JP4036598B2 - 熱処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はウェーハを加熱し、薄膜の生成、不純物の拡散等各種熱処理を行う半導体製造装置等の熱処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
先ず、図５に於いて熱処理装置の一例として縦型炉を具備する半導体製造装置について説明する。
【０００３】
半導体製造装置はクリーンルーム内に設置され、更に密閉された筐体１により、内部が高清浄度雰囲気に維持されている。
【０００４】
該筐体１の前面にカセット般入出口２が設けられ、背面には保守作業用の背面開口部３が設けられ、該背面開口部３は開口高さＨを有し、背面扉４で開閉される様になっている。
【０００５】
前記カセット般入出口２に対峙してカセット授受ステージ５が設けられている。該カセット授受ステージ５の上方に予備カセット棚６が設けられ、該予備カセット棚６、前記カセット授受ステージ５と対向してカセット棚７が配設されている。前記予備カセット棚６、前記カセット授受ステージ５と前記カセット棚７との間にカセット搬送機８が設けられている。
【０００６】
前記筐体１の後部は上方に突出して炉収納部９が形成されており、該炉収納部９に縦型炉１０が収納されている。該縦型炉１０の下方にはボート１１を前記縦型炉１０に挿脱するボートエレベータ１２が設けられ、該ボートエレベータ１２と前記カセット棚７との間にウェーハ移載機１３が設けられている。
【０００７】
前記半導体製造装置により熱処理されるウェーハ１５はカセット１６に所定枚数装填された状態で、前記カセット般入出口２より搬入される。搬入されたカセット１６はウェーハ１５が垂直姿勢の上向きであり、前記カセット授受ステージ５により横向き姿勢に変更される。
【０００８】
該カセット授受ステージ５のカセット１６は前記カセット搬送機８により、前記カセット棚７又は予備カセット棚６に移載される。前記ウェーハ移載機１３は降下状態の前記ボート１１と前記カセット棚７の所定位置のカセット１６との間で前記ウェーハ１５の移載を行う。
【０００９】
前記ウェーハ移載機１３により前記ボート１１にウェーハ１５が処理に必要な枚数装填されると、前記ボートエレベータ１２により前記ボート１１が前記縦型炉１０に挿入される。
【００１０】
該縦型炉１０内では、前記ウェーハ１５が加熱され、反応ガスが供給されて、前記ウェーハ１５に所要の熱処理がなされる。
【００１１】
熱処理がなされると、前記ボートエレベータ１２により前記ボート１１が降下され、前記ウェーハ移載機１３により前記ボートエレベータ１２から前記カセット棚７の所定のカセット１６に前記ウェーハ１５が移載される。該ウェーハ１５が移載されたカセット１６は前記カセット搬送機８により前記カセット授受ステージ５に移載され、更に前記カセット般入出口２を経て外部に搬出される。
【００１２】
図５、図６、図７を参照して前記縦型炉１０を説明する。
【００１３】
前記筐体１のフレーム（図示せず）に支持された炉口フランジ１８に上端が楕円曲面で閉塞された反応管１９が立設され、又、該反応管１９の内部に該反応管１９と同心で上端が開放されているインナチューブ２０が前記炉口フランジ１８により支持されている。前記反応管１９には円筒状のヒータユニット２１が前記反応管１９の周囲に所要の空間を形成する様に外嵌されており、前記ヒータユニット２１は支柱２４を介して前記筐体１に取付けられている。前記ヒータユニット２１の上端は該ヒータユニット２１と一体構造の排気ダクト２２により閉塞されている。該排気ダクト２２は断熱材で構成され、内部にはエルボウ状の排気路２３が形成されている。
【００１４】
該排気路２３にはシャッタ部２５が接続され、該シャッタ部２５には冷却部２６、更に該冷却部２６に排気管を介して排気装置（図示せず）が接続され、該排気装置により前記ヒータユニット２１内が吸引排気される様になっている。前記シャッタ部２５、冷却部２６等は排気導出部を構成する。
【００１５】
前記シャッタ部２５は内部にバタフライ弁を備え、該バタフライ弁（図示せず）がシリンダ２７により回転され、開閉或は開度が調整される様になっている。前記冷却部２６はフィン、該フィンを冷却する冷却水管から構成される冷却器２８を排気流路内に具備している。尚、前記排気ダクト２２、シャッタ部２５及び冷却部２６は前記炉収納部９から水平方向に延びる上端カバー部２９に収納され、前記シャッタ部２５、冷却部２６は前記上端カバー部２９のフレーム（図示せず）に支持されている。
【００１６】
上記縦型炉１０の冷却について説明する。
【００１７】
