JP2564010B2 - 半導体ウェーハの熱処理炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （１）発明の目的 ［産業上の利用分野］ 本発明は、半導体ウェーハの熱処理炉に関し、特に、
炉芯管本体の開口端部に対し炉蓋本体が擦合接触される
拡張段部を形成してなる半導体ウェーハの熱処理炉に関
するものである。

［従来の技術］ 従来、この種の半導体ウェーハの熱処理炉としては、
たとえば縦型熱処理炉が提案されていたが、特に、有害
ガス（たとえば水素ガス）を用いて半導体ウェーハの熱
処理を実行する場合、炉芯管本体の開口端部を支持する
ための炉芯管本体支持部の下面に対して炉蓋本体を直接
に当接せしめることにより炉芯管本体の開口端部を閉鎖
し、かつ炉芯管本体支持部の下面に対しＯリングを介し
て炉蓋本体を保持するための炉蓋保持部材の上面を当接
せしめることにより炉芯管本体の開口端部と炉蓋保持部
材との間をシールしてなるものが提案されていた。

［解決すべき問題点］ しかしながら、従来の半導体ウェーハの熱処理炉で
は、Ｏリングが炉芯管本体から与えられる熱によって劣
化することを防止するための水冷回路を内蔵できるよ
う、炉芯管本体支持部および炉蓋保持部材をステンレス
鋼で作成していたので、（ｉ）炉芯管本体の内部空間に
対してステンレス鋼が露出してしまう欠点があり、ひい
ては（ii）熱処理ガスあるいは洗浄ガス（たとえば塩化
水素ガス）によってステンレス鋼が腐食され炉芯管本体
の内部空間に対して鉄，クロムあるいはニッケルなどの
金属粒子が侵入してしまう欠点があり、結果的に（ii
i）炉枕管本体の内部空間で熱処理されるに際し半導体
ウェーハがこれらの金属粒子によって汚染されてしまう
欠点があった。

そこで、本発明は、これらの欠点を除去すべく、石英
あるいは炭化珪素によって作成された炉蓋本体を炉芯管
本体の開口端部に対して直接に擦合接触することにより
炉芯管本体の開口端部を閉鎖して炉芯管本体の内部空間
に対しステンレス鋼が露出することを回避してなる半導
体ウェーハの熱処理炉を提供せんとするものである。

（２）発明の構成 ［問題点の解決手段］ 本発明の半導体ウェーハの熱処理炉は、加熱部材によ
って包囲されかつ熱処理ガスが供給される炉芯管本体の
内部空間に対し半導体ウェーハをウェーハ熱処理用治具
に支持して収容しかつ炉芯管本体の開口端部を炉蓋によ
って閉鎖することにより熱処理してなる半導体ウェーハ
の熱処理炉において、前記炉芯管本体が石英または炭化
珪素からなり、炉芯管本体の開口端部に拡張段部および
炉芯管本体の胴部の径よりも大きな径を有する拡張管部
を設け、前記炉芯管本体を拡張管部の端部において炉芯
管本体支持部材により支持し、前記炉蓋を、炉蓋移動部
材と、炉蓋移動部材に当接した基部炉蓋保持部材と、基
部炉蓋保持部材に弾性部材を介して保持された炉蓋中間
保持部材と、炉蓋中間保持部材に弾性部材を介して保持
された炉蓋保持部材と、炉蓋保持部材に当接した石英ま
たは炭化珪素からなる炉蓋本体とで構成し、前記炉芯管
本体の拡張段部に前記炉蓋本体を擦合接触させるととも
に、前記炉芯管本体支持部材に前記炉蓋中間保持部材を
当接させることを特徴とするものである。

