JP2002319546A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体製造装置の炉口部での断熱性を高め、放
熱量を低減させ、又断熱部品個々の熱的負担を軽減す
る。 【解決手段】熱処理炉を具備し、該熱処理炉が少なくと
も管４と該管を囲繞する様同心に設けられたヒータユニ
ット２を有する半導体製造装置に於いて、前記管とヒー
タユニットが形成する空間２５の下端に断熱リングパッ
キン３８が設けられ、該断熱リングパッキンは前記空間
に連通する間隙２０に挾持される周縁部４０と、前記間
隙が臨む空間を閉塞し、前記周縁部と一体に形成された
断熱リング本体３９とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はシリコンウェーハ等
の基板に成膜、不純物の拡散、エッチング等の処理を行
う半導体製造装置、特に縦型熱処理炉を具備する半導体
製造装置の熱処理炉炉口部の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】先ず、図８に於いて、従来の半導体製造
装置の縦型熱処理炉について概略を説明する。

【０００３】ヒータベース１に有天筒状のヒータユニッ
ト２が立設され、前記ヒータベース１の下面にリング状
の均熱管座３が取付けられ、該均熱管座３に石英或はＳ
ｉＣ等の材質から成る均熱管４が前記ヒータベース１と
同心に均熱管断熱ブロック５を介して立設されている。
更に、前記ヒータベース１に図示しない支持部材により
支持されたリング状の反応管座６に石英製、有天筒状の
反応管７が立設されている。該反応管７は下端にフラン
ジ８を有し、該フランジ８がリング状のフランジ押え９
により、パッキン１０（後述）を介して前記反応管座６
に固定されている。

【０００４】前記反応管７にはウェーハ１１を水平姿勢
で多段に保持するボート１２が装入される様になってお
り、該ボート１２は炉口キャップ１３にボートキャップ
１４を介して載置され、前記炉口キャップ１３は図示し
ないボートエレベータにより支持されている。前記炉口
キャップ１３は前記ボート１２の装入状態で前記フラン
ジ８に当接し、前記反応管７を気密に閉塞する。

【０００５】図９により、炉口部分（図８中のＡ部）に
ついて更に説明する。

【０００６】前記ヒータユニット２は発熱体１５の周囲
を断熱材１６により覆い、更にヒータケース１７により
覆っている。又、前記発熱体１５、断熱材１６と前記ヒ
ータベース１との間にはヒータ断熱ブロック１８が介設
されている。

【０００７】該ヒータ断熱ブロック１８は内周下部が矩
形形状に欠切された欠切部２１を有しており、断面は逆
Ｌ字状をしている。前記均熱管断熱ブロック５の断面は
上面中央に突条１９が形成された凸形状をしている。前
記均熱管断熱ブロック５の外側肩部が前記ヒータ断熱ブ
ロック１８の欠切部２１に嵌込む様になっている。而し
て、前記ヒータ断熱ブロック１８、ヒータベース１と前
記均熱管断熱ブロック５間には断面が逆Ｌ字状の間隙２
０が形成される。尚、前記均熱管４は前記突条１９の内
側に嵌合する様になっている。尚、前記均熱管断熱ブロ
ック５、ヒータ断熱ブロック１８の材質としてはＡｌ2
Ｏ2 ＋ＳｉＯ2 の成型品、或は耐火煉瓦等が使用され
る。

【０００８】前記均熱管座３、フランジ押え９、反応管
７との間には断面矩形のリング状断熱材２２が介設され
ている。

【０００９】上記した様に、前記ヒータユニット２の下
端には前記ヒータ断熱ブロック１８が設けられ、前記均
熱管４の下端には前記均熱管断熱ブロック５が設けら
れ、更に、前記均熱管座３と反応管７の下端部には前記
断熱材２２が設けられる等して、炉口部の断熱がなされ
ている。

【００１０】即ち、前記均熱管断熱ブロック５が介在す
ることで、前記均熱管４からの熱伝導による放熱が抑制
され、更に、前記ヒータ断熱ブロック１８と均熱管断熱
ブロック５間の間隙２０が屈曲していることから、外気
雰囲気の出入りを抑制し、更に、前記断熱材２２が前記
反応管７を囲繞していることから、該反応管７の下端部
からの放熱を抑制している。

