JP4448238B2 - 縦型熱処理装置 - 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下方から収容する縦型の処理容器を有し、この処理容器の外側にはこれを取り囲むヒータが設置されている。図８に示すように、このヒータ１０の上部には、急速昇降温を可能とすべくヒータ１０の内部雰囲気を強制的に排気するための排気口２０と、この排気口２０をエアシリンダ２９の駆動によりスライド開閉する蓋部材３０とが設けられている。
【０００４】
特に、従来の縦型熱処理装置においては、前記蓋部材が、図８の（ａ）に示すようにエアシリンダ２９の駆動によりロッド２９ａの伸張方向へ移動されて排気口２０を閉塞し、逆に図８の（ｂ）に示すようにロッド２９ａの収縮方向に移動されて排気口２０を開放するように構成されていた。
【０００５】
【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、エアシリンダ２９のロッド２９ａの先端に蓋部材３０が直接取付けられていたので、蓋部材３０が排気口２０を閉塞している昇温時に、蓋部材３０が高温例えば１０００℃程度に昇温してその熱がロッド２９ａを介してエアシリンダ２９に伝わり、エアシリンダ２９が昇温し易かった。また、ロッド２９ａは先端側ほど高温となる温度勾配になっているため、蓋部材３０を開方向に移動すべくロッド２９ａを収縮させると、ロッド２９ａのより高温部分がエアシリンダ２９内に入り込むようになる。
【０００６】
このため、前記エアシリンダとしては、耐熱仕様のものが採用されているものの、その耐熱温度を超えてしまう場合が考えられ、その場合、エアシリンダのパッキンの熱劣化を早め、耐久性の低下を招くだけでなく、エア漏れや動作不良を引き起こして信頼性の低下を招く恐れもある。また、ヒータの近傍には、過加熱センサ４２が設置されているが、前記蓋部材３０を開移動させた時に排気口２７からの熱風が開移動方向に漏出し、その熱で過加熱センサ４２が誤作動してしまう問題もあった。
【０００７】
本発明は、前記事情を考慮してなされたもので、エアシリンダの昇温を抑制することができ、その耐久性および信頼性の維持向上が図れる縦型熱処理装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【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下方から収容する縦型の処理容器の外側に、これを取り囲むヒータを設置し、該ヒータの上部に、ヒータの内部雰囲気を強制的に排気するための排気口と、この排気口をエアシリンダの駆動によりスライド開閉する蓋部材とを設けた縦型熱処理装置において、前記エアシリンダのロッドに前記排気口との干渉を避ける枠部材を介して前記蓋部材を連結し、該蓋部材をロッドの伸張方向へ移動させて前記排気口を開放するように構成したことを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１記載の縦型熱処理装置において、前記ヒータの上部に、蓋部材を開閉移動可能に収容するハウジングが設けられていることを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１記載の縦型熱処理装置において、前記枠部材とロッドの連結部および枠部材と蓋部材の連結部に、上下方向の相対移動を吸収する吸収部が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１記載の縦型熱処理装置において、前記蓋部材が、石英製の箱状本体と、この箱状本体内に収容された断熱材とから構成されていることを特徴とする。
【００１２】
【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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
前記マニホールド５の上端には、フランジ部５ｆが形成されており、この上端フランジ部５ｆ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。
【００１８】
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。
【００１９】
また、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。
【００２０】
