JP5495502B2 - 減圧熱処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、減圧熱処理装置に関し、例えば、減圧環境下で、被処理部材（半導体ウエハ）に対して、アニール、酸化、拡散および熱ＣＶＤ反応による成膜等の熱処理を行う減圧熱処理装置に関する。

減圧環境下で、被処理部材に対して熱処理を行う減圧熱処理装置として、半導体ウエハの製造工程において用いられているアニール装置を例にとって、図３乃至図５に基づいて説明する。
減圧熱処理装置であるアニール装置１は、垂直に設置された石英ガラス（ＳｉＯ₂ ）によって形成された、処理室Ａを形成する反応管２と、前記処理室Ａを排気する排気管３および処理室Ａにガスを供給するガス供給管４が接続されたマニホールド５と、反応管２の外に敷設されて処理室Ａを加熱するヒータユニット６を備えている。
尚、前記ガス供給管４には処理室Ａの内部に延設したノズル４ａが接続されている。

また、前記ヒータユニット６の外周囲には断熱材７が設けられている。更に、前記マニホールド５の上部及び下部には、フランンジ部５ａ，５ｂが設けられている。
この上フランジ部５ａは筐体（図示せず）の支持棚８に載置され、下フランジ部５ｂは前記支持棚８から吊下げられた支持具９に載置されている。また、複数枚の半導体ウエハＷを垂直方向に整列させて保持したボート１０を備えている。

更に、図５に基づいて、反応管２の設置状態について説明すると、マニホールド５の上フランジ５ａの上面に、Ｏリング１１を介して反応管２のフランジ部２ａの下面が載置される。このＯリング１１によって、反応管２のフランジ部２ａとマニホールド４の上フランジ部５ａとの当接面は、気密状態になされ、処理室内の密閉が図られる。

そして、この減圧熱処理装置１によって半導体ウエハＷを熱処理するには、図３に示すように、複数枚の半導体ウエハＷを保持したボート１０を処理室Ａの下端の炉口Ａ１から搬入する。
搬入後、反応管２の内部雰囲気を排気管３によって所定に真空度まで排気し、処理室Ａにアニールガスをガス供給管４を介してノズル４ａから供給すると共に、ヒータユニット６によって処理室Ａを加熱し、半導体ウエハＷにアニール処理を行う。
特開２００６−８０２５６公報

ところで、前記反応管内部は減圧下になされるため、図５に示すように、反応管２の内壁には内方に向く力Ｐが作用する。
前記反応管２は縦方向の寸法が長いため、反応管２の側壁に作用する前記力Ｐに起因する曲げモーメントによって、反応管２の側壁は下端部Ｘを中心に内側に傾倒し、フランジ部２ａの外周部が、図５の矢視方向に浮き上がり、Ｏリング１１によるシール性（気密性）が悪化するという技術的課題があった。

特に、反応管２の側壁に作用する力Ｐが大きく、あるいは反応管２の縦寸法が長く、前記曲げモーメントが大きい場合には、図５に示す前記反応管２の側壁内周部の下端部Ｘがマニホールド５の上フランジ部５ａの面に圧接し、破損することがあった。
また、前記反応管２のフランジ部２ａを固定した場合には、前記下端部Ｘあるいはフランジ部２ａが破損することがあった。
更には、フランジ部２ａの外周部が図５の矢印方向に回転することで、内表面Ｚ部に引っ張り応力がかかり、Ｚ部から破損することがあった。

本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、シール性（気密性）を維持すると共に、反応管の下端部の破損を抑制した減圧熱処理装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、反応管内部に被処理部材を収容し、減圧下で熱処理を行う減圧熱処理装置において、前記反応管を上方に載置するマニホールドと、前記マニホールドの上面にＯリングを介して載置される、上下面を平面に形成されたリング状の中間部材と、前記中間部材の上面に、上下面が平面に形成されたリング状のパッキンを介して載置されることにより、前記中間部材を介してマニホールドに載置され、前記反応管内壁に引っ張り力が作用した際、前記中間部材を介して、下端部が水平方向、垂直方向に移動する、フランジ部を備えない反応管とを少なくとも備え、前記反応管の下端部の厚さが、反応管の他の部位の厚さに比べて肉厚に形成されていることを特徴としている。

このように、反応管が中間部材を介してマニホールドに載置されるため、反応管内が減圧状態となり、反応管内壁を内方に引っ張り力が作用しても、反応管の下端部は水平方向、垂直方向に移動できるため、反応管の応力を緩和し、反応管の破損を抑制することができ、しかもシール性（気密性）を維持することができる。
また、真空引きによる応力が内表面に働いても、回転モーメントが小さくなるために、破損を抑制することができる。