［作用］ 本発明にかかる半導体ウェーハの熱処理炉は、［問題
点の解決手段］において明示したごとく、加熱部材によ
って包囲されかつ熱処理ガスが供給される炉芯管本体の
内部空間に対し半導体ウェーハをウェーハ熱処理用治具
に支持して収容しかつ炉芯管本体の開口端部を炉蓋によ
って閉鎖することにより熱処理してなる半導体ウェーハ
の熱処理炉であって、特に、炉芯管本体の開口端部に対
し炉蓋本体が擦合接触される拡張段部を形成してなるの
で、 （ｉ）炉芯管本体の内部空間に対してステンレス鋼が露
出してしまうことを防止する作用 をなし、ひいては （ii）熱処理ガスあるいは洗浄ガス（たとえば塩化水素
ガス）によってステンレス鋼が腐食され炉芯管本体の内
部空間に対して鉄，クロムあるいはニッケルなどの金属
粒子が侵入してしまうことを防止する作用 をなし、結果的に （iii）炉芯管本体の内部空間で熱処理されるに際し半
導体ウェーハがこれらの金属粒子によって汚染されてし
まうことを防止する作用 をなす。

また、本発明にかかる半導体ウェーハの熱処理炉は、
［問題点の解決手段］において明示したごとく、加熱部
材によって包囲されかつ熱処理ガスが供給される炉芯管
本体の内部空間に対し半導体ウェーハをウェーハ熱処理
用治具に支持して収容しかつ炉芯管本体の開口端部を炉
蓋によって閉鎖することにより熱処理してなる半導体ウ
ェーハの熱処理炉であって、特に、炉芯管本体の開口端
部に対し炉蓋本体が擦合接触される拡張段部を形成し、
かつ炉芯管本体を支持するための炉芯管本体支持部材に
対し炉蓋本体を保持するための炉蓋中間保持部材を当接
せしめて炉蓋本体の周囲に密閉空間を形成してなるの
で、上記（ｉ）〜（iii）の作用に加え、 （iv）炉芯管本体の開口端部から有害ガスが漏出するこ
とを阻止する作用 をなし、ひいては （ｖ）爆発事故などを回避する作用 をなす。

［実施例］ 次に、本発明にかかる半導体ウェーハの熱処理炉につ
いて、その好ましい実施例を挙げ、添付図面を参照しつ
つ、具体的に説明する。しかしながら、以下に説明する
実施例は、本発明の理解を容易化ないし促進化するため
に記載されるものであって、本発明を限定するために記
載されるものではない。換言すれば、以下に説明される
実施例において開示される各部材は、本発明の精神なら
びに技術的範囲に属する全ての設計変更ならびに均等物
置換を含むものである。

（添付図面の説明） 第１図は、本発明にかかる半導体ウェーハの熱処理炉
の一実施例を示す断面図であって、特に、縦型熱処理炉
10に対して例示されており、炉蓋本体71が炉芯管本体21
の開口端部21Bに形成された拡張段部21bに対してシール
を達成するために擦合接触された状態を示している。

（実施例の構成） まず、第１図を参照しつつ、本発明にかかる半導体ウ
ェーハの熱処理炉の一実施例について、その構成を詳細
に説明する。第１図には、以下の説明を簡潔とするため
に、本発明にかかる半導体ウェーハの熱処理炉として縦
型熱処理炉が例示されているが、本発明をこれに限定す
る意図はない。

10は、本発明にかかる半導体ウェーハの縦型熱処理炉
であって、半導体ウェーハを熱処理するための炉芯管装
置20と、炉芯管装置20の周囲に適宜の間隔を介して所望
に応じ配設されており炉芯管装置20において均熱領域を
確保容易とするための均熱管30と、均熱管30の周囲に配
設されており外部の電源から与えられた電力で発熱され
て均熱管30を介し炉芯管装置20を加熱するための加熱部
材40と、加熱部材40の周囲に配設されており加熱部材40
によって発生された熱が外部環境へ逃げるのを防止する
ための断熱管50と、炉芯管装置20ないし断熱管50を保持
するためにステンレス鋼などの適宜の材料で形成された
ハウジング60と、炉芯管装置20の開口を閉鎖してその内
部空間21Aを外部環境から隔離するためのと炉蓋装置70
を備えている。