前記ヒータ１０の筒状断熱材１１の外側には、金属製の円筒状のアウターシェル１４が設けられ、このアウターシェル１４には水冷ジャケット１５が設けられている。アウターシェル１４の上部には、板状断熱材１３の上方を覆う金属製の天板１６が取付けられている。急速昇降温処理を可能とすべくヒータ１０内を強制的に空冷するために、ヒータ１０の下部（ボトム面板１７）とベースプレート９との間には複数の送風ノズル１８を有する環状の送風ダクト１９が設けられていると共に、ヒータ１０の上部中央（板状断熱材１３の中央）には排気口２０が形成されている。
【００２１】
そして、ヒータ１０の上部、具体的には天板１６上には、前記排気口２０を開閉する後述の開閉機構２１が設けられている。なお、天板１６は、図４に示すように、アウターシェル１４の上端周縁部に設けられた外向きのフランジ部１４ａに対して上方からネジ２２で着脱可能に取付けられ、板状断熱材１３の交換等のメンテナンスが容易にできるようになっている。また、天板１６は、一枚の板材からなっていてもよいが、図示例のように同心状の複数の板材を外側から順に重ねて接合形成されていることが強度上好ましい。
【００２２】
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２３に保持され、このボート２３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２４の上部に炉口断熱手段である保温筒２５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２４を昇降させて蓋体２４の開閉および処理容器２に対するボート２３の搬入搬出を行うための昇降機構２６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２７が設けられている。
【００２３】
マニホールド５の下端（開口端）と蓋体２４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２４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２３を回転するための回転機構２８が設けられている。
【００２４】
一方、前記開閉機構２１は、前記排気口２０をエアシリンダ２９の駆動によりスライド開閉する蓋部材（シャッター）３０を有し、前記エアシリンダ２９のロッド２９ａに前記排気口２０との干渉を避ける枠部材３１を介して前記蓋部材３０を連結し、この蓋部材３０をロッド２９ａの伸張方向へ移動させて前記排気口２０を開放するように構成されている。前記蓋部材３０は石英製好ましくは不透明石英製の上方が開放された箱状本体３２と、この箱状本体３２内に収容された断熱材３３とから構成されており、耐熱性および断熱性の向上が図られている。
【００２５】
前記アウターシェル１４の天板１６には、前記板状断熱材１３の排気口２０に筒状の接続部３４を介して連通する開口部３５を有し、この開口部３５を開閉すべく前記蓋部材３０を水平方向にスライド可能に支持する石英製のベース部材（シャッターベース）３６が取付けられている。このベース部材３６は、図２ないし図４にも示すように、蓋部材３０の閉位置を区画形成する平面Ｕ字状の区画壁３６ａを有し、この区画壁３６ａの上部には石英製のベースカバー３７が取付けられている。
【００２６】
また、前記天板１６上には、前記蓋部材３０を開閉移動可能に収容する金属製のハウジング３８が設けられている。このハウジング３８は、前記区画壁３６ａの周囲を取り囲んでいると共に、蓋部材３０の開位置を区画形成している。このハウジング３８の上部であって前記開口部３５と対応する位置には、蓋部材３０が開移動された時に排気口２０と連通してヒータ１０内の雰囲気を排気する排気ボックス３９が設けられ、この排気ボックス３９に図示しない工場排気系が接続されている。
【００２７】
前記枠部材３１は、蓋部材３０の開閉移動方向に長い長方形の枠状に形成されており、枠部材３１の内側に前記ハウジング３８が位置される。枠部材３１の長手方向の一端にはエアシリンダ２９のロッド２９ａ先端が連結され、他端には蓋部材３０を枠部材３１内の略中央に配置すべく連結するための連結アーム３１ａが内方へ突設されている。この連結アーム３１ａの先端側は、ハウジング３８の端壁を緩く貫通してハウジング３８内に挿入され、前記蓋部材３０に連結されている。エアシリンダ２９は、アウターシェル１４の外側にこれを取り囲むように設けられたフレーム４１の上端部に設置されている。前記ヒータ１０は、縦型熱処理装置１の図示しない筐体内に設置され、この筐体の天井には過加熱センサ４２が設置され（図７参照）、設定温度以上の時に警報を発するようになっている。
