JP2002261034A - 熱処理炉用保温体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】処理ガスを炉芯管の上方から導入する場合など
にも適し、一度に熱処理できる半導体ウェーハの枚数を
増加させることができ、操炉効率を向上させることがで
きる保温体を提供する。 【解決手段】支持部材２と、この支持部材２に設けられ
た複数枚の薄板３を有し、かつ、この薄板３はガス通気
孔６を有し、このガス通気孔６が相互に対向しないよう
に位置をずらして配置された熱処理炉用保温体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は炉芯管開口部に配置
される熱処理炉用保温体に係わり、特に小型化を実現し
て、操炉効率を高めた熱処理炉用保温体に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の酸化、拡散等多数の熱処理
工程には、複数の半導体ウェーハを半導体ウェーハボー
トに搭載し、この半導体ウェーハボートを熱処理炉に収
納し、加熱して熱処理を行っている。

【０００３】例えば、縦型熱処理炉を用いた熱処理にあ
っては、高温の縦型熱処理炉に収納される縦型半導体ウ
ェーハボートは、縦型熱処理炉の熱が処理炉外に逃げる
のを防ぐために炉芯管の開口部近傍に配置され、一部が
室温の作業室に露出した半導体ウェーハ熱処理装置用保
温体の上に載置されている。

【０００４】従来の半導体ウェーハ熱処理装置用保温体
は、特開平３―１１４２２３号公報に記載されているよ
うに、石英ガラス製で円筒形状の保温体であるが、この
保温体は円筒中にグラスウールが充填されており、グラ
スウールからの発塵により、処理炉内を汚染する虞があ
る。

【０００５】また、図９および図１０に示すように、石
英ガラス製あるいは炭化珪素製で円形薄板５１を相互に
離間、積層した保温体５２が用いられているが、この保
温体５２は、反応ガスＧの流れを確保するために、円形
薄板５１の直径Ｄ１を小さくして、炉芯管５３と円形薄
板５１との間に十分な間隙ｇ１を設けているため、輻射
熱が間隙ｇ１を介して炉芯管５３外のフランジ部５４に
直接伝わり、断熱、保温効果が十分得られないため、フ
ランジ部５４の保護、炉芯管５３内の均熱を確保するた
め、保温体の高さを十分に高くする必要があった。この
結果として背丈が高く大型の保温体を用いるか、あるい
は、複数個の保温体を積重ねて用いることが必要とな
り、炉芯管５３内の均熱長さを短くして、一度に熱処理
できる半導体ウェーハＷ１の枚数が減少して、操炉効率
を低下させていた。

【０００６】さらに、特開平６―３４９７３８号公報に
は、複数の放射状の貫通孔が設けられた薄板を複数枚有
する保温筒が設置された縦型減圧ＣＶＤ装置の記載があ
る。この公報記載の縦型減圧ＣＶＤ装置に用いられる保
温筒は中央部から導入した原料ガスを各薄板間から吹出
して拡散するものであるが、各薄板に設けられた貫通孔
の位置関係や、この薄板の外径と炉芯管の内径の関係に
考慮がなされておらず、水素等の処理ガスを炉芯管の上
方から導入する熱処理装置などには適さないという問題
がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで、処理ガスを炉
芯管の上方から導入する場合などにも適し、一度に熱処
理できる半導体ウェーハの枚数を増加させることがで
き、操炉効率を向上させることができる保温体が要望さ
れていた。

【０００８】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、一度に熱処理できる半導体ウェーハの枚数を増
加させることができ、操炉効率を向上させることができ
る保温体を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
になされた本願請求項１の発明は、支持部材と、この支
持部材に設けられた複数枚の薄板を有し、かつ、この薄
板はガス通気孔を有し、このガス通気孔が相互に対向し
ないように位置をずらして配置されたことを特徴とする
熱処理炉用保温体であることを要旨としている。

