JP2002043228A - 縦型熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エアシリンダの昇温を抑制し、その耐久性お
よび信頼性の維持向上を図れる。 【解決手段】 複数枚の被処理体ｗを下方から収容する
縦型の処理容器２の外側に、これを取り囲むヒータ１０
を設置し、該ヒータ１０の上部に、ヒータ１０の内部雰
囲気を強制的に排気するための排気口２０と、この排気
口２０をエアシリンダ２９の駆動によりスライド開閉す
る蓋部材３０とを設けた縦型熱処理装置１において、前
記エアシリンダ２９のロッド２９ａに前記排気口２０と
の干渉を避ける枠部材３１を介して前記蓋部材３０を連
結し、該蓋部材３０をロッド２９ａの伸張方向へ移動さ
せて前記排気口２０を開放するように構成されている

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、縦型熱処理装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造においては、被処
理体例えば半導体ウエハに、酸化、拡散、ＣＶＤ（Chem
ical Vapor Deposition）などの処理を行うために、
各種の熱処理装置が用いられている。そして、その一つ
として、一度に多数枚の被処理体の熱処理が可能な縦型
熱処理装置が知られている。

【０００３】この縦型熱処理装置は、複数枚の被処理体
を下方から収容する縦型の処理容器を有し、この処理容
器の外側にはこれを取り囲むヒータが設置されている。
図８に示すように、このヒータ１０の上部には、急速昇
降温を可能とすべくヒータ１０の内部雰囲気を強制的に
排気するための排気口２０と、この排気口２０をエアシ
リンダ２９の駆動によりスライド開閉する蓋部材３０と
が設けられている。

【０００４】特に、従来の縦型熱処理装置においては、
前記蓋部材が、図８の（ａ）に示すようにエアシリンダ
２９の駆動によりロッド２９ａの伸張方向へ移動されて
排気口２０を閉塞し、逆に図８の（ｂ）に示すようにロ
ッド２９ａの収縮方向に移動されて排気口２０を開放す
るように構成されていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記縦
型熱処理装置においては、エアシリンダ２９のロッド２
９ａの先端に蓋部材３０が直接取付けられていたので、
蓋部材３０が排気口２０を閉塞している昇温時に、蓋部
材３０が高温例えば１０００℃程度に昇温してその熱が
ロッド２９ａを介してエアシリンダ２９に伝わり、エア
シリンダ２９が昇温し易かった。また、ロッド２９ａは
先端側ほど高温となる温度勾配になっているため、蓋部
材３０を開方向に移動すべくロッド２９ａを収縮させる
と、ロッド２９ａのより高温部分がエアシリンダ２９内
に入り込むようになる。

【０００６】このため、前記エアシリンダとしては、耐
熱仕様のものが採用されているものの、その耐熱温度を
超えてしまう場合が考えられ、その場合、エアシリンダ
のパッキンの熱劣化を早め、耐久性の低下を招くだけで
なく、エア漏れや動作不良を引き起こして信頼性の低下
を招く恐れもある。また、ヒータの近傍には、過加熱セ
ンサ４２が設置されているが、前記蓋部材３０を開移動
させた時に排気口２７からの熱風が開移動方向に漏出
し、その熱で過加熱センサ４２が誤作動してしまう問題
もあった。

【０００７】本発明は、前記事情を考慮してなされたも
ので、エアシリンダの昇温を抑制することができ、その
耐久性および信頼性の維持向上が図れる縦型熱処理装置
を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のうち、請求項１
の発明は、複数枚の被処理体を下方から収容する縦型の
処理容器の外側に、これを取り囲むヒータを設置し、該
ヒータの上部に、ヒータの内部雰囲気を強制的に排気す
るための排気口と、この排気口をエアシリンダの駆動に
より開閉する蓋部材とを設けた縦型熱処理装置におい
て、前記エアシリンダのロッドに前記排気口との干渉を
避ける枠部材を介して前記蓋部材を連結し、該蓋部材を
ロッドの伸張方向へ移動させて前記排気口を開放するよ
うに構成したこを特徴とする。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１記載の縦型熱
処理装置において、前記ヒータの上部に、蓋部材を開閉
移動可能に収容するハウジングが設けられていることを
特徴とする。

