JP4401543B2 - 縦型熱処理装置およびその板状断熱材の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、縦型熱処理装置およびその板状断熱材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造においては、被処理体例えば半導体ウエハに、酸化、拡散、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）などの処理を行うために、各種の熱処理装置が用いられている。そして、その一つとして、一度に多数枚の被処理体の熱処理が可能な縦型熱処理装置が知られている。
【０００３】
この縦型熱処理装置は、複数枚の被処理体を収容する縦型の処理容器を有し、この処理容器の周囲には筒状断熱材を有するヒータが設置されている。また、このヒータの筒状断熱材の上部には、頂部断熱材としての板状断熱材が被せられ、ヒータの頂部における断熱が図られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記縦型熱処理装置においては、ヒータの頂部断熱材である板状断熱材に熱劣化や熱衝撃等により放射状にひびが入ることがある。そして、ひび割れ（亀裂）が進行すると、板状断熱材が形状を維持できなくなって崩落を招く恐れがある。板状断熱材が崩落を起こすと、ヒータの頂部の断熱性が損なわれるだけでなく、崩落した板状断熱材の直撃によりヒータのエレメント（抵抗発熱線）が損傷すると、熱処理が困難になる恐れがあった。
【０００５】
本発明は、前記事情を考慮してなされたもので、板状断熱材のひび割れによる崩落を防止することができ、断熱性および耐久性の向上が図れる縦型熱処理装置およびその板状断熱材の製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のうち、請求項１の発明は、複数枚の被処理体を収容する縦型の処理容器の周囲に、筒状断熱材を有するヒータを設置し、該ヒータの筒状断熱材の上部に板状断熱材を被せてなる縦型熱処理装置において、前記板状断熱材に複数本の芯棒を埋め込んでなることを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、複数枚の被処理体を収容する縦型の処理容器の周囲に、筒状断熱材を有するヒータを設置し、該ヒータの筒状断熱材の上部に板状断熱材を被せてなる縦型熱処理装置において、前記板状断熱材を成形する成形型内に複数の芯棒を配置する工程と、前記成形型を断熱材料をなす無機質繊維を含む懸濁液に浸漬して吸引により成形型内に断熱材料を堆積させる工程と、その堆積された断熱材料からなる成形体を成形型から取外して乾燥させる工程と、その乾燥された成形体を焼成する工程とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明は、複数枚の被処理体を収容する縦型の処理容器の周囲に、筒状断熱材を有するヒータを設置し、該ヒータの筒状断熱材の上部に板状断熱材を被せてなる縦型熱処理装置において、前記板状断熱材を短冊状に複数に分割する工程と、分割された板状断熱材の構成片に複数本の芯棒を通すための孔を加工する工程と、この工程後に前記板状断熱材の構成片を接合して前記孔に芯棒を挿通する工程とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項４の発明は、複数枚の被処理体を収容する縦型の処理容器の周囲に、筒状断熱材を有するヒータを設置し、該ヒータの筒状断熱材の上部に頂部断熱材を被せてなる縦型熱処理装置において、前記頂部断熱材が前記筒状断熱材の上部に載置される耐熱性及び耐熱衝撃性を有する材料からなる皿部材と、この皿部材上に載置される毛布状断熱材とからなることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を添付図面に基いて詳述する。図１は本発明の実施の形態を示す縦型熱処理装置の縦断面図、図２は同縦型熱処理装置の板状断熱材の斜視図、図３は同板状断熱材の断面図、図４は芯棒の拡大断面図、図５は板状断熱材の製造方法の一例を説明する図である。
【００１１】
図１において、１は縦型熱処理装置で、この縦型熱処理装置１は複数枚の被処理体例えば半導体ウエハｗを収容して所定の熱処理例えばＣＶＤ処理を施す縦型の処理容器（プロセスチューブ）２を備えている。この処理容器２は、耐熱性および耐食性を有する材料例えば石英ガラスにより形成されている。
【００１２】
処理容器２は、本実施の形態では、内管２ａと外管２ｂの二重管構造になっている。内管２ａは上端および下端が開放されている。外管２ｂは、上端が閉塞され、下端が開放されている。なお、処理容器２は、外管２ｂのみからなっていてもよく、この場合、外管２ｂの頂部に排気部が設けられていてもよい。
【００１３】
処理容器２の下部には、本実施の形態では、処理容器２内に処理ガスや不活性ガスを導入するガス導入部３と、処理容器２内を排気する排気部４とを有する短円筒状のマニホールド５が設けられている。このマニホールド５は、耐熱性および耐食性を有する材料例えばステンレス鋼により形成されている。
【００１４】