【００２８】
前記枠部材３１を水平方向（蓋部材の開閉移動方向）に移動可能に支持するために、図２ないし図３に示すように、枠部材３１の両側には計４個の車輪４３が設けられ、前記天板１６上にはこれらの車輪４３を脱輪しないようしてに走行可能に支持するガイドレール４４が設置されている。
【００２９】
前記天板１６は、フレーム４１に比してヒータ１０からの熱影響を受け易く、急速昇降温に伴って熱膨張収縮して、エアシリンダ２９と枠部材３１との間および枠部材３１と蓋部材３０との間の連結がリジッドであると、連結部に上下方向の相対的変位による応力が集中し易い。そこで、この問題を解消するために、エアシリンダ２９のロッド２９ａと枠部材３１との連結部および枠部材３１の連結アーム３１ａと蓋部材３０との連結部には、図５ないし図６に示すように、上下方向の相対移動を吸収する吸収部４５，４６が設けられている。
【００３０】
具体的には、枠部材３１には、図５に示すように、エアシリンダ２９のロッド２９ａ先端に設けた係合部４７を係合する係合孔４８が形成され、この係合孔４８を係合部４７が上下方向に移動可能な長穴とすることにより、エアシリンダ２９のロッド２９ａと枠部材３１との間の上下方向の相対移動を吸収する吸収部４５とされている。また、蓋部材３１の開移動側の端部には、図６に示すように、連結アーム３１ａの先端部をピン４９で連結するためのピン孔５０が形成され、このピン孔５０をピン４９が上下方向に移動可能な長穴とすることにより、枠部材３１の連結アーム３１ａと蓋部材３０との間の上下方向の相対移動を吸収する吸収部４６とされている。
【００３１】
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２３は、ローディングエリア２７において、蓋体２４上の保温筒２５上に載置される。次に、昇降機構２６による蓋体２４の上昇によってボート２３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２４で気密に閉塞する。
【００３２】
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２８によりボート２３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。この時、前記開閉機構２１の蓋部材３０は排気口２０を閉塞する閉位置に移動されている。
【００３３】
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、前記蓋部材３０を開位置に移動して排気口２０を開放すると共に送風ダクト１９の送風ノズル１８から空気を吹き出してヒータ１０内を強制空冷し、また、処理ガスの導入を停止して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２８を停止し、蓋体２４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２７に搬出すればよい。
【００３４】
特に、前記開閉機構２１においては、図７の（ａ）に示すように、エアシリンダ２９のロッド２９ａを収縮させることにより、枠部材３１を介して蓋部材３０を閉位置に移動させることができ、逆に、図７の（ｂ）に示すように、エアシリンダ２９のロッド２９ａを伸張させることにより、枠部材３１を介して蓋部材３０を開位置に移動させることができ。
【００３５】
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を下方から収容する縦型の処理容器２の外側に、これを取り囲むヒータ１０を設置し、このヒータ１０の上部に、ヒータ１０の内部雰囲気を強制的に排気するための排気口２０と、この排気口２０をエアシリンダ２９の駆動によりスライド開閉する蓋部材３０とを設けており、前記エアシリンダ２９のロッド２９ａに前記排気口２０との干渉を避ける枠部材３１を介して前記蓋部材３０を連結し、この蓋部材３０をロッド２９ａの伸張方向へ移動させて前記排気口２０を開放するように構成されているため、エアシリンダ２９の昇温を抑制することができ、その耐久性および信頼性の維持向上が図れる。
【００３６】