【００１０】本願請求項２の発明では、薄板は、円板形
状でありその外径が炉芯管の内径に対して０．８５以上
の大きさであることを特徴とする請求項２に記載の熱処
理炉用保温体であることを要旨としている。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明に係わる熱処理炉用保温体
の第１の実施形態について図面を参照して説明する。

【００１２】図１に示すように、熱処理炉用保温体、例
えば半導体ウェーハ熱処理炉用保温体（以下保温体とい
う。）１は、石英ガラス、炭化珪素質材料あるいはシリ
コン含浸炭化珪素（Ｓｉ−ＳｉＣ）、炭化珪素からな
り、支持部材、例えば、太くて短かく剛性の大きい支柱
２と、この支柱２に取付けられた複数枚、例えば、同一
形状の５枚の薄板３（３ａ、…３ｅ）と、支柱２の上端
部２ｕに取付けられ、薄板３の直径よりも小さく、例え
ば、保温体１の使用時、図２に示すように載置される縦
型ウェーハボート１３のボート底板１３ｂの直径とほぼ
同一の直径を有する天板４と、薄板３の直径とほぼ同一
の直径を有し、支柱２の下端部２ｂに強固に固着された
底板５とを有している。

【００１３】薄板３は、支柱２にタービン羽根車形状に
取付けられており、薄板３の外径Ｄが図４に示すような
熱処理炉１１に用いられる炉芯管１２の内径ｄに対して
０．８５以上（Ｄ／ｄ＞０．８５）の大きさであり、か
つ、図１、図３および図５に示すように、薄板３に各々
複数個設けられたスリット形状のガス通気孔６（６ａ、
…、６ｅ）は互いに対向しないように位置をずらして配
置されている。

【００１４】薄板３の外径Ｄを炉芯管１２の内径ｄに対
して０．８５以上の大きさにするのは、薄板３と炉芯管
１２の間に形成される間隙ｇを小さくして、輻射をほぼ
完全に遮蔽するためであり、０．８５より小さいと、間
隙ｇが大きくなり、輻射を完全には遮蔽できない。な
お、外径Ｄは内径ｄに限りなく近い方が好ましいが、ガ
ス排気効率を考慮すると、０．８５近傍の値であること
が好ましい。

【００１５】なお、薄板３の大きさ、枚数、およびガス
通気孔６の面積は、熱処理炉１１のガス流量、熱処理温
度などを考慮して決定される。

【００１６】次に、本第１の実施形態の熱処理炉用保温
体の使用方法について説明する。

【００１７】図２に示すように、ヒータ１４を有する縦
型熱処理炉１１の昇降装置１５に開口部１６を塞ぐフラ
ンジ部１７を介して保温体１を載置する。しかる後、半
導体ウェーハＷが多数搭載された縦型ウェーハボート１
３を、天板４を介して保温体１に載置し、昇降装置１５
を作動させて、縦型ウェーハボート１３と保温体１を、
縦型熱処理炉１１に内装された炉芯管１２に収納する。

【００１８】この状態で、縦型ウェーハボート１３は縦
型熱処理炉１１のほぼ中央部１８に収納され、炉芯管１
２の開口部１６は保温断熱部材１により閉塞され、フラ
ンジ部１７により完全に塞がれる。しかる後、ヒータ１
４を付勢し、ガス導入管１９から処理ガスＧを導入し
て、半導体ウェーハＷの熱処理を行う。

【００１９】この熱処理工程において、縦型熱処理炉１
１内は約１４００°以上の高温に保たれるが、複数枚の
薄板３よりなる保温体１により効果的に遮熱が図られ、
縦型熱処理炉１１内は高温に保たれ、フランジ部１７も
高温から保護される。

【００２０】また、図４に示すように、保温体１の薄板
３と炉芯管１２の間に形成される間隙ｇを小さくして
も、薄板３にはガス通気孔６が形成されているので、処
理ガスＧはこれらのガス通気孔６を通過し、開口部１
７、ガス排気管１９を介して炉芯管１２外に排出され
る。