ガス導入部３には、ガス源に通じるガス供給系の配管が接続される。排気部４には、真空ポンプおよび圧力制御機構を有する排気系が接続され、処理容器２内を所定の処理圧力に制御し得るようになっている。この処理圧力に制御された状態で、ガス導入部３から導入された処理ガスが処理容器２の内管２ａ内を上昇してウエハｗの所定の熱処理に供された後、内管２ａと外管２ｂとの間の環状通路を下降して排気部４から排気されるようになっている。
【００１５】
前記マニホールド５の上端には、フランジ部５ａが形成されており、この上端フランジ部５ａの上面には、外管２ｂの下端フランジ部２ｆが載置され、フランジ押え６により接合固定されている。マニホールド５の上端フランジ部５ｆと外管２ｂの下端フランジ部２ｆとの間には、シール手段である例えばＯリング７が介設されている。マニホールド５の内側には、内管２ａを支持するための内管支持部８が設けられている。
【００１６】
前記マニホールド５は、ベースプレート９の下部に取付けられており、このベースプレート９の上部には、処理容器２の周囲を取り囲み処理容器２内のウエハｗを所定の熱処理温度に加熱昇温するためのヒータ１０が設置されている。このヒータ１０は、処理容器２の周囲を取囲む筒状（円筒状）の断熱材１１を備え、この筒状断熱材１１の内周に抵抗発熱線１２が螺旋状または蛇行状に配設されている。前記ヒータ１０は、高さ方向に複数の領域に分けて温度制御が可能に構成されている。
【００１７】
ヒータ１０の筒状断熱材１１の上部には、ヒータ１０の頂部断熱材である円板状の板状断熱材１３が被せられ（載置され）ている。ヒータ１０本体の筒状断熱材１１およびヒータ１０頂部の板状断熱材１３は、所定の断熱材料例えばシリカ（ＳｉＯ2）およびアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の混合材料により形成されている。板状断熱材１３の具体的構造および製造方法については後述する。
【００１８】
前記ヒータ１０の筒状断熱材１１の外側および板状断熱材１３の上方は、金属板からなる覆いであるアウターシェルにより覆われており、アウターシェルには水冷ジャケットが設けられている（図示省略）。なお、図示例の板状断熱材１３は、ヒータ１０の内側を強制的に空冷する際に排気するための排気口１４を中央に有しているが、ヒータ１０が強制空冷式でない場合には排気口を有していなくてもよい。
【００１９】
処理容器２内に複数枚例えば１５０枚程度の半導体ウエハｗを高さ方向に所定間隔で搭載保持するために、ウエハｗは保持具である例えば石英ガラス製のボート１５に保持され、このボート１５はマニホールド５の下端開口部（炉口）を密閉する例えばステンレス鋼製の蓋体１６の上部に炉口断熱手段である保温筒１７を介して載置されている。前記処理容器２の下方には、蓋体１６を昇降させて蓋体１６の開閉および処理容器２に対するボート１５の搬入搬出を行うための昇降機構１８が設けられていると共にその作業領域であるローディングエリア１９が設けられている。
【００２０】
マニホールド５の下端（開口端）と蓋体１６との接合部には、シール手段である例えばＯリングが設けられている（図示省略）。また、蓋体１６には、ウエハｗの面内均一な熱処理を可能とするためにボート１５を回転するための回転機構２０が設けられている。
【００２１】
そして、前記ヒータ１０の頂部断熱材である板状断熱材１３には、その熱劣化や熱衝撃等に起因するひび割れによる崩落を防止するために、図２ないし図３にも示すように、複数例えば２本の芯棒２１が埋め込まれている。また、前記板状断熱材１３の下面および排気口１４の内周面には、板状断熱材１３にひび割れが生じた時に発生する粉状のごみ（パーティクル）の落下や飛散を抑制ないし防止するため、および板状断熱材１３のひび割れによる崩落を抑制するために、アルミナクロス（アルミナ製のシート）２２が貼り付けられていることが好ましいが、必ずしもアルミナクロス２２が貼り付けられていなくてもよい。
【００２２】
前記芯棒２１は、例えばアルミナセラミックからなっている。芯棒２１は、板状断熱材１３の内部に、排気口１４を挟んで面方向ないし直径方向に平行に配置されている。例えば、直径が３００ｍｍのウエハ対応の縦型熱処理装置の場合、前記板状断熱材１３の直径は６２０ｍｍ程度、厚さは５０ｍｍ程度とされる。また、前記芯棒２１の直径は１１ｍｍ程度とされる。前記芯棒２１は、中実であってもよいが、強度を高めるために、中空ないし管状であることが好ましい。また、更に強度を高めるために、芯棒２１は、図４に示すように、管状の外芯材２１ａと、この外芯材２１ａ内に挿通された内芯材２１ｂとの二重構造になっていることが好ましい。
【００２３】
次に、以上の構成からなる縦型熱処理装置の作用を述べる。先ず、ウエハｗの移載が終了したボート１５は、ローディングエリア１９において、蓋体１６上の保温筒１７上に載置される。次に、昇降機構１８による蓋体１６の上昇によってボート１５を処理容器２内にその下端開口（マニホールド５の下端開口部）から搬入し、その開口を蓋体１６で気密に閉塞する。そして、処理容器２内を、排気部４からの排気系による減圧排気により所定の圧力ないし真空度に制御すると共にヒータ１０により所定の処理温度に制御し、回転機構２０によりボート１５を回転させながらガス導入部３より処理ガスを処理容器２内に導入してウエハｗに所定の熱処理例えばＣＶＤ処理を開始する。
【００２４】
所定の熱処理が終了したなら、先ず、ヒータ１０の電源を切り、ヒータ１０内を強制空冷すると共に、処理ガスの導入を停止し不活性ガスの導入により処理容器２内をパージする。次に、回転機構２０を停止し、蓋体１６を下降させて処理容器２内を開放すると共にボート２をローディングエリア３７に搬出すればよい。