【００１０】請求項３の発明は、請求項１記載の縦型熱
処理装置において、前記枠部材とロッドの連結部および
枠部材と蓋部材の連結部に、上下方向の相対移動を吸収
する吸収部が設けられていることを特徴とする。

【００１１】請求項４の発明は、請求項１記載の縦型熱
処理装置において、前記蓋部材が、石英製の箱状本体
と、この箱状本体内に収容された断熱材とから構成され
ていることを特徴とする。

【００１２】

【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。

【００１３】図１において、１は縦型熱処理装置で、こ
の縦型熱処理装置１は複数枚の被処理体例えば半導体ウ
エハｗを収容して所定の熱処理例えばＣＶＤ処理を施す
縦型の処理容器（プロセスチューブ）２を備えている。
この処理容器２は、耐熱性および耐食性を有する材料例
えば石英ガラスにより形成されている。

【００１４】処理容器２は、本実施の形態では、内管２
ａと外管２ｂの二重管構造になっている。内管２ａは上
端および下端が開放されている。外管２ｂは、上端が閉
塞され、下端が開放されている。なお、処理容器２は、
外管２ｂのみからなっていてもよく、この場合、外管２
ｂの頂部に排気部が設けられていてもよい。

【００１５】処理容器２の下部には、本実施の形態で
は、処理容器２内に処理ガスや不活性ガスを導入するガ
ス導入部３と、処理容器２内を排気する排気部４とを有
する短円筒状のマニホールド５が設けられている。この
マニホールド５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。

【００１６】ガス導入部３には、ガス源に通じるガス供
給系の配管が接続される。排気部４には、真空ポンプお
よび圧力制御機構を有する排気系が接続され、処理容器
２内を所定の処理圧力に制御し得るようになっている。
この処理圧力に制御された状態で、ガス導入部３から導
入された処理ガスが処理容器２の内管２ａ内を上昇して
ウエハｗの所定の熱処理に供された後、内管２ａと外管
２ｂとの間の環状通路を下降して排気部４から排気され
るようになっている。

【００１７】前記マニホールド５の上端には、フランジ
部５ｆが形成されており、この上端フランジ部５ｆの上
面には、外管２ｂの下端フランジ部２ｆが載置され、フ
ランジ押え６により接合固定されている。マニホールド
５の上端フランジ部５ｆと外管２ｂの下端フランジ部２
ｆとの間には、シール手段である例えばＯリング７が介
設されている。マニホールド５の内側には、内管２ａを
支持するための内管支持部８が設けられている。

【００１８】前記マニホールド５は、ベースプレート９
の下部に取付けられており、このベースプレート９の上
部には、処理容器２の周囲を取り囲み処理容器２内のウ
エハｗを所定の熱処理温度に加熱昇温するためのヒータ
１０が設置されている。このヒータ１０は、処理容器２
の周囲を取囲む筒状（円筒状）の断熱材１１を備え、こ
の筒状断熱材１１の内周に抵抗発熱線１２が螺旋状また
は蛇行状に配設されている。前記ヒータ１０は、高さ方
向に複数の領域に分けて温度制御が可能に構成されてい
る。

【００１９】また、ヒータ１０の筒状断熱材１１の上部
には、ヒータ１０の頂部断熱材である円板状の板状断熱
材１３が被せられ（載置され）ている。ヒータ１０本体
の筒状断熱材１１およびヒータ１０頂部の板状断熱材１
３は、所定の断熱材料例えばシリカ（ＳｉＯ₂）および
アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）の混合材料により形成されてい
る。

