JP5933399B2 - 熱処理装置 - Google Patents
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Description
本発明は、熱処理炉と、蓋体と、脚部を介して支持される熱処理ボートと、脚部に連結され、蓋体を貫通する回転軸部とを有する熱処理装置に係り、とりわけ脚部と蓋体の間へ処理ガスが侵入することを防止する熱処理装置に関する。
半導体装置の製造においては、被処理体例えば半導体ウエハに例えば酸化、拡散、ＣＶＤ、アニール等の各種の熱処理を施す工程があり、これらの工程を実行するための熱処理装置の一つとして多数枚のウエハを一度に熱処理することが可能な縦型熱処理装置が用いられている。
一般的に、従来の縦型熱処理装置は、熱処理炉の反応管の炉口を開閉するよう昇降可能に設けられた蓋体を備え、この蓋体上には多数枚のウエハを上下方向に多段に支持する熱処理ボートが設けられている。このような熱処理ボートは脚部により支持され、脚部は蓋体を貫通する回転軸部により回転する。
また脚部と蓋体との間から処理ガスが回転軸部側へ侵入することを防止するため、脚部と蓋体との間に、不活性ガスが供給される。
従来の縦型熱処理装置においては、熱処理ボートの脚部と蓋体との間の間隙に不活性ガスを供給し、この不活性ガスを熱処理炉内へ放出しているが、熱処理ボートの脚部と蓋体との間の間隙の調整がむずかしく、脚部と蓋体との間の間隙から反応管内へ十分かつ確実に不活性ガスを放出することができないことがある。
具体的には、従来技術では脚部用の台座３５と蓋体５（特許文献１の図２等参照）により水平方向のパージ流路を形成している。この場合、この水平方向のパージ流路の高さは、引きネジ５３および押しネジ５４によって０．２〜０．５ｍｍの隙間を形成しているため、ネジが熱膨張や熱収縮を繰り返してバランスが崩れた場合や、経時劣化によって所定幅の隙間が形成されなくなると、台座３５と蓋体５が接触してパーティクルを発生する懸念がある。また、パージ流路として十分な隙間が確保されずにＮ２パージ流量が低下すると、クリーニングガスが逆拡散を起こして回転軸のハブを腐食させるという問題がある。
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、熱処理ボートの脚部と蓋体との間の間隙から反応管内へ十分かつ確実に不活性ガスを放出して、処理ガスが脚部と蓋体との間の間隙に入り込むことを確実に防止することができる熱処理装置を提供することを目的とする。
本発明は、下方に炉口を有する反応管と、反応管の炉口を密閉する蓋体と、蓋体に脚部を介して支持される熱処理ボートと、蓋体を貫通して延び、脚部の下方部に連結されて脚部を回転させる回転軸部とを備え、蓋体は、脚部の下方部を囲むとともに上方へ突出する囲みリングを有し、蓋体と回転軸部との間に、不活性ガス供給部から不活性ガスを供給し、脚部の下方部と蓋体の囲みリングとの間に間隙が形成され、この間隙は垂直方向に沿って延び、不活性ガスはこの垂直方向に沿って延びる間隙を通って反応管内へ排出されることを特徴とする熱処理装置である。
本発明は、脚部の下方部と蓋体の囲みリングとの間に間隙が形成され、この間隙は垂直方向に沿って延びることを特徴とする熱処理装置である。
本発明は、脚部の下方部と蓋体の囲みリングとの間の間隙は、０．２ｍｍ〜２．０ｍｍの大きさを有することを特徴とする熱処理装置である。
本発明は、囲みリングの高さは、１０ｍｍ〜４０ｍｍとなっていることを特徴とする熱処理装置である。
本発明は、蓋体に、脚部を外方から囲んで反応管内の処理ガスが脚部の下方部と蓋体の囲みリングとの間に侵入することを防止する円筒遮へい体を設けたことを特徴とする熱処理装置である。
本発明は、蓋体の下部に、回転軸部を囲むハウジングが固着され、不活性ガス供給部はこのハウジングに取付けられていることを特徴とする熱処理装置である。
本発明は、脚部の下方部と回転軸部との間に連結ピンが連結され、この連結ピンは下方部内に埋設されて外方へ露出しないことを特徴とする熱処理装置である。