【００２５】
このように前記縦型熱処理装置１によれば、複数枚のウエハｗを収容する縦型の処理容器２の周囲に、筒状断熱材１１を有するヒータ１０を設置し、このヒータ１０の筒状断熱材１１の上部に板状断熱材１３を被せてなる縦型熱処理装置において、前記板状断熱材１３に複数本の芯棒２１を埋め込んでなるため、たとえ板状断熱材１３に熱衝撃等によりひびが入り、ひび割れが発生したとしても、板状断熱材１３の形状が前記芯棒２１によって保持されるようになり、板状断熱材１３の崩落を防止することができる。
【００２６】
従って、板状断熱材１３の崩落によるヒータ頂部の断熱性の低下、およびヒータエレメント（抵抗発熱線）１２の破損（断線）を防止することができ、断熱性および耐久性の向上が図れる。
【００２７】
前述のように直径の大きい板状断熱材１３に芯棒２１を挿通するための長さの長い孔をドリル等により直接設けることは難しいので、次のような板状断熱材の製造方法が採用される。すなわち、本実施の形態の板状断熱材の製造方法は、図５に示すように、前記板状断熱材を成形する成形型２３内に複数本の芯棒２１を面方向に平行に配置する工程と、前記成形型２３を断熱材料をなす無機質繊維を含む懸濁液２４に浸漬して吸引により成形型２３内に断熱材料を堆積させる工程と、その堆積された断熱材料からなる成形体（図示省略）を成形型２３から取外して乾燥させる工程と、その乾燥された成形体を焼成する工程とを備えている。
【００２８】
前記成形型２３は、下部が開放された円形箱状をなし、内部の上方には懸濁液の水分を透過させ、断熱材料を堆積させるための濾過材である網２５が張設されている。前記芯棒２１は、成形型２３内に図示しない治具により着脱可能に取付けられる。前記成形型２３の上部には、吸引口２６が設けられ、この吸引口２６に吸引ポンプ２７が接続される。
【００２９】
前記懸濁液２４は、槽２８内に収容されている。この懸濁液２４としては、例えばシリカ、アルミナあるいは珪酸アルミナを含む無機質繊維と、水およびバインダからなるスラリー状のものが用いられる。前記成形型２３を懸濁液層２８内に浸漬し、吸引ポンプ２７を駆動すると、懸濁液２４が成形型２３内に吸引され、濾過材である網２５を透過しない断熱材料である無機質繊維が網２５上に堆積される。なお、網２５を透過した水分ならびに無機質繊維は、吸引ポンプ２７の吐出パイプ２９を介して回収されるが、再度懸濁液槽２８内に循環させるようにしてもよい。
【００３０】
無機質繊維からなる断熱材料が所定厚さ堆積されて断熱材料中に芯棒２１が埋没されたなら、吸引を止めて成形型２３を懸濁液層２８から引き上げ、成形型２３から堆積成形された断熱材料の成形体を芯棒２１と共に取外して自然もしくは強制的に乾燥させる。そして、その乾燥された成形体を焼成した後、排気口１４の加工や仕上げ加工を施すことにより所定の板状断熱材１３が得られる。
【００３１】
本実施の形態の板状断熱材の製造方法によれば、板状断熱材１３を成形する成形型２３内に複数の芯棒２１を配置する工程と、前記成形型２３を断熱材料をなす無機質繊維を含む懸濁液２４に浸漬して吸引により成形型２３内に断熱材料を堆積させる工程と、その堆積された断熱材料からなる成形体を成形型２３から取外して乾燥させる工程と、その乾燥された成形体を焼成する工程とを備えているため、複数本の芯棒２１が面方向に埋め込まれた板状断熱材１３を容易に製造することができ、たとえ板状断熱材１３に熱衝撃等によりひびが入り、ひび割れが発生したとしても、板状断熱材１３のひび割れによる崩落を前記芯棒２１による形状保持作用によって防止することができ、断熱性および耐久性の向上が図れる。
【００３２】
図６は板状断熱材の製造方法の他の例を説明する図である。本実施の形態における板状断熱材の製造方法は、例えば前述した吸引成形方法（但し、芯棒は使用しない。）により成形加工された円板状の板状断熱材１３〔図６の（ａ）参照〕を所定の幅例えば５ｃｍ幅の短冊状に複数に分割する工程〔図６の（ｂ）参照〕と、分割された板状断熱材の構成片１３ａ〜１３ｎに複数本の芯棒２１を通すための孔３０を加工する工程〔図６の（ｃ）参照〕と、この工程後に前記板状断熱材の構成片１３ａ〜１３ｎを接合して前記孔３０に芯棒２１を挿通する工程〔図６の（ｄ）参照〕とを備えている。
【００３３】
すなわち、前記板状断熱材の製造方法によれば、板状断熱材１３を短冊状に複数に分割する工程と、分割された板状断熱材の構成片１３ａ〜１３ｎに複数本の芯棒２１を通すための孔３０を加工する工程と、この工程後に前記板状断熱材の構成片１３ａ〜１３ｎを接合して連続した孔３０に芯棒２１を挿通する工程とを備えているため、複数本の芯棒２１が面方向（直径方向）に埋め込まれた板状断熱材１３を容易に製造することができ、たとえ板状断熱材１３に熱衝撃等によりひびが入り、ひび割れが発生したとしても、板状断熱材１３のひび割れによる崩落を前記芯棒２１によって防止することができ、断熱性および耐久性の向上が図れる。
【００３４】
図７は板状断熱材の他の例を示す断面図である。本実施の形態における板状断熱材（頂部断熱材）１３は、前記ヒータ１０の筒状断熱材１１の上部に載置される皿部材３１と、この皿部材３１上に載置される毛布状断熱材３２とからなっている。前記皿部材３１は、耐熱性、耐熱衝撃性を有する材料例えば石英ガラスもしくはセラミックにより形成されている。皿部材３１を石英ガラスにより形成する場合、サンドブラスト等により不透明とされていることが好ましい。