【００１１】基板の熱処理の処理品質は、温度に大きく
影響される。この為、前記反応管７内の温度を均一とす
る為、前記ヒータユニット２はゾーンコントロールが行
われている。前記反応管７からの放熱は上端部、下端部
からが大きく、特に下端部からの放熱量が大きい。この
為、前記ヒータユニット２は特に炉口部での発熱量を大
きくしている。

【００１２】従来に於ける熱処理炉の炉口構造での主な
放熱経路を図１０により説明する。

【００１３】前記ヒータユニット２と前記均熱管４間の
空間２５からは、前記ヒータ断熱ブロック１８を介して
熱伝導により放熱される放熱経路２７と、前記均熱管断
熱ブロック５を介して熱伝導により放熱される放熱経路
２９と、前記ヒータ断熱ブロック１８、均熱管断熱ブロ
ック５間の前記間隙２０から放熱される（該間隙２０よ
り外気が浸入する）放熱経路２８により放熱される。

【００１４】又、前記均熱管４と前記反応管７間の空間
２６からは前記均熱管断熱ブロック５を介して熱伝導に
より放熱される放熱経路３０と前記断熱材２２を熱伝導
により貫通して放熱される放熱経路３１により放熱され
る。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】近年では、ウェーハ１
１等被処理基板の大径化、大型化が進んでおり、この為
炉口部の直径も増大しており、炉口部の放熱量は増々増
大し、ヒータユニット２下端部の負荷も大きくなり、寿
命が短くなっている。この為、炉口部からの放熱量を極
力減少させる必要がある。

【００１６】然し乍ら、従来の炉口部構造であると、前
記ヒータ断熱ブロック１８、均熱管断熱ブロック５が直
接前記空間２５に臨接している為、前記放熱経路２７、
放熱経路２９からの放熱量が大きい。又、前記ヒータ断
熱ブロック１８と均熱管断熱ブロック５間の間隙２０が
前記空間２５から均熱管座３迄貫通しているので、外気
が前記空間２５に浸入し易く、前記間隙２０からの放熱
量が大きい。

【００１７】又、前記均熱管断熱ブロック５が前記空間
２６に臨接しているので、前記放熱経路３０からの放熱
量が大きい。又、前記断熱材２２は前記空間２６下端を
閉塞しているが、前記均熱管座３の内縁部での重なり部
分が少なく、前記断熱材２２を貫通する放熱量が大き
く、前記放熱経路３１での放熱量が大きい等の問題を有
していた。

【００１８】更に又、上記した様に、前記均熱管断熱ブ
ロック５は前記空間２５、空間２６に臨接しており、熱
的には過酷な状況に配置されている。この為、前記突条
１９の下端（特に空間２６側）には切欠効果により熱応
力が集中し易く、亀裂３２が入り易いという問題があっ
た。

【００１９】本発明は斯かる実情に鑑み、炉口部での断
熱性を高め、放熱量を低減させ、又断熱部品個々の熱的
負担を軽減しようとするものである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明は、熱処理炉を具
備し、該熱処理炉が少なくとも管と該管を囲繞する様同
心に設けられたヒータユニットを有する半導体製造装置
に於いて、前記管とヒータユニットが形成する空間の下
端に断熱リングパッキンが設けられ、該断熱リングパッ
キンは前記空間に連通する間隙に挾持される周縁部と、
前記間隙が臨む空間を閉塞し、前記周縁部と一体に形成
された断熱リング本体とを有する半導体製造装置に係る
ものである。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態を説明する。

【００２２】図１は図８中のＡ部詳細図であり、図１
中、図９中で示したものと同等のものには同符号を付し
てある。

【００２３】均熱管断熱ブロック５の上面、空間２５に
臨接する部分に溝３５を形成し、該溝３５に断熱押えリ
ング３６の下端が嵌込む様にする。又、前記均熱管断熱
ブロック５の内径部は前記均熱管座３より更に中心側に
オーバハングする様な形状となっている。前記断熱押え
リング３６は下部外周側に矩形形状の欠切部３７が形成
され、断面が倒立Ｌ字状をしており、下端部外径が小さ
く薄肉となっている。又、前記断熱押えリング３６の上
端は発熱体１５の下端より上方に位置している。

