JP4734950B2 - 熱処理装置 - Google Patents

Description

本発明は熱処理装置に係り、詳しくは、半導体製造で用いられるウェハの熱処理装置に関するものである。

半導体製造では、適宜なガス雰囲気中で半導体ウェハに熱処理を施すための熱処理装置が種々使用されている。
このような熱処理装置としては、例えば、ウェハ表面に不純物を熱拡散させる熱拡散装置（熱拡散炉）、シリコンウェハの表面に熱酸化法を用いて二酸化ケイ素の酸化膜を形成する熱酸化装置、シリケートガラスの層間絶縁膜を溶かしてウェハ表面を平坦化するリフロー装置、ウェハ表面の不純物を活性化させると共に半導体結晶の欠陥を回復させるアニール装置、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いてウェハ上に各種薄膜を形成するＣＶＤ装置、ウェハ表面のフォトレジスト膜を除去するアッシング装置などがある。
尚、熱拡散，熱酸化，リフロー，アニールには一般に同一の熱処理装置が用いられる。

熱拡散装置では、反応ガス（キャリアガス）が炉心管の排出口から排気されるときに冷却されて凝結し、その凝結した反応生成物が排出口側の炉心管内壁に付着して汚れる。
そこで、外周部にヒータを配設し半導体基板の複数枚を搭載するボートが搬出入する開口部を下端に有するとともにガス導入口を上端側にガス排出口を下端側に備える縦型拡散炉用炉芯管において、前記開口部から上側に所定の寸方だけ伸びる内管部を設け、この内管部と外管部と挟まれてなる溝の底面を前記ガス排出口に向けて下り勾配をもたせ該ガス排出口と前記溝とを連ねる技術が提案されている（特許文献１参照）。

この特許文献１の技術によれば、反応ガスが凝結して生成された反応生成物が、内管部と外管部と挟まれてなる溝に落ち込み、その溝に直結した排出口から排出されるため、ボートの搬出入時に反応生成物による炉芯管内以外の装置内への汚染と腐食を防止可能であるとされている。
特許第３１３０７１０号公報（第１〜３頁 図１〜図３）

熱拡散装置において、炉心管内壁に反応生成物が付着して汚れると、排出口および排出口周辺の装置を腐食させるおそれがある。
また、炉心管内壁に反応生成物が付着して汚れると、以下の事態が生じ、ウェハ表面におけるジャンクションの形成異常や不純物の濃度異常が引き起こされ、ウェハの不良品が発生して生産性が低下する。

（１）炉心管からボートを搬出する際に、ボートの残熱およびボート上に保持固定されたウェハの残熱により、炉心管内壁に付着していた反応生成物が再気化して反応ガスが生成され、その反応ガスがウェハ表面に接触して不純物が再拡散される異常拡散が生じる。

（２）炉心管内壁に付着して固まっていた反応生成物が剥がれ落ちてパーティクルとなり、そのパーティクルがウェハ表面に付着して汚染し、正常な不純物の熱拡散が阻害される。

そこで、従来より、熱拡散装置の稼働時間が一定時間になる度に炉心管を人手で洗浄し、炉心管内壁に付着していた反応生成物を除去する作業が行われている。
炉心管の洗浄周期は炉心管の型式によって異なり、縦型炉芯管では１〜３ヶ月、縦型よりも全長の長い横型炉心管では２週間〜１ヶ月の稼働時間が経過したら洗浄を行う必要がある。

しかし、炉心管は石英製または炭化ケイ素製であり、炉心管が高温のまま洗浄すると破損するため、炉心管を洗浄する際には常温まで降温させなければならず、その降温操作に長い時間がかかることから、熱拡散装置の設備稼働率が低下するという問題がある。
また、大きな炉心管を人手で洗浄するのは作業性が悪いことに加え、多くの作業員が洗浄作業にあたらなければならず人工が掛かるため、洗浄作業の分だけウェハの製造コストが増加するという問題がある。

特許文献１の技術では、反応生成物を前記溝に落とし込んで排出口から排出するとされているが、炉心管内壁に付着した反応生成物を全て前記溝から排出することはできず、炉心管内壁に残存した反応生成物の量は熱拡散装置の稼働時間が長くなるほど増加する。
そのため、特許文献１の技術を用いても、炉心管の洗浄周期を若干長くはできるものの、洗浄作業に伴う前記問題を十分に解決することはできない。
また、特許文献１の技術は、縦型拡散炉用炉芯管にのみ適用可能であり、横型拡散炉用炉芯管には適用できないという欠点もある。

ところで、炉心管内壁の汚れによるウェハの不良品の発生を防止するための定期的な炉心管の洗浄作業は、熱拡散装置に限らず、適宜なガス雰囲気中で半導体ウェハに熱処理を施すための熱処理装置全般に必要である。
例えば、熱酸化装置，リフロー装置，アニール装置では、炉心管内を急激に流れるガスが、炉心管内壁面、ボート表面、ウェハ表面などに当たり、それら表面からパーティクルを発生させ、そのパーティクルが炉心管内壁に付着して汚れる。
また、ＣＶＤ装置では、熱拡散装置と同様に、反応ガスが凝結して生成された反応生成物が炉心管内壁に付着して汚れる。
また、アッシング装置では、ウェハ表面から除去されたフォトレジスト膜がパーティクルとなり、そのパーティクルが炉心管内壁に付着して汚れる。