【００２０】前記ヒータ１０の筒状断熱材１１の外側に
は、金属製の円筒状のアウターシェル１４が設けられ、
このアウターシェル１４には水冷ジャケット１５が設け
られている。アウターシェル１４の上部には、板状断熱
材１３の上方を覆う金属製の天板１６が取付けられてい
る。急速昇降温処理を可能とすべくヒータ１０内を強制
的に空冷するために、ヒータ１０の下部（ボトム面板１
７）とベースプレート９との間には複数の送風ノズル１
８を有する環状の送風ダクト１９が設けられていると共
に、ヒータ１０の上部中央（板状断熱材１３の中央）に
は排気口２０が形成されている。

【００２１】そして、ヒータ１０の上部、具体的には天
板１６上には、前記排気口２０を開閉する後述の開閉機
構２１が設けられている。なお、天板１６は、図４に示
すように、アウターシェル１４の上端周縁部に設けられ
た外向きのフランジ部１４ａに対して上方からネジ２２
で着脱可能に取付けられ、板状断熱材１３の交換等のメ
ンテナンスが容易にできるようになっている。また、天
板１６は、一枚の板材からなっていてもよいが、図示例
のように同心状の複数の板材を外側から順に重ねて接合
形成されていることが強度上好ましい。

【００２２】処理容器２内に複数枚例えば１５０枚程度
の半導体ウエハｗを高さ方向に所定間隔で搭載保持する
ために、ウエハｗは保持具である例えば石英ガラス製の
ボート２３に保持され、このボート２３はマニホールド
５の下端開口部（炉口）を密閉する例えばステンレス鋼
製の蓋体２４の上部に炉口断熱手段である保温筒２５を
介して載置されている。前記処理容器２の下方には、蓋
体２４を昇降させて蓋体２４の開閉および処理容器２に
対するボート２３の搬入搬出を行うための昇降機構２６
が設けられていると共にその作業領域であるローディン
グエリア２７が設けられている。

【００２３】マニホールド５の下端（開口端）と蓋体２
４との接合部には、シール手段である例えばＯリングが
設けられている（図示省略）。また、蓋体２４には、ウ
エハｗの面内均一な熱処理を可能とするためにボート２
３を回転するための回転機構２８が設けられている。

【００２４】一方、前記開閉機構２１は、前記排気口２
０をエアシリンダ２９の駆動によりスライド開閉する蓋
部材（シャッター）３０を有し、前記エアシリンダ２９
のロッド２９ａに前記排気口２０との干渉を避ける枠部
材３１を介して前記蓋部材３０を連結し、この蓋部材３
０をロッド２９ａの伸張方向へ移動させて前記排気口２
０を開放するように構成されている。前記蓋部材３０は
石英製好ましくは不透明石英製の上方が開放された箱状
本体３２と、この箱状本体３２内に収容された断熱材３
３とから構成されており、耐熱性および断熱性の向上が
図られている。

【００２５】前記アウターシェル１４の天板１６には、
前記板状断熱材１３の排気口２０に筒状の接続部３４を
介して連通する開口部３５を有し、この開口部３５を開
閉すべく前記蓋部材３０を水平方向にスライド可能に支
持する石英製のベース部材（シャッターベース）３６が
取付けられている。このベース部材３６は、図２ないし
図４にも示すように、蓋部材３０の閉位置を区画形成す
る平面Ｕ字状の区画壁３６ａを有し、この区画壁３６ａ
の上部には石英製のベースカバー３７が取付けられてい
る。

【００２６】また、前記天板１６上には、前記蓋部材３
０を開閉移動可能に収容する金属製のハウジング３８が
設けられている。このハウジング３８は、前記区画壁３
６ａの周囲を取り囲んでいると共に、蓋部材３０の開位
置を区画形成している。このハウジング３８の上部であ
って前記開口部３５と対応する位置には、蓋部材３０が
開移動された時に排気口２０と連通してヒータ１０内の
雰囲気を排気する排気ボックス３９が設けられ、この排
気ボックス３９に図示しない工場排気系が接続されてい
る。

