JP2000150403A

JP2000150403A - 保温筒および縦型熱処理装置

Info

Publication number: JP2000150403A
Application number: JP10316035A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Sakai; 裕史酒井
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1998-11-06
Filing date: 1998-11-06
Publication date: 2000-05-30

Abstract

(57)【要約】【課題】コストアップを抑制しつつ保持具支持の安定
性を向上させる。【解決手段】多数枚の被処理体Ｗを保持した保持具２
０を熱処理炉３内に炉口２側から支持すると共にその炉
口２を断熱する保温筒２１において、前記保温筒２１は
保持具２０を支持する４本の支柱２７を有し、これらの
支柱２７を正方形以外の変則配置にしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、保温筒および縦型
熱処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造プロセスにおいて
は、被処理体である半導体ウエハに酸化、拡散、ＣＶＤ
（化学気相成長）、アニール等の処理を施すために、各
種の熱処理装置が使用されている。例えば、多数枚の半
導体ウエハのバッチ処理が可能な縦型熱処理装置は、下
部に炉口を有する縦型の熱処理炉を備えており、その炉
口を開閉する蓋体上に多数枚の半導体ウエハを水平状態
で上下方向に所定間隔で配列保持する保持具たるウエハ
ボートを保温筒を介して載置することにより、炉口を保
温筒で断熱すると共に、半導体ウエハを炉内の均熱領域
に位置設定して熱処理するように構成されている。

【０００３】前記保温筒としては、ウエハボートを支持
する複数本の支柱を有し、これらの支柱に遮熱板を取付
けた構造のものが知られている。前記支柱の理想的な配
置は、正三角形であるが、この場合、正三角形からなる
支持面積が狭いためにウエハボートが倒れやすいという
問題があった。この問題を解消するために、ウエハボー
トをなるべく広い面積で支えらるように支柱を正方形に
配置したり、あるいは、支柱の本数を更に増やして多角
形（例えば六角形）に配置したりすることが行われてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、平面を
決定するのは３点であることにより、支柱を正方形配置
にした保温筒にあっては、厳密に言えば、実際にウエハ
ボートを支えているのは正方形配置の４本の支柱のうち
の３本であり、これら３本の支柱からなる三角形の辺と
ウエハボートの重心位置が極めて近くなることから、転
倒し難い一方でウエハボートが不安定となり、がたつき
やすくなるという問題があった。このウエハボートのが
たつきは、ウエハボート上の半導体ウエハの芯ずれ等に
よるトラブルの要因になるため、好ましくない。一方、
支柱の本数を増やした保温筒にあっては、コストアップ
の要因となる問題があった。

【０００５】そこで、本発明は、前記課題を解決すべく
なされたもので、コストアップを抑制しつつ保持具支持
の安定性を向上させた保温筒および縦型熱処理装置を提
供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のうち、請求項１
に係る発明は、多数枚の被処理体を保持した保持具を熱
処理炉内に炉口側から支持すると共にその炉口を断熱す
る保温筒において、前記保温筒が保持具を支持する４本
の支柱を有し、これらの支柱を正方形以外の変則配置に
したことを特徴とする。

【０００７】請求項２に係る発明は、請求項１記載の保
温筒において、前記支柱が前記保持具の偏心した重心に
近い方を下底とした等脚台形に配置されていることを特
徴とする。

【０００８】請求項３に係る発明は、熱処理炉の下部の
炉口を開閉する蓋体の上部に、多数枚の被処理体を上下
方向に所定間隔で保持した保持具を保温筒を介して載置
し、前記被処理体を炉内の均熱領域で熱処理する熱処理
装置において、前記保温筒が保持具を支持する４本の支
柱を有し、これらの支柱が前記保持具の偏心した重心に
近い方を下底とした等脚台形に配置されていることを特
徴とする。

【０００９】請求項４に係る発明は、請求項３記載の縦
型熱処理装置において、前記等脚台形の下底側が装置の
メンテナンス側に臨んでいることを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を添
付図面に基いて詳述する。

【００１１】図１において、１は減圧下でのＣＶＤ処理
や拡散処理に適するように構成された縦型熱処理装置
で、この熱処理装置１は下部に炉口２を有する熱処理炉
３を備えている。この熱処理炉３は、石英製の反応管４
と、この反応管４の周囲に設けられヒーター５とから主
に構成されている。