本発明は上記問題を解決するためになされたものであって、その目的は、熱処理装置の洗浄作業に伴う設備稼働率の低下を防止すると共に、洗浄作業の作業性を向上させて人工を減らすことが可能なウェハの熱処理装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、
半導体製造で用いられるウェハを炉心管内に収容し、炉心管内に適宜なガスを供給して、そのガス雰囲気中でウェハを加熱して熱処理を施す熱処理装置であって、
前記炉心管は水平に配置され、閉鎖された閉鎖端部と、開放された開放端部とを有し、
前記閉鎖端部には、前記炉心管内にガスを導入するガス導入管が接続され、
前記開放端部の下方部分の側壁には、前記炉心管内のガスを排気するための排出口が開口され、
前記開放端部には、当該開放端部を閉鎖するためのシャッターが設けられ、
前記内管は、前記炉心管の前記開放端部側の少なくとも上方部分の内壁面を覆うように前記炉心管内に配置され、
前記炉心管内にはレール部材が取付固定され、
前記内管には前記レール部材と摺動する摺動部が設けられ、
前記摺動部を前記レール部材上に載置した状態で、前記内管を前記炉心管内に押し込むことにより、前記摺動部を前記レール部材に対して摺動させ、前記炉心管内に前記内管を挿入して取り付け、
前記炉心管内に取り付けられた前記内管を前記炉心管内から引っ張ることにより、前記摺動部を前記レール部材に対して摺動させ、前記炉心管内から前記内管を引き出して取り外すようにしたことを技術的特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の熱処理装置において、
前記内管は、前記炉心管における少なくとも排出口側の内壁面を覆うことを技術的特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の熱処理装置において、
前記内管の下端部には溝が設けられていることを技術的特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の熱処理装置において、
前記内管における前記溝の部分は、前記内管の本体とは別体に形成され、前記内管の本体に対して着脱可能に取付固定されていることを技術的特徴とする。

（請求項１：第１実施形態に該当）
請求項１の発明では、内管の内壁面に反応生成物やパーティクルが付着して汚れたら、炉心管内から汚れた内管を取り外し、その代わりに清浄な別の内管を炉心管に取り付け、取り外した汚れた内管だけを洗浄する。
内管を取り外す際には炉心管を常温まで降温させる必要はなく、炉心管が高温のまま内管を取り外すことができる。
そのため、汚れた内管と清浄な内管の交換は短時間で行うことが可能であり、熱処理装置の設備稼働率が低下するのを防止できる。

また、内管は炉心管に比べて小さく軽いため、内管の洗浄作業は容易で作業性が良く、少ない作業員で洗浄作業が可能で人工が掛からない。
そのため、内管の洗浄作業に伴うウェハの製造コストの増加分は、炉心管の洗浄作業に伴うウェハの製造コストの増加分に比べれば微々たるものである。
従って、請求項１の発明によれば、熱処理装置の洗浄作業に伴う設備稼働率の低下を防止すると共に、洗浄作業の作業性を向上させて人工を減らすことが可能な熱処理装置を提供することができる。
そして、請求項１の発明は横型熱処理装置に適用したものである。
横型熱処理装置では、炉心管内にガスの急激な流れ（気流）が生じており、そのガスの流れは、ガス導入管から一旦下降した後に上昇して排出口から排出される状態になっている。
そして、ガスが排出口から排気されるときに冷却されて凝結し、その凝結した反応生成物が炉心管の開放端部側に付着して汚れる。尚、ガスは炉心管の開放端部側で上昇するため、反応生成物やパーティクルは特に開放端部側の上方部分に付着しやすい。
この反応生成物は、炉心管の排出口および排出口周辺の装置を腐食させるおそれがある。
また、炉心管の内面壁に反応生成物やパーティクルが付着して汚れると、前記（１）（２）の事態が生じ、ウェハの表面におけるジャンクションの形成異常や不純物の濃度異常が引き起こされ、ウェハの不良品が発生して生産性が低下する。
請求項１の発明では、炉心管内の開放端部側に内管が配置され、開放端部側における炉心管の上方部分の内壁面は内管によって覆われているため、反応生成物やパーティクルは炉心管の内壁面ではなく主に内管の内壁面に付着する。
ここで、反応生成物やパーティクルが付着するのは主に炉心管の開放端部側の上方部分であるため、内管は炉心管内の開放端部側における上方部分の内壁面を覆えばよい。
そのため、炉心管における反応生成物やパーティクルが付着しやすい部分である開放端部側の上方部分の内壁面を内管が覆うように、内管の寸法形状と、炉心管内における内管の配置箇所とを設定すれば、前記作用・効果を十分に得ることができる。
また、内管には炉心管のようにウェハが保持固定された横型ボートの重量が掛からないため、内管の強度は炉心管に比べて低くてもよく、内管の重量は炉心管に比べて小さくできることから、前記作用・効果を高めることが可能になる。
そして、請求項１の発明では、作業員が内管の摺動部をレール部材上に載置した状態で、内管を炉心管内に押し込むだけで、摺動部はレール部材に対してスムーズに摺動され、炉心管内に内管を容易に取り付けることができる。
また、作業員が炉心管内に取り付けられた内管を炉心管内から引っ張ることにより、内管の摺動部はレール部材に対してスムーズに摺動され、炉心管内から内管を容易に取り外すことができる。
従って、請求項１の発明によれば、炉心管に対する内管の着脱が容易になる。