【００２１】この処理ガスの排出過程において、図５に
示すように、ガス通気孔６は相互に対向しないように位
置をずらして配置されているので、処理ガスＧの通過は
許すが、高温の処理ガス流れに起因する熱リークおよび
輻射は、薄板３により遮蔽され、ガス通気孔６を介して
行われる熱リークが最小限に抑えられて、効率的に断熱
される。

【００２２】すなわち、薄板３の外径Ｄを炉芯管１２の
内径ｄに対して０．８５以上の大きさにしてあるので、
薄板３と炉芯管１２の間に形成される間隙ｇは、従来の
保温体による間隙に比べて小さくなり、輻射をほぼ完全
に遮蔽するからである。また、間隙ｇが小さくとも、薄
板３にはガス通気孔６が形成されているので、処理ガス
Ｇをこれらのガス通気孔６を通過して、開口部１７、ガ
ス排気管１９を介して円滑に炉芯管１２外に排出させる
ことができる。

【００２３】従って、フランジ部１７の温度を従来と同
程度に保つ場合には、従来の保温体に比べて薄板３の枚
数を減じることができるため、保温体１の高さを従来の
保温体の高さに比べて約２／５、部品点数を約１／３低
減でき、結果として炉芯管１２内の均熱長さを増大させ
ることができるため、一度に熱処理できる半導体ウェー
ハの枚数を増加させることができ、操炉効率を向上させ
ることができる。

【００２４】また、縦型熱処理炉１１内は約１４００°
以上の高温に保たれるが、薄板３の枚数を必要に応じて
増加させれば、フランジ部１７を従来以上に低温にする
ことができる。

【００２５】さらに、保温体１に断熱用グラスウールを
用いておらず、保温体１は石英ガラス製あるいは、炭化
珪素質材料製であり、耐熱性に優れているので、保温体
１が高温中に長時間曝されても変形せず、長時間の使用
が可能であり、さらに、保温体１から不純物を発生する
ことがないので、熱処理炉１内、半導体ウェーハＷを汚
染することがない。

【００２６】次に本発明に係わる熱処理炉用保温体の第
２の実施形態について説明する。

【００２７】本第２の実施形態は、第１の実施形態にお
けるスリット形状のガス通気孔の孔幅を狭くした熱処理
炉用保温体である。

【００２８】例えば、図６（ａ）、（ｂ）に示すよう
に、第１の実施形態同様に、保温体２１は複数枚の薄板
２２が等間隔で支柱２３に取付けられている。薄板２２
（２２ａ、…、２２ｄ）には、孔幅が狭いスリット形状
のガス通気孔２４（２４ａ、…、２４ｄ）が放射状に複
数個設けられており、さらに、図６（ｂ）に示すよう
に、薄板２２に各々複数個設けられたガス通気孔２４
（２４ａ、…、２４ｄ）は互いに対向しないように位置
をずらして配置されている。

【００２９】この第２の実施形態の熱処理炉用保温体２
１は、炉芯管ないに導入される処理ガスの流量が比較的
少ない場合に適し、孔幅が狭いため、一層断熱効果を向
上させることができる。

【００３０】さらに、本発明に係わる熱処理炉用保温体
の第３の実施形態について説明する。

【００３１】本第３の実施形態は、第１の実施形態にお
ける薄板をタービン羽根形状に傾斜させて取付けた熱処
理炉用保温体である。

【００３２】例えば、図７（ａ）、（ｂ）に示すよう
に、第１の実施形態と同様に、保温体３１は複数枚の薄
板３２（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ）が等間隔で支柱３３
に勾配を有して取付けられ、タービン羽根車のような形
状をなしている。１枚の薄板３２ａは複数個のフィン３
２ａ_１、…３２ａ_４に分割されており、この各フィン３
２ａ_１、…、３２ａ_４間には、ガス通気孔３４ａ_１、
…、３４ａ_４が形成され、ガス通気孔３４ａ_１、…、３
４ａ_４は、ガス通気孔３４ｂ_１、…、３４ｂ_４と互いに
対向しないように位置をずらして配置されている。