【００２４】前記断熱押えリング３６の材質としては、
Ａｌ2 Ｏ2 ＋ＳｉＯ2 の成型品、或は耐火煉瓦等が使用
される。該断熱押えリング３６の形状としては、一体も
ののリング、或は図２で示す様な分割したリングでも良
い。分割したリングの場合、分割体の接合端面は平面で
はなく、図示の様に屈折した面とすると、間隙部を熱が
貫通しなくなるので、断熱性が向上する。

【００２５】前記断熱押えリング３６の欠切部３７には
断熱リングパッキン３８が外嵌され、該断熱リングパッ
キン３８は前記均熱管断熱ブロック５、ヒータ断熱ブロ
ック１８、断熱押えリング３６の３つの部品に挾持され
る様になっている。

【００２６】前記断熱リングパッキン３８は図３（一部
を欠切して示してある）に示される様に、弾力性の有る
断熱リング本体３９と該断熱リング本体３９から外周に
向かって広がる襞状の弾力性の有る周縁部４０から成
り、該周縁部４０は更に外縁が折返されて２重になって
いる。前記断熱リング本体３９が前記均熱管断熱ブロッ
ク５、ヒータ断熱ブロック１８、断熱押えリング３６の
３つの部品に挾持され、前記周縁部４０が前記ヒータ断
熱ブロック１８と均熱管断熱ブロック５に挾まれて、前
記間隙２０を封止している。

【００２７】又、前記断熱リング本体３９は芯材及び芯
材を被覆している被覆材から成り、前記周縁部４０は被
覆材と同材質の断熱クロスである。ここで、芯材として
は主としてＡｌ2 Ｏ2 ＋ＳｉＯ2 の繊維化されたファイ
バーを積層したものであり、被覆材は主としてＡｌ2 Ｏ
2 ＋ＳｉＯ2 の連続繊維を網目状に重ねた布である。

【００２８】前記均熱管断熱ブロック５と反応管７との
間に断熱リング４２を挾設する。該断熱リング４２の上
端は発熱体１５の下端より更に上方に位置する様になっ
ている。該断熱リング４２の構造及び材質は前記断熱リ
ング本体３９と同様であり、芯材と被覆材とから構成さ
れている。又、図４に示される様に、前記断熱リング４
２の形状は連続したリングであってもよく、或は組立て
性を考慮し、一カ所が切断されていてもよく、更に切断
箇所には紐４５を設け接合可能にしてもよい。

【００２９】尚、前記均熱管座３、断熱リング４２とフ
ランジ押え９との間には断熱材２２が配設されている。
該断熱材２２の構造及び材質は、前記断熱リング４２と
同様である。

【００３０】以下、作用を説明する。

【００３１】前記断熱押えリング３６の下端が前記溝３
５に嵌込んでおり、接合線は屈曲しており、前記均熱管
断熱ブロック５と断熱押えリング３６の間隙から熱が放
出されることが防止される。又、前記均熱管断熱ブロッ
ク５の上面で空間２５に含まれる部分は前記断熱押えリ
ング３６、断熱リング本体３９に覆われているので、前
記均熱管断熱ブロック５が直接前記空間２５に接するこ
とはない。又、前記断熱押えリング３６の上端は前記発
熱体１５の下端部により加熱されるので、前記空間２５
の下端は温度の低い前記均熱管断熱ブロック５に接触す
ることがない。

【００３２】前記ヒータ断熱ブロック１８の前記空間２
５に含まれる内周面は前記断熱リングパッキン３８、断
熱押えリング３６により覆われ、直接空間２５に接する
ことがない。又、前記ヒータ断熱ブロック１８と断熱押
えリング３６間の間隙と前記間隙２０とは前記断熱リン
グ本体３９により分断され、熱が両間隙を貫通すること
がない。更に、前記周縁部４０は前記ヒータ断熱ブロッ
ク１８と均熱管断熱ブロック５間に挾持されるので、前
記周縁部４０が前記間隙２０を完全にシールし、該間隙
２０から外気が浸入し前記空間２５の下部が冷却される
こと、或は間隙２０から熱が放出されることを抑制す
る。