（請求項２）
反応生成物やパーティクルが付着するのは、主に炉心管における排出口側の内壁面である。そのため、請求項２の発明のように、炉心管における反応生成物やパーティクルが付着しやすい部分である排出口側の内壁面を内管が覆うようにし、内管の寸法形状と、炉心管内における内管の配置箇所とを設定すれば、請求項１の作用・効果を十分に得ることができる。
そして、請求項２の発明によれば、炉心管の排出口側の内壁面だけを内管が覆うように内管の寸法形状を設定することで、内管を小型軽量化できるため、請求項１の作用・効果を高めることが可能になる。

（請求項３）
請求項３の発明において、反応ガスが冷却凝結されて生成された反応生成物は、まず、液化した状態で内管の内壁面に付着し、次に、内管の内壁面を伝って垂れ流れ、内管の下端部に設けられた溝内に落ち込んで溜まる。
従って、請求項３の発明によれば、内管の内壁面に付着した液状の反応生成物が、内管に覆われていない炉心管の下方部分に垂れ落ちて汚すのを防止できる。

（請求項４：第１実施形態の変更例に該当）
請求項４の発明によれば、内管における溝の部分を内管の本体から取り外し、当該溝の部分内に溜まった反応生成物を洗浄して除去する作業が容易になり、内管を清浄に維持しやすくなる。

以下、本発明を具体化した各実施形態について図面を参照しながら説明する。尚、各実施形態において、同一構成部材については符号を等しくすると共に、同一内容の箇所については重複説明を省略してある。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態における横型熱拡散装置１０の概略縦断面図である。
図２は、横型熱拡散装置１０の概略縦断面図であり、図１におけるＹ−Ｙ線断面図である。
図３は、横型熱拡散装置１０の使用方法を説明するための概略縦断面図である。
横型（水平型）の熱拡散装置（熱拡散炉）１０は、横型（水平型）の炉心管（プロセスチューブ、反応管、熱処理炉）１１、ガス導入管１２、シャッター１３、排気ポート１４、ヒーター１５、レール部材１６ａ，１６ｂ、内管１７などから構成されている。

石英製または炭化ケイ素製で略円筒状の炉心管１１は、水平に配置され、一端が閉鎖されて閉鎖端部（炉奥）１１ａが形成されると共に、他端が開放されて開放端部（炉口）１１ｂが形成されている。
閉鎖端部１１ａの中央部には、炉心管１１内に反応ガスを供給するためのガス導入管１２が接続されている。
開放端部１１ｂには、その開放端部１１ｂを覆うためのシャッター１３が設けられている。尚、シャッター１３は、炉心管１１と同材質または熱膨張係数が近い材質で形成されている。
また、開放端部１１ｂの下方部分の側壁には排出口１１ｃが開口され、その排出口１１ｃには炉心管１１内のガスを排気するための排気ポート１４が接続されている。

炉心管１１はコイル型のヒーター１５に挿通され、炉心管１１の外周壁面はヒーター１５に囲まれている。尚、図２ではヒーター１５を図示していない。
丸棒状の各レール部材１６ａ，１６ｂは、炉心管１１の内壁面における対向する箇所に取付固定されて水平に配置されている。

半導体ウェハＷは複数枚（例えば、２５枚）で１ロットが構成され、横型ボートＢａには複数ロット（図示例では、２ロット）ＲのウェハＷが立てた状態（垂直状態）で搭載されて保持固定され、各ウェハＷはそのウェハ面を平行に近接させた状態で配置されている。ウェハ横型ボートＢａ上において、各ロットＲの外側にはそれぞれダミーＤが保持固定されている。
各ダミーＤは複数枚のウェハＷから構成され、その各ウェハＷはウェハ面を平行に近接させた状態で配置されている。そして、各ダミーＤは、そのウェハ面が各ロットＲのウェハ面に対して平行に所定間隔だけ間隙を設けて配置されている。尚、各ダミーＤは、炉心管１１内の温度をコントロールして各ロットＲの周囲温度を均一化するために設けられている。
そして、各ロットＲ（ウェハＷ）および各ダミーＤが保持固定された横型ボートＢａは、炉心管１１内に搬入され、炉心管１１内の底部に載置されている。

図４は、内管１７の斜視図である。
図５は、内管１７の横断面図であり、図４におけるＸ−Ｘ線断面図である。
内管１７は、内管本体２１および係止凸部２２ａ，２２ｂから構成されている。

