JP3711291B2 - Heat treatment equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、縦型プロセスチューブ内で被処理体を熱処理する熱処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば半導体ウェハ、LCD基板などの製造においては、酸化、拡散、アニール、CVDなどの処理を行なうために、各種の熱処理装置が使用される。これらの熱処理装置においては、例えばプロセスの高精度化を達成すること、被処理体の面内の温度分布の均一性を向上させること、また熱処理の効率を高めることなどが大きな技術課題となっている。
【0003】
ところで、近年、半導体プロセスはより微細化が進み、これとともに、ウェハの口径も8インチ〜12インチへと、より大口径化が進んでおり、またLCD基板などの大型の基板を均一に効率良く処理する熱処理装置も必要となってきている。このような状況に応じてプロセスの微細化が進み、被処理体が大口径化するのに応じて処理のさらなる高精度化、被処理体の面内での温度分布のさらなる均一化、熱処理効率のさらなる向上が必要とされる。しかもこのような大口径化にある被処理体を製造する場合のスループットの向上も要望される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
このような被処理体の大口径化に伴い、実際の処理を行なう場合には、次のような問題があった。
【0005】
つまり、被処理体の大口径化に伴い、被処理体に生じるスリップ、歪みを効果的に防止し、また、被処理体の面内での温度分布の均一性の向上を図る必要がある。したがって、このような要求に対しては、被処理体にいかにして均一に温度を加えるか、また、中心部より周辺部のほうが放熱量が大きいために生じる中央部と周辺部との温度差をいかにして少なくするか等が、大きな技術課題となる。また、プロセスの微細化に伴い、被処理体に対する処理の高精度化、被処理体に対する汚染度の低減化が必要になる。したがって、被処理体の面内での膜質、膜厚の均一化を図るために、いかにして短時間で効率良く熱処理を行なうかなども大きな技術課題となる。
【0006】
そこで、本発明の目的とするところは、上記従来の熱処理装置における問題に鑑み、被処理体での面内均一性を確保しながら効率良く熱処理することができる熱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】
請求項1記載の発明は、被処理体の搬入出用の下端開口を有し、処理位置に配置される被処理体を輻射加熱する一次加熱源を上方に備えている縦型プロセスチューブと、
水平に支持した状態の上記被処理体を上記開口から上記プロセスチューブ内に搬入し、上記処理位置に設定する上下動可能な被処理体用ホルダーと、
上記プロセスチューブ内の処理位置に向け反応ガスを供給するガス供給手段と、
上記一次加熱源により加熱されることで、上記処理位置に設定された上記被処理体裏面に向けて二次輻射熱線を放射して、少なくとも上記被処理体の周縁部を加熱する二次加熱源と、
を有することを特徴とする。
【0008】
請求項2記載の発明は、請求項1において、
上記二次加熱源は、上記処理位置よりも下方領域であって、上記ホルダーの昇降経路と干渉しない領域に、水平に配置されていることを特徴とする。
【0009】
請求項3記載の発明は、被処理体の搬入出用の下端開口を有し、処理位置に配置される被処理体を加熱する熱源を上方に備えている縦型プロセスチューブと、
水平に支持した状態の上記被処理体を上記開口から上記プロセスチューブ内に搬入し、上記処理位置に設定する上下動可能な被処理体用ホルダーと、
上記プロセスチューブ内の処理位置に向け反応ガスを供給するガス供給手段と、
上記熱源からの輻射熱線を直接又は間接にて入射し、この入射熱線を上記処理位置に設定された上記被処理体裏面に向けて反射して、少なくとも上記被処理体の周縁部を加熱する反射部材と、
を有することを特徴とする。
【0010】
請求項4記載の発明は、請求項3において、
上記反射部材は、上記被処理体用ホルダーの上記被処理体支持位置よりも下方の位置に、上記被処理体用ホルダーに水平に取り付けられていることを特徴とする。
【0011】
請求項5記載の発明は、請求項4において、
上記反射部材は、上記被処理体用ホルダーに対して昇降移動可能に支持され、上記被処理体との対向間距離を可変としたことを特徴とする。
【0012】
請求項6記載の発明は、請求項4において、
上記反射部材は、上記被処理体ホルダーの縦軸方向の異なる位置に少なくとも2枚配置され、各反射板は、熱線の反射率が異なる領域が周方向に形成され、各反射板が相対的に回転することにより、各反射板の反射効率の異なる領域の相対位置関係が変化することを特徴とする。
【0013】
【作用】
請求項1及び3記載の発明では、特に放熱が多い被処理体の周縁部を、被処理体の裏面側より加熱することで、被処理体の処理温度の面内均一性を確保することができる。請求項1の発明では、被処理体周縁部の加熱を、一次加熱源により加熱されて二次輻射熱を放射する二次加熱源により行い、請求項3の発明では、面状加熱源からの直接的または間接的に入射する熱線を、被処理体周縁部にその裏面側より反射させることで行っている。
【0014】
請求項2の発明では、二次加熱源を被処理体の下方にて、かつ、被処理体の昇降経路と干渉しない位置に水平に配置することで、二次加熱源の加熱ひいては被処理体周縁部の加熱を効率良く行うことができる。
【0015】
請求項4の発明では、被処理体用ホルダーの被処理体支持位置よりも下方の位置に、反射部材を被処理体用ホルダーに水平に取り付けるこで、被処理体周縁部への熱線の反射を効率良く行うことができる。しかも、反射部材は被処理体用ホルダーと共に被処理体の出し入れ位置に移動したとしても、反射部材の温度はさほど高まらないので、被処理体の出し入り口雰囲気の温度が上昇することはない。
【0016】
請求項5の発明では、反射部材と被処理体との対向間距離を可変とすることで、被処理体周縁部に反射される熱線強度を可変される。これにより被処理体の処理温度の面内均一性を調整できる。
【0017】
請求項6の発明では、少なくとも2枚の反射板が相対的に回転することにより、各反射板の反射効率の異なる領域の相対位置関係が変化して、被処理体周縁部に反射される熱線強度を可変される。
【0018】
【実施例】
以下、図1〜図19に示す実施例によって本発明の詳細を説明する。
【0019】
図1は、本発明実施例による熱処理装置の全体構成を示し、特に、被処理体Wの表裏両面を加熱する構造の一例を示す断面図である。
【0020】
本実施例における熱処理装置には熱処理部10、被処理体搬入出部50およびシャッター駆動部60が設けられている。
【0021】
熱処理部10は、例えば半導体ウエハやLCD等の被処理体Wに対して各種の熱処理を行なうための部分であり、縦型プロセスチューブ12を備えている。プロセスチューブ12は、下端開口を有する円筒状部材であり、本実施例の場合、高純度透明石英によって形成されている。
【0022】
そして、プロセスチューブ12の内部には、外部からプロセスガスを供給するための給気パイプ14が配置されている。この給気パイプ14は、プロセスチューブ12の内部空間で上端部に開口を有し、その開口に至る途中、つまり、被処理体Wの熱処理位置よりも下方には、図2に示すように、ガス通路を有する予熱部14Aが形成されている。予熱部14Aは、被処理体Wの熱処理位置の下方の雰囲気熱を吸熱することにより、外部から供給されおいて一旦に貯溜されるプロセスガスを加熱したうえで、処理部上方の空間に噴出させるようになっている。従って、プロセスガスは、噴出されるまでの間に処理温度に近い状態を設定されているので、反応処理のための温度に達するまでの時間が短縮されることになる。
【0023】
また、被処理体Wの処理面の裏側に相当する位置は、予熱部14Aによって雰囲気熱を吸収されることにで、被処理体Wの処理面とその裏側空間との間で被処理体Wの面内均一性を設定するための温度勾配が得られる温度に設定される。なお、この給気パイプ14の予熱部14A内の構造としては、周方向に沿って複数配置された放熱フィン(図示されず)を設けてもよい。これによって、熱処理部10からの熱をプロセスガスに対して効率良く伝達することができる。
【0024】
また、プロセスチューブ12の下端開口近傍には、図1に示すように、給気パイプ14から供給されたプロセスガスを排気するための排気パイプ26が設けられ、これらパイプの組合せにより、プロセスチューブ12内に導入されたプロセスガスに適当な流れを生じさせて、被処理体Wの表面に形成される薄膜の均一化等が行なえるようになっている。なお、プロセスガスと接触する給気および排気パイプ14、28は、例えば石英等で覆われ、重金属汚染対策が施されている。
【0025】
一方、プロセスチューブ12の周囲には、例えば、アルミナセラミックス等で構成された断熱材16が設けられている。この断熱材16は、例えば、その外周に配置されているセラミックスウール成形品からなる断熱材17の内部に設けられている。
【0026】
断熱材17の外壁面には、インナーシェル18Aとアウタシェル18Bとで形成された水冷ジャケットからなる水冷機構18が設けられ、熱処理部10と外部との間での熱隔離が行なわれている。これによって、熱処理部10内で高温熱処理を行なっている場合に、外部での操作の安全を確保することができる。
【0027】
