JP2976240B2 - 熱処理炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

この発明は熱処理炉に関する。

【従来の技術】

半導体製造工程において、例えば拡散処理は熱処理炉
が用いられて行われる。例えば縦型熱処理炉の場合であ
れば、周囲にヒーターが配された円筒状の例えば、石英
製の縦型の反応管が用いられる。そして、複数枚、例え
ば100枚の半導体ウェーハを積載するボートと呼ばれる
治具を、反応管の下方の開口より挿入して熱処理し、熱
処理が終了したときはボートを引き出す。 そして、次に処理するウェーハを搭載するボートを新
たに反応管に出し入れして、以下同様の手順により熱処
理を繰り返す。 ところで、上述のように反応管に対しては、ボートを
出し入れするので、反応管の上方の温度は変化が少ない
が、下方の蓋の開閉をする部分の温度の変化は大きい。
このため、反応管の蓋体の近傍には温度保持用の保温筒
が設けられる。そして、この保温筒の上部にボート受け
が設けられて、ボートはこのボート受け上に載置され
る。 また、半導体ウェーハを均一に熱処理するため、半導
体ウェーハはその主面を含む面内において回転させられ
る。 この回転のための回転駆動機構は、反応管の蓋体の下
方の外部に設けられ、この回転駆動機構によって回転さ
れる回転軸が蓋体を貫通して保温筒の下面の保温筒受け
台に連結される。したがって、回転駆動機構によって回
転軸が回転すると、保温筒が回転し、これに伴ってボー
トも回転し、半導体ウェーハが回転する。 保温筒の受け台は、従来、例えばSUSからなる円板に
より構成されている。また、蓋体には、シール部に磁性
流体が収容され、磁石によって上記磁性流体を一定部分
に保持する磁気シールが設けられ、回転軸に対する気密
シーリングが施されている。この磁気シールには、シー
ル部にオイルが使用されて、例えば冷却水により回転軸
が50℃以上にならないように冷却されて、上記オイルが
蒸発することなく、長寿命化が図られている。

【発明が解決しようとする課題】

ところで、前述もしたような反応管の下方の開口部近
傍は、ボートの出し入れにより温度が変動するが、ボー
ドが挿入された後、炉内の温度に即座に追従するように
温度を上昇させるようにできることが望ましい。ところ
が、保温筒の受け台がSUS等の金属製の１枚の板状の円
盤で構成されているため、この円板自体は熱せられて
も、その下方の受け台と蓋体との間の雰囲気に対して
は、この受け台が熱的遮蔽物となり、その温度が上昇し
て所望温度になるのに時間がかかってしまう。 また、前記の磁気シールのシール部分にはオイルが使
用されるが、これが50℃以上になると磁気シールの寿命
が格段に下がってしまう。このため、前述のように回転
軸が水冷され、この回転軸の保温筒受け台付近の温度が
150℃くらいでも磁気シール部での温度は50℃以下に保
たれるようにされている。 ところが、反応管及び保温筒カバーは石英で構成され
て透明であるため、ヒーターからの輻射熱は石英を透過
してSUSからなる保温筒受け台に与えらえる。このた
め、この受け台の温度が異常に上昇し、回転軸の温度も
150℃以上となってしまう。このようになると、冷却が
不十分となって、回転軸の磁気シール部分での温度が50
℃以上となって上記オイルの蒸発が多くなり、磁気シー
ルの寿命が非常に短かくなってしまう。 そこで、保温筒の受け台上に断熱材を挿入して受け台
のヒーターからの熱輻射による温度上昇を防いで回転軸
の異常な温度上昇を防ぐようにすることが行われてい
る。 一方、保温筒の受け台と反応管の蓋体の間の空間の雰
囲気温度は、特に、SiN（ナイトライド）のときの反応
生成物である塩化アンモニウム（NH₃Cl₂）の生成により
発生する塵及び塩化アンモニウムによるSUS酸化による
ウェーハの汚染防止を考慮した場合に、120℃〜350℃に
するのが望ましい。しかし、前記のようにヒーターから
の熱輻射による受け台自身の温度上昇を防ぐための断熱
材を入れすぎると、前記温度が例えば90℃というよう
に、120℃以下になってしまう。そこで、断熱材を少な
くして前記雰囲気温度を上昇させることが考えられる
が、そのようにすると、今度は前記の磁気シールの長寿
命化のための受け台自身の温度上昇防止の効果が得られ
なくなってしまう。 この発明は以上の点に鑑み、保温筒の受け台自身の温
度上昇が抑えられるとともに、受け台の下方の雰囲気温
度を上昇させることができるようにした熱処理炉を提供
することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