ウェーハの熱処理は１０００℃以上の高温で行われる。又、新たに処理するウェーハ１５を炉内に装入する場合、炉内温度が７００℃以上であるとウェーハ表面に自然酸化膜が生成する。自然酸化膜は生成する薄膜の品質を劣化させるので、自然酸化膜の生成を抑制する必要がある。この為、ウェーハ熱処理工程に於いて、前記縦型炉１０の冷却工程を設け、該縦型炉１０内部の温度を７００℃迄降下させている。ヒータの冷却を自然冷却で行うとすると、２℃〜４℃／min の降温速度となり、炉内温度を１０００℃から７００℃迄冷却するのに多大の時間を要し、更に、待機中のウェーハが炉からの輻射熱で加熱され、待機中にも自然酸化膜が生成されるという不具合がある。
【００１８】
従って、上記した縦型炉１０では前記ヒータユニット２１内を強制排気して、縦型炉１０の急冷を行っている。急冷により降温速度を２５℃／min 以上とすることができる。
【００１９】
急冷を行う場合、前記シャッタ部２５を開とし、図示しない排気装置により前記ヒータユニット２１内を吸引排気する。高温の排気ガスが多量に流出し配管の溶損等が生じない様、排気ガスは前記冷却部２６により所要の温度迄冷却される。尚、急冷を行わない場合は、前記シャッタ部２５は閉じられ、前記縦型炉１０からの放熱が防止されている。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
上記した様に、熱処理炉では処理品質を向上させる為、或は生産性を向上させる為、縦型炉の急冷が必要であり、前記縦型炉１０には排気ダクト２２、シャッタ部２５、冷却部２６等が設けられている。
【００２１】
次に、前記縦型炉１０に関しては加熱性能を維持する為の保守作業が必要である。例えば、前記ヒータユニット２１で発熱線が劣化の為断線することがあり、この場合は、該ヒータユニット２１を取外し、発熱線の交換を行わなければならない。
【００２２】
従来の熱処理炉に於ける取外し手順ついて、図８を参照して説明する。
【００２３】
縦型炉１０のヒータユニット２１に対する保守作業は、建屋の天井高等の制限で上方からの作業は難しく、該ヒータユニット２１を一旦筐体１内に降下させて取外す。この為の準備作業として、シャッタ部２５、冷却部２６を取外している。又、前記筐体１には背面開口部３が設けられており、降下させた前記ヒータユニット２１は最終的には前記背面開口部３から外部に運出されるが、前記ヒータユニット２１と排気ダクト２２とは一体構造であり、該排気ダクト２２頂面までの高さは、装置構成上前記背面開口部３の開口高さＨよりも高くならざるを得ない。この為、前記ヒータユニット２１を前記背面開口部３から外部に運出す為、周辺の構造物を取外し、或は前記縦型炉１０を斜めにして運ぶ等大変な作業である。
【００２４】
更に、前記上端カバー部２９の上端までの高さは３ｍ以上もあって、前記シャッタ部２５、冷却部２６の着脱作業は高所作業となり、而も該シャッタ部２５、冷却部２６の重量は３０kgを越えており危険も伴っていた。
【００２５】
又、上記ヒータユニット２１と排気ダクト２２とは一体構造であり、発熱線が断線し、前記ヒータユニット２１を交換する場合は、該ヒータユニット２１と、排気ダクト２２とを一体として交換しなければならず、前記ヒータユニット２１の製作費は高く、保守費用が高くなっていた。
【００２６】
本発明は斯かる実情に鑑み、ヒータ交換作業が安全で而も簡単であると共に交換コストの低い熱処理装置を提供しようとするものである。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ヒータユニットの上部に排気ダクトが設けられ、該排気ダクトに排気導出部が接続された熱処理炉を有する熱処理装置に於いて、前記ヒータユニットの上端に天井板を固着し、該天井板を前記ヒータユニットと前記排気ダクトとの間に介在させることにより、物理的な連結が解除できる熱処理装置に係り、又前記排気ダクトを載設する様に前記天井板に断熱材を敷設する熱処理装置に係り、又前記天井板と前記排気ダクトとの境界部をベルトで巻設する熱処理装置に係るものである。
又本発明は、ヒータユニットの上部に排気ダクトが設けられ、該排気ダクトに排気導出部が接続された熱処理炉を有する熱処理装置に設けられているヒータユニットであって、該ヒータユニット上端に天井板を固着し、該天井板を前記ヒータユニットと前記排気ダクトとの間に介在させることにより、前記ヒータユニットと前記排気ダクトとの物理的な連結が解除できるヒータユニットに係り、又前記排気ダクトを載設する様に前記天井板に断熱材を敷設するヒータユニットに係り、又前記天井板と前記排気ダクトとの境界部をベルトで巻設するヒータユニットに係るものである。