さらに、プロセスチューブ12の上方には、一次加熱源である面状発熱源20が設けられている。この面状発熱源20は、例えば、二硅化モリブデン(MoSi2 )、または、鉄(Fe)とクロム(Cr)とアルミニューム(Al)との合金線であるカンタル(商品名)線等の抵抗発熱体を、断熱材16の上部内壁面に配置することで構成されている。二硅化モリブデンは、1800℃の高温にも充分耐えることができる。このような面状発熱源20は、例えば、二硅化モリブデンの単線からなる抵抗発熱線を螺旋状に配置して構成することも可能である。さらに、この面状発熱源20の発熱面は、被処理体Wの外径の2倍以上であることが、熱効率の点から有効である。
【0028】
ところで、プロセスチューブ12と面状発熱源20との間には、面状発熱源20からの熱により加熱されて、被処理体Wの面内に対して均一に二次輻射熱を放射するための均熱部材22が配置されている。この均熱部材22は、例えば、炭化硅素(SiC)等の汚染度が比較的低く、耐熱性が良好な材質が選択され、本実施例の場合、均熱部材22は、図1に示すように、処理位置に設定された被処理体Wの上方及び側方を覆うと共に、被処理体Wの処理位置よりも下方領域には、被処理体Wと平行に水平状態で設置された均熱部材22Aを含んでいる。この均熱部材22Aは、少なくとも、被処理体Wの周縁部に対して、被処理体Wの裏面側より二次輻射熱線を放射できるようになっている。従って、比較的放熱量が多い被処理体Wの周縁部に対しては、裏面に位置する均熱部材22Aからの二次輻射熱によって加熱されるので、放熱量の増加を抑えられて被処理体Wの面内での温度分布が変化するのが防止される。
【0029】
上記した均熱部材22の配置構成の別な例としては、図3に示すように被処理体Wの表面側と裏面側とに均熱部材を分割して配置することも可能である。この場合、特に、裏面の場合には図1に示した場合と同様に、被処理体Wの周縁部に対して輻射熱を与えることができる状態に配置されることが必要である。裏面側に位置する均熱部材22Aは、二次輻射熱を放射するものに限らず、例えば、表面に研磨層からなる鏡面を備えた炭化ケイ素(SiC)で構成することができる。従って、表面側に位置する均熱部材22からの輻射熱線は、直接被処理体Wの表面に達するとともに、裏面側に位置する均熱部材22Aに達した一部がこの鏡面で反射されて被処理体Wの周縁部に達する。
【0030】
また、このような分割配置の他の例としては、図4に示す構造もある。すなわち、被処理体Wの表面側に位置する均熱部材22は、上端位置から被処理体Wが位置する範囲まで垂下させてある。従って、この場合には、被処理体Wの周縁部での加熱が表面と裏面との両方で促進されることになり、周縁部からの放熱による温度の低下が防止される。
【0031】
さらに、被処理体Wの裏面側に位置する均熱部材22の配置構成には、図5に示す構成がある。すなわち、図5に示す配置構成は、プロセスチューブ12の内部において、被処理体Wの昇降経路と干渉しない領域にて、被処理体Wの裏面両側方に均熱部材22がそれぞれ配置してある。なお、裏面に配置された均熱部材22は、被処理体Wの搬入前に予め面状発熱源20により加熱されているので、裏面側から被処理体Wの周縁部に向けた加熱を行なうことが可能になる。あるいは、図6に示すように、一部の均熱部材22を、被処理体用ホルダー30に一体化することもできる。このように、被処理体Wの表面はもとより、裏面、特に、被処理体Wの周縁部に向けた加熱を行なうことで、被処理体Wの放熱が大きい箇所である周縁部での温度を低下させることなく、面内での温度分布を均一化することができる。しかも、炭化硅素等の耐熱性が良好でかつ、汚染度が低い材質を用いることによって、プロセスチューブ12の処理空間を発熱源から熱的に隔離することができるので、発熱源が汚染の原因となる重金属を含む材料により構成されている場合であっても、重金属による汚染を有効に防止することができる。
【0032】
一方、プロセスチューブ12の内部には、処理部10に対して被処理体Wを熱処理部10に移送するための被処理体用ホルダー30が設けられている。
【0033】
被処理体用ホルダー30は、例えば、図1に示す処理位置と被処理体Wの搬出入位置との間で上下動可能なロッド部材で構成され、その上端部には、被処理体Wの載置部30Aが形成されている。載置部30Aは、本実施例の場合、一例として、図7に示すように、リング状に形成された受け台30A1の上面に周方向に沿って複数、図では4箇所に、載置用支柱30A2が設けられている。この受け台30A1は、被処理体Wの裏面側に位置する均熱部材22又は22Aからの輻射熱線行を妨げない骨組み構造に設定されている。
【0034】
遮蔽部材30Bは、処理部内部からの輻射熱の遮断および熱処理部内でのプロセスガスの密封、さらには被処理体Wが移動する場合の気流の整流を行なうために設けられていて、被処理体用ホルダー30の軸方向他端に至る途中に設けられた蓋体で構成されている。
【0035】
そして、遮蔽部材30Bは、被処理体Wの裏面に位置する均熱部材22からの加熱によって蓄熱することになるので、載置された被処理体Wを予熱する機能をもたせることができる。また、遮蔽部材30Bは、被処理体Wの移動時での気流の整流を行なう機能を果すための構成を備えている。すなわち、図1において、遮蔽部材30Bの外径(A)は、上記載置部30Aが処理位置から搬入出のために移動したとき、給気パイプ14の予熱部14Aの内壁面との間に存在するガスに急激な流速が生じない程度の隙間が得られる大きさに設定されており、本実施例では、予熱部14Aの内壁面の内径(B)よりも5mm〜30mm程度小さくなるように設定されている。
【0036】
これは、例えば、熱処理後に被処理体用ホルダー30が熱処理部10から移動した場合に被処理体Wに面内温度差が生じるのを防止するためである。つまり、予熱部14Aと遮蔽部材30Bとの関係のように、接近した部材同士が相対的に移動した場合、その間に存在している気体、特に遮蔽部材30Bの周縁近傍に存在する気体には巻き込みによる流速が発生する。そして、この気流の速度は両者間の隙間の大きさに影響され、この隙間が小さ過ぎると流速が急激に増加し、遮蔽部材30Bを境にして一方の空間である処理位置内に対流が起こることになる。このため、被処理体Wの周縁部からの放熱が促進されてしまう。そこで、遮蔽部材30Bの外径寸法を決めることにより、熱処理時には被処理位置内での温度勾配を変化させないようにする。さらにこれに加えて、被処理体Wがアンロードされるために処理位置に対して移動する場合には、気流速度の増大を抑えて被処理体Wの面内温度差が生じるのを防止する。従って、被処理体Wがロード,アンロードのために移動する時には、遮蔽部材30Bの周辺で気流にある程度の速度が生じた場合であってもこの速度を処理位置内に作用させないようにして、いわゆる、処理位置での対流を防止し、被処理体Wの面内温度差を発生させないようにすることができる。
【0037】
本実施例では、この遮蔽部材30Bにおける外径寸法の特定に加えて、遮蔽部材30Bには、図7に示すように周方向に沿って気体の逃げ孔30B1が上方に貫通して複数形成されている。この気体の逃げ孔30B1を形成することで被処理体Wの周縁近傍での気体の巻き込みを少なくするようにしてもよい。
【0038】
なお、遮蔽部材30Bの形状は、上記した蓋状に限らず、被処理体用ホルダー30が移動するときの気流の乱れや速度の発生を抑える形状が設定されることは勿論であり、例えば、上下に円錐形を組み合わせた形状にしても良く、また、複数枚を連続的に設けても良い。
【0039】
図8には、複数の遮蔽部材を設けた場合の例が示されている。この場合には、縦軸方向に沿って複数の遮蔽部材、図8では4段の遮蔽部材30B10、3012、30B14、30B16が設けられ、下段に向かうに従い、順次、外径が拡大される関係を設定されている。そして、これら各遮蔽部材の周面近傍には、プロセスチューブ12の内壁に固定され、縦方向に沿って上段側から順に縮径された仕切り板30B20、30B22、30B24が配置されている。この仕切り板30B20、30B22、30B24は、熱処理部10での熱を遮断することで熱処理部とこの下方との間での温度勾配を防いで気流の発生を防止するために設けられている。また、各段の遮蔽部材には、図7の遮蔽部材30Bに形成されているのと同様に、複数の気体の逃げ孔が形成されている。この場合の気体の逃げ孔は、各段の遮蔽部材同士で異なる位置に形成されている。各仕切り板にも、同様に気体の逃げ孔を形成することができる。さらに、上記各仕切り板に対する2段目以降の遮蔽部材30B10、3012、30B14、30B16は、被処理体用ホルダー30の受け台30Aが処理位置にあるとき、仕切り板30B20、30B22C、30B24の下方に位置する関係を設定されて被処理体用ホルダー30のロッド部に固定されている。なお、図8に示した遮蔽部材の構造は、プロセスチューブ12内に図1で示した吸気パイプ14の予熱部14Aがない場合を対象としたが、図1の場合と同様に、吸気パイプ14の余熱部14Aを設けた場合を対象とすることも可能であり、図9には、この場合の構造が示されている。図9に示した場合には、吸気パイプ14の予熱部14Aが下方側に設置されている方が、順次、縮径させて構成されている。
【0040】
また、被処理体用ホルダー30の軸方向他端には、上記した遮蔽部材30B10、30B12、30B14、30B16に加えて、さらに一つの遮熱部材30Cが設けられている。この遮熱部材30Cはフランジによって構成され、この端部の下方に位置する冷却ロッド32に連結されている。遮熱部材30Cは、被処理体用ホルダー30の載置部30Aが熱処理部10内での被処理体Wの処理位置に設定されているとき、プロセスチューブ12の下端開口近傍を覆って後述する被処理体搬入出部50に対する輻射熱の通過を遮断するためのものである。なお、前述した遮蔽部材のうち、図8,図9に示すように最上段に位置する遮蔽部材30B10は、被処理体Wの裏面加熱のために用いることも可能であり、さらに、裏面側に位置する均熱部材の中央部と周縁部とで材質等を変えて、温度を異ならせることも可能である。特に、後者の場合には、周縁部の方を温度が高く設定することは勿論である。