【００３５】
本実施の形態の板状断熱材（頂部断熱材）１３によれば、前記筒状断熱材１１の上部に載置される耐熱性を有する皿部材３１と、この皿部材３１上に載置される毛布状断熱材３２とからなるため、これら皿部材３１および毛布上断熱材３２が従来の板状断熱材のように熱衝撃等によってひび割れを生じる恐れがなく、ヒータ頂部の断熱性および耐久性の向上が図れる。
【００３６】
以上、本発明の実施の形態を図面により詳述してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の設計変更等が可能である。例えば、前記実施の形態では、熱処理の一例としてＣＶＤ処理が例示されているが、本発明の縦型熱処理装置は、ＣＶＤ処理以外に、例えば拡散処理、酸化処理、アニール処理等を行うことが可能である。また、前記実施の形態では、処理容器にマニホールドを備えた縦型熱処理装置が例示されているが、本発明の縦型熱処理装置は、処理容器にマニホールドを備えていなくてもよい。また、被処理体としては、半導体ウエハ以外に、例えばＬＣＤ基板やガラス基板等であってもよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
【００３８】
（１）請求項１の発明によれば、複数枚の被処理体を収容する縦型の処理容器の周囲に、筒状断熱材を有するヒータを設置し、該ヒータの筒状断熱材の上部に板状断熱材を被せてなる縦型熱処理装置において、前記板状断熱材に複数本の芯棒を埋め込んでなるため、たとえ板状断熱材に熱衝撃等によりひびが入ったとしても、板状断熱材のひび割れによる崩落を前記芯棒によって防止することができ、断熱性および耐久性の向上が図れる。
【００３９】
（２）請求項２の発明によれば、複数枚の被処理体を収容する縦型の処理容器の周囲に、筒状断熱材を有するヒータを設置し、該ヒータの筒状断熱材の上部に板状断熱材を被せてなる縦型熱処理装置において、前記板状断熱材を成形する成形型内に複数の芯棒を配置する工程と、前記成形型を断熱材料をなす無機質繊維を含む懸濁液に浸漬して吸引により成形型内に断熱材料を堆積させる工程と、その堆積された断熱材料からなる成形体を成形型から取外して乾燥させる工程と、その乾燥された成形体を焼成する工程とを備えているため、芯棒が埋め込まれた板状断熱材を容易に製造することができ、たとえ板状断熱材に熱衝撃等によりひびが入ったとしても、板状断熱材のひび割れによる崩落を前記芯棒によって防止することができ、断熱性および耐久性の向上が図れる。
【００４０】
（３）請求項３の発明によれば、複数枚の被処理体を収容する縦型の処理容器の周囲に、筒状断熱材を有するヒータを設置し、該ヒータの筒状断熱材の上部に板状断熱材を被せてなる縦型熱処理装置において、前記板状断熱材を短冊状に複数に分割する工程と、分割された板状断熱材の構成片に複数本の芯棒を通すための孔を加工する工程と、この工程後に前記板状断熱材の構成片を接合して前記孔に芯棒を挿通する工程とを備えているため、芯棒が埋め込まれた板状断熱材を容易に製造することができ、たとえ板状断熱材に熱衝撃等によりひびが入ったとしても、板状断熱材のひび割れによる崩落を前記芯棒によって防止することができ、断熱性および耐久性の向上が図れる。
【００４１】
（４）請求項４の発明によれば、複数枚の被処理体を収容する縦型の処理容器の周囲に、筒状断熱材を有するヒータを設置し、該ヒータの筒状断熱材の上部に頂部断熱材を被せてなる縦型熱処理装置において、前記頂部断熱材が前記筒状断熱材の上部に載置される耐熱性及び耐熱衝撃性を有する材料からなる皿部材と、この皿部材上に載置される毛布状断熱材とからなるため、これら皿部材および毛布上断熱材が従来の板状断熱材のように熱衝撃等によってひび割れを生じる恐れがなく、頂部の断熱性および耐久性の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す縦型熱処理装置の縦断面図である。
【図２】同縦型熱処理装置の板状断熱材の斜視図である。
【図３】同板状断熱材の断面図である。
【図４】芯棒の拡大断面図である。
【図５】板状断熱材の製造方法の一例を説明する図である。
【図６】板状断熱材の製造方法の他の例を説明する図である。
【図７】板状断熱材の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
ｗ 被処理体
１ 縦型熱処理装置
２ 処理容器
１０ ヒータ
１１ 筒状断熱材
１３ 板状断熱材（頂部断熱材）
２１ 芯棒
２３ 成形型
２４ 懸濁液
３０ 孔
３１ 皿部材
３２ 毛布状断熱材
【発明の属する技術分野】
本発明は、縦型熱処理装置およびその板状断熱材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造においては、被処理体例えば半導体ウエハに、酸化、拡散、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）などの処理を行うために、各種の熱処理装置が用いられている。そして、その一つとして、一度に多数枚の被処理体の熱処理が可能な縦型熱処理装置が知られている。
【０００３】