すなわち、エアシリンダ２９のロッド２９ａには枠部材３１を介して蓋部材３０が連結され、好ましくは枠部材３１の一端にエアシリンダ２９のロッド２９ａが連結され、枠部材３１の他端に連結アーム３１ａを介して蓋部材３０が連結されているため、蓋部材３１からエアシリンダ２９までの熱伝導距離が長くなり、蓋部材３０が高温に昇温していても、蓋部材３０からの熱伝導によるエアシリンダ２９の昇温を抑えることができる。また、蓋部材３０を閉位置から開位置に移動させる動作時には、エアシリンダ２９のロッド２９ａが伸張するので、ロッド２９ａがエアシリンダ２９内に入ってくることがなく、エアシリンダ２９の昇温を更に抑制することができる。このため、エアシリンダ２９のパッキンの熱劣化を防止でき、耐久性の向上が図れると共に、エア漏れや動作不良を引き起こす恐れがなく、信頼性の向上が図れる。
【００３７】
また、前記ヒータ１０の上部には、蓋部材３０を開閉移動可能に収容するハウジング３８が設けられているため、ヒータ１０内の高温雰囲気が外部に漏出するのを抑制することができ、過加熱センサ４２の誤作動を防止することができる。更に、前記枠部材３１とロッド２９ａの連結部および枠部材３１と蓋部材３０の連結部に、上下方向の相対移動を吸収する吸収部４５，４６が設けられているため、ヒータ１０の高さ方向の熱膨張収縮に伴って枠部材３１とエアシリンダ２９間および枠部材３１と蓋部材３０間に生じる相対的変位ないし応力を吸収することができ、耐久性の向上が図れる。また、前記蓋部材３０が、石英製の箱状本体３２と、この箱状本体３２内に収容された断熱材３３とから構成されているため、耐熱性と断熱性の向上が図れる。
【００３８】
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。
【００３９】
【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。
【００４０】
（１）請求項１の発明によれば、複数枚の被処理体を下方から収容する縦型の処理容器の外側に、これを取り囲むヒータを設置し、該ヒータの上部に、ヒータの内部雰囲気を強制的に排気するための排気口と、この排気口をエアシリンダの駆動によりスライド開閉する蓋部材とを設けた縦型熱処理装置において、前記エアシリンダのロッドに前記排気口との干渉を避ける枠部材を介して前記蓋部材を連結し、該蓋部材をロッドの伸張方向へ移動させて前記排気口を開放するように構成されているため、エアシリンダの昇温を抑制することができ、その耐久性および信頼性の維持向上が図れる。
【００４１】
（２）請求項２の発明によれば、前記ヒータの上部に、蓋部材を開閉移動可能に収容するハウジングが設けられているため、ヒータ内の高温雰囲気が外部に流出するのを抑制することができる。
【００４２】
（３）請求項３の発明によれば、前記枠部材とロッドの連結部および枠部材と蓋部材の連結部に、上下方向の相対移動を吸収する吸収部が設けられているため、ヒータの高さ方向の熱膨張収縮に伴って枠部材とエアシリンダ間および枠部材と蓋部材間に生じる相対的変位ないし応力を吸収することができ、耐久性の向上が図れる。
【００４３】
（４）請求項４の発明によれば、前記蓋部材が、石英製の箱状本体と、この箱状本体内に収容された断熱材とから構成されているため、耐熱性と断熱性の向上が図れる。
【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】図１の要部の一部断面拡大平面図である。
【図３】図２の一部省略側面図である。
【図４】図１の要部拡大断面図である。
【図５】枠部材とロッドの連結部の構造を示す拡大断面図である。
【図６】枠部材と蓋部材の連結部の構造を示す拡大断面図である。
【図７】本実施の形態の作用を説明する平面図である。
【図８】従来の縦型熱処理装置の作用を説明する平面図である。
【符号の説明】
ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
１ 縦型熱処理装置
２ 処理容器
１０ ヒータ
２０ 排気口
２９ エアシリンダ
２９ａ ロッド
３０ 蓋部材
３１ 枠部材
３２ 箱状本体
３３ 断熱材
３８ ハウジング
４５，４６ 吸収部
【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下方から収容する縦型の処理容器を有し、この処理容器の外側にはこれを取り囲むヒータが設置されている。図８に示すように、このヒータ１０の上部には、急速昇降温を可能とすべくヒータ１０の内部雰囲気を強制的に排気するための排気口２０と、この排気口２０をエアシリンダ２９の駆動によりスライド開閉する蓋部材３０とが設けられている。
【０００４】
