JP3151597B2 - 縦型熱処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、縦型熱処理装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置の一つとして、半導体ウ
エハ（以下ウエハという）を多数枚ウエハボートに棚状
に保持して一括してＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐ
ｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などの熱処理を行う縦型熱
処理装置がある。この熱処理装置のうち減圧ＣＶＤを行
う装置の従来構造を図９に示すと、１は筒状のマニホー
ルドであり、このマニホールド１の上には石英製の外管
２及び内管３よりなる二重管構造の反応管２０が取り付
けられている。前記反応管２０の周囲には、当該反応管
２０を囲むように加熱炉４が設けられている。マニホー
ルド１には、外管２及び内管３の間に処理ガスを供給す
るためのガス供給管１１が貫通して設けられ、また排気
管１２が接続されている。

【０００３】前記外管２の下端は直角に外側に屈曲され
てフランジ部２１として形成され、このフランジ部２１
とマニホールド１の上端のフランジ部１３が互にシール
部材であるＯリング１０を介して気密に接合されてい
る。マニホールド１の下端開口部は、ウエハの搬入時に
はキャップ３１によりＯリング３０を介して気密に塞が
れ、このキャップ３１の上には保温筒３２を介してウエ
ハボート３３が設けられている。ウエハボート３３には
多数枚のウエハＷが棚状に搭載され、これらウエハＷは
加熱炉４の輻射熱により所定温度まで加熱され、減圧雰
囲気で処理ガスによりＣＶＤが行われてウエハＷに表面
に成膜される。

【０００４】ところで外管２及びマニホールド１間をシ
ールしているＯリング１０は、ウエハボート３３、ウエ
ハＷ、保温筒等の高温部からの熱輻射と、外管２及びマ
ニホールド１からの熱伝導とにより加熱され、このまま
では直ぐに劣化してしまう。そこでマニホールド１のフ
ランジ部１３内に冷却水を通流させる方法あるいは実公
平６−３８１１３号公報に記載されているように外管２
のフランジ部２１を押えている押え部材にも冷却水を通
流させ、Ｏリング１０の劣化を抑える方法が知られてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】冷却水は、外管２及び
マニホールド１からの熱伝導を抑える働きをするが、Ｏ
リング１０は高温部からの熱輻射を受けるため、いわば
日焼け現象によって表面に焼き付きが起こり、Ｏリング
１０の劣化防止としては十分な手法ではない。また冷却
に頼り過ぎると外管２の下端部やマニホールド１の内面
に生成物が付着してメンテナンスの頻度が高くなる。更
に冷やし過ぎずかつＯリングの寿命を伸ばすように冷却
水を制御することは、処理の種類によって処理温度が異
なることからも非常に難しい。

【０００６】本発明は、このような事情の下でなされた
ものであり、その目的は、反応管とマニホールドとの間
をシールするＯリングなどのシール部材の使用寿命を長
くすることのできる縦型熱処理装置を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、処理ガス供給
管及び排気管が設けられたマニホ−ルドの上端フランジ
部と加熱炉内に設けられた反応管の下端フランジ部とを
シ−ル部材を介して気密に接合し、被処理基板を保持具
に保持して前記マニホ−ルドの下端開口部から反応管内
に搬入する縦型熱処理装置において、前記反応管の下端
部内面を、下方に向かうにつれて直径が大きくなるよう
に傾斜させ、その傾斜部の内方側に、反応管の内方側か
らフランジ部へ輻射される輻射熱をシールドするための
輻射熱シ−ルド部材を設けたことを特徴とする。この発
明においては、反応管の下端フランジ部の上面を下方に
向かうにつれて低くなるように傾斜させたことが好まし
く、また反応管の下端フランジ部の上面を覆うように輻
射熱シ−ルド部材を設けることが好ましい。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の一例につい
て、図１及び図２を参照しながら説明する。図中図８と
同一符号のものは同一部分である。１は例えばステンレ
ス製の筒状のマニホールドであり、このマニホールド１
の上端部は外側に屈曲されてフランジ部１３として形成
され、このフランジ部１３により石英製の外管２の下端
が支持されている。この外管２は開口部側を下に向けた
有底筒状体よりなり、外管２の下端部の管壁が下方に向
かうにつれて直径が大きくなるように傾斜部５を設けて
いる。そしてその傾斜部５の下端は外方側に屈曲された
フランジ部５１が形成されており、両フランジ部１３、
５１同士がシール部材例えばバイトンやシリコンゴムな
どよりなるＯリング１０により気密に接合されている。

【０００９】前記マニホールド１のフランジ部１３中で
前記Ｏリング１０の近傍には図２に示すように冷却水通
路１４が形成されており、この通路１４中に冷却水を通
流させることによりＯリング１０を冷却するようにして
いる。また外管２の前記傾斜部５の内方側には、フラン
ジ部１３の内周縁部上面に支持された円筒状第１の輻射
熱シールド部材６が設けられている。この輻射熱シ−ル
ド部材６はヒータ４２からの輻射型のＯリング１０への
入射を防止する役割を持ち、傾斜部５の内方側の全周に
対向するようにリング状に作られている。