【0041】
一方、冷却ロッド32は、被処理体用ホルダー30を冷却するためのものである。このため、冷却ロッド32は金属製であり、内部には、図10に示すように、水冷ジャケット32Aが形成されている。
【0042】
さらに、被処理体用ホルダー30および冷却ロッド32の中央部には、図10に示すように、載置部30Aに至る貫通孔34が形成されている。この貫通孔34には、熱処理部10での処理温度を近似的に測定するための温度計36のリード線36Aが挿通されている。温度計36は、被処理体Wの載置部30Aの裏面に配置されて被処理体Wの表面温度を検知するようになっている。また、この貫通孔34は、温度計に代えて、例えば、被処理体Wの表面色から温度を検知する光学式温度センサへの光路として用いることも可能である。また、この貫通孔34の一部には、例えば、N2 ガスなどのパージガスの供給パイプ38が連通させてあり、貫通孔34内をパージするようになっている。
【0043】
なお、上記被処理体用ホルダー30における載置部30Aは、被処理体Wの面内での放熱による温度分布の不均一化を防止するために接触面積を小さくすることが必要である。そこで、本実施例においては、上記載置部30Aに設けられている図7の載置支柱30A2に代えて、図11に示す載置支持構造とすることも可能である。つまり、図11(A)に示す構造は、略直角に交差する勾配面30A10、30A12を形成したものであり、一方の勾配面30A10の頂点に被処理体Wを載置し、他方の勾配面30A12をセンタリングのためのガイド面として用いている。また、図11(B)に示す構造は、図11(A)に示した交差する勾配面を形成する際の切削工具の逃げ部30A20を交差位置に形成したものであり、これにより加工性を向上させている。さらに図11(C)に示す構造は、上記交差する面が形成されたロッド部材30A30を用いたものである。
【0044】
一方、図1において、被処理体搬入出部50は、プロセスチューブ12の下端開口の下方に位置する気密室で構成され、主に、大気に対して気密状態を保ちながら被処理体用ホルダー30との間で被処理体Wを搬入出する箇所である。
【0045】
このため、被処理体搬入出部50は、図12に示すように、第1、第2のロードロック室52、54と、これらロードロック室52、54からの被処理体Wをプロセスチューブ12に受渡すための受渡し室56が直角な位置にそれぞれ配置されている。そして、第1、第2のロードロック室52、54は、ともに同じ構成とされ、第1のロードロック室52に関して説明すると、第1、第2のゲートバルブ52A、52B、伸縮・昇降および回転可能な搬送アーム52C、ガス導入孔52D、ガス排出孔52Eを備えている。
【0046】
また、第2のロードロック室54は、第1、第2のゲートバルブ54A、54B、伸縮・昇降および回転可能な搬送アーム54C、ガス導入孔54D、ガス排出孔54Eをそれぞれ備えている。ゲートバルブ52A、52B、54A、54Bは、装置外部とロードロック室52、54との間であるいはロードロック室52、54と受渡し室56との間で被処理体Wを搬入出する際に開き、気密状態を維持する場合に閉じるという開閉機能を備えている。搬送アーム52C、54Cは、例えば多関節を有するアームにより構成され、装置外部からロードロック室52、54へ、あるいは、ロードロック室52、54から受渡し室56へと被処理体Wを搬入出する機能を備えている。ガス導入孔52D、54Dは、ロードロック室52および54を、例えばN2 ガスによりパージするためのものであり、また、ガス排出孔52E、54Eは、ロードロック室52、54を真空引きするためのものである。
【0047】
そして、図1において、この被処理体搬入出部50の近傍には、シャッター駆動部60が設けられている。
【0048】
すなわち、シャッター駆動部60は、プロセスチューブ12の下端開口の下方で縦軸方向に沿って複数設けられた遮熱用の第1のシャッター62、第2のシャッター64を備えている。この遮熱用の第1、第2のシャッター62、64は、被処理体搬入出部50をはさんで縦軸方向両側に配置され、シリンダ等の駆動部材66により相反する方向に移動することで開閉可能なシャッター板62A、62Bおよび64A、64Bを備えている。
【0049】
上記各シャッター板は、共に、水冷ジャケットが内部に形成された断熱構造のものである。これらシャッター板のうち、プロセスチューブ12の下端開口側に位置する第1のシャッター62におけるシャッター板62A、62Bは、図13に示すように、対向面がL字状に形成されて重なり合うように構成されている。これは、対向面同士が密着した際に、プロセスチューブ12からの輻射熱線の通過を遮断して、気密室の下方の温度が上昇するのを防止するためである。もちろん、各シャッター板62A,62Bには、冷却ロッド32を挿通させる孔が形成されている。また、シャッター板62A、62Bは、図14(A)に示すように、先端に被処理体用ホルダー30をはさみ込むことのできる凹部が形成されている。そして、この先端は、図14(B)に示すように、互いにオーバーラップすることができるようになっており、オーバーラップした状態で上方からの熱線の通過を遮断するようになっている。なお、第2のシャッター64も、図13,図14と同様に構成することができる。
【0050】
また、この第1、第2のシャッター62、64が位置する気密室には、被処理体Wの雰囲気気体の切り換え構造が設けられている。
【0051】
すなわち、第1、第2のシャッター62、64の進退部には、図15に示すように、例えば、周方向で等分された位置にプロセスガスとは異なる不活性気体、一例として、ヘリュウムガス(He)を吹き出させるための噴射ノズル70が配置されている。この噴射気体は、熱処理部10から搬出された被処理体Wをプロセスガスの雰囲気下から即座に雰囲気ガスを切り換えてプロセスガスの接触を断ち、被処理体Wの移動途中に望まれない生成膜が形成されるのを防止するようになっている。また、このような雰囲気ガスを即座に切り換え、かつ、熱処理部からの温度の影響を受けていない不活性気体との接触下におかれることで、被処理体Wのサーマルバジェット、いわゆる、被処理体Wが受ける熱収支を安定させて面内での温度分布の変化を抑えて面内均一性を確保するようになっている。そして、この噴射ノズル70の数に合わせて周方向で噴射ノズル70と干渉しない等分位置には排気口(図示せず)が設けられている。この噴射ノズル70は、水平方向に冷却気体を噴射する噴射口を縦軸方向の複数箇所に有し、図15に示すように、退避した位置にある被処理体Wの面と平行に冷却気体を噴射することができる。なお、この噴出気体を第1、第2のシャッターの冷却用としても良く、さらには、この気体を用いて熱処理部10から搬出された被処理体Wの冷却を行なうようにしても良い。
【0052】
ところで、図15において、上記した被処理体用ホルダー30および冷却ロッド32の駆動機構40は、次のような構成となっている。
【0053】
すなわち、駆動機構40は、被処理体用ホルダー30と一体にされている冷却ロッドの軸方向端部に連結された昇降アーム42を備えており、この昇降アーム42は、例えば、ボールネジとナットとを組み合わせた昇降機構44によって上下動させることができる。そして、昇降アーム42内には、例えば、歯車を介した回転機構が設けられており、この回転機構は、被処理体用ホルダー30が熱処理部10に対して搬入出されるときに少なくとも1回転以上の回転を、そして、被処理体用ホルダー30が熱処理部10から退避して被処理体Wを第1のシャッター62の下方に位置する噴射ノズル70に対向させたときには、例えば、60rpm程度の回転を行なわせるようになっている。なお、被処理体用ホルダー30の昇降動作の際の気密性を確保するために、気密室と被処理体用ホルダー30との間には、磁性流体を用いたシール構造46(図1参照)あるいは図示しないベローズ構造が設けられている。なお、被処理体用ホルダー30の昇降駆動に関しては、上述した昇降機構44とは別に独立して上下動させるようにしてもよい。
【0054】
そして、被処理体30は、熱処理時に必要な回転数を以って回転するようになっているが、熱処理部10への搬入時および搬出時においても、少なくとも1回転以上の回転を行ないながら移動する駆動制御が行なわれる。このような搬入出時での回転は、面状発熱源24からの輻射熱の供給およびプロセスガスとの接触を均一化することにより、熱処理前後での被処理体Wの面内均一性を確保するために実行される。
【0055】
次に作用について説明する。
【0056】
被処理体Wの熱処理を行なう場合には、被処理体Wが被処理体搬入出部50に搬入される。すなわち、この場合を第2のロードロック室54を対象として説明すると次のとおりである。
【0057】
まず、被処理体Wを搬入する場合、第2のロードロック室54内をガス導入孔54DによるN2 パージすることにより、予め、大気圧と同圧に設定しておく。外気とロードロック室54内とを同圧にすれば、ゲートバルブ54Bが開いたときに、気体の急激な流れ込みによる塵や埃等の浸入飛散を防ぐことができる。次にゲートバルブ54Bを開いて被処理体Wが受渡し室56内に搬入される。その後、ゲートバルブ54Bが閉じられ、ガス排気孔54Eによって真空引きが実行される。この場合には、受渡し室56も同様に、予め真空引き、N2 パージが行なわれていることが望ましい。さらに、プロセスチューブ12、第1、第2のシャッター62、64の間の空間も真空引きし、ロードロック室54と同圧にしておくことが望ましい。
【0058】