この縦型熱処理装置は、複数枚の被処理体を収容する縦型の処理容器を有し、この処理容器の周囲には筒状断熱材を有するヒータが設置されている。また、このヒータの筒状断熱材の上部には、頂部断熱材としての板状断熱材が被せられ、ヒータの頂部における断熱が図られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記縦型熱処理装置においては、ヒータの頂部断熱材である板状断熱材に熱劣化や熱衝撃等により放射状にひびが入ることがある。そして、ひび割れ（亀裂）が進行すると、板状断熱材が形状を維持できなくなって崩落を招く恐れがある。板状断熱材が崩落を起こすと、ヒータの頂部の断熱性が損なわれるだけでなく、崩落した板状断熱材の直撃によりヒータのエレメント（抵抗発熱線）が損傷すると、熱処理が困難になる恐れがあった。
【０００５】
本発明は、前記事情を考慮してなされたもので、板状断熱材のひび割れによる崩落を防止することができ、断熱性および耐久性の向上が図れる縦型熱処理装置およびその板状断熱材の製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のうち、請求項１の発明は、複数枚の被処理体を収容する縦型の処理容器の周囲に、筒状断熱材を有するヒータを設置し、該ヒータの筒状断熱材の上部に板状断熱材を被せてなる縦型熱処理装置において、前記板状断熱材に複数本の芯棒を埋め込んでなることを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、複数枚の被処理体を収容する縦型の処理容器の周囲に、筒状断熱材を有するヒータを設置し、該ヒータの筒状断熱材の上部に板状断熱材を被せてなる縦型熱処理装置において、前記板状断熱材を成形する成形型内に複数の芯棒を配置する工程と、前記成形型を断熱材料をなす無機質繊維を含む懸濁液に浸漬して吸引により成形型内に断熱材料を堆積させる工程と、その堆積された断熱材料からなる成形体を成形型から取外して乾燥させる工程と、その乾燥された成形体を焼成する工程とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明は、複数枚の被処理体を収容する縦型の処理容器の周囲に、筒状断熱材を有するヒータを設置し、該ヒータの筒状断熱材の上部に板状断熱材を被せてなる縦型熱処理装置において、前記板状断熱材を短冊状に複数に分割する工程と、分割された板状断熱材の構成片に複数本の芯棒を通すための孔を加工する工程と、この工程後に前記板状断熱材の構成片を接合して前記孔に芯棒を挿通する工程とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項４の発明は、複数枚の被処理体を収容する縦型の処理容器の周囲に、筒状断熱材を有するヒータを設置し、該ヒータの筒状断熱材の上部に頂部断熱材を被せてなる縦型熱処理装置において、前記頂部断熱材が前記筒状断熱材の上部に載置される耐熱性及び耐熱衝撃性を有する材料からなる皿部材と、この皿部材上に載置される毛布状断熱材とからなることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を添付図面に基いて詳述する。図１は本発明の実施の形態を示す縦型熱処理装置の縦断面図、図２は同縦型熱処理装置の板状断熱材の斜視図、図３は同板状断熱材の断面図、図４は芯棒の拡大断面図、図５は板状断熱材の製造方法の一例を説明する図である。
【００１１】
図１において、１は縦型熱処理装置で、この縦型熱処理装置１は複数枚の被処理体例えば半導体ウエハｗを収容して所定の熱処理例えばＣＶＤ処理を施す縦型の処理容器（プロセスチューブ）２を備えている。この処理容器２は、耐熱性および耐食性を有する材料例えば石英ガラスにより形成されている。
【００１２】
処理容器２は、本実施の形態では、内管２ａと外管２ｂの二重管構造になっている。内管２ａは上端および下端が開放されている。外管２ｂは、上端が閉塞され、下端が開放されている。なお、処理容器２は、外管２ｂのみからなっていてもよく、この場合、外管２ｂの頂部に排気部が設けられていてもよい。
【００１３】
処理容器２の下部には、本実施の形態では、処理容器２内に処理ガスや不活性ガスを導入するガス導入部３と、処理容器２内を排気する排気部４とを有する短円筒状のマニホールド５が設けられている。このマニホールド５は、耐熱性および耐食性を有する材料例えばステンレス鋼により形成されている。
【００１４】
ガス導入部３には、ガス源に通じるガス供給系の配管が接続される。排気部４には、真空ポンプおよび圧力制御機構を有する排気系が接続され、処理容器２内を所定の処理圧力に制御し得るようになっている。この処理圧力に制御された状態で、ガス導入部３から導入された処理ガスが処理容器２の内管２ａ内を上昇してウエハｗの所定の熱処理に供された後、内管２ａと外管２ｂとの間の環状通路を下降して排気部４から排気されるようになっている。
【００１５】
前記マニホールド５の上端には、フランジ部５ａが形成されており、この上端フランジ部５ａの上面には、外管２ｂの下端フランジ部２ｆが載置され、フランジ押え６により接合固定されている。マニホールド５の上端フランジ部５ｆと外管２ｂの下端フランジ部２ｆとの間には、シール手段である例えばＯリング７が介設されている。マニホールド５の内側には、内管２ａを支持するための内管支持部８が設けられている。
【００１６】
前記マニホールド５は、ベースプレート９の下部に取付けられており、このベースプレート９の上部には、処理容器２の周囲を取り囲み処理容器２内のウエハｗを所定の熱処理温度に加熱昇温するためのヒータ１０が設置されている。このヒータ１０は、処理容器２の周囲を取囲む筒状（円筒状）の断熱材１１を備え、この筒状断熱材１１の内周に抵抗発熱線１２が螺旋状または蛇行状に配設されている。前記ヒータ１０は、高さ方向に複数の領域に分けて温度制御が可能に構成されている。