【００２７】前記枠部材３１は、蓋部材３０の開閉移動
方向に長い長方形の枠状に形成されており、枠部材３１
の内側に前記ハウジング３８が位置される。枠部材３１
の長手方向の一端にはエアシリンダ２９のロッド２９ａ
先端が連結され、他端には蓋部材３０を枠部材３１内の
略中央に配置すべく連結するための連結アーム３１ａが
内方へ突設されている。この連結アーム３１ａの先端側
は、ハウジング３８の端壁を緩く貫通してハウジング３
８内に挿入され、前記蓋部材３０に連結されている。エ
アシリンダ２９は、アウターシェル１４の外側にこれを
取り囲むように設けられたフレーム４１の上端部に設置
されている。前記ヒータ１０は、縦型熱処理装置１の図
示しない筐体内に設置され、この筐体の天井には過加熱
センサ４２が設置され（図７参照）、設定温度以上の時
に警報を発するようになっている。

【００２８】前記枠部材３１を水平方向（蓋部材の開閉
移動方向）に移動可能に支持するために、図２ないし図
３に示すように、枠部材３１の両側には計４個の車輪４
３が設けられ、前記天板１６上にはこれらの車輪４３を
脱輪しないようしてに走行可能に支持するガイドレール
４４が設置されている。

【００２９】前記天板１６は、フレーム４１に比してヒ
ータ１０からの熱影響を受け易く、急速昇降温に伴って
熱膨張収縮して、エアシリンダ２９と枠部材３１との間
および枠部材３１と蓋部材３０との間の連結がリジッド
であると、連結部に上下方向の相対的変位による応力が
集中し易い。そこで、この問題を解消するために、エア
シリンダ２９のロッド２９ａと枠部材３１との連結部お
よび枠部材３１の連結アーム３１ａと蓋部材３０との連
結部には、図５ないし図６に示すように、上下方向の相
対移動を吸収する吸収部４５，４６が設けられている。

【００３０】具体的には、枠部材３１には、図５に示す
ように、エアシリンダ２９のロッド２９ａ先端に設けた
係合部４７を係合する係合孔４８が形成され、この係合
孔４８を係合部４７が上下方向に移動可能な長穴とする
ことにより、エアシリンダ２９のロッド２９ａと枠部材
３１との間の上下方向の相対移動を吸収する吸収部４５
とされている。また、蓋部材３１の開移動側の端部に
は、図６に示すように、連結アーム３１ａの先端部をピ
ン４９で連結するためのピン孔５０が形成され、このピ
ン孔５０をピン４９が上下方向に移動可能な長穴とする
ことにより、枠部材３１の連結アーム３１ａと蓋部材３
０との間の上下方向の相対移動を吸収する吸収部４６と
されている。

【００３１】次に、以上の構成からなる縦型熱処理装置
の作用を述べる。先ず、ウエハｗの移載が終了したボー
ト２３は、ローディングエリア２７において、蓋体２４
上の保温筒２５上に載置される。次に、昇降機構２６に
よる蓋体２４の上昇によってボート２３を処理容器２内
にその下端開口（マニホールド５の下端開口部）から搬
入し、その開口を蓋体２４で気密に閉塞する。

【００３２】そして、処理容器２内を、排気部４からの
排気系による減圧排気により所定の圧力ないし真空度に
制御すると共にヒータ１０により所定の処理温度に制御
し、回転機構２８によりボート２３を回転させながらガ
ス導入部３より処理ガスを処理容器２内に導入してウエ
ハｗに所定の熱処理例えばＣＶＤ処理を開始する。この
時、前記開閉機構２１の蓋部材３０は排気口２０を閉塞
する閉位置に移動されている。

【００３３】所定の熱処理が終了したなら、先ず、ヒー
タ１０の電源を切り、前記蓋部材３０を開位置に移動し
て排気口２０を開放すると共に送風ダクト１９の送風ノ
ズル１８から空気を吹き出してヒータ１０内を強制空冷
し、また、処理ガスの導入を停止して不活性ガスの導入
により処理容器２内をパージする。次に、回転機構２８
を停止し、蓋体２４を下降させて処理容器２内を開放す
ると共にボート２をローディングエリア２７に搬出すれ
ばよい。