略半円筒状の内管本体２１は、半円筒の二辺の端部が内側に巻き込まれ、その内側に巻き込まれた内管本体２１の曲面凸状の外壁面から摺動部２１ａ，２１ｂが形成されると共に、その内側に巻き込まれた内管本体２１の曲面凹状の内壁面（摺動部２１ａ，２１ｂの反対側の面）から溝部２１ｃ，２１ｄが形成されている。
半月板状の各係止凸部２２ａ，２２ｂは、内管本体２１の内壁面における対向する箇所で且つ溝部２１ｃ，２１ｄを塞がない箇所に取付固定されている。

［第１実施形態の使用方法］
横型熱拡散装置１０を使用するには、まず、シャッター１３を引き上げて炉心管１１の開放端部１１ｂを開放し、次に、開放端部１１ｂ側から炉心管１１内に内管１７を挿入して取り付ける。
このとき、炉心管１１の内壁面と内管１７の外壁面とが接触して両者に傷が付かないように、炉心管１１の内径に対して内管１７の外径は若干小さく形成されている。
そして、各摺動部２１ａ，２１ｂが各レール部材１６ａ，１６ｂ上に載置された状態で、炉心管１１内の開放端部１１ｂ側に内管１７を配置する。

次に、各ロットＲおよび各ダミーＤが保持固定された横型ボートＢａを搬送装置のフォーク（図示略）に載置し、続いて、そのフォークを開放端部１１ｂ側から炉心管１１内に挿入して横型ボートＢａを搬入し、その後に、炉心管１１内から前記フォークを引き出し、その後に、シャッター１３を引き下げて炉心管１１の開放端部１１ｂを閉鎖する。すると、図１に示す状態になる。

このとき、各ロットＲ，各ダミーＤ，横型ボートＢａが、炉心管１１内の各レール部材１６ａ，１６ｂおよび内管１７に接触しないように、各レール部材１６ａ，１６ｂの寸法形状および取付位置と、内管１７の寸法形状とが設定されている。

そして、ガス導入管１２から炉心管１１内に反応ガスを供給しながら、炉心管１１の外周壁面をヒーター１５を用いて加熱して炉心管１１内を昇温させることにより、反応ガスの雰囲気中でウェハＷを加熱し、反応ガスに含まれる不純物をウェハＷの表面に熱拡散させて不純物拡散領域を形成する。

このとき、ウェハＷの表面に不純物を熱拡散させた反応ガスは、炉心管１１の排出口１１ｃから排気ポート１４を介して外部へ排出される。
尚、ウェハＷの表面にＰ型不純物を熱拡散させる場合には、例えば、三臭化ボロンと窒素と酸素の混合気を反応ガスとして用いる。
また、ウェハＷの表面にＮ型不純物を熱拡散させる場合には、例えば、オキシ塩化リンと窒素と酸素の混合気を反応ガスとして用いる。

不純物の熱拡散が終了したら、まず、シャッター１３を引き上げて炉心管１１の開放端部１１ｂを開放し、次に、開放端部１１ｂ側から炉心管１１内に搬送装置のフォークを挿入し、そのフォーク上に横型ボートＢａを載置させた状態でフォークを開放端部１１ｂ側から引き出すことにより、炉心管１１内から横型ボートＢａを搬出し、最後に、シャッター１３を引き下げて炉心管１１の開放端部１１ｂを閉鎖する。

炉心管１１内から内管１７を取り外すには、図３に示すように、まず、シャッター１３を引き上げて炉心管１１の開放端部１１ｂを開放し、次に、開放端部１１ｂ側から内管１７を引き出す。
このとき、図３および図５に示すように、先端部がＬ字状に曲がった治具Ｊａ，Ｊｂを用い、各治具Ｊａ，Ｊｂの先端部を内管１７の各係止凸部２２ａ，２２ｂに引っかけた状態で各治具Ｊａ，Ｊｂを引っ張ることにより、炉心管１１内から内管１７を引き出すことができる。

［第１実施形態の作用・効果］
第１実施形態によれば、以下の作用・効果を得ることができる。

［１−１］
横型熱拡散装置１０では、炉心管１１内に反応ガスの急激な流れ（気流）が生じており、その反応ガスの流れは、図１の矢印αに示すように、ガス導入管１２から一旦下降した後に上昇して排出口１１ｃから排出される状態になっている。
そして、反応ガスが排出口１１ｃから排気されるときに冷却されて凝結し、その凝結した反応生成物が炉心管１１の開放端部１１ｂ側に付着して汚れる。
尚、図１の矢印αに示すように、反応ガスは炉心管１１の開放端部１１ｂ側で上昇するため、反応生成物やパーティクルは特に開放端部１１ｂ側の上方部分に付着しやすい。

この反応生成物は、排出口１１ｃおよび排出口１１ｃ周辺の装置（図示略）を腐食させるおそれがある。
また、炉心管１１の内面壁に反応生成物が付着して汚れると、前記（１）（２）の事態が生じ、ウェハＷの表面におけるジャンクションの形成異常や不純物の濃度異常が引き起こされ、ウェハＷの不良品が発生して生産性が低下する。