一方、ロードロック室54内の搬送アーム54Cにより、ゲートバルブ54Aを介して被処理体Wが受渡し室56に搬送されると、予め、被処理体用ホルダー30の載置部30Aが搬送アーム54Cの搬送経路上に位置されているので、被処理体Wの受渡しが行なわれる。このときには、第1のシャッター62が閉じられ、そして、第2のシャッター64が開かれている。そして、被処理体Wの受渡しが完了すると、被処理体用ホルダー30が駆動機構40により回転し始める。被処理体用ホルダー30は、熱処理部10の所定の処理位置に到達するまでの間、例えば、2〜3回転等のような1回転以上の回転を行ない、所定の処理位置に達した時点で回転を停止する。このときには、第1、第2のシャッター62、64がともに開いている。
【0059】
被処理体用ホルダー30が上昇する過程で、被処理体Wは、気体切り換え構造におけるヘリュウムガスによる雰囲気下から熱処理部10に移動した途端にプロセスガスの雰囲気下に置かれることになる。そして、処理位置に達した被処理体用ホルダー30は、給気パイプ14の予熱部14Aの内周面近傍に接近した位置に位置決めされて熱処理時での回転数に切り換えられる。そして、熱処理部10では、給気パイプ14から予熱されたプロセスガスが供給される。
【0060】
プロセスガスの供給により熱処理が開始されると、第1のシャッター62は開いたままであり、そして第2のシャッター64は閉じた状態に維持される。従って、被処理体用ホルダー30の遮蔽部材30Bが熱処理部10の下方を覆う状態に配置されることになるので、熱処理部10から漏洩する輻射熱の熱線を遮断する。しかも、熱処理部10内では、プロセスガスが密封されて熱処理環境が設定されるとともに、均熱部材22を介して被処理体Wの表面および裏面、特に、裏面の場合には、周縁部に対して輻射熱線を与えることができるので、被処理体Wの面内での温度分布の均一化が促進されることになる。
【0061】
一方、熱処理終了時点では、被処理体用ホルダー30が、その載置部30Aを第1のシャッター62の下方に位置決めされる。このとき、被処理体用ホルダー30の遮蔽部材30Bは、気体の逃げ孔および給気パイプ14の予熱部14Aに対する外径寸法の設定によって周縁部での気体の巻き込みが少なくされることで被処理体Wの周縁部からの放熱を抑えられ、面内での温度分布の不均一化を防止されることになる。
【0062】
また、第1のシャッター62の下方に位置決めされた被処理体用ホルダー30は、載置部30A上の被処理体Wが、例えば、60rpm程度の回転数に切り換えられて回転するとともに、シャッターの進退部から供給されるヘリュウムガスにより、被処理体W搬入出部50との間の熱遮断を行なうとともに、雰囲気ガスの環境下を切り換え、さらには被処理体Wを冷却する。また、この時、被処理体Wは、上方に位置する第1のシャッター62からの冷気により冷却を促進されることになる。
【0063】
このようにして、熱処理後の冷却が行なわれた被処理体Wは、搬入時と同じ状態を設定される。そして、この状態で噴射ノズル70との対向位置から受渡し室56に移動させられ、搬入時と逆の手順によって被処理体Wを搬出させることができる。
【0064】
本実施例によれば、プロセスチャンバーの下端開口の下方に位置する気密室に設けられているシャッターを被処理体の冷却構造として用いることができるので、特別な構造を要することなく、冷却時間を短縮することができる。
【0065】
さらに本実施例によれば、均熱部材とプロセスチューブとの間で処理位置下方を囲繞する断熱材を設けることにより、熱処理位置内での被処理体の表面と裏面との間の温度勾配を適正化することができ、温度勾配の急変による気流の発生を防止して被処理体周縁部での放熱を抑えることができる。
【0066】
なお、本発明は、上記実施例に限られるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々変形実施することが可能である。
【0067】
例えば、本発明が対象とする被処理体は、少なくとも面状形状の被処理体であれば良く、半導体ウエハ以外にも例えば、LCD等であっても良い。さらに、本発明が適用される熱処理装置としては、CVD装置以外にも、例えば、酸化、拡散、アニールに適用される装置を対象とすることも可能である。
【0068】
次に、図16以降により本発明による熱処理装置のときに被処理体の裏面を有効的に加熱するための実施例を説明する。
【0069】
図16以降に示された実施例は、被処理体ホルダー30と同軸上に、前記した遮蔽部材に代えて、対構成からなる反射部材を設けたことを特徴としている。なお、図16以降の図において、図15までに用いられた構成部品と同じものは同符合とし、その詳細な説明を省く。
【0070】
すなわち、被処理体ホルダー30における載置部30Aの下方には、被処理体用ホルダー30と同軸上にて第1の反射部材100および第2の反射部材110がそれぞれ設けられている。
【0071】
第1の反射部材100は、被処理体用ホルダー30に対して独立して回転および上下動が可能な状態に支持され、また、第2の反射部材110は、ホルダー30に固定としてもよいが、好ましくは第1の反射部材100と一体で上下動させることもできる。なお、上記構成では第1の反射部材100のみを回転可能としたが、第1,第2の反射部材100,110が相対的に回転されるものであればよい。
【0072】
第1、第2の反射部材100、110は、図1に示した実施例における遮蔽部材30Bを取り除いて設けられたものであり、載置部30Aに対向する面が例えば研磨によって鏡面仕上げされた炭化ケイ素(SiC)が用いられている。
【0073】
第1、第2の反射部材100、110の盤面には、周方向に沿って反射効率が異なる領域が複数箇所に等分されて設けられている。この反射効率を異ならせた領域は、輻射熱線の透過率を異ならせることによって得られるようになっている。このため、本実施例では、図17に示す一例のように、第1の反射部材100側においては、周方向に沿って等分して形成された透過部100Aが設けられ、また第2の反射部材110側では、反射面内に透過部100Aの形状に合せた熱線吸収部110Aが形成されている。また、このような透過率を異ならせる構造としては、透明部と不透明部とを交互に設けることによっても得られる。この場合の透過部としては、透明石英が選択され、この透明石英の周方向に沿って不透明化することで透過率を異ならせる。なお、不透明部を構成する場合には、灰色体である炭化ケイ素(SiC)を分配配置させてもよい。炭化ケイ素(SiC)を用いる場合には、輻射熱を反射させることなく吸収することができるので、この部分からの二次エネルギとして輻射熱を出射するようにすることもできる。
【0074】
このような熱線の透過率を異ならせる構造を備えた第1、第2の反射部材100、110は、両者の相対的な回転により、その熱線の透過部の位相を異ならせて、いわゆる、重なり具合を調整することにより、被処理体Wへの反射熱量を調整することができる。
【0075】
すなわち、図17において、二点鎖線で示すように、第2の反射部材の熱線吸収部110Aに対して第1の反射部材100側の透過部100Aの重なり具合を変えることにより、第2の反射部材110からの反射熱量が変化する。
【0076】
本実施例では、このような重なり具合を調整するために、被処理体Wの少なくとも周縁部と中心近傍との温度を検出する温度センサ(図示せず)を配置し、この温度センサからの検出温度に応じて、透過部100Aと熱線吸収部110Aとの重なりを調整することにより、被処理体Wへの反射熱量を変化させることができる。
【0077】
また、第1、第2の反射部材100、110のうち、被処理体Wの裏面に対向する位置にある第1の反射部材100の上面は、図18に示すように、横断面形状において中央部が周縁部よりも薄くなる凹状に形成することもできる。この場合、凹状をなす角度θは、被処理体Wの裏面に向け反射した熱線が進行できる角度に設定される。
【0078】
さらに、第1の反射部材100の内部には、図16,図18に示すように、空胴部100Bが形成されており、この空胴部100B内には、加熱媒体および冷却媒体のいずれかが導入されるようになっている。
【0079】
第1の反射部材100の内部に媒体を供給するための構造としては、図16に示すように、第2の反射部材110を利用する。つまり、第2の反射部材110の内部において、遮蔽部材30Cの内部で第1の反射部材100の空胴部100Bと連通する循環路110Bを形成し、この循環路110Bの一部に外部から媒体を供給および回収できる通路110C、110D、110Eをそれぞれ配管する。これにより、循環路110B内に充填された媒体は、第1の反射部材100の空胴部100B内を循環し、循環路110Bを介して排出される。なお、図16中、黒丸は、連結部でのシール部材を示している。
【0080】
このような加熱媒体あるいは冷却媒体の供給時期は、加熱媒体に関しては、処理位置に向けて被処理体用ホルダー30が移動する過程で後述する予熱部140に被処理体用ホルダー30の載置部30Aが位置したときであり、また、冷却媒体に関しては、被処理体搬入出部50に向け被処理体用ホルダー30が移動を開始した時点である。これにより、加熱した場合には、予熱効果を向上させることができるとともに、冷却した場合には、常温に近い温度での被処理体Wの搬入出が行える。また、搬出のために移動する被処理体Wは、処理位置から離れる際に処理温度以下に設定されるので、不要な自然酸化膜などが成膜される虞がない。
【0081】