炉芯管装置20は、石英などの適宜の高温使用可能な高
純度材料で形成されており内部空間21Aに形成された均
熱領域で半導体ウェーハを熱処理するための炉芯管本体
21と、断熱管50の外部から炉芯管本体21の外周面まで延
長されたのちその外周面にそって頂部まで延長され頂部
において内部空間21Aに対して開口されており適宜の熱
処理ガス（たとえば水素ガス），掃気ガス（たとえば窒
素ガス）あるいは洗浄ガス（たとえば塩素ガス）を供給
ガスとして供給するためのガス供給管22と、炉芯管本体
21の開口端部21Bの近傍に開口されかつ断熱管50の外部
へ延長されており使用済の熱処理ガス，掃気ガスあるい
は洗浄ガスを排出ガスとして炉芯管本体21の内部空間21
Aから外部へ向けて排除するためのガス排出管23とを包
有している。ガス供給管22およびガス排出管23のうち炉
芯管本体21の近傍に位置する部分は、それぞれ、なるべ
く多く石英などの高温使用可能な材料で形成されている
ことが、好ましい。

均熱管30は、たとえば炭化珪素などの適宜の高温使用
可能な材料によって作成されており、炉芯管装置20の均
熱領域を確保ないし拡張すべく炉芯管装置20の全長を包
囲するよう配設されている。

加熱部材40は、均熱管30の外方に配設されており、炉
芯管装置20の内部空間21Aにおいてその軸方向にそって
均熱領域を形成し確保するために適宜に配設されてい
る。

断熱管50は、グラスファイバなどの適宜の断熱材料に
よって形成されており、炉芯管装置20，均熱管30および
加熱部材40を全体として包囲している。

ハウジング60は、均熱管30および断熱管50の下端部を
上面で支持するための支持部材本体61と、支持部材本体
61の下面に対して取付けられており中央開口部62Aの段
部上面によって炉芯管本体21の開口端部21Bの下端面を
支持するための炉芯管本体支持部材62と、中央開口部62
Aの段部上面に対して形成された配設溝内に収容されて
おり炉芯管本体21の開口端部21Bの下端面との間のシー
ルを確保するためのＯリング63と、炉芯管本体支持部材
62の中央開口部62Aに対して開口されており炉芯管本体2
1の開口端部21Bから有害ガスが漏出することを阻止する
ために加圧された不活性ガス（たとえば窒素ガス）を炉
蓋本体71の周囲に形成された密閉空間に供給するための
ガス供給管64と、炉芯管本体支持部材62の中央開口部62
Aに対して開口されており炉芯管本体21の開口端部21Bか
らの漏出ガスを外部へ排出するためのガス排出管65とを
備えている。炉芯管本体支持部材62は、通常、Ｏリング
63ならびに後述のＯリング74Aを水冷するための水冷回
路（図示せず）を内蔵しておい、その水冷回路によるＯ
リング63,74Aの水冷効率を確保するためにステンレス鋼
などで形成されている。