第１実施形態では、炉心管１１内の開放端部１１ｂ側に内管１７が配置され、開放端部１１ｂ側における炉心管１１の上方部分の内壁面は内管１７によって覆われているため、反応生成物やパーティクルは炉心管１１の内壁面ではなく主に内管１７の内壁面に付着する。
そこで、内管１７の内壁面に反応生成物やパーティクルが付着して汚れたら、炉心管１１内から汚れた内管１７を取り外し、その代わりに清浄な別の内管１７を炉心管１１内に取り付け、取り外した汚れた内管１７だけを洗浄する。

内管１７を取り外す際には炉心管１１を常温まで降温させる必要はなく、炉心管１１が高温のまま内管１７を取り外すことができる。
そのため、汚れた内管１７と清浄な内管１７の交換は短時間で行うことが可能であり、横型熱拡散装置１０の設備稼働率が低下するのを防止できる。

ところで、反応生成物やパーティクルが付着するのは主に炉心管１１の開放端部１１ｂ側の上方部分であるため、内管１７は炉心管１１内の開放端部１１ｂ側における上方部分の内壁面だけを覆えばよく、内管１７の長さは炉心管１１に比べて短くできる。
また、内管１７には炉心管１１のように横型ボートＢａの重量が掛からないため、内管１７の強度は炉心管１１に比べて低くてもよく、内管１７の重量は炉心管１１に比べて小さくできる。

このように、内管１７は炉心管１１に比べて小さく軽いため、内管１７の洗浄作業は容易で作業性が良く、少ない作業員で洗浄作業が可能で人工が掛からない。
そのため、内管１７の洗浄作業に伴うウェハＷの製造コストの増加分は、炉心管１１の洗浄作業に伴うウェハＷの製造コストの増加分に比べれば微々たるものである。
従って、第１実施形態によれば、横型熱拡散装置１０の洗浄作業に伴う設備稼働率の低下を防止すると共に、洗浄作業の作業性を向上させて人工を減らすことが可能なウェハＷの横型熱拡散装置１０を提供することができる。

［１−２］
図２および図３に示すように、炉心管１１内に内管１７を挿入して取り付けるときには、曲面凸状の各摺動部２１ａ，２１ｂと丸棒状の各レール部材１６ａ，１６ｂとが線接触しており、両者の摩擦係数が小さくなっている。
そのため、作業員が内管１７を炉心管１１内に軽い力で押し込むだけで、各摺動部２１ａ，２１ｂは各レール部材１６ａ，１６ｂに対してスムーズに摺動され、炉心管１１内に内管１７を容易に取り付けることができる。

また、炉心管１１内から内管１７を引き出して取り外すときも、各摺動部２１ａ，２１ｂと各レール部材１６ａ，１６ｂとが線接触して両者の摩擦係数が小さくなっている。
そのため、作業員が内管１７の各係止凸部２２ａ，２２ｂに各治具Ｊａ，Ｊｂの先端部を引っかけて軽い力で引っ張るだけで、各摺動部２１ａ，２１ｂが各レール部材１６ａ，１６ｂに対してスムーズに摺動され、炉心管１１内から内管１７を容易に取り外すことができる。

［１−３］
各レール部材１６ａ，１６ｂは、炉心管１１と同材質または熱膨張係数が近い材質で形成する必要がある。
つまり、各レール部材１６ａ，１６ｂと炉心管１１の熱膨張係数が大きく異なると、炉心管１１の昇温時または降温時に各レール部材１６ａ，１６ｂまたは炉心管１１が破損するおそれがあるためである。
ちなみに、各レール部材１６ａ，１６ｂを炉心管１１と同材質の石英または炭化ケイ素で形成した場合には、各レール部材１６ａ，１６ｂを炉心管１１の内壁面に溶接して一体化すればよい。

また、内管１７を構成する内管本体２１および各係止凸部２２ａ，２２ｂについても、炉心管１１と同材質または熱膨張係数が近い材質で形成する必要がある。
つまり、内管本体２１および各係止凸部２２ａ，２２ｂと炉心管１１の熱膨張係数が大きく異なると、炉心管１１の昇温時または降温時に内管１７または炉心管１１が破損するおそれがあるためである。
ちなみに、内管本体２１と各係止凸部２２ａ，２２ｂを炉心管１１と同材質の石英または炭化ケイ素で形成した場合には、各係止凸部２２ａ，２２ｂを内管本体２１の内壁面に溶接して一体化すればよい。

［１−４］
反応ガスが冷却凝結されて生成された反応生成物は、まず液化した状態で内管１７の内壁面に付着する。そして、図２の矢印βに示すように、内管１７の内壁面に付着した液状の反応生成物Ｆは、内管１７の内壁面を伝って垂れ流れ、水平に配置された内管１７の下端部に設けられた各溝部２１ｃ，２１ｄ内に落ち込み、各溝部２１ｃ，２１ｄ内に溜まる。
従って、内管１７の内壁面に付着した液状の反応生成物が、内管１７に覆われていない炉心管１１における開放端部１１ｂ側の下方部分に垂れ落ち、開放端部１１ｂ側の下方部分を汚すのを防止できる。

尚、各溝部２１ｃ，２１ｄは、内管本体２１と一体形成されており、内管本体２１における半円筒の二辺の端部を内側に巻き込んで各摺動部２１ａ，２１ｂを作製するのと同時に作製されるため、各溝部２１ｃ，２１ｄを設けることで内管１７の製作コストが増大することはない。