一方、図19において、プロセスチューブ12の開口下方の位置で第1、第2のロードロック室52、54の上部位置には、被処理体Wを予熱するための空間からなる予熱部140が設けられている。この予熱部140は、上下方向での長さが被処理体用ホルダー30の載置部30Aおよび第1、第2の反射部材100、110が位置することができる長さに設定されている。これにより、被処理体搬入出部50において被処理体Wが載置された被処理体用ホルダー30は、第1のシャッタ62が開放された時に予熱部140に移動することができる。そして、予熱部140に被処理体用ホルダー30が移動すると、第1のシャッター62が閉じられ、被処理体用ホルダー30は一旦停止し、均熱部材22からの輻射熱を受けて表面温度が高めらる。この温度としては、熱線をなす赤外線の吸収効率が良好になる温度である400℃以上600℃以下の温度が設定される。このように被処理体搬入出部50から処理位置に向け移動する間に被処理体が予熱されることになり、処理位置に達した時点で急激な温度上昇を来すことがないので、スリップ等の弊害を抑制することができる。しかも、処理位置に達した場合に処理温度に上昇するまでの時間が短縮できる。
【0082】
次に本実施例の作用について説明する。
【0083】
被処理体Wの熱処理を行なう場合には、被処理体Wが被処理体搬入出部50に搬入される。すなわち、この場合を第2のロードロック室54を対象として説明すると次のとおりである。
【0084】
まず、被処理体Wを搬入する場合、第2のロードロック室54内をガス導入孔54D(図12参照)によるN2 パージすることにより、予め、大気圧と同圧に設定しておく。外気とロードロック室54内とを同圧にすれば、ゲートバルブ54Bが開いたときに、気体の急激な流れ込みによる塵や埃等の浸入飛散を防ぐことができる。次にゲートバルブ54Bを開いて被処理体Wが第2のロードロック室54内に搬入される。その後、ゲートバルブ54Bが閉じられ、ガス排気孔54Eによって真空引きが実行される。この場合には、受渡し室56も同様に、予め真空引きが行なわれていることが望ましい。さらに、プロセスチューブ12、第1、第2のシャッター62、64の間の空間も真空引きすることによりロードロック室54と同圧にしておくことが望ましい。
【0085】
一方、ロードロック室54内の搬送アーム54Cにより、被処理体Wがゲートバルブ54Aを介して受渡し室56に搬送されると、予め、被処理体用ホルダー30の載置部30Aが搬送アーム54Cの搬送経路上(図19において符号S1で示す位置)に位置されているので、被処理体Wの受渡しが行なわれる。このときには、第1のシャッター62及び第2のシャッター64が閉じられている。そして、被処理体Wの受渡しが完了すると、被処理体用ホルダー30が駆動機構40により回転し始める。被処理体用ホルダー30は、熱処理部10の所定の処理位置に到達するまでの間、例えば、2〜3回転等のような1回転以上の回転を行ない、所定の処理位置に達した時点で回転を停止する。第1、第2のシャッター62、64は、ホルダー30等が上方に移動して各シャッターと干渉しない位置に到達した直後に閉じられる。
【0086】
被処理体用ホルダー30が上昇する過程において、被処理体搬入出部50の上方に移動した被処理体用ホルダー30は、図19において符号S1で示すように、予熱部140に達すると一旦停止する。そして、この状態が維持されると、第1の反射部材100の空胴部100B内に加熱媒体が供給されるとともに、均熱部材22からの輻射熱によって被処理体Wの温度が上昇し、いわゆる、予熱が行われる。この予熱温度に関しては、温度計36によって検出される。
【0087】
そして、予熱部140での被処理体Wの温度が所定温度に達した時点で被処理体用ホルダー30が処理位置へ上昇すると、均熱部材22に接近したことにより被処理体Wの表面の温度が輻射熱を受けることで上昇する。また、被処理体Wの裏面は、第1の反射部材の反射面からの反射光によって加熱される。
【0088】
このとき、図示しない温度センサにより検出された温度に基づき、被処理体Wの面内温度が不均一の場合には、第1の反射部材100における透過部100Aと第2の反射部材110における反射面をなす不透明部110Aとの相対位置を変化させる。
【0089】
さらに、この温度調整に関しては、前記した反射効率の変更だけでなく、被処理体ホルダー30とは独立して第1の反射部材100と載置部30Aとの間の距離を変化さることにより、被処理体Wの面内均一性を確保しながら温度調整を実行することができる。
【0090】
また、第1の反射部材の表面形状によっても被処理体の裏面の温度上昇を促進することができる。
【0091】
一方、処理位置での成膜処理が終了した場合には、被処理体用ホルダー30が下降する。下降途中において被処理体搬入出部50に達する前には、第1の反射部材100の空胴部100Bに冷却媒体が加熱媒体と入れ替えられ、第1の反射部材100の温度を下げる。冷却媒体により第1の反射部材100の温度が下げられるのにあわせて、被処理体用ホルダー30に保持されている被処理体Wの温度が常温近傍に達すると、図19において符号S1で示すように、被処理体用ホルダー30の載置部30Aが被処理体搬入出部50内に位置し、前記した受け渡し作業が行われる。以後、再度被処理体用ホルダー30の載置部30Aに被処理体Wが移し変えられた場合には、前記と同様な手順を繰り返す。
【0092】
【発明の効果】
請求項1及び3記載の発明では、特に放熱が多い被処理体の周縁部を、被処理体の裏面側より加熱することで、被処理体の処理温度の面内均一性を確保することができる。
【0093】
請求項2の発明では、二次加熱源の加熱ひいては被処理体周縁部の加熱を効率良く行うことができる。
【0094】
請求項4の発明では、被処理体周縁部への熱線の反射を効率良く行うことができる。しかも、反射部材は被処理体用ホルダーと共に被処理体の出し入れ位置に移動したとしても、反射部材の温度はさほど高まらないので、被処理体の出し入り口雰囲気の温度が上昇することはない。
【0095】
請求項5及び6の発明では、被処理体周縁部に反射される熱線強度を可変し、被処理体の処理温度の面内均一性を調整できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す熱処理装置の全体構成を説明するための断面図である。
【図2】図1に示した熱処理装置に用いられる給気パイプの構造を示す斜視図である。
【図3】図1に示した熱処理装置での加熱構造の他の例を示す部分的な断面図である。
【図4】図1に示した熱処理装置に用いられる加熱構造の別の例を示す断面図である。
【図5】図1に示した熱処理装置に用いられる加熱構造のさらに他の例を示す断面図である。
【図6】図1に示した熱処理装置に用いられる加熱構造のさらに別の例を示す断面図である。
【図7】図1に示した熱処理装置に用いられる被処理体用ホルダーの一例を示す部分的な斜視図である。
【図8】図7に示した被処理体用ホルダーの他の構造を示す部分的な断面図である。
【図9】図7に示した被処理体用ホルダーの別の例を示す断面図である。
【図10】図7に示した被処理体用ホルダーの内部構造を説明するための断面図である。
【図11】(A)〜(C)はそれぞれ、図7に示した被処理体用ホルダーの載置部の構造を示す部分断面図である。
【図12】図1に示した熱処理装置に用いられる被処理体搬入出部の構成を説明するための平面視的な模式図である。
【図13】図1に示した熱処理装置に用いられるシャッターの断面図である。
【図14】図13に示したシャッターの一例を示す模式図であり、(A)は開いた状態を、(B)は閉じた状態をそれぞれ示している。
【図15】図1に示した熱処理装置における気体切り換えおよび冷却構造を示す断面図である。
【図16】本発明による熱処理装置の別実施例を説明するための断面図である。
【図17】本発明による熱処理装置の用部構造を説明するための斜視図である。
【図18】本発明による熱処理装置に用いられる反射部材の構造を説明するための部分的な拡大断面図である。
【図19】本発明による熱処理装置の別実施例の全体構成を説明するための断面図である。
【符号の説明】
10 処理位置
12 プロセスチューブ
14 給気パイプ
14A 予熱部
30 被処理体用ホルダー
30A 載置部
30B 遮蔽部材
30B10〜30B16 遮蔽部材
30C 遮熱部材
50 被処理体搬入出部
60 シャッター駆動部
62 第1のシャッター
64 第2のシャッター
66 噴射ノズル
100 第1の反射部材
100A 透明部
100B 熱媒体を循環させるための空胴部
110 第2の反射部材
110A 不透明部[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a heat treatment apparatus for heat-treating an object to be processed in a vertical process tube.
[0002]
[Prior art]
For example, in the manufacture of semiconductor wafers, LCD substrates, and the like, various heat treatment apparatuses are used to perform processes such as oxidation, diffusion, annealing, and CVD. In these heat treatment apparatuses, for example, achieving high process accuracy, improving the uniformity of the temperature distribution in the surface of the object to be processed, and increasing the efficiency of heat treatment are major technical issues. Yes.
[0003]