本発明は、脚部は脚部本体と、下方部とを有し、脚部の下方部は、脚部本体から半径方向外方へ突出する下方フランジからなることを特徴とする熱処理装置である。
以上のように、本発明によれば、蓋体と回転軸部との間に供給された不活性ガスを熱処理ボートの脚部の下方部と蓋体の囲みリングとの間の間隙から十分かつ確実に反応管内へ放出することができる。このことにより、反応管内の処理ガスが脚部の下方部と蓋体の囲みリングとの間の間隙から侵入することはなく、このことにより処理ガスが回転軸部側へ移行することを未然に防止することができる。
以下に、本発明の実施の形態を図１乃至図３に基いて詳述する。
図１において、縦型熱処理装置１は被処理体例えば半導体ウエハＷを収容して所定の処理例えばＣＶＤ処理を施すための縦型の熱処理炉２を備え、この熱処理炉２は、下部が炉口３として開口された縦長の処理容器例えば石英製の反応管４と、この反応管４の炉口３を開閉する昇降可能な蓋体５と、前記反応管４の周囲に設けられ、反応管（炉）４内を所定の温度例えば３００〜１２００℃に加熱制御可能な発熱抵抗体を含むヒータ６とを備えている。
反応管４は、例えば石英製の反応管からなり、一重管からなっている。この反応管４の下端部には外向きのフランジ部４ａが形成され、このフランジ部４ａはフランジ保持部材７を介してベースプレート８の下部に保持されている。この場合、ベースプレート８に反応管４が下方から貫通され、また、ベースプレート８上に前記ヒータ６が設置されている。
反応管４のフランジ部４ａには反応管４内に処理ガスやパージ用の不活性ガスを導入する複数のガス導入管９が設けられ、これらガス導入管９にはガス供給系の配管が接続されている。また、反応管４の頂部は漸次縮径され、この頂部には排気口１０が形成されており、この排気口１０には反応管４内を減圧制御可能な真空ポンプや圧力制御弁等を有する排気系の配管が接続されている（図示省略）。
熱処理炉２の下方は、蓋体５上に配置された後述の熱処理ボート（単にボートともいう）１６を熱処理炉（すなわち反応管４）２内に搬入（ロード）したり、熱処理炉２から搬出（アンロード）したり、或いはボート１６に対するウエハＷの移載を行うための作業領域（ローディングエリア）１２となっている。この作業領域１２にはボート１６の搬入、搬出を行うよう蓋体５を昇降させるための昇降機構１３が設けられている。
蓋体５は、例えばＳＵＳ製の蓋体からなり、複数の緩衝機構１４を介して保持板１５上に保持されており、この保持板１５が前記昇降機構１３に連結されている。蓋体５は炉口３の開口端に当接して炉口３を密閉する。蓋体５の下部中央部にはボート１６を回転するための例えば、窒化ケイ素などのセラミックスにより形成された回転軸部２７を有する回転導入機構２６が設けられている。
熱処理ボート１６は、例えば石英製のボートからなり、大口径例えば直径３００ｍｍの多数例えば７５〜１００枚程度のウエハＷを水平状態で上下方向に間隔をおいて多段に支持するボート本体１７と、このボート本体１７を支持する一本足の脚部１８とを有し、これらボート本体１７と脚部１８が一体に形成されている。そしてボート１６の一本足の脚部１８は、ウエハＷを周方向に回転させるための回転軸部２７に連結されている。
図２に示すように、脚部１８は脚部本体１８ａと、脚部本体１８ａの下方部に設けられ半径方向外方へ突出する下方フランジ１９とを有している。下方フランジ１９にはこれを回転軸部２７に連結ピン２０で締結するための複数例えば６つの孔部２１が設けられている。すなわち、脚部１８の下方部は外方へ突出する下方フランジ１９からなり、脚部１８は下方フランジ１９を介して回転軸部２７に連結されている。この場合、下方フランジ１９と回転軸部２７とは、下方フランジ１９に埋め込まれた連結ピン２０により連結されている。
前記ボート本体１７は、底板２２と天板２３の間に前記複数の支柱２４を介設してなり、支柱２４と底板２２及び天板２３とは例えば溶接等により一体的に接合されている。支柱２４は、ウエハＷを囲むように周方向に所定の間隔で配置され、両側の支柱２４間の正面側（図１の左側）が図示しない移載機構によりウエハＷの出し入れを行うための開口となっている。支柱２４には多数のウエハＷを多段に保持するための溝部２５が形成されている。脚部１８は所定の太さ、例えば外径３０〜５０ｍｍ程度、及び所定の高さ、例えば下方フランジ１９を含めた高さが２５０〜３５０ｍｍ程度となっている。