【００３４】特に、前記開閉機構２１においては、図７
の（ａ）に示すように、エアシリンダ２９のロッド２９
ａを収縮させることにより、枠部材３１を介して蓋部材
３０を閉位置に移動させることができ、逆に、図７の
（ｂ）に示すように、エアシリンダ２９のロッド２９ａ
を伸張させることにより、枠部材３１を介して蓋部材３
０を開位置に移動させることができ。

【００３５】このように前記縦型熱処理装置１によれ
ば、複数枚のウエハｗを下方から収容する縦型の処理容
器２の外側に、これを取り囲むヒータ１０を設置し、こ
のヒータ１０の上部に、ヒータ１０の内部雰囲気を強制
的に排気するための排気口２０と、この排気口２０をエ
アシリンダ２９の駆動によりスライド開閉する蓋部材３
０とを設けており、前記エアシリンダ２９のロッド２９
ａに前記排気口２０との干渉を避ける枠部材３１を介し
て前記蓋部材３０を連結し、この蓋部材３０をロッド２
９ａの伸張方向へ移動させて前記排気口２０を開放する
ように構成されているため、エアシリンダ２９の昇温を
抑制することができ、その耐久性および信頼性の維持向
上が図れる。

【００３６】すなわち、エアシリンダ２９のロッド２９
ａには枠部材３１を介して蓋部材３０が連結され、好ま
しくは枠部材３１の一端にエアシリンダ２９のロッド２
９ａが連結され、枠部材３１の他端に連結アーム３１ａ
を介して蓋部材３０が連結されているため、蓋部材３１
からエアシリンダ２９までの熱伝導距離が長くなり、蓋
部材３０が高温に昇温していても、蓋部材３０からの熱
伝導によるエアシリンダ２９の昇温を抑えることができ
る。また、蓋部材３０を閉位置から開位置に移動させる
動作時には、エアシリンダ２９のロッド２９ａが伸張す
るので、ロッド２９ａがエアシリンダ２９内に入ってく
ることがなく、エアシリンダ２９の昇温を更に抑制する
ことができる。このため、エアシリンダ２９のパッキン
の熱劣化を防止でき、耐久性の向上が図れると共に、エ
ア漏れや動作不良を引き起こす恐れがなく、信頼性の向
上が図れる。

【００３７】また、前記ヒータ１０の上部には、蓋部材
３０を開閉移動可能に収容するハウジング３８が設けら
れているため、ヒータ１０内の高温雰囲気が外部に漏出
するのを抑制することができ、過加熱センサ４２の誤作
動を防止することができる。更に、前記枠部材３１とロ
ッド２９ａの連結部および枠部材３１と蓋部材３０の連
結部に、上下方向の相対移動を吸収する吸収部４５，４
６が設けられているため、ヒータ１０の高さ方向の熱膨
張収縮に伴って枠部材３１とエアシリンダ２９間および
枠部材３１と蓋部材３０間に生じる相対的変位ないし応
力を吸収することができ、耐久性の向上が図れる。ま
た、前記蓋部材３０が、石英製の箱状本体３２と、この
箱状本体３２内に収容された断熱材３３とから構成され
ているため、耐熱性と断熱性の向上が図れる。

【００３８】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、前記実施の形態で
は、熱処理の一例としてＣＶＤ処理が例示されている
が、本発明の縦型熱処理装置は、ＣＶＤ処理以外に、例
えば拡散処理、酸化処理、アニール処理等を行うことが
可能である。また、前記実施の形態では、処理容器にマ
ニホールドを備えた縦型熱処理装置が例示されている
が、本発明の縦型熱処理装置は、処理容器にマニホール
ドを備えていなくてもよい。また、被処理体としては、
半導体ウエハ以外に、例えばＬＣＤ基板やガラス基板等
であってもよい。