この発明は、加熱手段を備える反応管内に、被処理体
を搭載するボートを挿入して、前記被処理体の熱処理す
るものであって、前記反応管の蓋体の近傍には保温筒が
設けられ、前記ボートはこの保温筒の上方に支持される
とともに、この保温筒とともに前記ボートに搭載された
被処理体が、前記蓋体の外部に設けられる回転機構によ
って回動されるようにされた熱処理炉において、 前記保温筒は、くりぬき部を有する板状の保温筒受け
台上に設けられていることを特徴とする。

【作用】

保温筒の受け台は、くりぬき部を有しているため、ヒ
ーターからの輻射熱は、このくりぬき部を介して下方の
雰囲気の温度を上昇させ、所望の温度にできる。 また、くりぬき部のため、保温筒の受け台自身がヒー
ターからの輻射熱を受ける面積が少なくなり、温度上昇
が少なくなる。そして、もし、温度が高すぎる場合に
は、くりぬき部以外の部分を断熱材によりヒーターから
の熱輻射から隠すようにすることにより、受け台自身の
温度上昇は容易に防止できる。このとき、くりぬき部を
透過するヒーターからの熱輻射には、断熱材は作用しな
いから、保温筒下部の雰囲気温度は上記のように適切に
温度のままである。

【実施例】

以下、この発明による熱処理炉の一実施例を図を参照
しながら説明する。 第１図において、反応管１は耐熱性を有し、コンタミ
ネーション（汚染）のない例えば石英からなり、筒状に
構成されている。この反応管１の外周には筒状の抵抗加
熱型のヒーター２が配設されている。 上記反応管１の内側には、例えば石英からなる内管15
が設けられ、この内管15と上記反応管１は、例えばSUS
製でガス導入部と排気部が設けられたマニホールド16に
保持されている。 保温筒３は、保温筒受け台４の上に石英からなる保温
筒カバー５が取り付けられ、内部に石英からなり上記ヒ
ーター２からの輻射熱を反射する保温部材６が設けられ
て構成されている。 保温筒受け台４は、この例ではSUSで構成され、第２
図及び第３図に示されるように、ほぼ120℃各範囲づつ
の扇形の３つのくりぬき部41,42,43を有している。した
がって、保温筒受け台４は、その中央部の回転軸取付部
44から外周リング状の保温筒カバー５の受け部45に対し
て３本の脚部46,47,48が橋渡しされた形状となってい
る。 保温筒受け台４の回転軸取付部44の下面には、回転軸
７が固定される。この回転軸７は、例えばSUSからなる
蓋体８を介して反応管１の外部に導出され、この例では
モータ９の回転軸の回転がベルト10を介して、この回転
軸７に伝達される。 蓋体８にはシール部に磁性流体が収容され、磁石によ
って上記磁性流体を一定部分に保持する磁気シール部11
が設けられ、回転軸７と蓋体間が気密にシールされてい
る。なお、図示しないが磁気シール部11は冷却水により
50℃以下になるように冷却されている。 そして、図示しないが保温筒３の上方には、ボート受
け台が設けられ、このボート受け台上に、複数枚例えば
100枚のウェーハが積載された耐熱性材料例えば石英か
らなるボート17が載置される。 なお、蓋体８、保温筒３、ボート受け台及びボートさ
らには回転機構は、図示しない昇降機構により一体に昇
降されるように構成されており、熱処理な当たっては、
反応管１の下方の開口から保温筒３上にボートが載置さ
れたものが、前記昇降機構により反応管１内に挿入さ
れ、その下側の蓋体８が反応管１に突き当たって、密閉
され、熱処理炉が形成される。蓋体８と反応管１との間
の突き当て部分にはＯリング12が設けられて、密閉が保
たれる。そして、ヒーター２から熱が与えられるととも
に、所定の処理ガスが導入され、熱処理がなされる。 ウェーハを積載したボートを保温筒３とともに反応管