【００１０】外管２側のフランジ部５１の上面は、マニ
ホールド１のフランジ部１３の外縁部付近に設けられ
た、断面がカギ形（逆Ｌ字型）の押え部材７により押え
られており、図２に拡大して示すように前記押え部材７
は前記フランジ部１３の下面側から貫通したボルト７１
をフランジ部１３側に締め付けることにより、フランジ
部１３との間にフランジ部５１を狭圧している。前記押
え部材７は、この例では第２の輻射熱シ−ルド部材に相
当するものであり、ヒータ４２からの輻射熱が前記Ｏリ
ング１０に上方及び外側側方から入射するのを防止する
役割も持っている。この押え部材７の上にはベースプレ
ート７２が設けられている。

【００１１】一方前記マニホールド１の下部側は上部側
よりも径が小さく、その境目の段部は、例えば石英より
なる両端開口の筒状の内管３の下端を支持している。前
記外管２及び内管３は反応管２０をなすものであり、
（つまりこの反応管２０は二重管よりなるものであ
り、）この反応管２０の周囲には、断熱部材４１の内周
面に抵抗発熱線４２よりなるヒータを配設して構成した
加熱炉４が設けられている。前記マニホールド１には外
管２及び内管３の間に処理ガスを供給するためのガス供
給管１１が貫通して設けられ、また接続口を偏平にした
排気管１２が接続されている。

【００１２】マニホールド１の下端開口部は、ウエハの
搬入時にはキャップ３１によりＯリング３０を介して気
密に塞がれ、このキャップ３１の上には保温筒３２を介
してウエハボート３３が設けられている。このウエハボ
ート３３は例えば石英製の４本の支柱に例えばリング状
のウエハ保持台を棚状に配列されるようになっている。
またキャップ３１はボートエレベーター３４の上に取り
付けられている。

【００１３】次にこの実施の形態についての作用を説明
する。先ず反応管２０の下方側領域にてウエハボート３
３にウエハＷを搭載し、ボートエレベータ３４を上昇さ
せてマニホールド１の下端開口部より反応管２０内に搬
入する。このときマニホールド１の下端開口部はキャッ
プ３１により気密に塞がれる。そして加熱炉４のヒータ
４２により反応管２０内を所定の温度まで例えば６００
℃付近まで加熱すると共に、排気管１２より反応管２０
内を所定の減圧雰囲気にしながらガス供給管１１より処
理ガス例えばシランガスを供給し、ウエハＷ上に例えば
ポリシリコン膜を成膜する。

【００１４】ここで本発明の要部である外管２の下端側
に関して述べる。ヒータ４２によりウエハボート３３、
ウエハＷ、保温筒３２が処理温度に加熱され、これら高
温部が輻射熱源となって熱線が外管２の下端部に輻射さ
れる。第１の輻射熱シ−ルド部材６はフランジ部１３、
５１の接合部分のＯリング１０から見て低角度で入射す
る熱線（輻射熱）を遮断する役割を果たしている。また
第２の輻射熱シ−ルド部材６は前記Ｏリング１０から見
て高角度で入射する熱線即ちフランジ部５１の上面に入
射しようとする熱線を遮断する役割を果たしている。

【００１５】そして前記高温部からの熱線は外管２の石
英部分（管壁部分及びフランジ部）内に入射し、そのま
まマニホールド１側に抜け出すかまたは石英内で反射し
て外に抜け出していく。これら熱線とＯリング１０との
関係についてみると、後でシミュレーション結果に基づ
いて記述するが、外管２の下端部が垂直な場合、石英部
分を通ってＯリング１０に到達する熱線の量が多いが、
外管２の下端部を傾斜させると、光のパスが少なくな
り、フランジ部５１の肉厚が強度的に十分な大きさであ
りながら結果としてＯリング１０に到達する熱線の量が
少なくなる。

【００１６】このように外管２の下端部を傾斜させ、第
１及び第２の輻射熱シ−ルド部材６、７を設けることに
よりＯリング１０に到達する熱線の量が少なくなるので
Ｏリング１０の焼き付けを抑えることができ、使用寿命
が長くなる。なおフランジ部１３からのＯリング１０へ
の伝熱は、冷却水の通流により抑えられている。

【００１７】そして本発明では、外管２の下端部を傾斜
させずに従来と同様垂直にし、その内方側に第１の輻射
熱シ−ルド部材６を設けるようにしてもよいが、傾斜部
５を形成してその内方側に輻射熱シ−ルド部材６を設け
れば、外管２の管径を大きくしなくて済むので有利であ
る。即ち傾斜部５を設けない場合には、マニホールド１
のフランジ部１３に輻射熱シ−ルド部材６を設けると、
外管２の管径を大きくする必要があるし、逆に管径を従
来と同様の大きさにすると、マニホールド６の内面側の
構造が複雑になってしまう。