【００３３】前記均熱管断熱ブロック５の空間２６に含
まれる内周面は前記断熱リング４２が密着しており、前
記均熱管断熱ブロック５が前記空間２６に露出する部分
は僅かに内縁部上面だけである。又、前記均熱管断熱ブ
ロック５の内縁部が中心側にオーバハングしているの
で、前記均熱管座３の内縁を回込んで熱が貫通すること
が抑止される。

【００３４】更に、図１０を参照して説明する。

【００３５】図１０で示した放熱経路２７、放熱経路２
８、放熱経路２９、放熱経路３０、放熱経路３１につい
て考察する。

【００３６】先ず、前記放熱経路２７、放熱経路２９に
ついて説明すると、これらの放熱経路２７，２９では、
空間２５の熱は断熱押えリング３６を介してヒータ断熱
ブロック１８、均熱管断熱ブロック５に伝達される。こ
の為、断熱ブロックを通過する放熱経路が大幅に長くな
り、放熱抵抗が増加する。又、前記放熱経路２８につい
ては、該放熱経路２８に至る前に前記ヒータ断熱ブロッ
ク１８と断熱押えリング３６との間隙が有り、更に前記
断熱リングパッキン３８で間隙が分断され、周縁部４０
で封止されるので、間隙２０を熱が貫通するというこ
と、或は間隙２０を通って外気が浸入することはなくな
る。

【００３７】又、前記均熱管断熱ブロック５の空間２６
に対する露出面積が上面に一部だけとなり、該空間２６
から直接受ける熱は大幅に減少し、前記均熱管断熱ブロ
ック５の内周面が前記空間２６から受ける熱は前記断熱
リング４２を介して受熱することとなり、放熱経路３０
からの放熱量も大幅に抑制される。更に、前記均熱管座
３の内縁を回込んで前記断熱材２２を貫通して放熱され
る前記放熱経路３１については前記断熱リング４２を介
さなければ前記断熱材２２に到達せず、やはり前記放熱
経路３１での放熱量も大幅に抑制される。

【００３８】而して、本実施の形態では炉口部からの放
熱量が大幅に低減し、安定時の消費電力が５％から１０
％の節電効果が見られ、又ヒータユニット２下端部の負
荷が小さくなり、ヒータの長寿命化が達成される。更
に、均熱管断熱ブロック５の熱的負荷が減少し、亀裂の
発生が防止される。

【００３９】図５〜図７は他の実施の形態を示すもので
あり、本発明が異なる形式の縦型熱処理炉に実施された
場合を示している。図中、図１中で示したものと同等の
ものには同符号を付し、その説明を省略する。

【００４０】該実施の形態に於ける縦型熱処理炉は、均
熱管がないもの、或は反応管７の内部に均熱管が設けら
れる形式のものであり、又該反応管７はヒータベース１
に支持されたインレットフランジ４４上に前記反応管７
が立設されている。

【００４１】ヒータユニット２を構成する発熱体１５、
断熱材１６の下端にはヒータ断熱ブロック１８が設けら
れ、前記ヒータユニット２は前記ヒータベース１に前記
反応管７と同心に立設されている。

【００４２】前記ヒータ断熱ブロック１８の内周下部に
は欠切部２１が形成され、該欠切部２１には均熱管断熱
ブロック５が内嵌され、該均熱管断熱ブロック５は前記
ヒータベース１の下面に設けられた均熱管座３で支持さ
れている。

【００４３】前記ヒータ断熱ブロック１８と前記反応管
７間に断熱リングパッキン３８が挾設される。

【００４４】該断熱リングパッキン３８について図６、
図７を参照して説明する。

【００４５】該断熱リングパッキン３８は断熱リング本
体３９と周縁部４０から構成され、前記断熱リング本体
３９は円筒形状であり、前記周縁部４０は前記断熱リン
グ本体３９に連続するテーパ筒部４０ａ、該テーパ筒部
４０ａから半径方向に広がるフランジ部４０ｂを更に具
備している。

【００４６】前記断熱リング本体３９は芯材及び芯材を
被覆している被覆材から成り、前記周縁部４０は被覆材
と同材質の断熱クロスである。芯材としては主としてＡ
ｌ2Ｏ2 ＋ＳｉＯ2 の繊維化されたファイバーを積層し
たものであり、被覆材は主としてＡｌ2 Ｏ2 ＋ＳｉＯ2
の連続繊維を網目状に重ねた布である。

