JP2010177653A - 縦型炉装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 熱処理容器内の全域を素早く均一な温度に昇温することができ、熱処理容器内に収納された複数枚の処理基板の全てに対して均一な熱処理を短時間で行うことができるようにする。
【解決手段】縦型炉装置１０は、第１のヒータ２の内側面２１、収納部１２の内側面１３、隔壁１４、第２のヒータ３の外側面３１を、平面視において互いに相似形である正方形状に形成し、互いの中心位置を一致させて備えている。ボート４は、収納部１２内の第１のヒータ２及び第２のヒータ３からの距離が互いに等しい４箇所のそれぞれで、処理基板Ｗの主面を内側面１３及び隔壁１４の外側面に平行にして処理基板Ｗを１０枚ずつ搭載している。処理基板Ｗは、第１のヒータ２が発生する熱によって外側面の全面を略均一に加熱され、第２のヒータ３が発生する熱によって内側面の全面を略均一に加熱される。
【選択図】 図１

Description

この発明は、半導体ウエハやガラス基板等の処理基板が底面から搬入出される熱処理容器を備えた縦型炉装置に関し、特に熱処理容器に収納された複数枚の処理基板の互いの温度差を小さくするための構造に関する。

処理基板を所定温度に加熱する熱処理装置として、処理基板が底面から搬入出される熱処理容器を備えた縦型炉装置が用いられている。縦型炉装置は、熱処理容器、ヒータ、ボート、昇降手段を備えている。

熱処理容器は、例えば石英チューブであり、底面が開放している。ヒータは、熱処理容器の側面を包囲して配置され、熱処理容器内を加熱する。ボートは、複数枚の処理基板を水平方向又は垂直方向に並べて搭載する。昇降手段は、ボートに搭載された処理基板を熱処理容器内に搬入出するために、熱処理容器に対してボートを昇降させる。

縦型炉装置は、熱処理容器内に収納された処理基板が、熱処理容器の外側に配置されたヒータのみによって加熱されるため、熱処理容器の温度は、水平面内で不均一になり易い。この結果、熱処理容器内に搬入された複数枚の処理基板の間で温度差を生じる場合や、各処理基板における温度分布が均一にならない場合を生じる。

そこで、従来の縦型炉装置では、熱処理容器の底面を塞ぐ蓋体とボートとの間に発熱体ユニットを備え、熱処理容器の外側だけでなく内側にも発熱体を備えたものがある（例えば、特許文献１参照。）。この構成により、熱処理容器内の温度が安定するまでの時間を短縮するとともに、熱処理容器内の温度の均一性を向上することができるとされている。

特開２００１−１５６００５号公報

特許文献１に記載された発明では、熱処理容器の内部にも発熱体が配置されるため、熱処理容器内が外側からだけでなく内側からも加熱される。しかし、発熱ユニットは蓋体とボートとの間に配置されているため、発熱体ユニットによって熱処理容器の下部を加熱することはできるが、熱処理容器の上下方向における中央部や上部を加熱することはできない。特に、熱処理容器の上下方向及び水平方向の中央部が他の部分よりも低温になり易く、熱処理容器内に収納された複数枚の処理基板のうち、水平方向又は垂直方向の中央部に位置する処理基板の中心部分を十分に加熱することができない。このため、水平方向又は垂直方向の中央部に位置する処理基板に対しても全面に均一な処理を行おうとすると、処理時間が長時間化する問題がある。

この発明の目的は、主面を略垂直にして収納された複数枚の処理基板における上下方向の全域に対向する第１及び第２のヒータを熱処理容器の外側及び内側に配置し、熱処理容器内の全域を素早く均一な温度に昇温することができ、熱処理容器内に収納された複数枚の処理基板の全てに対して均一な熱処理を短時間で行うことができる縦型炉装置を提供することにある。

この発明に係る縦型炉装置は、複数枚の処理基板を熱処理容器の底面側から内部に搬入出するものであり、熱処理容器、第１のヒータ、第２のヒータ、ボート及び昇降手段を備えている。

熱処理容器は、水平面内における中央部に配置された中空部と、水平面内における中空部の周囲を全周にわたって隔離して包囲するとともに下面側から処理基板が搬入出される収納部と、を有する。第１のヒータは、熱処理容器の外側を包囲し、収納部に搬入された処理基板の上下方向の全域に対向する。第２のヒータは、中空部内に収納され、収納部に搬入された処理基板の上下方向の全域に対向する。ボートは、水平面内における複数の位置であって第１及び第２のヒータからの距離が互いに等しい複数の位置のそれぞれで複数枚の処理基板を水平方向に並べて搭載する。昇降手段は、処理基板が熱処理容器の下方に露出した露出位置と処理基板が収納部内に収納された収納位置との間でボートを昇降させる。