回転導入機構２６は、上述のように、回転軸部２７と、蓋体５の下部中央部に一体的に設けられて回転軸部２７を回転可能に支持する筒状のハウジング２８とを有している。このハウジング２８の下側外周には軸心部に回転軸３０を一体的に有する有底筒状の回転筒体３１が玉軸受３２を介して回転可能に設けられ、回転筒体３１の底部中央から起立した回転軸３０が、ハウジング２８内を封止手段例えばＯリングまたは磁性流体シール３３を介して気密に貫通している。
回転筒体３１には回転駆動手段であるモータがベルトを介して連結され（図示省略）、これにより回転軸３０が回転駆動されるようになっている。蓋体５の中央部には回転軸部２７が貫通する軸孔部３４が形成されている。
また蓋体５は脚部１８の下方フランジ１９を囲むとともに、上方へ突出する囲みリング５ａを有している。この囲みリング５ａは蓋体５に一体に形成され、囲みリング５ａと下方フランジ１９との間に、垂直方向に沿って延びる間隙ｇが形成されている。囲みリング５ａと下方フランジ１９との間の間隙ｇは、例えば０．２ｍｍ〜２．０ｍｍの大きさＬ１をもち、かつ囲みリング５ａの高さＬ２は１０ｍｍ〜４０ｍｍとなっている。
なお、隙間ｇを形成するために蓋体５の厚さを囲みリング５ａの高さと同じ厚さにしても良いが、蓋体１５の重量増加に伴って昇降機講１３の駆動部（図示せず）も大型化する必要があるため、囲いリング５ａを設けることが好ましい。
さらに蓋体５は、囲みリング５ａの下方に、ハウジング２８上に載置される支持リング５ｂを有し、囲みリング５ａと支持リング５ｂは互いに同一の内径をもつ。
この場合、支持リング５ｂとハウジング２８はＯリング２８ａを介して固定され、その内側を回転軸部２７が回転する。
また石英製のフランジ部１９と回転軸部２７とは、連結ピン２０により締結されている。
また、蓋体５の回転軸部２７が貫通する軸孔部３４の内面に沿って、不活性ガス例えば窒素ガス（Ｎ２）が供給され、この不活性ガスは軸孔部３４から下方フランジ１９と囲みリング５ａとの間の間隙ｇを通って反応管４内へ排出される。
回転軸部２７は上方回転軸部２７ａと、下方回転軸部２７ｂとを有し、上方回転軸部２７ａの下端にはフランジ４０が形成され、このフランジ４０からねじ込んだ固定ネジ４１により上方回転軸部２７ａが下方回転軸部２７ｂに固定されている。また回転軸部２７は、上方回転軸部２７ａの上端軸心部に芯出し用の突軸部３８を有し、下方回転軸部２７ｂの下端軸心部に前記回転導入機構２６の回転軸３０の上端部が嵌合する嵌合孔３９が設けられている。また、上方回転軸部２７ａの下端にはフランジ４０が形成され、このフランジ４０からねじ込んだ固定ネジ４１により上述のように上方回転軸部２７ａが下方回転軸部２７ｂに固定されている。また回転軸３０と下方回転軸部２７ｂは下方回転軸部２７ｂの側方から図示しないネジによって固定されている。
また、上方回転軸部２７ａには、下方フランジ１９の孔部２１内に挿着された連結ピン２０が嵌合する孔部４６が形成されている。なお、上方回転軸部２７ａに形成された孔部４６は位置決め溝であっても良い。また上方回転軸部２７ａは熱容量を減らすために外周に環状溝４９が形成されていることが好ましい。
さらに蓋体５の囲みリング５ａと下方フランジ１９との間から回転軸部２７側へ腐食性を有する処理ガスが侵入するのを防止するために、上述のように、蓋体５の軸孔部３４内に不活性ガス例えば窒素ガス（Ｎ２）が導入管５１から導入されるようになっている。すなわち、図２および図３に示すように、ハウジング２８と回転軸３０の隙間に供給された不活性ガスは、下方回転軸部２７ｂとハウジング２８の隙間を通って軸孔部３４に供給され、隙間ｇから反応管４内に放出される。
なお、脚部１８の下方フランジ部１９を回転軸部２７へ固定（締結）する連結ピン２０は、例えばＳＵＳ製ないしインコネル製となっており、連結ピン２０のかじり付きを防止するために例えばニッケルアルミニウム（ＮｉＡｌ）からなる硬い超合金被膜がコーティングされている。