特に、従来の縦型熱処理装置においては、前記蓋部材が、図８の（ａ）に示すようにエアシリンダ２９の駆動によりロッド２９ａの伸張方向へ移動されて排気口２０を閉塞し、逆に図８の（ｂ）に示すようにロッド２９ａの収縮方向に移動されて排気口２０を開放するように構成されていた。
【０００５】
【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、エアシリンダ２９のロッド２９ａの先端に蓋部材３０が直接取付けられていたので、蓋部材３０が排気口２０を閉塞している昇温時に、蓋部材３０が高温例えば１０００℃程度に昇温してその熱がロッド２９ａを介してエアシリンダ２９に伝わり、エアシリンダ２９が昇温し易かった。また、ロッド２９ａは先端側ほど高温となる温度勾配になっているため、蓋部材３０を開方向に移動すべくロッド２９ａを収縮させると、ロッド２９ａのより高温部分がエアシリンダ２９内に入り込むようになる。
【０００６】
このため、前記エアシリンダとしては、耐熱仕様のものが採用されているものの、その耐熱温度を超えてしまう場合が考えられ、その場合、エアシリンダのパッキンの熱劣化を早め、耐久性の低下を招くだけでなく、エア漏れや動作不良を引き起こして信頼性の低下を招く恐れもある。また、ヒータの近傍には、過加熱センサ４２が設置されているが、前記蓋部材３０を開移動させた時に排気口２７からの熱風が開移動方向に漏出し、その熱で過加熱センサ４２が誤作動してしまう問題もあった。
【０００７】
本発明は、前記事情を考慮してなされたもので、エアシリンダの昇温を抑制することができ、その耐久性および信頼性の維持向上が図れる縦型熱処理装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【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下方から収容する縦型の処理容器の外側に、これを取り囲むヒータを設置し、該ヒータの上部に、ヒータの内部雰囲気を強制的に排気するための排気口と、この排気口をエアシリンダの駆動によりスライド開閉する蓋部材とを設けた縦型熱処理装置において、前記エアシリンダのロッドに前記排気口との干渉を避ける枠部材を介して前記蓋部材を連結し、該蓋部材をロッドの伸張方向へ移動させて前記排気口を開放するように構成したことを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１記載の縦型熱処理装置において、前記ヒータの上部に、蓋部材を開閉移動可能に収容するハウジングが設けられていることを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１記載の縦型熱処理装置において、前記枠部材とロッドの連結部および枠部材と蓋部材の連結部に、上下方向の相対移動を吸収する吸収部が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１記載の縦型熱処理装置において、前記蓋部材が、石英製の箱状本体と、この箱状本体内に収容された断熱材とから構成されていることを特徴とする。
【００１２】
【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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
前記マニホールド５の上端には、フランジ部５ｆが形成されており、この上端フランジ部５ｆ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。
【００１８】
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。
【００１９】
また、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。
【００２０】
前記ヒータ１０の筒状断熱材１１の外側には、金属製の円筒状のアウターシェル１４が設けられ、このアウターシェル１４には水冷ジャケット１５が設けられている。アウターシェル１４の上部には、板状断熱材１３の上方を覆う金属製の天板１６が取付けられている。急速昇降温処理を可能とすべくヒータ１０内を強制的に空冷するために、ヒータ１０の下部（ボトム面板１７）とベースプレート９との間には複数の送風ノズル１８を有する環状の送風ダクト１９が設けられていると共に、ヒータ１０の上部中央（板状断熱材１３の中央）には排気口２０が形成されている。
【００２１】