［１−５］
図６は、内管１７の変更例を示す斜視図である。
図６に示す変更例において、図４に示す内管１７と異なるのは、各摺動部２１ａ，２１ｂおよび各溝部２１ｃ，２１ｄが内管本体２１とは別体に形成され、各部２１ａ〜２１ｄが内管本体２１に対して留め具２１ｅを用いて着脱可能に取付固定されている点だけである。

内管１７を変更例のようにすれば、各部２１ａ〜２１ｄを内管本体２１から取り外し、各溝部２１ｃ，２１ｄ内に溜まった反応生成物を洗浄して除去する作業が容易になり、内管１７を清浄に維持しやすくなる。
尚、留め具２１ｅを使わずに溝部４１ａと内管３７の本体４１ｃとを着脱可能な構造にしてもよい。

（第２実施形態）
図７は、第２実施形態における縦型熱拡散装置３０の概略縦断面図である。
図８は、縦型熱拡散装置３０の使用方法を説明するための概略縦断面図である。
縦型（垂直型）の熱拡散装置（熱拡散炉）３０は、縦型（垂直型）の炉心管（プロセスチューブ、反応管、熱処理炉）３１、ガス導入管３２、排気ポート３３、ボート架台３４、ヒーター３５、駆動装置３６、内管３７などから構成されている。

石英製または炭化ケイ素製で略円筒状の炉心管３１は、垂直に配置され、上端部（閉鎖端部、炉奥）３１ａが閉鎖され、下端部（開放端部、炉口）３１ｂが開放されている。
上端部３１ａの中央部には、炉心管３１内に反応ガスを供給するためのガス導入管３２が接続されている。
下端部３１ｂの側壁には排出口３１ｃが開口され、その排出口３１ｃには炉心管３１内のガスを排気するための排気ポート３３が接続されている。
また、下端部３１ｂは、その下端部３１ｂを覆うためのエンドキャップ３４ａを備えたボート架台３４上に載置されている。尚、ボート架台３４は、炉心管３１と同材質または熱膨張係数が近い材質で形成されている。
炉心管３１はコイル型のヒーター３５に挿通され、炉心管３１の外周壁面はヒーター３５に囲まれている。

縦型ボートＢｂには、複数枚の半導体ウェハＷが寝かせた状態（水平状態）で搭載されて保持固定され、各ウェハＷはそのウェハ面を平行に近接させた状態で配置されている。
そして、各ウェハＷが保持固定された縦型ボートＢｂは、ボート架台３４上に載置固定された状態で炉心管３１内に搬入されている。
ボート架台３４は駆動装置３６上に載置固定されている。

図９は、内管３７の斜視図である。
図１０は、内管３７の要部縦断面図であり、図９におけるＹ−Ｙ線断面図である。
略円筒状の内管３７は、円筒状の底辺端部が内側に巻き込まれ、その内側に巻き込まれた凹状の内壁面から溝部４１ａが形成されている。
また、内管３７の底部近傍の側壁面には、炉心管３１の排出口３１ｃと連通される排出口４１ｂが貫通形成されている。

［第２実施形態の使用方法］
縦型熱拡散装置３０を使用するには、まず、溝部４１ａ側を下にして内管３７を立てた状態でボート架台３４上に載置し、次に、各ウェハＷが保持固定された縦型ボートＢｂをボート架台３４上に載置して固定する。
そして、図８の矢印γに示すように、駆動装置３６を用いてボート架台３４を垂直方向に上昇させることにより、ボート架台３４上に載置された縦型ボートＢｂ（各ウェハＷ）および内管３７を、下端部３１ｂ側から炉心管３１内に搬入し、ボート架台３４のエンドキャップ３４ａを下端部３１ｂに密着させて下端部３１ｂを閉鎖する。すると、図７に示す状態になる。

このとき、内管３７の排出口４１ｂが炉心管３１の排出口３１ｃと連通されるように、ボート架台３４上に載置した内管３７の配置（排出口４１ｂの向き）を設定しておく。

そして、ガス導入管３２から炉心管３１内に反応ガスを供給しながら、炉心管３１の外周壁面をヒーター３５を用いて加熱して炉心管３１内を昇温させることにより、反応ガスの雰囲気中でウェハＷを加熱し、反応ガスに含まれる不純物をウェハＷの表面に熱拡散させて不純物拡散領域を形成する。
このとき、ウェハＷの表面に不純物を熱拡散させた反応ガスは、内管３７の排出口４１ｂから炉心管３１の排出口３１ｃを介して排気ポート３３へ導かれ、排気ポート３３から外部へ排出される。

不純物の熱拡散が終了したら、図８の矢印δに示すように、駆動装置３６を用いてボート架台３４を垂直方向に下降させることにより、ボート架台３４上に載置された縦型ボートＢｂ（各ウェハＷ）および内管３７を、下端部３１ｂ側から炉心管３１外に搬出する。
そして、ボート架台３４から縦型ボートＢｂを持ち上げて取り外した後に、ボート架台３４から内管３７を持ち上げて取り外す。