【００３３】この第３の実施形態の熱処理炉用保温体３
１は、ガス流れの圧力損失を小さく、整流効果を大きく
することができ、高速で処理ガスを炉芯管内に導入する
のが好ましくない熱処理に適する。

【００３４】さらに、本発明に係わる熱処理炉用保温体
の第４の実施形態について説明する。

【００３５】本第４の実施形態は、第１の実施形態にお
けるスリット形状のガス通気孔を円形状にした熱処理炉
用保温体である。

【００３６】例えば、図８に示すように、第１の実施形
態同様に、保温体４１は複数枚の薄板４２が等間隔で支
柱４３に取付けられている。

【００３７】薄板４２ａには複数個の円形状のガス通気
孔４４ａ_１、…、４４ａ_４が設けられており、さらに、
次段の薄板には複数個の円形状のガス通気孔４４ｂ_１、
…、４４ｂ_４が設けられており、ガス通気孔４４ａ_１、
…、４４ａ_４とは相互に重なり合って対向することがな
いようにずらして配置されている。残り複数枚の薄板４
２にも同様のガス通気孔が設けられ、相互に重なり合っ
て対向することがないようにずらして配置されている。

【００３８】この第４の実施形態の熱処理炉用保温体３
１は、薄板４２にガス通気孔４４を穿設するのが容易で
ある。

【００３９】なお、上記各実施形態では、半導体ウェー
ハ熱処理炉用保温体について説明したが、本発明に係わ
る熱処理炉用保温体材は、半導体ウェーハ熱処理炉用保
温体材に限定されるものではない。

【００４０】また、熱処理炉用保温体は縦型のみならず
横型も包含される。また、１本の支柱を有し、この支柱
に接合された円形の底板、天板および薄板を有する縦型
保温体について説明したが、本発明に係わる保温体は、
熱処理炉の形状等に応じて、薄板は矩形でもよく、さら
に、保温体に透明石英ガラスを使用する場合には、その
断熱効果を向上させるために、表面をサンドブラスト加
工し、あるいは、不透明石英ガラスを用いるのが好まし
い。また、炭化珪素質材料を用いる場合、必ずしも保温
体の表面にＣＶＤ−ＳｉＣ膜を形成する必要はない。

【００４１】さらに、保温体は、半導体ウェーハ熱処理
装置用ボートの重量が大きく、保温体に大きな荷重がか
かる場合には、支柱は複数本であってもよい。

【００４２】

【実施例】（１）試験目的：本発明に係わる熱処理炉用
保温体を用いて昇降装置の載置部の温度を測定し、従来
例と比較する。

【００４３】（２）試験方法：表１に示すような仕様の
熱処理炉用保温体を図２に示すような熱処理炉に組込
み、表２に示すような条件で熱処理を行う。

【００４４】

【表１】

【００４５】

【表２】

【００４６】（３）試験結果：結果を表１に示す。

【００４７】・実施例は高さを従来例の約２／５、部品
点数を１／３にしたにも拘わらず、フランジ部温度は１
８９．７℃で、従来例（１８７．５）とほとんど変わら
ず、また、実施例はフランジ部温度条件（２００℃以
下）も満足するものであることがわかった。

【００４８】

【発明の効果】本発明に係わる熱処理炉用保温体によれ
ば、処理ガスを炉芯管の上方から導入する場合などにも
適し、一度に熱処理できる半導体ウェーハの枚数を増加
させることができ、操炉効率を向上させることができる
保温体を提供することができる。