そして、ヒータ１０の上部、具体的には天板１６上には、前記排気口２０を開閉する後述の開閉機構２１が設けられている。なお、天板１６は、図４に示すように、アウターシェル１４の上端周縁部に設けられた外向きのフランジ部１４ａに対して上方からネジ２２で着脱可能に取付けられ、板状断熱材１３の交換等のメンテナンスが容易にできるようになっている。また、天板１６は、一枚の板材からなっていてもよいが、図示例のように同心状の複数の板材を外側から順に重ねて接合形成されていることが強度上好ましい。
【００２２】
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２３に保持され、このボート２３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２４の上部に炉口断熱手段である保温筒２５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２４を昇降させて蓋体２４の開閉および処理容器２に対するボート２３の搬入搬出を行うための昇降機構２６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２７が設けられている。
【００２３】
マニホールド５の下端（開口端）と蓋体２４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２４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２３を回転するための回転機構２８が設けられている。
【００２４】
一方、前記開閉機構２１は、前記排気口２０をエアシリンダ２９の駆動によりスライド開閉する蓋部材（シャッター）３０を有し、前記エアシリンダ２９のロッド２９ａに前記排気口２０との干渉を避ける枠部材３１を介して前記蓋部材３０を連結し、この蓋部材３０をロッド２９ａの伸張方向へ移動させて前記排気口２０を開放するように構成されている。前記蓋部材３０は石英製好ましくは不透明石英製の上方が開放された箱状本体３２と、この箱状本体３２内に収容された断熱材３３とから構成されており、耐熱性および断熱性の向上が図られている。
【００２５】
前記アウターシェル１４の天板１６には、前記板状断熱材１３の排気口２０に筒状の接続部３４を介して連通する開口部３５を有し、この開口部３５を開閉すべく前記蓋部材３０を水平方向にスライド可能に支持する石英製のベース部材（シャッターベース）３６が取付けられている。このベース部材３６は、図２ないし図４にも示すように、蓋部材３０の閉位置を区画形成する平面Ｕ字状の区画壁３６ａを有し、この区画壁３６ａの上部には石英製のベースカバー３７が取付けられている。
【００２６】
また、前記天板１６上には、前記蓋部材３０を開閉移動可能に収容する金属製のハウジング３８が設けられている。このハウジング３８は、前記区画壁３６ａの周囲を取り囲んでいると共に、蓋部材３０の開位置を区画形成している。このハウジング３８の上部であって前記開口部３５と対応する位置には、蓋部材３０が開移動された時に排気口２０と連通してヒータ１０内の雰囲気を排気する排気ボックス３９が設けられ、この排気ボックス３９に図示しない工場排気系が接続されている。
【００２７】
前記枠部材３１は、蓋部材３０の開閉移動方向に長い長方形の枠状に形成されており、枠部材３１の内側に前記ハウジング３８が位置される。枠部材３１の長手方向の一端にはエアシリンダ２９のロッド２９ａ先端が連結され、他端には蓋部材３０を枠部材３１内の略中央に配置すべく連結するための連結アーム３１ａが内方へ突設されている。この連結アーム３１ａの先端側は、ハウジング３８の端壁を緩く貫通してハウジング３８内に挿入され、前記蓋部材３０に連結されている。エアシリンダ２９は、アウターシェル１４の外側にこれを取り囲むように設けられたフレーム４１の上端部に設置されている。前記ヒータ１０は、縦型熱処理装置１の図示しない筐体内に設置され、この筐体の天井には過加熱センサ４２が設置され（図７参照）、設定温度以上の時に警報を発するようになっている。
【００２８】
前記枠部材３１を水平方向（蓋部材の開閉移動方向）に移動可能に支持するために、図２ないし図３に示すように、枠部材３１の両側には計４個の車輪４３が設けられ、前記天板１６上にはこれらの車輪４３を脱輪しないようしてに走行可能に支持するガイドレール４４が設置されている。
【００２９】