By the way, in recent years, the semiconductor process has been further miniaturized, and along with this, the diameter of the wafer has been increased to 8 inches to 12 inches, and a large substrate such as an LCD substrate has been uniformly and efficiently produced. A heat treatment apparatus for processing is also required. Process miniaturization progresses in response to this situation, processing becomes more precise as workpieces become larger in diameter, more uniform temperature distribution in the surface of the workpiece, heat treatment efficiency Further improvement is required. In addition, there is a demand for improvement in throughput when manufacturing an object to be processed having such a large diameter.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
With the increase in the diameter of the object to be processed, there are the following problems when actual processing is performed.
[0005]
That is, it is necessary to effectively prevent slip and distortion generated in the object to be processed as the diameter of the object is increased, and to improve the uniformity of the temperature distribution in the surface of the object. Therefore, in order to meet such demands, how to uniformly apply temperature to the object to be processed, and the temperature difference between the central part and the peripheral part, which is caused by the amount of heat radiation in the peripheral part is larger than that in the central part. How to reduce the amount of technology is a major technical issue. Further, along with the miniaturization of the process, it is necessary to increase the accuracy of processing on the object to be processed and reduce the degree of contamination on the object to be processed. Therefore, how to efficiently perform heat treatment in a short time in order to achieve uniform film quality and film thickness within the surface of the object to be processed is a major technical issue.
[0006]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a heat treatment apparatus capable of efficiently performing heat treatment while ensuring in-plane uniformity on the object to be processed in view of the problems in the conventional heat treatment apparatus.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 is a vertical process tube having a lower end opening for loading and unloading the object to be processed, and provided with a primary heating source on the upper side for radiatively heating the object to be processed disposed at the processing position;
The object to be processed in a horizontally supported state is carried into the process tube from the opening, and a holder for the object to be processed that can be moved up and down to be set at the processing position;
Gas supply means for supplying a reaction gas toward a processing position in the process tube;
A secondary heating source that radiates a secondary radiant heat ray toward the back surface of the target object set at the processing position and heats at least a peripheral portion of the target object by being heated by the primary heating source. When,
It is characterized by having.
[0008]
The invention according to
The secondary heating source is horizontally disposed in a region below the processing position and not interfering with the lifting path of the holder.
[0009]
The invention according to claim 3 is a vertical process tube having a lower end opening for loading and unloading the object to be processed, and provided with a heat source for heating the object to be processed arranged at the processing position,
The object to be processed in a horizontally supported state is carried into the process tube from the opening, and a holder for the object to be processed that can be moved up and down to be set at the processing position;
Gas supply means for supplying a reaction gas toward a processing position in the process tube;
Reflection that directly or indirectly enters radiant heat rays from the heat source, reflects the incident heat rays toward the back surface of the target object set at the processing position, and heats at least the peripheral portion of the target object. Members,
It is characterized by having.
[0010]
The invention according to claim 4 is the invention according to claim 3,
The reflecting member is horizontally attached to the workpiece holder at a position below the workpiece support position of the workpiece holder.