１に挿入して蓋体８により反応管１を密閉したとき、保
温筒受け台４のくりぬき部41,42,43によって保温筒３の
下部の雰囲気が即座に高くなる。 このとき、ヒーター２からの輻射熱により保温筒受け
台４が加熱されるが、くりぬき部41,42,43により、保温
筒３の下方の雰囲気を加熱するとともに、その輻射熱の
殆どは下方のSUSからなる蓋体８に受けられ、蓋体８は
外部の外気に対して熱を放出する。 よって、保温筒受け台４は、異常には加熱されず、こ
のため、回転軸７も異常に加熱されないので磁気シール
部11は回転軸７の冷水により50℃以下に容易に保つこと
ができる。なお、蓋体８が加熱されても、蓋体８に対し
て磁気シール部は熱的に浮いた状態とされており、蓋体
８の熱の磁気シール部に対する影響は殆どない。 なお、受け台４が所望温度より上昇するときは、例え
ば回転軸取付部44の上面に、この回転軸取付部44と、ほ
ぼ同じ大きさで、石英からなり、中空で内部に石英が充
填された断熱材49を設けるとよい。このようた断熱材49
を設けても、くりぬき部41,42,43の効果には全く影響は
ない。 なお、保温筒受け台４の形状は、第２図、第３図に示
したような３個の扇形くりぬき部を有する形状に限定さ
れるものではなく、保温筒受け台４自身の強度を保持し
つつ、受け台４自身のヒーターからの輻射熱による異常
な温度上昇を防ぎ、かつ、受け台４の下方の雰囲気を適
当な温度に上昇させるような、くりぬき部を有する形状
であれば、どのような形状でもよい。 また、保温筒受け台４の材質は、SUSに限定されるも
のではなく、耐熱性、強度等を備えた材料であれば良
く、例えばインコネルやハステロイやSiC等を用いるこ
とができる。 また、熱処理炉としてはCVD装置に限らず酸化拡散炉
にも使用できることは、もちろんである。

【発明の効果】

以上説明したように、この発明によれば、保温筒受け
台にくりぬき部を設け、このくりぬき部を介してヒータ
ーからの輻射熱を受け台の下方に与えるとともに、この
くりぬき部により保温受け台自身が輻射熱を受ける面積
を少なくしたので、受け台自身の温度上昇を抑えること
ができ、蓋体の磁気シール部を長持ちさせることができ
る。 また、受け台と蓋体との間の温度を従来より上昇させ
ることができるので、特にSiNの場合における反応生成
物の被処理体への影響を少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による熱処理炉の要部の一実施例を示
す図、第２図は、保温筒受け台の平面図、第３図はその
Ａ−Ａ線断面図である。 1;反応管 2;ヒーター 3;保温筒 4;保温筒受け台 7;回転軸 8;蓋体 41,42,43;くりぬき部

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加熱手段を備える反応管内に、被処理体を
   搭載するボートを挿入して、前記被処理体を熱処理する
   ものであって、前記反応管の蓋体の近傍には保温筒が設
   けられ、前記ボートはこの保温筒上方に支持されるとと
   もに、この保温筒とともに前記ボートに搭載された被処
   理体が、前記蓋体の外部に設けられる回転機構によって
   回動されるようにされた熱処理炉において、 前記保温筒は、くりぬき部を有する板状の保温筒受け台
   上に設けられていることを特徴とする熱処理炉。
2. 【請求項２】前記くりぬき部を有する板状の保温筒受け
   台は、前記回転機構の回転軸が取り付けられる中心部か
   ら外周部に対して複数本の脚部が橋渡しされた形状とさ
   れてなることを特徴とする請求項（１）に記載の熱処理
   炉。