【００４９】すなわち、支持部材と、この支持部材に設
けられた複数枚の薄板を有し、かつ、この薄板はガス通
気孔を有し、このガス通気孔が相互に対向しないように
位置をずらして配置されているので、薄板と炉芯管間に
形成される間隙を、従来の保温体の間隙に比べて小さく
しても、処理ガスをこれらのガス通気孔を通過させて、
円滑に炉芯管外に排出させることができると共に、高温
の処理ガス流れに起因する熱リークおよび輻射は薄板に
より遮蔽され、ガス通気孔を介して行われる熱リークは
最小限に抑えられるので、効率的に断熱することができ
る。この結果、フランジ部の温度を従来と同程度に保つ
場合には、従来の保温体に比べて薄板の枚数を減じるこ
とができるので、保温体の高さを従来の保温体の高さに
比べて減少させることができ、結果として炉芯管内の均
熱長さを増大させることが可能となり、一度に熱処理で
きる半導体ウェーハの枚数を増加させることができ、操
炉効率を向上させることができる。

【００５０】また、薄板は、円板形状であり、その外径
が炉芯管の内径に対して０．８５以上の大きさであるの
で、薄板と炉芯管間に形成される間隙は小さく、輻射を
ほぼ完全に遮蔽することができる。その結果として、フ
ランジ部の温度を従来と同程度に保つ場合には、従来の
保温体に比べて薄板の枚数を減じることができるため、
保温体の高さを従来の保温体の高さに比べて約２／５、
部品点数を約１／３に低減でき、炉芯管内の均熱長さを
増大させることができるため、一度に熱処理できる半導
体ウェーハの枚数を増加させることができ、操炉効率を
向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる熱処理炉用保温体の斜視図。

【図２】本発明に係わる熱処理炉用保温体の使用状態を
示す熱処理炉の断面図。

【図３】本発明に係わる熱処理炉用保温体における処理
ガスの流れを示す概念図。

【図４】本発明に係わる熱処理炉用保温体の横断面図。

【図５】図５（ａ）および（ｂ）は、本発明に係わる熱
処理炉用保温体の薄板に設けられたガス通気孔の形状、
配置状態を示す概念図および処理ガスの流れ示す概念
図。

【図６】図６（ａ）および（ｂ）は、本発明に係わる他
の実施形態の熱処理炉用保温体の薄板に設けられたガス
通気孔の形状、配置状態を示す概念図および処理ガスの
流れ示す概念図。

【図７】図７（ａ）および（ｂ）は、本発明に係わる他
の実施形態の熱処理炉用保温体の薄板に設けられたガス
通気孔の形状、配置状態を示す概念図および処理ガスの
流れ示す概念図。

【図８】本発明に係わる他の実施形態の熱処理炉用保温
体の薄板に設けられたガス通気孔の形状、配置状態を示
す概念図。

【図９】従来の熱処理炉用保温体における処理ガスの流
れ示す概念図。

【図１０】従来の熱処理炉用保温体の横断面図。

【符号の説明】

１ 熱処理炉用保温体 ２ 支柱 ２ｂ 下端部 ２ｕ 上端部 ３ 薄板 ４ 天板 ５ 底板 ６ ガス通気孔 １１ 熱処理炉 １２ 炉芯管 １３ 縦型ウェーハボート １３ｂ ボート底板 １４ ヒ−タ １５ 昇降装置 １６ 開口部 １７ フランジ部 １８ 中央部 １９ ガス導入管 ２０ ガス排気管 ２１ 保温体 ２２ 薄板 ２３ 支柱 ２４ ガス通気孔 ３１ 保温体 ３２ 薄板 ３３ 支柱 ３４ ガス通気孔 ４１ 保温体 ４２ 薄板 ４３ 支柱 ４４ ガス通気孔 Ｄ 薄板の外径 ｄ 炉芯管の内径 ｇ 間隙

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 支持部材と、この支持部材に設けられた
   複数枚の薄板を有し、かつ、この薄板はガス通気孔を有
   し、このガス通気孔が相互に対向しないように位置をず
   らして配置されたことを特徴とする熱処理炉用保温体。
2. 【請求項２】 上記薄板は、円板形状でありその外径が
   炉芯管の内径に対して０．８５以上の大きさであること
   を特徴とする請求項２に記載の熱処理炉用保温体。