ここで、前記中間部材の径方向の幅が、反応管の下端部の厚さよりも大きな寸法に形成されていることが望ましい。
このように、前記中間部材の径方向の幅が反応管の下端部の厚さよりも大きな寸法に形成されているため、反応管をより安定的に載置することができる。

本発明によれば、シール性（気密性）を維持すると共に、反応管の下端部の破損を抑制した減圧熱処理装置を得ることができる。

本発明の一実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。図１は、本発明にかかる一実施形態の減圧熱処理装置の要部断面図、図２は図１に示した要部の断面図である。尚、従来の減圧熱処理装置における部材と同一の部材は同一の符号を符することにより、その詳細な説明を省略する。

本発明に係る減圧熱処理装置２０は、反応管２１をマニホールド５の上部フランジ５ａの上面に、中間部材２２を介して載置した点に特徴がある。

即ち、前記マニホールド５の上部フランジ５ａの上面にはリング状の溝５ａ１，５ａ２が形成されており、前記溝５ａ１，５ａ２には、二つのＯリング１１，１１が嵌合している。
そして、このマニホールド５の上部フランジ５ａの上面には、前記Ｏリング１１，１１を介して中間部材２２が載置されている。

前記中間部材２２は、石英ガラス（ＳｉＯ₂ ）材によって、リング形状に形成され、上下の面は夫々平坦な面に仕上げられている。
尚、この中間部材２２の幅（径方向の寸法）ｔ１は、反応管２１をより安定して載置するために、反応管２１の下端部２１ａの幅（肉厚）ｔ２よりも大きな寸法をもって形成されている。

更に、前記中間部材２２の上面２２ａには、ゴム材からなる平板状のパッキン２３が嵌合する溝２２ｂが形成されている。そして、この中間部材２２の上面２２ａには、前記平板状のパッキン２３を介して反応管２１が載置される。

また、本発明に係る減圧熱処理装置２０にあっては、反応管２０の下部の形状に特徴がある。即ち、従来の反応管２に形成されていたフランジ部２ａを形成することなく、反応管２１の下端部２１ａの幅（肉厚）ｔ２を反応管２１の他の部位（側壁上端部（図示せず）及び中間部２１ｂ）の幅（肉厚）ｔ３よりも大きく形成し、反応管２１の下端部２１ａと中間部２１ｂとを徐々に滑らかな曲面で接続している。
前記下端部２１ａの肉厚部２１ａ１は、下端部下面から高さｈ１まで前記した幅ｔ２をもって形成される。そして、下端部下面から高さｈ２まで、徐々に肉厚が減少する肉厚減少部２１ａ２が形成され、高さｈ２で中間部２１ｂの肉厚ｔ３となるように形成されている。

このように、反応管２１にフランジ部を形成することなく、反応管２１の下端部２１ａに肉厚部２１ａ１を形成したのは、反応管２１の下端部２１ａの機械的強度を増加させると共に、パッキン２３との接触面積を増やすことで、気密性を向上させるためである。

また、反応管２１の下端部２１ａの幅（肉厚）ｔ２は、反応管２１の他の部位（上端部及び中間部）の幅（肉厚）ｔ３の１．５倍以上３倍以下であることが好ましい。
反応管２１の下端部２１ａの幅（肉厚）ｔ２を、反応管２１の他の部位（上端部及び中間部）の幅（肉厚）ｔ３の１．５以上とすることで、より機械的強度を得ることができ、一方、３倍以下とすることで、反応管の大きさ、重量が増大化を抑制し、装置のコンパクト化、低熱容量化を図ることができる。

また、反応管２１の肉厚部２１ａ１の下端部下面から高さｈ１は、反応管２１の全体の高さｈ（下端部下面から天頂部までの高さ）の５％以上から１５％以下が好ましい。
前記高さｈ１を、反応管２１の全体の高さｈの５％以上とすることでより高い機械的強度を得ることができ、一方、前記高さｈ１が、反応管２１の全体の高さｈの１５％以下とすることでより、反応管の重量が増大化を抑制し、装置のコンパクト化、低熱容量化を図ることができる。

更に、反応管２１の肉厚減少部２１ａ２の高さｈ２は、肉厚部２１ａ１の高さｈ１の１．２倍以上から２倍以下が好ましい。
前記高さｈ２を、前記肉厚部２１ａ１の高さｈ１の１．２倍以上にすることで、肉厚の急激な減少によって、応力が集中し、破損する虞をより低減できる。また、前記高さｈ２を、前記肉厚部２１ａ１の高さｈ１の２倍以下とすることで、反応管の重量が増大化を抑制し、装置のコンパクト化、低熱容量化を図ることができる。