【００１２】前記反応管４は、内管４ａと外管４ｂの二
重管構造になっている。内管４ａは、上端および下端が
開放されている。外管４ｂは、上端が閉塞され、下端が
開放されている。前記反応管４の下部には、内管４ａ内
に処理ガスを導入するガス導入部６と、内管４ａと外管
４ｂとの間を排気する排気部７とを有する筒状好ましく
は短円筒状のマニホールド８が設けられている。

【００１３】このマニホールド８は、耐熱性および耐食
性を有する材料、例えばステンレス鋼により形成されて
いる。ガス導入部６は、Ｌ字状のインジェクタ管からな
り、マニホールド８の内側フランジ部９よりも下方の側
壁を気密に貫通し、処理ガスを反応管４内に下方から導
入すべく内管４ａの内壁に沿って立上がって配置されて
いる。前記ガス導入部６は、ガス種に対応してマニホー
ルド８の周方向に複数設けられている。

【００１４】前記排気部７は、マニホールド８の内側フ
ランジ部９よりも上方の側壁に排気管部として突設され
ている。排気部７には、真空ポンプを有する排気系が接
続され、反応管４内を減圧排気して所定の処理圧力例え
ば５０〜７００Ｔｏｒｒに制御可能になっている。

【００１５】前記マニホールド８の上端と下端には、外
向きのフランジ部１０，１１が一体に形成されており、
上端フランジ部１０の上面には、外管４の下端フランジ
部１２が図示しない気密部材例えばＯリングを介して載
置され、フランジ押え１３により固定されている。マニ
ホールド８は、ベースプレート１４の下部に取付けられ
ており、このベースプレート１４の上部に前記ヒーター
５が設置されている。ヒーター５は、上端が閉塞された
円筒状の断熱部材１５を有し、この断熱部材１５の内周
に発熱抵抗線１６が配設されており、炉内を所定の処理
温度例えば３００〜１０００℃に加熱制御可能になって
いる。前記断熱部材１５の周囲は、冷却ジャケット１７
で覆われている。

【００１６】熱処理炉３の下方には、マニホールド８か
らなる炉口２を開閉する例えばステンレス鋼製の蓋体１
８がローディング機構である昇降機構１９により昇降可
能に設けられている。蓋体１８には、マニホールド８の
下端フランジ部１１との間をシールするための図示しな
い気密部材例えばＯリングが設けられている。この蓋体
１８の上部には、多数枚例えば１５０枚程度の被処理体
（被処理基板）である半導体ウエハＷを水平状態で上下
方向に所定間隔で多段に保持した保持具である石英製の
ウエハボート２０が保温筒２１を介して載置され、この
保温筒２１により炉口２が断熱されていると共に半導体
ウエハＷが炉内の均熱領域に位置設定されている。半導
体ウエハＷとしては、例えば直径が３００ｍｍのものが
適用される。

【００１７】前記ウエハボート２０は、図１、図６ない
し図７に示すように、底板２２と天板２３との間に円板
状の半導体ウエハＷの周囲を囲む如く配置された複数本
例えば３本の縦枠２４を掛け渡し、これらの縦枠２４に
は半導体ウエハＷを保持するための溝２５が上下方向に
所定間隔で多数設けられている。前記縦枠２４は、図示
しない移載機構により水平方向から半導体ウエハの移載
が可能なように一方（前方）が開放された配置構成にな
っている。なお、前記移載機構は、舌片状の移載アーム
を有し、この移載アーム上に半導体ウエハを載せてウエ
ハボート等に対する移載作業を前記熱処理炉１よりも下
方のローディングエリアで行うようになっている。

【００１８】前記ウエハボート２０は、前記配置構成の
縦枠２４を有する構造上、円形の底板２２の中心Ｃより
も若干後側に重心Ｇが偏心している。ウエハボート２０
の重心Ｇの偏心量は、ウエハボート２０の形状によって
異なる。ウエハボート２０の底板２２には、中心Ｃから
所定半径Ｒ例えばＲ＝２００ｍｍの円形の開口部２６が
形成されており、その開口部２６の内周縁部が保温筒２
１の支柱２７により支持されるようになっている。