更に又本発明は、ヒータユニットの上部に排気ダクトが設けられ、該排気ダクトに排気導出部が接続された熱処理炉を有する熱処理装置に設けられているヒータユニットで使用される断熱材であって、該断熱材が、前記ヒータユニットの上端に天井板として固着され、前記排気ダクトと物理的な連結が解除される様前記ヒータユニットと前記排気ダクトとの間に介在される断熱材に係り、又前記排気ダクトを載設する様に前記天井板に更に断熱材を敷設する断熱材に係り、又前記天井板と前記排気ダクトとの境界部をベルトで巻設する断熱材に係るものである。
前記排気ダクトと前記ヒータユニットとを分離可能としたので、ヒータユニットの保守作業で排気導出部の取外し作業がなくなり、又ヒータユニットの高さが低くなり、作業性が向上する。
【００２８】
【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。
【００２９】
図１、図２は本発明の要部を示すものである。尚、半導体製造装置の基本的な構成については図５で示したものと同一であるので、説明を省略する。又、図１、図２に於いて、図６、図７中で示したものと同一のものには同符号を付してある。
【００３０】
図１は縦型炉１０の反応管１９、インナチューブ２０を省略して示している。
【００３１】
ヒータユニット２１の上端に天井板３１を固着する。該天井板３１は断熱材であり、中心には前記排気路２３に連通する排気口３２が形成されている。前記天井板３１にドーナツ形状の断熱クロス材３３を敷設し、該断熱クロス材３３を介して前記ヒータユニット２１に排気ダクト２２を載設する。
【００３２】
該排気ダクト２２はダクト固定機構３８を介して筐体側即ち上端カバー部２９に固定される。
【００３３】
前記ダクト固定機構３８は前記排気ダクト２２の周囲に少なくとも３組設けられ、該排気ダクト２２を支持すると共に上下位置の調整、水平の調整が行える様になっている。
【００３４】
前記ダクト固定機構３８を図３により説明する。
【００３５】
前記上端カバー部２９の内面に筐体取付け金具３９が固着され、前記排気ダクト２２には排気部固定金具４０が固着される。該排気部固定金具４０及び前記筐体取付け金具３９を貫通する調整ボルト４１を設ける。該調整ボルト４１の前記筐体取付け金具３９の挿通孔、排気部固定金具４０の挿通孔はそれぞれ充分な遊びがあり、この遊びにより前記上端カバー部２９と排気ダクト２２との取付け誤差が吸収できる様になっている。
【００３６】
又、前記調整ボルト４１は上ロックナット４２により前記筐体取付け金具３９に固定され、前記排気部固定金具４０はレベル調整ナット４３を介して前記調整ボルト４１に支持される。前記排気部固定金具４０の前記調整ボルト４１への最終的な固定は下ロックナット４４によって行われる。尚、前記レベル調整ナット４３は緩止めの為、ダブルナットとなっている。
【００３７】
尚、該レベル調整ナット４３の位置調整を行い、更に下ロックナット４４を締込むことで前記排気ダクト２２と前記ヒータユニット２１間に挾持した天井板３１、断熱クロス材３３に所望の挾持力を与えることができる。
【００３８】
前記天井板３１（好ましくは前記ヒータユニット２１）と前記排気ダクト２２とに掛渡る幅を有する固定ベルト３５を前記天井板３１と前記排気ダクト２２との境界部に巻設する。前記固定ベルト３５の両端にはボルト、ナット等の係着具３６が固着されており、該係着具３６により所要の締付け力が得られると共に容易に着脱が可能となっている。
【００３９】
前記ヒータユニット２１の上端に前記天井板３１を設けることで、前記ヒータユニット２１内の熱、高温の雰囲気ガスが直接外部に逃げることがなく、又、前記断熱クロス材３３は前記排気ダクト２２と前記天井板３１との気密性を高めるものであり、更に、前記固定ベルト３５が巻設されることで、前記排気ダクト２２と、天井板３１間の境界部からの、熱の逃げ、排気ガスの漏出は充分に防止される。
【００４０】
前記排気路２３に連通する排気口２３ａにシャッタ部２５が接続され、該シャッタ部２５に冷却器２８が接続されている。前記シャッタ部２５と前記冷却器２８とは一体化され、前記ダクト固定機構３８と同様な構造である支持機構３７を介して上端カバー部２９のフレーム（図示せず）に取付けられている。前記支持機構３７はボルト等により上下方向の位置を調節できる様になっている。
【００４１】
図４を参照して、本発明に係る熱処理装置の前記ヒータユニット２１の交換作業について説明する。
【００４２】
前記固定ベルト３５を取外す。該固定ベルト３５を取外すことで、前記排気ダクト２２と前記ヒータユニット２１との物理的な連結が解除され、該ヒータユニット２１は降下可能となる。又、前記排気ダクト２２とヒータユニット２１とが切離されることで、前記シャッタ部２５、冷却部２６を前記排気ダクト２２から取外す必要がなくなる。図４の下方に２点差線で前記ヒータユニット２１を示しているが、前記排気ダクト２２が切離されることで、前記ヒータユニット２１の高さは前記背面開口部３の高さＨより充分低くなり、周辺の構造物を取外す、或は前記ヒータユニット２１を傾けるということなしに、該ヒータユニット２１を前記背面開口部３から運び出すことができ、保守作業は著しく容易になる。