【００３９】

【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。

【００４０】（１）請求項１の発明によれば、複数枚の
被処理体を下方から収容する縦型の処理容器の外側に、
これを取り囲むヒータを設置し、該ヒータの上部に、ヒ
ータの内部雰囲気を強制的に排気するための排気口と、
この排気口をエアシリンダの駆動によりスライド開閉す
る蓋部材とを設けた縦型熱処理装置において、前記エア
シリンダのロッドに前記排気口との干渉を避ける枠部材
を介して前記蓋部材を連結し、該蓋部材をロッドの伸張
方向へ移動させて前記排気口を開放するように構成され
ているため、エアシリンダの昇温を抑制することがで
き、その耐久性および信頼性の維持向上が図れる。

【００４１】（２）請求項２の発明によれば、前記ヒー
タの上部に、蓋部材を開閉移動可能に収容するハウジン
グが設けられているため、ヒータ内の高温雰囲気が外部
に流出するのを抑制することができる。

【００４２】（３）請求項３の発明によれば、前記枠部
材とロッドの連結部および枠部材と蓋部材の連結部に、
上下方向の相対移動を吸収する吸収部が設けられている
ため、ヒータの高さ方向の熱膨張収縮に伴って枠部材と
エアシリンダ間および枠部材と蓋部材間に生じる相対的
変位ないし応力を吸収することができ、耐久性の向上が
図れる。

【００４３】（４）請求項４の発明によれば、前記蓋部
材が、石英製の箱状本体と、この箱状本体内に収容され
た断熱材とから構成されているため、耐熱性と断熱性の
向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す縦型熱処理装置の縦
断面図である。

【図２】図１の要部の一部断面拡大平面図である。

【図３】図２の一部省略側面図である。

【図４】図１の要部拡大断面図である。

【図５】枠部材とロッドの連結部の構造を示す拡大断面
図である。

【図６】枠部材と蓋部材の連結部の構造を示す拡大断面
図である。

【図７】本実施の形態の作用を説明する平面図である。

【図８】従来の縦型熱処理装置の作用を説明する平面図
である。

【符号の説明】

ｗ 半導体ウエハ（被処理体） １ 縦型熱処理装置 ２ 処理容器 １０ ヒータ ２０ 排気口 ２９ エアシリンダ ２９ａ ロッド ３０ 蓋部材 ３１ 枠部材 ３２ 箱状本体 ３３ 断熱材 ３８ ハウジング ４５，４６ 吸収部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3K092 PP09 QA02 QB27 QB45 RD09 RD24 SS04 SS05 TT36 UB04 VV03 VV25 VV26 VV34 4K030 EA11 KA04 KA08 KA11 KA23 KA26 KA45 KA46 5F045 AA03 AA20 AB32 AD14 DP19 DQ05 EB02 EB12 EC02 EE14 EJ04 EK06

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数枚の被処理体を下方から収容する縦
   型の処理容器の外側に、これを取り囲むヒータを設置
   し、該ヒータの上部に、ヒータの内部雰囲気を強制的に
   排気するための排気口と、この排気口をエアシリンダの
   駆動によりスライド開閉する蓋部材とを設けた縦型熱処
   理装置において、前記エアシリンダのロッドに前記排気
   口との干渉を避ける枠部材を介して前記蓋部材を連結
   し、該蓋部材をロッドの伸張方向へ移動させて前記排気
   口を開放するように構成したこを特徴とする縦型熱処理
   装置。
2. 【請求項２】 前記ヒータの上部に、蓋部材を開閉移動
   可能に収容するハウジングが設けられていることを特徴
   とする請求項１記載の縦型熱処理装置。
3. 【請求項３】 前記枠部材とロッドの連結部および枠部
   材と蓋部材の連結部に、上下方向の相対移動を吸収する
   吸収部が設けられていることを特徴とする請求項１記載
   の縦型熱処理装置。
4. 【請求項４】 前記蓋部材が、石英製の箱状本体と、こ
   の箱状本体内に収容された断熱材とから構成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の縦型熱処理装置。