【００１９】前記保温筒２１は、４本の支柱２７を有す
る石英製の保温筒本体２８と、この保温筒本体２８の支
柱２７に沿って上下方向（高さ方向）に適宜間隔で積層
配置された遮熱板２９とから主に構成されている。前記
保温筒本体２８は、図２、図４ないし図５に示すよう
に、円板状のベース部３０を有し、このベース部３０の
上面に４本の支柱２７が立設されている。これら支柱２
７の下方には、ベース部３０よりも直径の大きい石英製
の固定遮熱板３１が一体的に設けられていることによ
り、支柱２７がベース部から折れないように補強されて
いる。

【００２０】支柱２７は、軽量化によるハンドリング性
の向上、強度の確保および熱容量の減少等を図るため
に、上端が閉塞され、下端が開放された中空円筒状に形
成されていることが好ましい。また、減圧熱処理時にお
ける真空引き性の向上および炉内雰囲気の置換性の向上
を図るために、支柱２７の側壁には通気孔３２が高さ方
向に適宜間隔で形成されていることが好ましい。

【００２１】前記支柱２７は、ウエハボート２０を支持
する上での倒れ難さと安定性の向上を図るために、平面
から見て正方形以外の変則配置例えば台形配置好ましく
は等脚台形配置とされている。この場合、支柱２７は、
図３の（ａ）に示すように、前記ウエハボート２０の底
板２２の開口部２６と同じ半径の円周３３上に配置され
ている。前記支柱２７は、ウエハボート２０の重心Ｇに
近い方を下底（下辺）ｃｄとした等脚台形ａｂｃｄに配
置されていることが好ましい。

【００２２】また、等脚台形ａｂｃｄの下底ｃｄの長さ
は、図３の（ｂ）に示した正方形配置の場合の正方形ｅ
ｆｇｈの一辺ｇｈの長さとほぼ同じ長さとされているこ
とが好ましい。これにより、４本の支柱２７のうちの２
本の支柱の間隔ないし位置が定まる。更に、ウエハボー
ト２０の重心Ｇの偏心量によっても異なるが、重心Ｇを
中心点とし、重心Ｇから等脚台形ａｂｃｄの下底ｃｄに
下ろした垂線の長さＧｋを半径とする円３４を描いた場
合、支柱２７は、等脚台形ａｂｃｄの両斜辺ａｃ，ｂｄ
が当該円３４に内接するか、もしくは接近するように配
置されていることが好ましい。これにより、等脚台形ａ
ｂｃｄの上底（上辺）ａｂの長さ、すなわち他の２本の
支柱の間隔ないし位置が定まる。

【００２３】前記支柱２７の上端部には、ウエハボート
２０の底板２２の下面を受ける水平な受面３５と、底板
２２の開口部２６の内周部に係合して底板２２が水平方
向に位置ずれしないように規制する係合突部３６とが形
成されている。また、ウエハボート２０の周方向の位置
決めをするために、少なくとも１本の支柱２７の上端部
における受面３５には凸部３７が、ウエハボート２０の
底板２２にはその凸部３７と係合する凹部３８が形成さ
れている。

【００２４】前記蓋体１８の上部には、保温筒２１のベ
ース部３０を載置するための受台３９が設けられ、この
受台３９の周縁部には、ベース部３０の水平移動を規制
する縁３９ａが形成されている。受台３９は、半導体ウ
エハＷを均一に熱処理するために回転駆動手段によって
回転可能に構成されていることが好ましい。また、保温
筒２１の周方向の位置決めをするために、受台３９には
凸部４０が、ベース部３０の周縁部にはその凸部４０と
係合する凹部４１が設けられている。

【００２５】このように構成された保温筒本体２８に
は、図１に示すように、支柱２７に沿って複数段に遮熱
板２９が取付けられる。これらの遮熱板２９は、支柱２
７の下方に設けられた固定遮熱板３１とほぼ同径の石英
製であり、遮熱板２９には、支柱２７を挿通するための
図示しない挿通穴が設けられていると共に、遮熱板２９
を適宜間隔で積層するためのスぺーサ２９ａが設けられ
ている。遮熱板２９としては、複数枚例えば３〜５枚一
組として一体化したものを複数組例えば二組積み重ねる
ように構成されていてもよい。