炉蓋装置70は、炉芯管本体21の開口端部21Bに形成さ
れた拡張段部21bに対してシールを確保するた擦合接触
される石英もしくは炭化水素などの高温使用可能な高純
度材料によって形成された炉蓋本体71と、炉蓋本体71を
保持するためのステンレス鋼などの適宜の材料で形成さ
れた炉蓋保持部材72と、炉蓋保持部材72を弾性部材73を
介して保持しており炉芯管本体支持部材62の下面に対し
て上面が当接可能な中間炉蓋保持部材74と、中間炉蓋保
持部材74を弾性部材75を介して保持するための基部炉蓋
保持部材76と、基部炉蓋保持部材76の下面を支持してお
り炉蓋本体71を炉芯管本体21の開口端部21Bに形成され
た拡張段部21bに向けて接近し離間せしめるための炉蓋
移動部材77と、炉蓋移動部材77の一端部に対して配設さ
れており炉蓋移動部材77を昇降移動せしめるための駆動
シャフト78と、駆動シャフト78と同様に炉蓋移動部材77
の一端部に対して配設されており炉蓋移動部材77の昇降
移動を安定化せしめるための案内シャフト79とを備えて
いる。中間保持部材74の上面の周縁部には、炉蓋本体71
の周囲に密閉空間を形成し炉芯管本体21の開口端部21B
から漏出した有害ガスが炉芯管本体21の外部へ拡散する
ことを防止するよう、炉芯管本体支持部材62の下面との
間のシールを確保するためのＯリング74Aを収容するた
めに配設溝が形成されている。中間保持部材74は、通
常、Ｏリング74Aを水冷するための水冷回路（図示せ
ず）を内蔵しており、その水冷回路によるＯリング74A
の水冷効率を確保するためにステンレス鋼などで形成さ
れている。

（実施例の作用） 更に、本発明にかかる半導体ウェーハの熱処理炉の一
実施例について、第１図に例示した縦型熱処理炉を参照
しつつ、その作用を詳細に説明する。

炉入動作 炉芯管本体21の内部空間21Aにおける半導体ウェーハ
の熱処理に関する一連の作業を開始するにあたり、ま
ず、ガス供給管22によって矢印Ａで示すごとく不活性ガ
ス（たとえば窒素ガス）を炉芯管本体21の内部空間21A
に対して供給する。これにより、炉芯管本体21の内部空
間21Aに残留していたガス（たとえば塩化水素ガス；残
留ガスという）がガス排出管23を介して炉芯管本体21の
外部へ排出される。

不活性ガスによる残留ガスの掃気が十分に進行した時
期を見計らって、炉蓋移動部材77が、駆動シャフト78お
よび案内シャフト79によって矢印Ｙ方向に向け移動せし
められる。炉蓋移動部材77が所定の位置まで降下せしめ
られると、炉蓋本体71の上面には、熱処理すべき半導体
ウェーハを保持したウェーハ熱処理用治具（図示せず）
が適宜の作業具によって載置される。

そののち、炉蓋移動部材77が、移動シャフト78および
案内シャフト79によって矢印Ｘ方向に向け移動せしめら
れる。

炉蓋移動部材77が矢印Ｘ方向に向けて移動されると、
ウェーハ熱処理用治具が炉芯管本体21の内部空間21Aに
挿入され、そののち炉蓋本体71が炉芯管本体21の開口部
材21Bに形成された拡張段部21bに対して当接されて接合
接触され、次いで中間保持部材74が弾性部材73に抗しつ
つ炉芯管本体支持部材62の下面にＯリング74Aを介して
当接され、更に基部保持部材76が弾性部材75を介して中
間保持部74を押圧せしめる。

以上により、ウェーハ熱処理用治具に保持された熱処
理すべき半導体ウェーハが、炉芯管本体21の内部空間21
Aに対して挿入される。

熱処理動作 炉芯管本体21の内部空間21Aには、熱処理すべき半導
体ウェーハが挿入されたのちも、半導体ウェーハの炉入
動作に伴なって侵入した酸素ガスを掃気するために、ガ
ス供給管22を介して不活性ガス（たとえば窒素ガス）が
供給され続ける。炉芯管本体21の内部空間21Aでは、窒
素ガスが矢印Ｂ方向に向けて移動されたのち、矢印Ｃ方
向で示すごとくガス排出管23に向けて移動されており、
酸素ガスが炉芯管本体21の内部空間21Aの外部へ排出さ
れる。

酸素ガスが十分に掃気された時期を見計らって、ガス
供給管22により熱処理ガス（たとえば水素ガス）が炉芯
管本体21の内部空間21Aに対して供給される。熱処理ガ
スは、炉芯管本体の内部空間21Aで矢印Ｂ方向に移動さ
れたのち、矢印Ｃで示すごとくガス排出管23を介して排
出されるが、このとき、ウェーハ熱処理用治具に保持さ
れた半導体ウェーハに接触してその熱処理に供される。