【００４３】
尚、前記ヒータユニット２１の交換には前記排気ダクト２２を取外す必要はないが、前記ヒータユニット２１と上端カバー部２９との切離しは前記レベル調整ナット４３を取外すことで簡単に行える。又、前記上端カバー部２９とシャッタ部２５、冷却器２８との切離しも前記支持機構３７により同様に行える。
【００４４】
又、発熱線の断線等により、前記ヒータユニット２１を交換する場合にも前記排気ダクト２２が切離されているので、前記ヒータユニット２１の製作コストは低く抑えられる。
【００４５】
該ヒータユニット２１の組込みは、上記手順の逆を行えばよいが、前記支持機構３７、ダクト固定機構３８による位置調整で、前記天井板３１と排気ダクト２２との製作誤差、取付け誤差を吸収する。
【００４６】
上述した様に、排気ダクト２２とヒータユニット２１とを分離可能とし、更に、ヒータユニット２１の上端に天井板３１を設け、更に境界部に断熱クロス材３３を設け、排気ダクト２２をヒータユニット２１に押圧する様にしたので、気密性が保証され、更に境界部を固定ベルト３５で巻いているので、分離したことによる断熱性の低下はない。
【００４７】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、反応管を収納するヒータユニットの上部に排気ダクトが設けられ、該排気ダクトに排気導出部が接続された熱処理炉を有する熱処理装置に於いて、前記排気ダクトと前記ヒータユニットとを分離可能とした熱処理装置に係るものであり、前記排気ダクトと前記ヒータユニットとを分離可能としたので、排気導出部を取外すことなくヒータユニットの交換ができ、作業性が向上すると共に高所作業がなくなり安全性が向上し、更にヒータユニットの交換で従来の様に排気ダクトも一体に製作する必要がないので、交換ヒータユニットの価格が安価となり、保守コストが低減するという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の要部を示す立断面図である。
【図２】本発明の実施の形態の要部を示す斜視説明図である。
【図３】本発明の実施の形態の固定機構を示す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態に於けるヒータユニットの交換作業を示す説明図である。
【図５】従来の熱処理装置を示す概略説明図である。
【図６】従来の熱処理装置の要部を示す立断面図である。
【図７】従来の熱処理装置の要部を示す平面図である。
【図８】従来の熱処理装置に於けるヒータユニットの交換作業を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 筐体
３ 背面開口部
１０ 縦型炉
２１ ヒータユニット
２２ 排気ダクト
２３ 排気路
２５ シャッタ部
２６ 冷却部
３１ 天井板
３３ 断熱クロス材
３５ 固定ベルト
３７ 支持機構

Claims (5)

1. ヒータユニットが炉収納部に収納され、前記ヒータユニットの上部に排気ダクトが設けられ、該排気ダクトに排気導出部が接続され、前記排気ダクトは前記炉収納部から水平方向に延びる上端カバー部に支持される熱処理装置に於いて、前記排気ダクトはダクト固定機構を介して前記上端カバー部に固定され、前記ヒータユニットの上端に固着された天井板を介して前記ヒータユニットに載設され、前記天井板と前記排気ダクトとの境界部で前記ヒータユニットと前記排気ダクトとが連結解除可能であり、解除状態で前記ヒータユニットが降下可能に構成したことを特徴とする熱処理装置。
2. 前記ダクト固定機構は、前記排気ダクトを支持すると共に該排気ダクトの上下位置、水平位置の調整が可能である請求項１の熱処理装置。
3. 前記ダクト固定機構は、前記上端カバー部の内部に固着される取付け金具と、前記排気ダクトに固定される固定金具と、該固定金具及び前記取付け金具を貫通する調整ボルトとを有し、該調整ボルトが貫通する前記固定金具及び前記取付け金具の挿通孔は遊びを有する請求項２の熱処理装置。
4. 前記調整ボルトは、上ロックナットにより前記取付け金具に固定され、前記固定金具はレベル調整ナットを介して前記調整ボルトに支持され、下ロックナットにより前記調整ボルトに固定される請求項３の熱処理装置。
5. 前記ダクト固定機構は、前記排気ダクトの周囲に複数設けられ、該排気ダクトを支持する請求項１〜請求項４のいずれかの熱処理装置。

Images