[0011]
The invention according to claim 5 is the invention according to claim 4,
The reflection member is supported so as to be movable up and down relative to the holder for the object to be processed, and the distance between the object and the object to be processed is variable.
[0012]
The invention according to claim 6 is the invention according to claim 4,
At least two reflection members are arranged at different positions in the vertical axis direction of the object holder, and each reflection plate is formed with regions having different heat ray reflectivities in the circumferential direction. By rotating, the relative positional relationship of the regions having different reflection efficiencies of the reflecting plates changes.
[0013]
[Action]
In the first and third aspects of the invention, in-plane uniformity of the processing temperature of the object to be processed can be ensured by heating the peripheral edge of the object to be processed that is particularly radiated from the back surface side of the object to be processed. it can. In the invention of claim 1, the peripheral edge of the object to be processed is heated by the secondary heating source that is heated by the primary heating source and radiates the secondary radiant heat. In the invention of claim 3, the direct heating from the planar heating source is performed. This is performed by reflecting the heat ray incident on the object or the indirect side from the back surface side to the peripheral edge of the object to be processed.
[0014]
According to the second aspect of the present invention, the secondary heating source is disposed horizontally below the object to be processed and at a position that does not interfere with the lifting path of the object to be processed, so that the heating of the secondary heating source and the object to be processed can be achieved. The peripheral edge can be efficiently heated.
[0015]
According to the fourth aspect of the present invention, the reflection member is horizontally attached to the workpiece holder at a position lower than the workpiece support position of the workpiece holder, thereby reflecting the heat rays to the peripheral edge of the workpiece. Can be performed efficiently. Moreover, even if the reflecting member moves to the processing object insertion / removal position together with the processing object holder, the temperature of the reflecting member does not increase so much, so that the temperature of the inlet / outlet atmosphere of the processing object does not rise.
[0016]
In the invention of claim 5, the intensity of heat rays reflected by the peripheral edge of the object to be processed can be varied by making the distance between the reflecting member and the object to be processed variable. Thereby, the in-plane uniformity of the processing temperature of a to-be-processed object can be adjusted.
[0017]
According to the invention of claim 6, when at least two reflectors rotate relatively, the relative positional relationship of the regions having different reflection efficiencies of the reflectors changes, and the heat rays reflected on the periphery of the object to be processed The intensity is variable.
[0018]
【Example】
The details of the present invention will be described below with reference to the embodiments shown in FIGS.
[0019]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an overall configuration of a heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention, and in particular, an example of a structure for heating both front and back surfaces of a workpiece W.
[0020]
The heat treatment apparatus in the present embodiment is provided with a
[0021]
The
[0022]
An
[0023]
Further, the position corresponding to the back side of the processing surface of the object to be processed W is absorbed by the preheating
[0024]
Further, as shown in FIG. 1, an
[0025]
On the other hand, a
[0026]
A
[0027]
Further, a
[0028]
By the way, between the
[0029]
As another example of the arrangement configuration of the above-described
[0030]
Another example of such a divided arrangement is the structure shown in FIG. That is, the
[0031]
Furthermore, the arrangement configuration of the
[0032]
On the other hand, inside the
[0033]
The
[0034]
The shielding member 30B is provided for shielding the radiant heat from the inside of the processing section, sealing the process gas in the heat treatment section, and further rectifying the air flow when the body to be processed W moves. It is comprised with the cover body provided in the middle to the axial direction other end of the
[0035]
And since the shielding member 30B will heat-store by the heating from the
[0036]
This is to prevent, for example, an in-plane temperature difference from occurring in the object W when the
[0037]
In this embodiment, in addition to specifying the outer diameter of the shielding member 30B, the shielding member 30B is formed with a plurality of gas escape holes 30B1 penetrating upward along the circumferential direction as shown in FIG. ing. By forming this gas escape hole 30B1, the entrainment of gas in the vicinity of the periphery of the workpiece W may be reduced.
[0038]
Note that the shape of the shielding member 30B is not limited to the above-described lid shape, and it is of course possible to set a shape that suppresses the turbulence of airflow and the generation of speed when the
[0039]
FIG. 8 shows an example in which a plurality of shielding members are provided. In this case, a plurality of shielding members are provided along the vertical axis direction, in FIG. 8, four stages of shielding members 30B10, 3012, 30B14, and 30B16 are provided, and the outer diameter is sequentially increased toward the lower stage. Is set. In addition, partition plates 30B20, 30B22, and 30B24 that are fixed to the inner wall of the
[0040]
In addition to the above-described shielding members 30B10, 30B12, 30B14, and 30B16, another one
[0041]
On the other hand, the cooling
[0042]
Further, as shown in FIG. 10, a through
[0043]
In addition, it is necessary to reduce the contact area of the mounting
[0044]
On the other hand, in FIG. 1, the processing object carry-in / out
[0045]
For this reason, as shown in FIG. 12, the workpiece loading /
[0046]
The second
[0047]
In FIG. 1, a
[0048]
That is, the
[0049]
Each of the shutter plates has a heat insulating structure in which a water cooling jacket is formed. Among these shutter plates, the
[0050]
The airtight chamber in which the first and
[0051]
That is, as shown in FIG. 15, for example, an inert gas different from the process gas, for example, a helium gas, is provided at the positions equally divided in the circumferential direction at the advancing and retreating portions of the first and
[0052]
By the way, in FIG. 15, the
[0053]
That is, the
[0054]
The
[0055]
Next, the operation will be described.
[0056]
When the heat treatment of the workpiece W is performed, the workpiece W is carried into the workpiece carry-in / out
[0057]
First, when the workpiece W is carried in, the inside of the second
[0058]
On the other hand, when the object to be processed W is transferred to the
[0059]
As the
[0060]
When the heat treatment is started by supplying the process gas, the
[0061]
On the other hand, at the end of the heat treatment, the
[0062]
In addition, the
[0063]
Thus, the to-be-processed object W by which the cooling after heat processing was performed is set the same state as the time of carrying in. Then, in this state, the workpiece W is moved from the position facing the
[0064]
According to this embodiment, since the shutter provided in the hermetic chamber located below the lower end opening of the process chamber can be used as the cooling structure of the object to be processed, the cooling time can be reduced without requiring a special structure. It can be shortened.
[0065]
Furthermore, according to the present embodiment, by providing a heat insulating material that surrounds the lower part of the processing position between the heat equalizing member and the process tube, the temperature gradient between the front surface and the rear surface of the object to be processed in the heat treatment position is increased. It is possible to optimize the temperature, and it is possible to prevent the generation of an air flow due to a sudden change in the temperature gradient and suppress the heat radiation at the peripheral edge of the object to be processed.
[0066]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention.
[0067]
For example, the object to be processed according to the present invention may be an object to be processed having at least a planar shape, and may be an LCD or the like other than a semiconductor wafer. Furthermore, as a heat treatment apparatus to which the present invention is applied, other than a CVD apparatus, for example, an apparatus applied to oxidation, diffusion, and annealing can be targeted.
[0068]
Next, an embodiment for effectively heating the back surface of the object to be processed in the heat treatment apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG.
[0069]
The embodiment shown in FIG. 16 and subsequent figures is characterized in that a reflecting member having a pair structure is provided on the same axis as the
[0070]
In other words, the first reflecting
[0071]
The first reflecting
[0072]
The first and second reflecting
[0073]
On the board surfaces of the first and second reflecting
[0074]
The first and second reflecting
[0075]
That is, in FIG. 17, as indicated by a two-dot chain line, the second reflection is obtained by changing the overlapping state of the
[0076]
In the present embodiment, in order to adjust such an overlapping state, a temperature sensor (not shown) for detecting the temperature of at least the peripheral portion of the workpiece W and the vicinity of the center is arranged, and detection from this temperature sensor is performed. The amount of reflected heat to the workpiece W can be changed by adjusting the overlap between the
[0077]
In addition, among the first and second reflecting
[0078]
Further, as shown in FIGS. 16 and 18, a
[0079]
As a structure for supplying a medium to the inside of the first reflecting
[0080]
With respect to the heating medium or the cooling medium supply timing, with respect to the heating medium, the mounting portion of the
[0081]
On the other hand, in FIG. 19, a preheating
[0082]
Next, the operation of this embodiment will be described.