【００１７】
ヒータ１０の筒状断熱材１１の上部には、ヒータ１０の頂部断熱材である円板状の板状断熱材１３が被せられ（載置され）ている。ヒータ１０本体の筒状断熱材１１およびヒータ１０頂部の板状断熱材１３は、所定の断熱材料例えばシリカ（ＳｉＯ2）およびアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の混合材料により形成されている。板状断熱材１３の具体的構造および製造方法については後述する。
【００１８】
前記ヒータ１０の筒状断熱材１１の外側および板状断熱材１３の上方は、金属板からなる覆いであるアウターシェルにより覆われており、アウターシェルには水冷ジャケットが設けられている（図示省略）。なお、図示例の板状断熱材１３は、ヒータ１０の内側を強制的に空冷する際に排気するための排気口１４を中央に有しているが、ヒータ１０が強制空冷式でない場合には排気口を有していなくてもよい。
【００１９】
処理容器２内に複数枚例えば１５０枚程度の半導体ウエハｗを高さ方向に所定間隔で搭載保持するために、ウエハｗは保持具である例えば石英ガラス製のボート１５に保持され、このボート１５はマニホールド５の下端開口部（炉口）を密閉する例えばステンレス鋼製の蓋体１６の上部に炉口断熱手段である保温筒１７を介して載置されている。前記処理容器２の下方には、蓋体１６を昇降させて蓋体１６の開閉および処理容器２に対するボート１５の搬入搬出を行うための昇降機構１８が設けられていると共にその作業領域であるローディングエリア１９が設けられている。
【００２０】
マニホールド５の下端（開口端）と蓋体１６との接合部には、シール手段である例えばＯリングが設けられている（図示省略）。また、蓋体１６には、ウエハｗの面内均一な熱処理を可能とするためにボート１５を回転するための回転機構２０が設けられている。
【００２１】
そして、前記ヒータ１０の頂部断熱材である板状断熱材１３には、その熱劣化や熱衝撃等に起因するひび割れによる崩落を防止するために、図２ないし図３にも示すように、複数例えば２本の芯棒２１が埋め込まれている。また、前記板状断熱材１３の下面および排気口１４の内周面には、板状断熱材１３にひび割れが生じた時に発生する粉状のごみ（パーティクル）の落下や飛散を抑制ないし防止するため、および板状断熱材１３のひび割れによる崩落を抑制するために、アルミナクロス（アルミナ製のシート）２２が貼り付けられていることが好ましいが、必ずしもアルミナクロス２２が貼り付けられていなくてもよい。
【００２２】
前記芯棒２１は、例えばアルミナセラミックからなっている。芯棒２１は、板状断熱材１３の内部に、排気口１４を挟んで面方向ないし直径方向に平行に配置されている。例えば、直径が３００ｍｍのウエハ対応の縦型熱処理装置の場合、前記板状断熱材１３の直径は６２０ｍｍ程度、厚さは５０ｍｍ程度とされる。また、前記芯棒２１の直径は１１ｍｍ程度とされる。前記芯棒２１は、中実であってもよいが、強度を高めるために、中空ないし管状であることが好ましい。また、更に強度を高めるために、芯棒２１は、図４に示すように、管状の外芯材２１ａと、この外芯材２１ａ内に挿通された内芯材２１ｂとの二重構造になっていることが好ましい。
【００２３】
次に、以上の構成からなる縦型熱処理装置の作用を述べる。先ず、ウエハｗの移載が終了したボート１５は、ローディングエリア１９において、蓋体１６上の保温筒１７上に載置される。次に、昇降機構１８による蓋体１６の上昇によってボート１５を処理容器２内にその下端開口（マニホールド５の下端開口部）から搬入し、その開口を蓋体１６で気密に閉塞する。そして、処理容器２内を、排気部４からの排気系による減圧排気により所定の圧力ないし真空度に制御すると共にヒータ１０により所定の処理温度に制御し、回転機構２０によりボート１５を回転させながらガス導入部３より処理ガスを処理容器２内に導入してウエハｗに所定の熱処理例えばＣＶＤ処理を開始する。
【００２４】
所定の熱処理が終了したなら、先ず、ヒータ１０の電源を切り、ヒータ１０内を強制空冷すると共に、処理ガスの導入を停止し不活性ガスの導入により処理容器２内をパージする。次に、回転機構２０を停止し、蓋体１６を下降させて処理容器２内を開放すると共にボート２をローディングエリア３７に搬出すればよい。
【００２５】
このように前記縦型熱処理装置１によれば、複数枚のウエハｗを収容する縦型の処理容器２の周囲に、筒状断熱材１１を有するヒータ１０を設置し、このヒータ１０の筒状断熱材１１の上部に板状断熱材１３を被せてなる縦型熱処理装置において、前記板状断熱材１３に複数本の芯棒２１を埋め込んでなるため、たとえ板状断熱材１３に熱衝撃等によりひびが入り、ひび割れが発生したとしても、板状断熱材１３の形状が前記芯棒２１によって保持されるようになり、板状断熱材１３の崩落を防止することができる。
【００２６】
従って、板状断熱材１３の崩落によるヒータ頂部の断熱性の低下、およびヒータエレメント（抵抗発熱線）１２の破損（断線）を防止することができ、断熱性および耐久性の向上が図れる。
【００２７】