【００１８】ここで外管２の下端部を傾斜させた場合と
させない場合とでは、Ｏリング１０に到達する熱線の量
がどのように異なるかということを調べるために行った
コンピュータのシミュレーション結果について述べる。
図３はシミュレーションの対象を示す図であり、図３
（ａ）は外管２の下端部が垂直な構造、図３（ｂ）は外
管２の下端部が傾斜している構造である。なお斜線部は
第１の輻射熱シ−ルド部材である。

【００１９】図３に示す構造においてウエハボート３３
の上部領域、保温筒３２の上部及び保温筒３２の中央部
の設定したポイントから外管２の下端部に光を発した場
合の各光の光路を図４（ａ）〜（ｃ）、及び図５（ａ）
〜（ｃ）に記載してある。ただし石英の屈折率を１．４
６８として、上記ポイントからの光路を１°間隔で変え
て求めている。

【００２０】図４（ａ）及び図５（ａ）、図４（ｂ）及
び図５（ｂ）に示すように、ウエハボートの上部領域、
保温筒の上部領域から外管２の下端部に到達した光につ
いては、傾斜部を有する場合の方が、Ｏリング（この例
ではＸ方向位置で３０ミリ付近）の位置における光の到
達量が少ないことがわかる。そしてＯリングから見て低
角度の領域から発せられた光については、図４（ｃ）、
図５（ｃ）に示すように、その差が特に顕著であること
がわかる。従ってこのシミュレーション結果から外管２
の下端部を傾斜させる手法は、Ｏリングの焼付けを抑え
ることに有効であることが裏付けられる。

【００２１】更に本発明では外管２のフランジ部２１の
上面を外方側に向かうにつれて低くなるように傾斜させ
るようにしてもよい。図７はこのような実施の形態の断
面図と光路のシミュレーション結果とを対応付けて示し
た図であり、ポイントＰから１度づつ異なった方向に発
せられる光についてみると、Ｏリング１０に到達する光
の量が少ないことがわかる。図７（ａ）、（ｂ）は、前
記フランジ部２１の上面を水平にした場合と傾斜させた
場合とについて夫々ポイントＰからの光の光路を調べた
シミュレーション結果を示す図であり、この結果からフ
ランジ部２１の上面を傾斜させた方が有利であることが
わかる。

【００２２】以上において本発明が適用される熱処理装
置は、二重構造の反応管に限らず、単管の反応管であっ
てもよく、更に図８に示すように反応管２の下端部を傾
斜させるにあたっては、外面側は垂直とし、内面側のみ
を傾斜させるようにしてもよい。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、反応
管の下端部とマニホールドの上端部との間を気密にシー
ルするためのシール部材例えばＯリングの焼き付きを抑
えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の全体構成を示す断面図で
ある。

【図２】本発明の実施の形態における反応管の下部構造
を示す断面図である。

【図３】光路を調べるためのシミュレーションの対象で
ある反応管の下部付近の略解図である。

【図４】比較構造において、光路をシミュレーションし
た結果を示す説明図である。

【図５】本発明の構造において、光路をシミュレーショ
ンした結果を示す説明図である。

【図６】本発明の他の実施の形態の反応管の下部構造と
光路のシミュレーション結果とを対応して示す説明図で
ある。

【図７】反応管のフランジ部の上面を水平にした場合と
傾斜させた場合とについて夫々光路をシミュレーション
した結果を示す説明図である。

【図８】本発明の更に他の実施の形態における反応管の
下部構造を示す断面図である。

【図９】従来の縦型熱処理装置を示す断面図である。

【符号の説明】

１ マニホールド １０ Ｏリング １３ フランジ部 １４ 冷却水通路 ２０ 反応管 ２ 外管 ３ 内管 ３１ キャップ ３２ 保温筒 ３３ ウエハボート Ｗ 半導体ウエハ ４ 加熱炉 ５ 傾斜部 ５１ フランジ部 ６ 第１の輻射熱シ−ルド部材 ７ 第２の輻射熱シ−ルド部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/22 - 21/24 H01L 21/38 - 21/40

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 処理ガス供給管及び排気管が設けられた
   マニホ−ルドの上端フランジ部と加熱炉内に設けられた
   反応管の下端フランジ部とをシ−ル部材を介して気密に
   接合し、被処理基板を保持具に保持して前記マニホ−ル
   ドの下端開口部から反応管内に搬入する縦型熱処理装置
   において、 前記反応管の下端部内面を、下方に向かうにつれて直径
   が大きくなるように傾斜させ、その傾斜部の内方側に、
   反応管の内方側から前記下端フランジ部へ輻射される輻
   射熱をシールドするための輻射熱シ−ルド部材を設けた
   ことを特徴とする縦型熱処理装置。
2. 【請求項２】 反応管の下端フランジ部の上面を下方に
   向かうにつれて低くなるように傾斜させたことを特徴と
   する請求項１記載の縦型熱処理装置。
3. 【請求項３】 反応管の下端フランジ部の上面を覆うよ
   うに輻射熱シ−ルド部材を設けたことを特徴とする請求
   項１または２記載の縦型熱処理装置。