[0083]
When the heat treatment of the workpiece W is performed, the workpiece W is carried into the workpiece carry-in / out
[0084]
First, when the workpiece W is carried in, the same pressure as the atmospheric pressure is set in advance by purging the inside of the second
[0085]
On the other hand, when the workpiece W is transferred to the
[0086]
As the
[0087]
And when the to-
[0088]
At this time, when the in-plane temperature of the workpiece W is not uniform based on the temperature detected by a temperature sensor (not shown), the
[0089]
Furthermore, regarding this temperature adjustment, not only the above-described change in reflection efficiency, but also by changing the distance between the first reflecting
[0090]
Moreover, the temperature rise of the back surface of a to-be-processed object can be accelerated | stimulated also by the surface shape of a 1st reflective member.
[0091]
On the other hand, when the film forming process at the processing position is completed, the
[0092]
【The invention's effect】
In the first and third aspects of the invention, in-plane uniformity of the processing temperature of the object to be processed can be ensured by heating the peripheral edge of the object to be processed that is particularly radiated from the back surface side of the object to be processed. it can.
[0093]
According to the second aspect of the present invention, it is possible to efficiently heat the secondary heat source, and thus the peripheral edge of the object to be processed.
[0094]
In invention of Claim 4, reflection of a heat ray to a to-be-processed object peripheral part can be performed efficiently. Moreover, even if the reflecting member moves to the processing object insertion / removal position together with the processing object holder, the temperature of the reflecting member does not increase so much, so that the temperature of the inlet / outlet atmosphere of the processing object does not rise.
[0095]
According to the fifth and sixth aspects of the present invention, the in-plane uniformity of the processing temperature of the object to be processed can be adjusted by changing the intensity of heat rays reflected on the peripheral edge of the object to be processed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining an overall configuration of a heat treatment apparatus showing an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view showing a structure of an air supply pipe used in the heat treatment apparatus shown in FIG. 1. FIG.
3 is a partial cross-sectional view showing another example of a heating structure in the heat treatment apparatus shown in FIG.
4 is a cross-sectional view showing another example of a heating structure used in the heat treatment apparatus shown in FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing still another example of a heating structure used in the heat treatment apparatus shown in FIG.
6 is a cross-sectional view showing still another example of a heating structure used in the heat treatment apparatus shown in FIG. 1. FIG.
7 is a partial perspective view showing an example of a holder for an object to be used used in the heat treatment apparatus shown in FIG. 1. FIG.
8 is a partial cross-sectional view showing another structure of the workpiece holder shown in FIG. 7. FIG.
9 is a cross-sectional view showing another example of the workpiece holder shown in FIG. 7. FIG.
10 is a cross-sectional view for explaining the internal structure of the workpiece holder shown in FIG. 7. FIG.
11A to 11C are partial cross-sectional views showing the structure of the mounting portion of the workpiece holder shown in FIG.
12 is a schematic plan view for explaining the configuration of an object loading / unloading unit used in the heat treatment apparatus shown in FIG. 1. FIG.
13 is a sectional view of a shutter used in the heat treatment apparatus shown in FIG.
14A and 14B are schematic diagrams illustrating an example of the shutter illustrated in FIG. 13, in which FIG. 14A illustrates an opened state and FIG. 14B illustrates a closed state.
15 is a cross-sectional view showing a gas switching and cooling structure in the heat treatment apparatus shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 16 is a cross-sectional view for explaining another embodiment of the heat treatment apparatus according to the present invention.
FIG. 17 is a perspective view for explaining a part structure of a heat treatment apparatus according to the present invention.
FIG. 18 is a partial enlarged cross-sectional view for explaining the structure of a reflecting member used in the heat treatment apparatus according to the present invention.
FIG. 19 is a cross-sectional view for explaining the overall configuration of another embodiment of the heat treatment apparatus according to the present invention.
[Explanation of symbols]
10 Processing position
12 Process tube
14 Air supply pipe
14A Preheating part
30 Holder for workpiece
30A placement section
30B shielding member
30B10-30B16 shielding member
30C Heat shield member
50 Object loading / unloading section
60 Shutter drive
62 First shutter
64 Second shutter
66 Injection nozzle
100 first reflecting member
100A transparent part
100B Cavity for circulating heat medium
110 Second reflecting member
110A opaque part
Claims (4)
水平に支持した状態の上記被処理体を上記開口から上記プロセスチューブ内に搬入し、上記処理位置に設定する上下動可能な被処理体用ホルダーと、
上記プロセスチューブ内の処理位置に向け反応ガスを供給するガス供給手段と、
上記一次加熱源により加熱されることで、上記処理位置に設定された上記被処理体裏面に向けて二次輻射熱線を放射して、少なくとも上記被処理体の周縁部を加熱する二次加熱源と、
を有し、
上記二次加熱源は、被処理体の搬入出用の下端開口を有し、上記プロセスチューブを取り囲むように形成され、かつ、上記処理位置よりも下方領域にて上記プロセスチューブに向けて水平に突出された部分を有することを特徴とする熱処理装置。Has a lower end opening for loading and unloading of the specimen, the primary heating source for radiant heating the object to be processed placed in the processing position, and a vertical process tube that is provided only above the processing position,
The object to be processed in a horizontally supported state is carried into the process tube from the opening, and a holder for the object to be processed that can be moved up and down to be set at the processing position;
Gas supply means for supplying a reaction gas toward a processing position in the process tube;
A secondary heating source that radiates a secondary radiant heat ray toward the back surface of the target object set at the processing position and heats at least a peripheral portion of the target object by being heated by the primary heating source. When,
Have
The secondary heating source has a lower end opening for loading and unloading an object to be processed, is formed so as to surround the process tube, and horizontally toward the process tube in a region below the processing position. heat treatment apparatus characterized by have a protruding portion.
水平に支持した状態の上記被処理体を上記開口から上記プロセスチューブ内に搬入し、上記処理位置に設定する上下動可能な被処理体用ホルダーと、
上記プロセスチューブ内の処理位置に向け反応ガスを供給するガス供給手段と、
上記熱源からの輻射熱線を直接又は間接にて入射し、この入射熱線を上記処理位置に設定された上記被処理体裏面に向けて反射して、少なくとも上記被処理体の周縁部を加熱する反射部材と、
を有し、
上記反射部材は、被処理体の搬入出用の下端開口を有し、上記プロセスチューブを取り囲むように形成され、かつ、上記処理位置よりも下方領域にて上記プロセスチューブに向けて水平に突出された部分を有することを特徴とする熱処理装置。A vertical process tube having a lower end opening for loading and unloading the object to be processed and having a heat source for heating the object to be processed disposed at the processing position , only above the processing position ;
The object to be processed in a horizontally supported state is carried into the process tube from the opening, and a holder for the object to be processed that can be moved up and down to be set at the processing position;
Gas supply means for supplying a reaction gas toward a processing position in the process tube;
Reflection that directly or indirectly enters radiant heat rays from the heat source, reflects the incident heat rays toward the back surface of the target object set at the processing position, and heats at least the peripheral portion of the target object. Members,
Have
The reflection member has a lower end opening for loading and unloading the object to be processed, is formed so as to surround the process tube, and projects horizontally toward the process tube in a region below the processing position. The heat processing apparatus characterized by having a part .
上記反射部材は、上記被処理体用ホルダーに対して昇降移動可能に支持され、上記被処理体との対向間距離を可変としたことを特徴とする熱処理装置。In claim 2 ,
The heat treatment apparatus, wherein the reflection member is supported so as to be movable up and down with respect to the holder for the object to be processed, and a distance between the object and the object to be processed is variable.
上記反射部材は、上記被処理体ホルダーの縦軸方向の異なる位置に少なくとも2枚配置され、各反射板は、熱線の反射率が異なる領域が周方向に形成され、各反射板が相対的に回転することにより、各反射板の反射効率の異なる領域の相対位置関係が変化することを特徴とする熱処理装置。In claim 2 ,
At least two reflection members are arranged at different positions in the vertical axis direction of the object holder, and each reflection plate is formed with regions having different heat ray reflectivities in the circumferential direction. A heat treatment apparatus characterized in that, by rotating, the relative positional relationship between regions having different reflection efficiencies of the reflecting plates changes.
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