前記天板１６は、フレーム４１に比してヒータ１０からの熱影響を受け易く、急速昇降温に伴って熱膨張収縮して、エアシリンダ２９と枠部材３１との間および枠部材３１と蓋部材３０との間の連結がリジッドであると、連結部に上下方向の相対的変位による応力が集中し易い。そこで、この問題を解消するために、エアシリンダ２９のロッド２９ａと枠部材３１との連結部および枠部材３１の連結アーム３１ａと蓋部材３０との連結部には、図５ないし図６に示すように、上下方向の相対移動を吸収する吸収部４５，４６が設けられている。
【００３０】
具体的には、枠部材３１には、図５に示すように、エアシリンダ２９のロッド２９ａ先端に設けた係合部４７を係合する係合孔４８が形成され、この係合孔４８を係合部４７が上下方向に移動可能な長穴とすることにより、エアシリンダ２９のロッド２９ａと枠部材３１との間の上下方向の相対移動を吸収する吸収部４５とされている。また、蓋部材３１の開移動側の端部には、図６に示すように、連結アーム３１ａの先端部をピン４９で連結するためのピン孔５０が形成され、このピン孔５０をピン４９が上下方向に移動可能な長穴とすることにより、枠部材３１の連結アーム３１ａと蓋部材３０との間の上下方向の相対移動を吸収する吸収部４６とされている。
【００３１】
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２３は、ローディングエリア２７において、蓋体２４上の保温筒２５上に載置される。次に、昇降機構２６による蓋体２４の上昇によってボート２３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２４で気密に閉塞する。
【００３２】
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２８によりボート２３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。この時、前記開閉機構２１の蓋部材３０は排気口２０を閉塞する閉位置に移動されている。
【００３３】
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、前記蓋部材３０を開位置に移動して排気口２０を開放すると共に送風ダクト１９の送風ノズル１８から空気を吹き出してヒータ１０内を強制空冷し、また、処理ガスの導入を停止して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２８を停止し、蓋体２４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２７に搬出すればよい。
【００３４】
特に、前記開閉機構２１においては、図７の（ａ）に示すように、エアシリンダ２９のロッド２９ａを収縮させることにより、枠部材３１を介して蓋部材３０を閉位置に移動させることができ、逆に、図７の（ｂ）に示すように、エアシリンダ２９のロッド２９ａを伸張させることにより、枠部材３１を介して蓋部材３０を開位置に移動させることができ。
【００３５】
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を下方から収容する縦型の処理容器２の外側に、これを取り囲むヒータ１０を設置し、このヒータ１０の上部に、ヒータ１０の内部雰囲気を強制的に排気するための排気口２０と、この排気口２０をエアシリンダ２９の駆動によりスライド開閉する蓋部材３０とを設けており、前記エアシリンダ２９のロッド２９ａに前記排気口２０との干渉を避ける枠部材３１を介して前記蓋部材３０を連結し、この蓋部材３０をロッド２９ａの伸張方向へ移動させて前記排気口２０を開放するように構成されているため、エアシリンダ２９の昇温を抑制することができ、その耐久性および信頼性の維持向上が図れる。
【００３６】
すなわち、エアシリンダ２９のロッド２９ａには枠部材３１を介して蓋部材３０が連結され、好ましくは枠部材３１の一端にエアシリンダ２９のロッド２９ａが連結され、枠部材３１の他端に連結アーム３１ａを介して蓋部材３０が連結されているため、蓋部材３１からエアシリンダ２９までの熱伝導距離が長くなり、蓋部材３０が高温に昇温していても、蓋部材３０からの熱伝導によるエアシリンダ２９の昇温を抑えることができる。また、蓋部材３０を閉位置から開位置に移動させる動作時には、エアシリンダ２９のロッド２９ａが伸張するので、ロッド２９ａがエアシリンダ２９内に入ってくることがなく、エアシリンダ２９の昇温を更に抑制することができる。このため、エアシリンダ２９のパッキンの熱劣化を防止でき、耐久性の向上が図れると共に、エア漏れや動作不良を引き起こす恐れがなく、信頼性の向上が図れる。
【００３７】