【００４７】前記ヒータ断熱ブロック１８、発熱体１５
と前記反応管７間に挾持される前記断熱リング本体３９
は、前記均熱管断熱ブロック５とヒータ断熱ブロック１
８に掛渡り、更に上端が発熱体１５の下端より上方に位
置する形状であり、前記周縁部４０のフランジ部４０ｂ
は前記均熱管座３とフランジ押え９間に挾持される。

【００４８】而して、前記発熱体１５と反応管７間で形
成される空間４３の下端は前記断熱リング本体３９によ
り閉塞され、前記均熱管座３とフランジ押え９間も前記
フランジ部４０ｂにより封止される。

【００４９】前記断熱リング本体３９が介在すること
で、前記ヒータ断熱ブロック１８、均熱管断熱ブロック
５は前記空間４３から直接受熱することがなく、前記ヒ
ータ断熱ブロック１８、均熱管断熱ブロック５を通って
放熱される熱量が減少する。更に、前記ヒータ断熱ブロ
ック１８と均熱管断熱ブロック５間の間隙２０は前記断
熱リング本体３９で閉塞されているので、前記間隙２０
を通って外気が浸入することが防止され、該間隙２０を
貫通して放熱される熱量が減少する。又、前記均熱管座
３、フランジ押え９は共に金属であるが、前記フランジ
部４０ｂが挾設されることで、隙間は密閉され、前記均
熱管座３とフランジ押え９間の間隙を通って外気が浸入
することが抑制されると共に該間隙を通って放熱される
熱量も大幅に減少する。

【００５０】

【発明の効果】本発明は、熱処理炉を具備し、該熱処理
炉が少なくとも管と該管を囲繞する様同心に設けられた
ヒータユニットを有する半導体製造装置に於いて、前記
管とヒータユニットが形成する空間の下端に断熱リング
パッキンが設けられ、該断熱リングパッキンは前記空間
に連通する間隙に挾持される周縁部と、前記間隙が臨む
空間を閉塞し、前記周縁部と一体に形成された断熱リン
グ本体とを有するので、間隙からの外気の浸入を防止
し、間隙を貫通して放熱される熱量を低減し、更に前記
断熱リング本体が熱を遮断するので、空間下端部からの
放熱量を低減し、従って、炉口部の温度が安定し、歩留
りが向上すると共に省エネルギー化が図れる等の優れた
効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す要部断面図である。

【図２】該実施の形態に用いられる断熱押えリングの斜
視図である。

【図３】該実施の形態に使用される断熱リングパッキン
の斜視図である。

【図４】該実施の形態に使用される断熱リングの斜視図
である。

【図５】本発明の他の実施の形態を示す要部断面図であ
る。

【図６】該他の実施の形態に使用される断熱リングパッ
キンの正面図である。

【図７】該他の実施の形態に使用される断熱リングパッ
キンの斜視図である。

【図８】従来の半導体製造装置の熱処理炉の断面図であ
る。

【図９】従来例の要部断面図であり、図８のＡ部詳細図
である。

【図１０】従来例の放熱経路を示す説明図である。

【符号の説明】

１ ヒータベース ２ ヒータユニット ５ 均熱管断熱ブロック ７ 反応管 １５ 発熱体 １８ ヒータ断熱ブロック ２０ 間隙 ２２ 断熱材 ２５ 空間 ２６ 空間 ３６ 断熱押えリング ３８ 断熱リングパッキン ３９ 断熱リング本体 ４０ 周縁部 ４２ 断熱リング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柳川 秀宏 東京都中野区東中野三丁目14番20号 株式 会社日立国際電気内 (72)発明者 宮田 敏光 東京都中野区東中野三丁目14番20号 株式 会社日立国際電気内 Ｆターム(参考） 5F045 BB08 DP19 DQ05 EK06

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱処理炉を具備し、該熱処理炉が少なく
   とも管と該管を囲繞する様同心に設けられたヒータユニ
   ットを有する半導体製造装置に於いて、前記管とヒータ
   ユニットが形成する空間の下端に断熱リングパッキンが
   設けられ、該断熱リングパッキンは前記空間に連通する
   間隙に挾持される周縁部と、前記間隙が臨む空間を閉塞
   し、前記周縁部と一体に形成された断熱リング本体とを
   有することを特徴とする半導体製造装置。