この構成により、熱処理容器内に収納された複数枚の処理基板は、第１のヒータによって熱処理容器の外側から加熱されるとともに、第２のヒータによって熱処理容器の中心側からも加熱される。ボートに搭載された複数枚の処理基板のうち、熱処理容器の水平面内における外側に位置する処理基板は主に第１のヒータによって加熱され、熱処理容器の水平面内における中心側に位置する処理基板は主に第２のヒータによって加熱される。この結果、複数枚の処理基板の全てが、比較的早期に所定温度に加熱される。

この構成において、収納部の内側面及び中空部の外側面を３つ以上の平面で構成し、ボートが水平面内における３箇所以上である複数の位置のそれぞれで処理基板の主面を平面のそれぞれに平行にして複数枚の処理基板を搭載するものとし、第１及び第２のヒータが複数の位置のそれぞれに搭載された処理基板の主面に平行な放熱面を備えるものとすることが好ましい。収納部の水平面内における複数の位置のそれぞれでボートに搭載された処理基板の全面を均一に加熱することができる。

また、収納部の内側面及び中空部の外側面を平面視において同心円形状を呈するものとし、ボートが複数の位置のそれぞれに搭載した処理基板を水平面内で同心円形状の中心軸回りに回転させる回転手段を備えたものとすることもできる。収納部の水平面内において第１のヒータ及び第２のヒータの発熱量が均一でない場合にも、水平面内における複数の位置のそれぞれでボートに搭載された処理基板の全面を略均一に加熱することができる。

この発明によれば、熱処理容器内の全域を素早く均一な温度に昇温することができ、熱処理容器内に収納された複数枚の処理基板の全てに対して均一な熱処理を短時間で行うことができる。

図１（Ａ）及び（Ｂ）は、この発明の第１の実施形態に係る縦型炉装置の側面断面図及び平面断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、この発明の第２の実施形態に係る縦型炉装置の側面断面図及び平面断面図である。 この発明の第３の実施形態に係る縦型炉装置の側面断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、この発明の第４及び第５の実施形態に係る縦型炉装置の平面断面図である。

図１（Ａ）及び（Ｂ）は、この発明の第１の実施形態に係る縦型炉装置の側面断面図及び平面断面図である。第１の実施形態に係る縦型炉装置１０は、一例として４０枚の処理基板Ｗを熱処理容器１の底面側から内部に搬入出するものであり、熱処理容器１、第１のヒータ２、第２のヒータ３、ボート４、昇降手段５を備えている。

熱処理容器１は、一例として平面視において正方形状を呈する石英チューブである。熱処理容器１は、中空部１１、収納部１２を有している。熱処理容器１は、下端のフランジ部をヒータベース６とチューブホルダ８との間にパッキン８Ａを介して挟持されている。中空部１１は、熱処理容器１内の水平面内における中央部に配置されている。収納部１２は、水平面内における中空部１１の周囲を全周にわたって隔壁１４で隔離して包囲するように配置されている。隔壁１４は、一例として石英チューブで構成されている。収納部１２内には、下面側から処理基板Ｗが搬入出される。

第１のヒータ２は、一例として平面視において正方形状を呈し、ヒータベース６の上面に固定されている。第１のヒータ２は、熱処理容器１の外側を包囲し、収納部１２に搬入された処理基板Ｗの上下方向の全域に対向する発熱部２Ａを備えている。

第２のヒータ３は、一例として平面視において正方形状を呈している。第２のヒータ３は、中空部１１内に収納され、収納部１２に搬入された処理基板Ｗの上下方向の全域に対向するヒータ３Ａを備えている。

ボート４は、水平面内における複数の位置であって第１のヒータ２及び第２のヒータ３からの距離が互いに等しい４箇所のそれぞれで１０枚ずつの処理基板Ｗを水平方向に並べて搭載する。

昇降手段５は、ボート４に搭載された処理基板Ｗが熱処理容器１の下方に露出した露出位置と収納部１２内に収納された収納位置との間で、ボート４をフロア７とともに昇降させる。

