化・拡散処理中の反応管２０３内は、排気管２３１を介して排気され、所定の圧力にな
るようＡＰＣ２４２により圧力が制御され、所定時間、酸化・拡散処理を行う。
【００２７】
このようにして酸化・拡散処理が終了すると、次のウエーハ２００の酸化・拡散処理に移
るべく、反応管２０３内のガスを不活性ガスで置換する圧力を常圧するとともに、ヒータ
２０７の温度を所望の温度に下げつつ、中空部２０４にエアー又は不活性ガスをガス接続
ポート２６５より供給・排気しエアー又は不活性ガスを循環させる。その後、ボートエレ
ベータ１１５によりボート２１７を下降させて、ボート２１７及び処理済のウエーハ２０
０を反応管２０３から取出す。反応管２０３から取出されたボート２１７上の処理済のウ
エーハ２００は、未処理のウエーハ２００と交換され、再度前述同様にして反応管２０３
内に上昇され、酸化・拡散処理が成される。
【００２８】
なお、一例まで、本実施例の処理炉にて処理される処理条件は、酸化膜の成膜において、
ウエーハ温度１０００℃、ガス種供給量は、酸素（Ｏ２）が ３．２Ｌ／ＭＩＮ、水素（
Ｈ２）が２．８Ｌ／ＭＩＮ、処理圧力は０．１ＭＰａである。
【００２９】
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。
【００３０】
例えば、本実施例では、天井部、側面部、下部と３ゾーンとしたが、１、２ゾーンでも良
く、４ゾーン以上あっても良い。さらにそれぞれのヒータはさらに複数ゾーンに分割する
ことも可能である。また、その際、温度制御もそれぞれが独立して制御が可能であるとし
ても良い。
【００３１】
例えば、本実施例では、ガスの導入は反応管２０３の側面下部から側面に添って天井部ま
で立上げて天井部より処理室２０１内に導入し、反応管２０３の側面下部から排気すると
したが、ガスの導入を処理室２０１の下部から、ガスの排気を処理室２０１の上部からと
しても良いし、種々に変更が可能である。
【００３２】
熱処理は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に限らず、成膜処理等の熱処理であっても
よい。
【００３３】
被処理物はウエ−ハに限らず、ホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、光ディスク
および磁気ディスク等であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、縦形熱処理装置（バッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置）および枚葉式
ホットウオール形熱処理装置に限らず、バッチ式横形ホットウオール形熱処理装置や縦形
および横形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置等の熱処理装置全般並びに半導体製造装置全
般に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に適用される一例となる処理装置の外観斜視図である。
【図２】本発明に適用される一例となる図１に示す処理装置の側面図である。
【図３】本発明に適用される一例となる図１に示す処理装置の酸化・拡散処理装置断面側面図である。
【図４】本発明に適用される一例となる反応管の構造図である。
【符号の説明】
【００３６】
１００  ポッド
１０１  筐体
１０２  Ｎ２パージ室
１０５  Ｉ／Ｏステージ
１０６  基板位置合わせ装置
１０８  ポッドオープナ
１０９  カセット棚（裁置手段）
１１２  ウエーハ移載機
１１４  カセット移載機
１１５  ボートエレベータ
１１６  炉口シャッタ
２００  基板（ウエーハ）
２０１  処理室
２０２  処理炉
２０３  反応管
２０５  接続ポート
２０７  ヒータ
２０７a 天井部埋め込みヒータ
２０７b 側面部埋め込みヒータ
２０７c 側面下部埋め込みヒータ
２１７  ボート
２１８  石英キャップ
２１９  シールキャップ
２２０  Ｏリング
２３１  排気管
２３２  供給管
２３４  導入口
２３５  排気口
２４１  ＭＦＣ
２４２  ＡＰＣ
２４５  圧力センサ
２５４  回転軸
２５７  ベース
２６３  熱電対
２６５  ガス接続ポート
【図１】
2005072386.tif 000003
【図２】
2005072386.tif 000004
【図３】
2005072386.tif 000005
【図４】
2005072386.tif 000006