［第２実施形態の作用・効果］
第２実施形態によれば、以下の作用・効果を得ることができる。

［２−１］
縦型熱拡散装置３０では、炉心管３１内に反応ガスの急激な流れ（気流）が生じており、その反応ガスの流れは、図７の矢印εに示すように、ガス導入管３２から下降して各排出口４１ｂ，３１ｃから排出される状態になっている。
そして、反応ガスが各排出口４１ｂ，３１ｃから排気されるときに冷却されて凝結し、その凝結した反応生成物が炉心管３１の下方部分（下端部３１ｂ側）に付着して汚れる。

第２実施形態では、炉心管３１内の下端部３１ｂ側に内管３７が配置され、下端部３１ｂ側における炉心管３１の内壁面は内管３７によって覆われているため、反応生成物やパーティクルは炉心管３１の内壁面ではなく主に内管３７の内壁面に付着する。
そこで、内管３７の内壁面に反応生成物やパーティクルが付着して汚れたら、炉心管３１内から汚れた内管３７を取り外し、その代わりに清浄な別の内管３７を炉心管３１内に挿入し、取り外した汚れた内管３７だけを洗浄する。

内管３７を取り外す際には炉心管３１を常温まで降温させる必要はなく、炉心管３１が高温のまま内管３７を取り外すことができる。
そのため、汚れた内管３７と清浄な内管３７の交換は短時間で行うことが可能であり、縦型熱拡散装置３０の設備稼働率が低下するのを防止できる。
尚、実際に炉心管３１から内管３７を取り外すのは、不純物の熱拡散が終了してから、ボート架台３４上に載置された縦型ボートＢｂおよび内管３７を駆動装置３６を用いて炉心管３１外に搬出した後であり、この時点では炉心管３１が常温まで降温されている。

ところで、反応生成物やパーティクルが付着するのは主に炉心管３１の下端部３１ｂ側であるため、内管３７は炉心管３１内の下端部３１ｂ側の内壁面だけを覆えばよく、内管３７の長さは炉心管３１に比べて短くできる。

このように、内管３７は炉心管３１に比べて小さく軽いため、内管３７の洗浄作業は容易で作業性が良く、少ない作業員で洗浄作業が可能で人工が掛からない。
そのため、内管３７の洗浄作業に伴うウェハＷの製造コストの増加分は、炉心管３１の洗浄作業に伴うウェハＷの製造コストの増加分に比べれば微々たるものである。
従って、第２実施形態によれば、縦型熱拡散装置３０の洗浄作業に伴う設備稼働率の低下を防止すると共に、洗浄作業の作業性を向上させて人工を減らすことが可能なウェハＷの縦型熱拡散装置３０を提供することができる。

［２−２］
炉心管３１内に内管３７を取り付けるには、内管３７をボート架台３４上に載置した状態で、駆動装置３６を用いてボート架台３４を垂直方向に上昇させればよい。
また、炉心管３１内から内管３７を取り外すには、駆動装置３６を用いてボート架台３４を垂直方向に下降させ、ボート架台３４から内管３７を持ち上げればよい。
従って、炉心管３１に対する内管３７の着脱は容易に行うことができる。

［２−３］
内管３７は、炉心管３１と同材質または熱膨張係数が近い材質で形成する必要がある。
つまり、内管３７と炉心管３１の熱膨張係数が大きく異なると、炉心管３１の昇温時または降温時に内管３７または炉心管３１が破損するおそれがあるためである。

［２−４］
反応ガスが冷却凝結されて生成された反応生成物は、まず液化した状態で内管３７の内壁面に付着する。そして、図１０の矢印βに示すように、内管３７の内壁面に付着した液状の反応生成物Ｆは、内管３７の内壁面を伝って垂れ流れ、内管３７の下端部に設けられた溝部４１ａ内に落ち込み、溝部４１ａ内に溜まる。
従って、内管３７の内壁面に付着した液状の反応生成物が、炉心管３１における下端部３１ｂ側の下方部分に垂れ落ち、下端部３１ｂ側の下方部分を汚すのを防止できる。

［２−５］
図１１は、内管３７の変更例を示す斜視図である。
図１１に示す変更例において、図９に示す内管３７と異なるのは、溝部４１ａが内管３７の本体４１ｃとは別体に形成され、溝部４１ａが内管３７の本体４１ｃに対して留め具４１ｄを用いて着脱可能に取付固定されている点だけである。

内管３７を変更例のようにすれば、溝部４１ａを内管３７の本体４１ｃから取り外し、溝部４１ａ内に溜まった反応生成物を洗浄して除去する作業が容易になり、内管３７を清浄に維持しやすくなる。
尚、留め具４１ｄを使わずに溝部４１ａと内管３７の本体４１ｃとを着脱可能な構造にしてもよい。

［別の実施形態］
ところで、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよく、その場合でも、上記各実施形態と同等もしくはそれ以上の作用・効果を得ることができる。