熱処理容器１内に収納された処理基板Ｗは、第１のヒータ２によって熱処理容器１の外側から加熱されるとともに、第２のヒータ３によって熱処理容器１の中心側からも加熱される。ボート４に搭載された処理基板Ｗのうち、熱処理容器１の水平面内における外側に位置する処理基板Ｗは主に第１のヒータ２によって加熱され、熱処理容器１の水平面内における中心側に位置する処理基板Ｗは主に第２のヒータ３によって加熱される。

縦型炉装置１０では、第１のヒータ２の内側面２１、収納部１２の内側面１３、隔壁１４、第２のヒータ３の外側面３１は、平面視において互いに相似形である正方形状を呈しており、中心位置を一致させて配置されている。また、熱処理容器１は、隔壁１４を含めて均一な厚さにされている。ボート４は、収納部１２内で第１のヒータ２及び第２のヒータ３からの距離が互いに等しい４箇所のそれぞれで、処理基板Ｗの主面が内側面１３及び隔壁１４の外側面に平行となるように１０枚ずつの処理基板Ｗを搭載している。

したがって、ボート４の各位置に搭載されている１０枚の処理基板Ｗは、第１のヒータ２が発生する熱によって外側面の全面を略均一に加熱され、第２のヒータ３が発生する熱によって内側面の全面を略均一に加熱される。この結果、熱処理容器１内の全域を素早く均一な温度に昇温でき、熱処理容器１内に収納された４０枚の処理基板Ｗの全てが比較的早期に所定温度に加熱され、４０枚の処理基板Ｗの全てに対して均一な熱処理を短時間で行うことができる。

なお、第１のヒータ２の内側面２１、収納部１２の内側面１３、隔壁１４、第２のヒータ３の外側面３１は、平面視において互いに相似形である正３角又は正５角以上の多角形状とすることができる。

また、第２のヒータ３による処理基板Ｗの加熱状態を処理基板Ｗの内側面の全面について均一にするためには、隔壁１４の各面、及び第２のヒータ３が有する発熱部３Ａの発熱面３１の面積をできるだけ大きくすることが好ましい。

但し、処理基板Ｗの内側面の全面に対する加熱状態の均一性が高い状態に維持されることを条件に、必ずしも隔壁１４又はヒータ３を平面視において第１のヒータ２の内側面２１及び収納部１２の内側面１３と相似形にする必要はなく、例えば円形としてもよい。

図２（Ａ）及び（Ｂ）は、この発明の第２の実施形態に係る縦型炉装置の側面断面図及び平面断面図である。第２の実施形態に係る縦型炉装置１００は、縦型炉装置１０と同様に、一例として４０枚の処理基板Ｗを熱処理容器１の底面側から内部に搬入出するものであり、熱処理容器１０１、第１のヒータ１０２、第２のヒータ１０３、ボート１０４及び昇降手段１０５を備えている。

縦型炉装置１００は、熱処理容器１０１が平面視において円形を呈する点で縦型炉装置１０と異なる。これに伴って第１のヒータ１０２が有する発熱部１０２Ａの内側面（放熱面）、収納部１１２の内側面１１３、隔壁１１４、第２のヒータ１０３が有する発熱部１０３Ａ外側面（放熱面）は、平面視において互いに相似形である円形を呈するとともに中心位置を一致させて配置されている。

縦型炉装置１００では、ボート１０４が回転体１１０の円盤部に載置されている。回転体１１０の筒状部の外周面及び内周面は、パッキン（又は好ましくは磁気シール）４１及び４２を介してそれぞれフロア１０７の内側面及び隔壁１１４の下端部に全周にわたって接触する。回転体１１０の下端部には、プーリ４３が外嵌している。

縦型炉装置１００は、モータ４０を備えている。モータ４０は、この発明の回転手段であり、回転軸にプーリ４４が固定されている。プーリ４３及びプーリ４４には、ベルト４５が張架されている。モータ４０の回転は、プーリ４３，４４及びベルト４５を介して回転体１１０に伝達され、熱処理中にボート１０４を回転体１１０とともに熱処理容器１０１の中心軸回りに回転させる。第１のヒータ１０２及び第２のヒータ１０３において円周方向の発熱量が均一でない場合でも、ボート１０４に搭載された処理基板Ｗの全てを均一に加熱することができる。

図３は、この発明の第３の実施形態に係る縦型炉装置の側面断面図である。第３の実施形態に係る縦型炉装置２００は、熱処理容器２０１に隔壁２１４を一体的に成形し、第２のヒータ３を支柱６０を介して第１のヒータ２の上面から吊り下げた点で、縦型炉装置１０と相違しており、その他の構成は縦型炉装置１０と同様である。