また図１に示すように、蓋体５上には空間６９をもつ炉口保温手段である炉口加熱機構６２が固定されている。この炉口加熱機構６２は、蓋体５の上面上に周方向に適宜間隔で立設された複数の支柱６４と、これら支柱６４の上端部に水平に掛け渡して設けられた面状の発熱抵抗体６５と、この発熱抵抗体６５の下方に適宜間隔で支柱６４に掛け渡して設けられた複数例えば２枚の遮熱板６６とから主に構成されている。
支柱６４及び遮熱板６６は、例えば石英製となっている。発熱抵抗体６５及び遮熱板６６にはボート１６のフランジ部１９を含む脚部１８が貫通する貫通穴６７が設けられている。また、前記発熱抵抗体６５に電気を供給するケーブルを導通するための導通管６８が保持板１５から蓋体５を気密に貫通した状態で設けられている。
また蓋体５上には、脚部１８を外方から囲む円筒遮へい体５Ａが設けられている。この円筒遮へい体５Ａは脚部１８のうち、とりわけ下方フランジ１９を外方から囲み、反応管４内へガス導入管９から導入される処理ガスが、蓋体５の囲みリング５ａと脚部１８の下方フランジ１９との間の間隙ｇから回転軸部２７側へ侵入することを防止するものである。
なお、この円筒遮へい体５Ａは、囲みリング５ａの外周に設けられた傾斜面によって簡単に位置決めされるように形成されている。すなわち、囲みリング５ａの最外径は円筒遮へい体５Ａの内径より若干小さくなるように設定されている。
次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。
まず作業領域１２内において、蓋体５上に配置された熱処理ボート１６内にウエハＷが移載される。ボート１６内にウエハＷが移載された後、昇降機構１３により蓋体５が上昇し、次に蓋体５が炉口３の開口端に当接して炉口３を密閉する。
次にヒータ６により反応管４が外方から加熱され、またガス導入管９から処理ガスが反応管４内に供給され、ウエハＷに対して必要な熱処理が施される。
この間、回転筒体３１が図示しないモータにより回転駆動され、回転筒体３１の回転に伴なって、回転軸３０が回転する。この回転軸３０の回転により、回転軸部２７が回転し、ボート１６がゆっくり回動する。
また不活性ガス導入管５１から不活性ガス（例えばＮ２ガス）がハウジング２８と回転軸３０の隙間へ供給され、不活性ガスは次に蓋体５の軸孔部３４内へ送られる。
軸孔部３４内の不活性ガスは、その後脚部１８の下方フランジ１９と蓋体５の囲みリング５ａとの間の間隙ｇを垂直方向へ流れ、次に反応管４内へ排出される。
このように、ウエハＷの熱処理中、脚部１８の下方フランジ１９と蓋体５の囲みリング５ａとの間の間隙ｇを経て不活性ガスが反応管４内へ排出されるので、反応管４内の処理ガスが逆に間隙ｇを通って回転軸部２７側へ移行することはない。このため、回転軸部２７が処理ガスにより腐食することを確実に防止することができる。
すなわち、脚部１８の下方フランジ１９と蓋体５との間に水平方向に延びる間隙を形成することも考えられるが、このように水平方向に延びる間隙を形成する場合、脚部１８の下方フランジ１９と蓋体５との間の高さ方向の位置を調整ネジによって調整する必要があり、作業ミスや調整ネジの熱膨張・収縮によって十分な不活性ガスを供給できない場合がある。
これに対して本発明によれば、下方フランジ１９を回転軸部２７上に、連結ピン２０により位置決めして載置するだけで、下方フランジ１９と囲みリング５ａとの間の間隙ｇを確実に定めることができる。このため脚部１８の下方フランジ１９と囲みリング５ａとの間の間隙から反応管４内へ十分かつ確実に不活性ガスを放出することができる。
また、回転軸部２７と下方フランジ１９とを連結する連結ピン２０は下方フランジ１９内に埋め込まれ、外方へ露出することはないので、反応管４内の処理ガスが連結ピン２０が嵌合された孔部２１を経て回転軸部２７側へ侵入することはない。
また上述のように、従来技術のように水平方向に延びる間隙を形成する場合、高さ方向の寸法を調整ネジによって調整する必要があったが、本願発明によれば調整ネジによる高さ調整作業は不要であり、作業工数低減、作業ミス低減が図れる。
さらにまた、蓋体５には脚部１８を外方から囲む円筒遮へい体５Ａが設けられているため、反応管４内の処理ガスが下方フランジ１９と囲みリング５ａとの間の間隙ｇ内へ侵入することをより確実に防止することができる。