【００２６】また、遮熱板２９としては、炭化珪素製で
あってもよく、石英製の遮熱板と炭化珪素製の遮熱板を
組み合わせて用いるようにしてもよい。なお、積層され
た最上部の遮熱板２９と、ウエハボート２０の底板２２
との間には、ウエハボート２０を搬送するための図示し
ないボート搬送機構の平面Ｃ字状の搬送アームが挿入可
能な空間部４２が設けられている。また、遮熱板２９に
は、蓋体１８を貫通して炉内に挿入される図示しない温
度検知管との干渉を避けるための切欠部４３が設けられ
ている（図４参照）。

【００２７】以上のように構成された縦型熱処理装置１
においては、先ず昇降機構１９により蓋体１８をローデ
ィングエリアに降下させ、蓋体１８上に保温筒２１を介
して載置されたウエハボート２０に対して移載機構によ
り半導体ウエハＷを移載する。次に、前記蓋体１８を上
昇させてウエハボート２０および保温筒２１を熱処理炉
３内に搬入して、炉口２を蓋体１８で密閉する。前記保
温筒２１により炉口２が断熱されると共に、ウエハボー
ト２０が炉内の均熱領域に位置設定される。

【００２８】次に、排気部７からの減圧排気により熱処
理炉３の反応管４内を真空置換すると共に、ガス導入部
６からの不活性ガス例えば窒素ガスの導入により反応管
４内を窒素ガスで置換した後、ヒーター５により半導体
ウエハＷを所定の処理温度まで昇温させたなら、ガス導
入部６から所定の処理ガスを導入しつつ反応管４内を所
定の減圧状態に維持して成膜処理等の熱処理を行う。こ
の熱処理が終了したなら、蓋体１８を降下させてウエハ
ボート２０を保温筒２１と共にローディングエリアに搬
出すればよい。

【００２９】前記縦型熱処理装置１ないし保温筒２１に
よれば、保温筒２１がウエハボート２０を支持する４本
の支柱２７を有し、これらの支柱２７を正方形以外の変
則配置例えば台形配置好ましくは等脚台形配置にしてい
るため、正方形配置の場合よりもウエハボート２０の支
持の安定性を向上させることができると共に、多角形配
置の場合よりもコストの低減が図れる。この場合、図３
の（ａ）に示すように、前記支柱２７が前記ウエハボー
ト２０の偏心した重心Ｇに近い方を下底ｃｄとした等脚
台形ａｂｃｄに配置されているため、４本の支柱２７の
うちウエハボート２０を実際に支持する３本の支柱から
なる三角形ａｃｄの面において、図３の（ｂ）の正方形
配置の場合の三角形ｅｇｈよりも三角形ａｃｄの中心に
近い所にウエハボート２０の重心Ｇが位置するようにな
り、ウエハボート２０の支持の更なる安定性の向上が図
れる。

【００３０】これにより、ウエハボート２０のがたつき
に起因するウエハボート２０上の半導体ウエハＷの芯ず
れ等によるトラブルの発生を抑制して半導体ウエハＷの
歩留まりの向上が図れる。また、前記等脚台形ａｂｃｄ
の下底ｃｄ側が装置のメンテナンス側（作業員がメンテ
ナンスを行うために立つ側）に臨んでいるため、等脚台
形ａｂｃｄからなる支持面がメンテナンス方向に長くな
ってメンテナンス方向からの衝撃力に強くなり、メンテ
ナンス時に作業員が誤ってウエハボート２０に接触した
としても、ウエハボート２０は正方形配置の場合よりも
倒れ難い。

【００３１】保温筒２１の支柱２７の配置構成において
は、転倒し難さの面では、一般的に正方形配置の方が優
れているが、ウエハボート２０の重心Ｇが構造上若干偏
心しているため、正方形配置の場合でもウエハボート２
０が重心Ｇの偏心している方向へ倒れやすい。転倒し難
さは、ウエハボート２０の重心Ｇから４本の支柱２７か
らなる四角形ｅｆｇｈの各辺までの距離で表わせるが、
正方形配置の場合での最短距離を台形配置の場合でも維
持しているため、転倒し難さの面では正方形配置の場合
と遜色ない。むしろ、メンテナンス時に作業員が装置後
方からアクセスすることを考えれば、装置後方からウエ
ハボート２０を押し倒すことに対しては、正方形配置よ
りも台形配置の方が有利であるため、全体として台形配
置の方が優れている。