隔壁２１４は、熱処理容器２０１の上面に開放しており、第１のヒータ２の上面から吊り下げられた第２のヒータ３が隔壁２１４によって形成された中空部２１１内に上方から挿入されている。

この構成によっても、収納部２１２内に下面側から収納された図示しない処理基板の全てを第１のヒータ２が有する発熱部２Ａ及び第２のヒータ３が有する発熱部３Ａによって均一に加熱することができる。

図４（Ａ）及び（Ｂ）は、この発明の第４及び第５の実施形態に係る縦型炉装置の平面断面図である。第４の実施形態に係る縦型炉装置３００は、互いに相似形の正方形状を呈する第２のヒータ３０３及び隔壁３１４を備え、収納部３１２内で処理基板Ｗを回転させない点で、第２の実施形態に係る縦型炉装置１００と相違している。

縦型炉装置３００においても、ボート３０４の４箇所のそれぞれで最も外側に搭載された処理基板Ｗの外側面が第１のヒータ３０２の発熱体３０２Ａに熱処理容器３０１を挟んで対向し、最も内側に搭載された処理基板Ｗの内側面が第２のヒータ３０３の発熱体３０３Ａに隔壁３１４を挟んで対向する。この結果、ボート３０４に搭載された複数の処理基板Ｗの全てが全面について均一な状態に加熱される。

第５の実施形態に係る縦型炉装置４００は、互いに相似形の正三角形状を呈する第２ヒータ４０３及び隔壁４１４を備え、収納部４１２内で処理基板Ｗを回転させない点で、第２の実施形態に係る縦型炉装置１００と相違している。

縦型炉装置３００においても、ボート４０４の４箇所のそれぞれで最も外側に搭載された処理基板Ｗの外側面が第１のヒータ４０２の発熱体４０２Ａに熱処理容器４０１を挟んで対向し、最も内側に搭載された処理基板Ｗの内側面が第２のヒータ４０３の放熱面のそれぞれに隔壁４１４を挟んで対向する。この結果、ボート４０４に搭載された複数の処理基板の全てが全面について均一な状態に加熱される。

なお、上記第４及び第５の実施形態においても、もちろん収納部３１２及び４１２のそれぞれの内部で、ワークＷ、第２のヒータ３０３及び隔壁３１４、並びにワークＷ、第２のヒータ４０３及び隔壁４１４を、それぞれ一体的に回転させることもできる。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１−熱処理容器
２−第１のヒータ
３−第２のヒータ
４−ボート
５−昇降装置
１０−縦型炉装置
１１−中空部
１２−収納部

Claims (4)

1. 水平面内における中央部に配置された中空部と、前記水平面内における前記中空部の周囲を全周にわたって隔離して包囲するとともに下面側から処理基板が搬入出される収納部と、を有する熱処理容器と、
   前記熱処理容器の外側を包囲する第１のヒータであって前記収納部に搬入された処理基板の上下方向の全域に対向する第１のヒータと、
   前記中空部内に収納された第２のヒータであって前記収納部に搬入された処理基板の上下方向の全域に対向する第２のヒータと、
   前記水平面内における複数の位置であって前記第１のヒータ及び前記第２のヒータからの距離が互いに等しい複数の位置のそれぞれで複数枚の処理基板を水平方向に並べて搭載するボートと、
   処理基板が前記熱処理容器の下方に露出した露出位置と前記処理基板が前記収納部内に収納された収納位置との間で前記ボートを昇降させる昇降手段と、
   を備えた縦型炉装置。
2. 前記収納部の内側面及び前記中空部の外側面は、３つ以上の平面で構成され、
   前記ボートは、前記水平面内における３箇所以上である複数の位置のそれぞれで、処理基板の主面を前記平面のそれぞれに平行にして複数枚の処理基板を搭載し、
   前記第１及び第２のヒータは、前記複数の位置のそれぞれに搭載された処理基板の主面に平行な放熱面を備えた請求項１に記載の縦型炉装置。
3. 前記収納部の内側面及び前記中空部の外側面は、平面視において同心円形状を呈し、
   前記ボートは、前記複数の位置のそれぞれに搭載した処理基板を前記水平面内で前記同心円形状の中心軸回りに回転させる回転手段を備えた請求項１に記載の縦型炉装置。
4. 前記第１のヒータ、前記熱処理容器、前記中空部及び前記第２のヒータが、平面視において互いに相似形を呈するとともに中心位置を一致させて配置された請求項１乃至３の何れかに記載の縦型炉装置。

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