また、炉蓋本体71の周囲に中間保持部材74によって形
成された密閉空間には、ガス供給管64を介して加圧され
た不活性ガス（たとえば窒素ガス）が矢印Ｅで示すごと
く供給されているので、炉芯管本体21の内部空間21Aよ
りも高圧とでき、炉芯管本体21の開口端部21Bの拡張段
部21bと炉蓋本体71との接合接触面から熱処理ガスが漏
出すことを阻止できる。仮に、熱処理ガスが、炉芯管本
体21の開口端部21Bの拡張段部21bと炉蓋本体71との接合
接触面から漏出したとしても、その密閉空間によって確
実に捕捉されたのち、直ちに、ガス排出管65によって矢
印Ｆで示すごとく外部へ排出できる。それ故、本発明に
よれば、熱処理ガスの漏出に伴なう爆発事故などを回避
できる。

炉出動作 半導体ウェーハの熱処理動作が終了すると、ガス供給
管22を介して不活性ガス（たとえば窒素ガス）が、残留
した熱処理ガスを掃気するために、炉芯管本体21の内部
空間21Aに対して矢印Ａで示すごとく供給される。炉芯
管本体21の内部空間21Aでは、不活性ガスが矢印Ｂで示
すごとく移動されたのち、矢印Ｃで示すごとくガス排出
管23に向けて移動されており、熱処理ガスが炉芯管本体
21の内部空間21Aの外部へ排出される。

不活性ガスによる熱処理ガスの掃気が十分に進行した
時期を見計らって、炉蓋移動部材77が、駆動シャフト78
および案内シャフト79によって矢印Ｙ方向に移動せしめ
られる。炉蓋移動部材77が所定の位置まで降下せしめら
れると、熱処理済の半導体ウェーハを保持するウェーハ
熱処理用治具が、適宜の作業具により炉蓋本体71から除
去される。

更に、半導体ウェーハの熱処理動作を続行する場合
は、熱処理すべき半導体ウェーハを保持する別のウェー
ハ熱処理用治具を上述と同様に炉蓋本体71に載置したの
ち炉入動作を実行する。また、半導体ウェーハの熱処理
動作を続行しない場合は、炉芯管本体21の内部空間21A
を保護するために、炉蓋移動部材77が、駆動シャフト78
および案内シャフト79によって矢印Ｘ方向に移動せしめ
られ、炉蓋本体71および中間保持部材74をそれぞれ炉芯
管本体21の開口端部21Bに形成された拡張段部21bおよび
炉芯管本体支持部材62の下面に対して当接せしめる。

（変形例） なお、上述においては、炉蓋本体71の周囲に形成され
た密閉空間に対し、熱処理動作の期間中、ガス供給管64
を介して加圧された不活性ガスを供給しているが、本発
明は、これに限定されるものではない。すなわち、炉蓋
本体71の周囲に形成された密閉空間には、炉蓋本体71が
炉芯管本体21の開口端部21Bに形成された拡張段部21bに
当接された直後および離間される直前にのみ、ガス供給
管64を介して矢印Ｅで示すごとく不活性ガスを供給し、
炉入動作に伴なって侵入した酸素ガスあるいは熱処理動
作もしくは洗浄動作に伴なって漏出した熱処理ガスもし
くは洗浄ガスを排除することとしてもよい。