［１］
第１実施形態では、内管１７が炉心管１１内の開放端部１１ｂ側における上方部分の内壁面だけを覆うように、内管１７の寸法形状と、炉心管１１内における内管１７の配置箇所とが設定されている。
しかし、内管１７が炉心管１１の内壁全てを覆うように、内管１７の寸法形状を設定してもよい。
尚、内管１７の寸法形状（特に長さ）および配置箇所については、反応生成物やパーティクルが炉心管１１の内壁面に付着しないように、カット・アンド・トライで実験的に最適値を見つけて設定すればよい。

［２］
第２実施形態では、内管３７は炉心管３１内の下端部３１ｂ側の内壁面だけを覆うように、内管３７の寸法形状と、炉心管３１内における内管３７の配置箇所とが設定されている。
しかし、内管３７が炉心管３１の内壁全てを覆うように、内管３７の寸法形状を設定してもよい。
尚、内管３７の寸法形状（特に高さ）および配置箇所については、反応生成物やパーティクルが炉心管３１の内壁面に付着しないように、カット・アンド・トライで実験的に最適値を見つけて設定すればよい。

［３］
第２実施形態では、内管３７が載置されたボート架台３４を駆動装置３６を用いて上昇させることにより、内管３７を炉心管３１内に配置している。
図１２は、第２実施形態の別例を示す縦型熱拡散装置３０の概略縦断面図である。
図１２に示すように、炉心管３１の下端部３１ｂに対して、取付部材４１ｅを用いて内管３７を着脱可能に取付固定しておいてもよい。

［４］
上記各実施形態は熱拡散装置に適用したものであるが、本発明は熱拡散装置に限らず、半導体製造で用いられるウェハに適宜なガス雰囲気中で熱処理を施すための熱処理装置全般に適用してもよい。
尚、熱処理装置としては、例えば、熱酸化装置、リフロー装置、アニール装置、ＣＶＤ装置、アッシング装置などがある。

第１実施形態における横型熱拡散装置１０の概略縦断面図。 横型熱拡散装置１０の概略縦断面図であり、図１におけるＹ−Ｙ線断面図。 横型熱拡散装置１０の使用方法を説明するための概略縦断面図。 第１実施形態における内管１７の斜視図。 内管１７の横断面図であり、図４におけるＸ−Ｘ線断面図。 内管１７の変更例を示す斜視図。 第２実施形態における縦型熱拡散装置３０の概略縦断面図。 縦型熱拡散装置３０の使用方法を説明するための概略縦断面図。 第２実施形態における内管３７の斜視図。 内管３７の要部縦断面図であり、図９におけるＹ−Ｙ線断面図。 内管３７の変更例を示す斜視図。 第２実施形態の別例を示す縦型熱拡散装置３０の概略縦断面図。

符号の説明

１０…熱処理装置としての横型熱拡散装置
１１…炉心管
１１ａ…閉鎖端部
１１ｂ…閉鎖端部
１１ｃ…排出口
１２…ガス導入管
１３…シャッター
１５…ヒーター
１６ａ，１６ｂ…レール部材
１７…内管
２１…内管本体
２１ａ，２１ｂ…摺動部
２１ｃ，２１ｄ…溝部
３０…熱処理装置としての縦型熱拡散装置
３１…炉心管
３１ａ…上端部
３１ｂ…下端部
３１ｃ…排出口
３２…ガス導入管
３３…排気ポート
３４…ボート架台
３５…ヒーター
３６…駆動装置
３７…内管
４１ａ…溝部
４１ｃ…内管３７の本体

Claims (4)

1. 半導体製造で用いられるウェハを炉心管内に収容し、炉心管内に適宜なガスを供給して、そのガス雰囲気中でウェハを加熱して熱処理を施す熱処理装置であって、
   前記炉心管は水平に配置され、閉鎖された閉鎖端部と、開放された開放端部とを有し、
   前記閉鎖端部には、前記炉心管内にガスを導入するガス導入管が接続され、
   前記開放端部の下方部分の側壁には、前記炉心管内のガスを排気するための排出口が開口され、
   前記開放端部には、当該開放端部を閉鎖するためのシャッターが設けられ、
   前記内管は、前記炉心管の前記開放端部側の少なくとも上方部分の内壁面を覆うように前記炉心管内に配置され、
   前記炉心管内にはレール部材が取付固定され、
   前記内管には前記レール部材と摺動する摺動部が設けられ、
   前記摺動部を前記レール部材上に載置した状態で、前記内管を前記炉心管内に押し込むことにより、前記摺動部を前記レール部材に対して摺動させ、前記炉心管内に前記内管を挿入して取り付け、
   前記炉心管内に取り付けられた前記内管を前記炉心管内から引っ張ることにより、前記摺動部を前記レール部材に対して摺動させ、前記炉心管内から前記内管を引き出して取り外すようにしたことを特徴とする横型の熱処理装置。
2. 請求項１に記載の熱処理装置において、
   前記内管は、前記炉心管における少なくとも排出口側の内壁面を覆うことを特徴とする熱処理装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の熱処理装置において、
   前記内管の下端部には溝が設けられていることを特徴とする熱処理装置。
4. 請求項３に記載の熱処理装置において、
   前記内管における前記溝の部分は、前記内管の本体とは別体に形成され、前記内管の本体に対して着脱可能に取付固定されていることを特徴とする熱処理装置。

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