前述のように直径の大きい板状断熱材１３に芯棒２１を挿通するための長さの長い孔をドリル等により直接設けることは難しいので、次のような板状断熱材の製造方法が採用される。すなわち、本実施の形態の板状断熱材の製造方法は、図５に示すように、前記板状断熱材を成形する成形型２３内に複数本の芯棒２１を面方向に平行に配置する工程と、前記成形型２３を断熱材料をなす無機質繊維を含む懸濁液２４に浸漬して吸引により成形型２３内に断熱材料を堆積させる工程と、その堆積された断熱材料からなる成形体（図示省略）を成形型２３から取外して乾燥させる工程と、その乾燥された成形体を焼成する工程とを備えている。
【００２８】
前記成形型２３は、下部が開放された円形箱状をなし、内部の上方には懸濁液の水分を透過させ、断熱材料を堆積させるための濾過材である網２５が張設されている。前記芯棒２１は、成形型２３内に図示しない治具により着脱可能に取付けられる。前記成形型２３の上部には、吸引口２６が設けられ、この吸引口２６に吸引ポンプ２７が接続される。
【００２９】
前記懸濁液２４は、槽２８内に収容されている。この懸濁液２４としては、例えばシリカ、アルミナあるいは珪酸アルミナを含む無機質繊維と、水およびバインダからなるスラリー状のものが用いられる。前記成形型２３を懸濁液層２８内に浸漬し、吸引ポンプ２７を駆動すると、懸濁液２４が成形型２３内に吸引され、濾過材である網２５を透過しない断熱材料である無機質繊維が網２５上に堆積される。なお、網２５を透過した水分ならびに無機質繊維は、吸引ポンプ２７の吐出パイプ２９を介して回収されるが、再度懸濁液槽２８内に循環させるようにしてもよい。
【００３０】
無機質繊維からなる断熱材料が所定厚さ堆積されて断熱材料中に芯棒２１が埋没されたなら、吸引を止めて成形型２３を懸濁液層２８から引き上げ、成形型２３から堆積成形された断熱材料の成形体を芯棒２１と共に取外して自然もしくは強制的に乾燥させる。そして、その乾燥された成形体を焼成した後、排気口１４の加工や仕上げ加工を施すことにより所定の板状断熱材１３が得られる。
【００３１】
本実施の形態の板状断熱材の製造方法によれば、板状断熱材１３を成形する成形型２３内に複数の芯棒２１を配置する工程と、前記成形型２３を断熱材料をなす無機質繊維を含む懸濁液２４に浸漬して吸引により成形型２３内に断熱材料を堆積させる工程と、その堆積された断熱材料からなる成形体を成形型２３から取外して乾燥させる工程と、その乾燥された成形体を焼成する工程とを備えているため、複数本の芯棒２１が面方向に埋め込まれた板状断熱材１３を容易に製造することができ、たとえ板状断熱材１３に熱衝撃等によりひびが入り、ひび割れが発生したとしても、板状断熱材１３のひび割れによる崩落を前記芯棒２１による形状保持作用によって防止することができ、断熱性および耐久性の向上が図れる。
【００３２】
図６は板状断熱材の製造方法の他の例を説明する図である。本実施の形態における板状断熱材の製造方法は、例えば前述した吸引成形方法（但し、芯棒は使用しない。）により成形加工された円板状の板状断熱材１３〔図６の（ａ）参照〕を所定の幅例えば５ｃｍ幅の短冊状に複数に分割する工程〔図６の（ｂ）参照〕と、分割された板状断熱材の構成片１３ａ〜１３ｎに複数本の芯棒２１を通すための孔３０を加工する工程〔図６の（ｃ）参照〕と、この工程後に前記板状断熱材の構成片１３ａ〜１３ｎを接合して前記孔３０に芯棒２１を挿通する工程〔図６の（ｄ）参照〕とを備えている。
【００３３】
すなわち、前記板状断熱材の製造方法によれば、板状断熱材１３を短冊状に複数に分割する工程と、分割された板状断熱材の構成片１３ａ〜１３ｎに複数本の芯棒２１を通すための孔３０を加工する工程と、この工程後に前記板状断熱材の構成片１３ａ〜１３ｎを接合して連続した孔３０に芯棒２１を挿通する工程とを備えているため、複数本の芯棒２１が面方向（直径方向）に埋め込まれた板状断熱材１３を容易に製造することができ、たとえ板状断熱材１３に熱衝撃等によりひびが入り、ひび割れが発生したとしても、板状断熱材１３のひび割れによる崩落を前記芯棒２１によって防止することができ、断熱性および耐久性の向上が図れる。
【００３４】
図７は板状断熱材の他の例を示す断面図である。本実施の形態における板状断熱材（頂部断熱材）１３は、前記ヒータ１０の筒状断熱材１１の上部に載置される皿部材３１と、この皿部材３１上に載置される毛布状断熱材３２とからなっている。前記皿部材３１は、耐熱性、耐熱衝撃性を有する材料例えば石英ガラスもしくはセラミックにより形成されている。皿部材３１を石英ガラスにより形成する場合、サンドブラスト等により不透明とされていることが好ましい。
【００３５】
本実施の形態の板状断熱材（頂部断熱材）１３によれば、前記筒状断熱材１１の上部に載置される耐熱性を有する皿部材３１と、この皿部材３１上に載置される毛布状断熱材３２とからなるため、これら皿部材３１および毛布上断熱材３２が従来の板状断熱材のように熱衝撃等によってひび割れを生じる恐れがなく、ヒータ頂部の断熱性および耐久性の向上が図れる。
【００３６】
以上、本発明の実施の形態を図面により詳述してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の設計変更等が可能である。例えば、前記実施の形態では、熱処理の一例としてＣＶＤ処理が例示されているが、本発明の縦型熱処理装置は、ＣＶＤ処理以外に、例えば拡散処理、酸化処理、アニール処理等を行うことが可能である。また、前記実施の形態では、処理容器にマニホールドを備えた縦型熱処理装置が例示されているが、本発明の縦型熱処理装置は、処理容器にマニホールドを備えていなくてもよい。また、被処理体としては、半導体ウエハ以外に、例えばＬＣＤ基板やガラス基板等であってもよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