このように構成された減圧熱処理装置２０によって半導体ウエハを熱処理するには、従来と同様に、複数枚の半導体ウエハＷを保持したボート１０を処理室Ａの下端の炉口Ａ１から搬入する。
そして、反応管２１の処理室Ａ内部雰囲気を排気することによって減圧状態に維持しつつ、アニールガスをガス供給管４、ノズル４ａを介して処理室Ａに供給する。更に、ヒータユニット６によって処理室Ａ内の半導体ウエハを加熱することにより、アニール処理がなされる。

このとき、前記反応管２１内部は減圧状態になされるため、図２に示すように、反応管２１の内面全域に、内方に向く力Ｐが作用する。この力Ｐにより、反応管２１の下端部２１ａは内方に変形する。このとき、反応管２１の下端部２１ａは僅かな距離Ｓ１移動し、また中間部材２２もパッキン２３を介して反応管２１の下端部２１ａと接しているため、内方に僅かな距離Ｓ２移動する。

このように中間部材２２が設けられている場合には、反応管２１の変形（下端部２１ａの移動）に対して、中間部材２２も内方に移動するため、Ｏリング１１，１１、パッキン２３の負荷を軽減でき、劣化を抑制することができる。その結果、長い期間に亘りシール性（気密性）を維持することができる。

また、前記力Ｐに起因する曲げモーメントによって、反応管２１の側壁は、パッキン２３の内周縁部と反応管２１の下端部下面２１ａ３との接点Ｘを中心に内側に傾倒する。
このとき、前記反応管２１の側壁内周側は、前記傾倒によって沈み込む。このとき、反応管２１の側壁内周側は下方に僅かな距離Ｓ３移動する（沈み込む）と共に、中間部材２２も下方に僅かな距離Ｓ４移動する（沈み込む）。

このように中間部材２２が設けられている場合には、反応管２１の沈み込み量を、中間部材２２に対する反応管２１の沈み込み量と、マニホールド５の上部フランジ５ａの上面に対する中間部材２２の沈み込み量に分散することができる。
したがって、反応管２１が直接載置されている中間部材２２に対する反応管２１の沈み込み量は、従来のマニホールド５に対する反応管２の沈み込み量に比べて、小さく抑えることができる。
その結果、反応管２１の下端部内周縁が中間部材２２に圧接されるのを抑制することができ、反応管の破損を抑制することができる。更に、反応管２１と中間部材２２に分割されていることで、反応管２１内表面にかかる曲げモーメントが小さくなり、内表面からの破損を抑制することができる。

本発明は、アニール装置に限らず、減圧環境下でなされるものであれば、酸化処理や拡散処理、熱ＣＶＤ反応による成膜処理等に用いられる熱処理装置にも適用することができる。加えて、従来の装置形状を変えることなく、従来の反応管から本発明の反応管に変更することが可能である。
また、前記実施の形態ではウエハに処理が施される場合について説明したが、処理対象は、減圧環境下でなされるものであれば、フォトマスク、液晶パネルの処理にも適用することができる。

図１は、本発明にかかる一実施形態の減圧熱処理装置の要部断面図である。 図２は、図１に示した要部の断面図である。 図３は、従来の熱処理装置を示す概略断面図である。 図４は、図２の要部拡大図である。 図５は、従来の熱処理装置の課題を説明するための要部拡大図である。

符号の説明

２０ 減圧熱処理装置
２１ 反応管
２１ａ 下端部
２１ａ１ 肉厚部
２１ａ２ 肉厚減少部
２１ｂ 中間部
２２ 中間部材
２３ パッキン
Ａ 処理室
Ｗ 半導体ウエハ
ｈ１ （反応管下端部下面から）肉厚部の高さ
ｈ２ 反応管下端部下面から中間部下端までの高さ
ｔ１ 中間部材の幅
ｔ２ 反応管下端部の幅
ｔ３ 反応管の中間部の幅

Claims (2)

1. 反応管内部に被処理部材を収容し、減圧下で熱処理を行う減圧熱処理装置において、
   前記反応管を上方に載置するマニホールドと、
   前記マニホールドの上面にＯリングを介して載置される、上下面を平面に形成されたリング状の中間部材と、
   前記中間部材の上面に、上下面が平面に形成されたリング状のパッキンを介して載置されることにより、前記中間部材を介してマニホールドに載置され、前記反応管内壁に引っ張り力が作用した際、前記中間部材を介して、下端部が水平方向、垂直方向に移動する、フランジ部を備えない反応管とを少なくとも備え、
   前記反応管の下端部の厚さが、反応管の他の部位の厚さに比べて肉厚に形成されていることを特徴とする減圧熱処理装置。
2. 前記中間部材の径方向の幅が、反応管の下端部の厚さよりも大きな寸法に形成されていることを特徴とする請求項１記載の減圧熱処理装置。

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