（３）発明の効果 上述より明らかなごとく、本発明にかかる半導体ウェ
ーハの熱処理炉は、［問題点の解決手段］において明示
したごとく、加熱部材によって包囲されかつ熱処理ガス
が供給される炉芯管本体の内部空間に対し半導体ウェー
ハをウェーハ熱処理用治具に支持して収容しかつ炉芯管
本体の開口端部を炉蓋によって閉鎖することにより熱処
理してなる半導体ウェーハの熱処理炉であって、特に、
炉芯管本体の開口端部に対し炉蓋本体が擦合接触される
拡張段部を形成してなるので、 （ｉ）炉芯管本体の内部空間に対してステンレス鋼が露
出してしまうことを防止できる効果 を有し、ひいては （ii）熱処理ガスあるいは洗浄ガス（たとえば塩化水素
ガス）によってステンレス鋼が腐食され炉芯管本体の内
部空間に対して鉄，クロムあるいはニッケルなどの金属
粒子が侵入してしまうことを防止できる効果 を有し、結果的に （iii）炉芯管本体の内部空間で熱処理されるに際し半
導体ウェーハがこれらの金属粒子によって汚染されてし
まうことを防止できる効果 を有する。

また、本発明にかかる半導体ウェーハの熱処理炉は、
［問題点の解決手段］において明示したごとく、加熱部
材によって包囲されかつ熱処理ガスが供給される炉芯管
本体の内部空間に対し半導体ウェーハをウェーハ熱処理
用治具に支持して収容しかつ炉芯管本体の開口端部を炉
蓋によって閉鎖することにより熱処理してなる半導体ウ
ェーハの熱処理炉であって、特に、炉芯管本体の開口端
部に対し炉蓋本体が擦合接触される拡張段部を形成し、
かつ炉芯管本体を支持するための炉芯管本体支持部材に
対し炉蓋本体を保持するための炉蓋中間保持部材を当接
せしめて炉蓋本体の周囲に密閉空間を形成してなるの
で、上記（ｉ）〜（iii）の効果に加え、 （iv）炉芯管本体の開口端部から有害ガスが漏出するこ
とを阻止できる効果 を有し、ひいては （ｖ）爆発事故などを回避できる効果 を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかる半導体ウェーハの熱処理炉の
一実施例を示す断面図である。10 ……縦型熱処理炉20 ……炉芯管装置 21……炉芯管本体 21A……内部空間 21B……開口端部 21b……拡張段部 22……ガス供給管 23……ガス排出管30 ……均熱管40 ……加熱部材50 ……断熱管60 ……ハウジング 61……支持部材本体 62……炉芯管本体支持部材 62A……中央開口部 63……Ｏリング 64……ガス供給管 65……ガス排出管70 ……炉蓋 71……炉蓋本体 72……炉蓋保持部材 73……弾性部材 74……中間炉蓋保持部材 74A……Ｏリング 75……弾性部材 76……基部炉蓋保持部材 77……炉蓋移動部材 78……駆動シャフト 79……案内シャフト

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加熱部材によって包囲されかつ熱処理ガス
   が供給される炉芯管本体の内部空間に対し半導体ウェー
   ハをウェーハ熱処理用治具に支持して収容しかつ炉芯管
   本体の開口端部を炉蓋によって閉鎖することにより熱処
   理してなる半導体ウェーハの熱処理炉において、 前記炉芯管本体が石英または炭化珪素からなり、炉芯管
   本体の開口端部に拡張段部および炉芯管本体の胴部の径
   よりも大きな径を有する拡張管部を設け、 前記炉芯管本体を拡張管部の端部において炉芯管本体支
   持部材により支持し、 前記炉蓋を、炉蓋移動部材と、炉蓋移動部材に当接した
   基部炉蓋保持部材と、基部炉蓋保持部材に弾性部材を介
   して保持された炉蓋中間保持部材と、炉蓋中間保持部材
   に弾性部材を介して保持された炉蓋保持部材と、炉蓋保
   持部材に当接した石英または炭化珪素からなる炉蓋本体
   とで構成し、 前記炉芯管本体の拡張段部に前記炉蓋本体を擦合接触さ
   せるとともに、前記炉芯管本体支持部材に前記炉蓋中間
   保持部材を当接させることを特徴とする半導体ウェーハ
   の熱処理炉。