【００３２】以上、本発明の実施の形態を図面により詳
述してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の
設計変更等が可能である。例えば、被処理体としては、
半導体ウエハに限定されず、例えばガラス基板、ＬＣＤ
基板等であってもよい。また、本発明を構成する熱処理
炉は、酸化、拡散、ＣＶＤ等の成膜、アニールの処理の
うちの少なくとも一つの処理が可能に構成されていれば
よい。熱処理炉を構成する反応管としては、二重管構成
のものが好ましいが、単管構成のものでもよい。

【００３３】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な効果を奏することができる。

【００３４】（１）請求項１に係る発明によれば、多数
枚の被処理体を保持した保持具を熱処理炉内に炉口側か
ら支持すると共にその炉口を断熱する保温筒において、
前記保温筒が保持具を支持する４本の支柱を有し、これ
らの支柱を正方形以外の変則配置にしているため、コス
トアップを抑制しつつ保持具支持の安定性を向上させる
ことができる。

【００３５】（２）請求項２に係る発明によれば、前記
支柱が前記保持具の偏心した重心に近い方を下底とした
等脚台形に配置されているため、４本の支柱のうち保持
具を実際に支持する３本の支柱からなる三角形の面にお
いて、正方形配置の場合よりも三角形の中心に近い所に
保持具の重心が位置するようになり、保持具支持の更な
る安定性の向上が図れる。

【００３６】（３）請求項３に係る発明によれば、熱処
理炉の下部の炉口を開閉する蓋体の上部に、多数枚の被
処理体を上下方向に所定間隔で保持した保持具を保温筒
を介して載置し、前記被処理体を炉内の均熱領域で熱処
理する熱処理装置において、前記保温筒が保持具を支持
する４本の支柱を有し、これらの支柱が前記保持具の偏
心した重心に近い方を下底とした等脚台形に配置されて
いるため、コストアップを抑制しつつ保持具支持の安定
性を向上させることができ、保持具上の被処理体の芯ず
れ等によるトラブルの発生を抑制して歩留まりの向上が
図れる。

【００３７】（４）請求項４に係る発明によれば、前記
等脚台形の下底側が装置のメンテナンス側に臨んでいる
ため、等脚台形からなる支持面がメンテナンス方向に長
くなってメンテナンス方向からの衝撃力に強くなり、メ
ンテナンス時に作業員が誤って保持具に接触したとして
も、保持具は正方形配置の場合よりも倒れ難い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態である縦型熱処理装置を示
す縦断面図である。

【図２】保温筒本体を概略的に示す斜視図である。

【図３】ウエハボートの重心と保温筒の支柱の配置との
関係を示す図で、（ａ）は台形配置の場合の平面図、
（ｂ）は正方形配置の場合の平面図である。

【図４】保温筒本体の平面図である。

【図５】図４のＡ−Ａ線方向から見た保温筒本体の一部
断面側面図である。

【図６】ウエハボートの部分的縦断面図である。

【図７】同ウエハボートの底面図である。

【符号の説明】

１縦型熱処理装置２炉口３熱処理炉Ｗ半導体ウエハ（被処理体）１８蓋体２０ウエハボート（保持具）２１保温筒２７支柱

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多数枚の被処理体を保持した保持具を熱
処理炉内に炉口側から支持すると共にその炉口を断熱す
る保温筒において、前記保温筒が保持具を支持する４本
の支柱を有し、これらの支柱を正方形以外の変則配置に
したことを特徴とする保温筒。
【請求項２】前記支柱が前記保持具の偏心した重心に
近い方を下底とした等脚台形に配置されていることを特
徴とする請求項１記載の保温筒。
【請求項３】熱処理炉の下部の炉口を開閉する蓋体の
上部に、多数枚の被処理体を上下方向に所定間隔で保持
した保持具を保温筒を介して載置し、前記被処理体を炉
内の均熱領域で熱処理する熱処理装置において、前記保
温筒が保持具を支持する４本の支柱を有し、これらの支
柱が前記保持具の偏心した重心に近い方を下底とした等
脚台形に配置されていることを特徴とする縦型熱処理装
置。
【請求項４】前記等脚台形の下底側が装置のメンテナ
ンス側に臨んでいることを特徴とする請求項３記載の縦
型熱処理装置。