【００３８】
（１）請求項１の発明によれば、複数枚の被処理体を収容する縦型の処理容器の周囲に、筒状断熱材を有するヒータを設置し、該ヒータの筒状断熱材の上部に板状断熱材を被せてなる縦型熱処理装置において、前記板状断熱材に複数本の芯棒を埋め込んでなるため、たとえ板状断熱材に熱衝撃等によりひびが入ったとしても、板状断熱材のひび割れによる崩落を前記芯棒によって防止することができ、断熱性および耐久性の向上が図れる。
【００３９】
（２）請求項２の発明によれば、複数枚の被処理体を収容する縦型の処理容器の周囲に、筒状断熱材を有するヒータを設置し、該ヒータの筒状断熱材の上部に板状断熱材を被せてなる縦型熱処理装置において、前記板状断熱材を成形する成形型内に複数の芯棒を配置する工程と、前記成形型を断熱材料をなす無機質繊維を含む懸濁液に浸漬して吸引により成形型内に断熱材料を堆積させる工程と、その堆積された断熱材料からなる成形体を成形型から取外して乾燥させる工程と、その乾燥された成形体を焼成する工程とを備えているため、芯棒が埋め込まれた板状断熱材を容易に製造することができ、たとえ板状断熱材に熱衝撃等によりひびが入ったとしても、板状断熱材のひび割れによる崩落を前記芯棒によって防止することができ、断熱性および耐久性の向上が図れる。
【００４０】
（３）請求項３の発明によれば、複数枚の被処理体を収容する縦型の処理容器の周囲に、筒状断熱材を有するヒータを設置し、該ヒータの筒状断熱材の上部に板状断熱材を被せてなる縦型熱処理装置において、前記板状断熱材を短冊状に複数に分割する工程と、分割された板状断熱材の構成片に複数本の芯棒を通すための孔を加工する工程と、この工程後に前記板状断熱材の構成片を接合して前記孔に芯棒を挿通する工程とを備えているため、芯棒が埋め込まれた板状断熱材を容易に製造することができ、たとえ板状断熱材に熱衝撃等によりひびが入ったとしても、板状断熱材のひび割れによる崩落を前記芯棒によって防止することができ、断熱性および耐久性の向上が図れる。
【００４１】
（４）請求項４の発明によれば、複数枚の被処理体を収容する縦型の処理容器の周囲に、筒状断熱材を有するヒータを設置し、該ヒータの筒状断熱材の上部に頂部断熱材を被せてなる縦型熱処理装置において、前記頂部断熱材が前記筒状断熱材の上部に載置される耐熱性及び耐熱衝撃性を有する材料からなる皿部材と、この皿部材上に載置される毛布状断熱材とからなるため、これら皿部材および毛布上断熱材が従来の板状断熱材のように熱衝撃等によってひび割れを生じる恐れがなく、頂部の断熱性および耐久性の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す縦型熱処理装置の縦断面図である。
【図２】同縦型熱処理装置の板状断熱材の斜視図である。
【図３】同板状断熱材の断面図である。
【図４】芯棒の拡大断面図である。
【図５】板状断熱材の製造方法の一例を説明する図である。
【図６】板状断熱材の製造方法の他の例を説明する図である。
【図７】板状断熱材の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
ｗ 被処理体
１ 縦型熱処理装置
２ 処理容器
１０ ヒータ
１１ 筒状断熱材
１３ 板状断熱材（頂部断熱材）
２１ 芯棒
２３ 成形型
２４ 懸濁液
３０ 孔
３１ 皿部材
３２ 毛布状断熱材
Claims (4)
- 複数枚の被処理体を収容する縦型の処理容器の周囲に、筒状断熱材を有するヒータを設置し、該ヒータの筒状断熱材の上部に板状断熱材を被せてなる縦型熱処理装置において、前記板状断熱材に複数本の芯棒を埋め込んでなることを特徴とする縦型熱処理装置。
- 複数枚の被処理体を収容する縦型の処理容器の周囲に、筒状断熱材を有するヒータを設置し、該ヒータの筒状断熱材の上部に板状断熱材を被せてなる縦型熱処理装置において、前記板状断熱材を成形する成形型内に複数の芯棒を配置する工程と、前記成形型を断熱材料をなす無機質繊維を含む懸濁液に浸漬して吸引により成形型内に断熱材料を堆積させる工程と、その堆積された断熱材料からなる成形体を成形型から取外して乾燥させる工程と、その乾燥された成形体を焼成する工程とを備えたことを特徴とする縦型熱処理装置の板状断熱材の製造方法。
- 複数枚の被処理体を収容する縦型の処理容器の周囲に、筒状断熱材を有するヒータを設置し、該ヒータの筒状断熱材の上部に板状断熱材を被せてなる縦型熱処理装置において、前記板状断熱材を短冊状に複数に分割する工程と、分割された板状断熱材の構成片に複数本の芯棒を通すための孔を加工する工程と、この工程後に前記板状断熱材の構成片を接合して前記孔に芯棒を挿通する工程とを備えたことを特徴とする縦型熱処理装置の板状断熱材の製造方法。
- 複数枚の被処理体を収容する縦型の処理容器の周囲に、筒状断熱材を有するヒータを設置し、該ヒータの筒状断熱材の上部に頂部断熱材を被せてなる縦型熱処理装置において、前記頂部断熱材が前記筒状断熱材の上部に載置される耐熱性及び耐熱衝撃性を有する材料からなる皿部材と、この皿部材上に載置される毛布状断熱材とからなることを特徴とする縦型熱処理装置。
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