また、前記ヒータ１０の上部には、蓋部材３０を開閉移動可能に収容するハウジング３８が設けられているため、ヒータ１０内の高温雰囲気が外部に漏出するのを抑制することができ、過加熱センサ４２の誤作動を防止することができる。更に、前記枠部材３１とロッド２９ａの連結部および枠部材３１と蓋部材３０の連結部に、上下方向の相対移動を吸収する吸収部４５，４６が設けられているため、ヒータ１０の高さ方向の熱膨張収縮に伴って枠部材３１とエアシリンダ２９間および枠部材３１と蓋部材３０間に生じる相対的変位ないし応力を吸収することができ、耐久性の向上が図れる。また、前記蓋部材３０が、石英製の箱状本体３２と、この箱状本体３２内に収容された断熱材３３とから構成されているため、耐熱性と断熱性の向上が図れる。
【００３８】
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。
【００３９】
【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。
【００４０】
（１）請求項１の発明によれば、複数枚の被処理体を下方から収容する縦型の処理容器の外側に、これを取り囲むヒータを設置し、該ヒータの上部に、ヒータの内部雰囲気を強制的に排気するための排気口と、この排気口をエアシリンダの駆動によりスライド開閉する蓋部材とを設けた縦型熱処理装置において、前記エアシリンダのロッドに前記排気口との干渉を避ける枠部材を介して前記蓋部材を連結し、該蓋部材をロッドの伸張方向へ移動させて前記排気口を開放するように構成されているため、エアシリンダの昇温を抑制することができ、その耐久性および信頼性の維持向上が図れる。
【００４１】
（２）請求項２の発明によれば、前記ヒータの上部に、蓋部材を開閉移動可能に収容するハウジングが設けられているため、ヒータ内の高温雰囲気が外部に流出するのを抑制することができる。
【００４２】
（３）請求項３の発明によれば、前記枠部材とロッドの連結部および枠部材と蓋部材の連結部に、上下方向の相対移動を吸収する吸収部が設けられているため、ヒータの高さ方向の熱膨張収縮に伴って枠部材とエアシリンダ間および枠部材と蓋部材間に生じる相対的変位ないし応力を吸収することができ、耐久性の向上が図れる。
【００４３】
（４）請求項４の発明によれば、前記蓋部材が、石英製の箱状本体と、この箱状本体内に収容された断熱材とから構成されているため、耐熱性と断熱性の向上が図れる。
【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】図１の要部の一部断面拡大平面図である。
【図３】図２の一部省略側面図である。
【図４】図１の要部拡大断面図である。
【図５】枠部材とロッドの連結部の構造を示す拡大断面図である。
【図６】枠部材と蓋部材の連結部の構造を示す拡大断面図である。
【図７】本実施の形態の作用を説明する平面図である。
【図８】従来の縦型熱処理装置の作用を説明する平面図である。
【符号の説明】
ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
１ 縦型熱処理装置
２ 処理容器
１０ ヒータ
２０ 排気口
２９ エアシリンダ
２９ａ ロッド
３０ 蓋部材
３１ 枠部材
３２ 箱状本体
３３ 断熱材
３８ ハウジング
４５，４６ 吸収部
Claims (4)
- 複数枚の被処理体を下方から収容する縦型の処理容器の外側に、これを取り囲むヒータを設置し、該ヒータの上部に、ヒータの内部雰囲気を強制的に排気するための排気口と、この排気口をエアシリンダの駆動によりスライド開閉する蓋部材とを設けた縦型熱処理装置において、前記エアシリンダのロッドに前記排気口との干渉を避ける枠部材を介して前記蓋部材を連結し、該蓋部材をロッドの伸張方向へ移動させて前記排気口を開放するように構成したことを特徴とする縦型熱処理装置。
- 前記ヒータの上部に、蓋部材を開閉移動可能に収容するハウジングが設けられていることを特徴とする請求項１記載の縦型熱処理装置。
- 前記枠部材とロッドの連結部および枠部材と蓋部材の連結部に、上下方向の相対移動を吸収する吸収部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の縦型熱処理装置。
- 前記蓋部材が、石英製の箱状本体と、この箱状本体内に収容された断熱材とから構成されていることを特徴とする請求項１記載の縦型熱処理装置。
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