ここで、円筒遮へい体５Ａを設けた場合における下方フランジ１９周縁の処理ガス濃度の実験結果について述べる。
すなわち、円筒遮へい体５Ａを設けたことによる作用効果を確認するため、以下のような実験を行った。
導入管９から反応管４内へ２０％Ｆ２／Ｎ２ガスを１０Ｌの流量で供給し、かつＨＦガスを２Ｌの流量で供給し、（１）７０ｍｍ高さの円筒遮へい体５Ａを設けた場合、（２）４０ｍｍ高さの円筒遮へい５Ａを設けた場合、（３）円筒遮へい体５Ａを取外した場合、の３つの場合について、下方フランジ１９周縁のＦ２濃度を測定した。
その測定結果を下表１に示す。
表１からわかるように、円筒遮へい体５Ａを設けることにより、処理ガスから下方フランジ１９を適切に保護することができる。この場合、７０ｍｍ高さの円筒遮へい体５Ａを設けることにより、円筒遮へい５Ａを設けない場合に比較して格段に下方フランジ１９を保護することができる。
１ 縦型熱処理装置
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
ｇ 隙間
２ 熱処理炉
３ 炉口
４ 反応管
５ 蓋体
５Ａ 円筒遮へい体
５ａ 囲みリング
５ｂ 支持リング
１６ 熱処理用ボート
１７ ボート本体
１８ 脚部
１８ａ 脚部本体
１９ 下方フランジ
２０ 連結ピン
２１ 孔部
２６ 回転導入機構
２７ 回転軸部
２８ ハウジング
５１ 不活性ガス導入管
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
ｇ 隙間
２ 熱処理炉
３ 炉口
４ 反応管
５ 蓋体
５Ａ 円筒遮へい体
５ａ 囲みリング
５ｂ 支持リング
１６ 熱処理用ボート
１７ ボート本体
１８ 脚部
１８ａ 脚部本体
１９ 下方フランジ
２０ 連結ピン
２１ 孔部
２６ 回転導入機構
２７ 回転軸部
２８ ハウジング
５１ 不活性ガス導入管
Claims (7)
- 下方に炉口を有する反応管と、
反応管の炉口を密閉する蓋体と、
蓋体に脚部を介して支持される熱処理ボートと、
蓋体を貫通して延び、脚部の下方部に連結されて脚部を回転させる回転軸部とを備え、
蓋体は、脚部の下方部を囲むとともに上方へ突出する囲みリングを有し、
蓋体と回転軸部との間に、不活性ガス供給部から不活性ガスを供給し、脚部の下方部と蓋体の囲みリングとの間に間隙が形成され、この間隙は垂直方向に沿って延び、不活性ガスはこの垂直方向に沿って延びる間隙を通って反応管内へ排出されることを特徴とする熱処理装置。 - 脚部の下方部と蓋体の囲みリングとの間の間隙は、０．２ｍｍ〜２．０ｍｍの大きさを有することを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
- 囲みリングの高さは、１０ｍｍ〜４０ｍｍとなっていることを特徴とする請求項１または２記載の熱処理装置。
- 蓋体に、脚部を外方から囲んで反応管内の処理ガスが脚部の下方部と蓋体の囲みリングとの間に侵入することを防止する円筒遮へい体を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の熱処理装置。
- 蓋体の下部に、回転軸部を囲むハウジングが固着され、不活性ガス供給部はこのハウジングに取付けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の熱処理装置。
- 脚部の下方部と回転軸部との間に連結ピンが連結され、この連結ピンは下方部内に埋設されて外方へ露出しないことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の熱処理装置。
- 脚部は脚部本体と、下方部とを有し、脚部の下方部は、脚部本体から半径方向外方へ突出する下方フランジからなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか記載の熱処理装置。
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