JPH01241819A - 基板の熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、ＣＶＤ　（化学気相成長）反応炉２酸化炉、
拡散炉など、半導体ウェハ、セラミックス基板、液晶装
置用電極基板等（本明細書では、これらを基板と総称す
る）に対して加熱作用を与える基板の熱処理装置に関す
る。

〈従来の技術〉 従来の一般的な基板の熱処理装置は、第１０図に示すよ
うに、石英炉芯管６１の周囲に配設したヒータ６２によ
って、石英炉芯管６１の内部に挿入した基板ｍを加熱す
るもので、石英炉芯管６１は単管で構成されているのが
普通である。石英炉芯管６１の上部から一体的に連出し
た枝管６１ａと石英製ガス導入管６３とが金属製のボー
ト６４を介して気密的に結合され、石英炉芯管６１の下
部は排気チャンバブロック６５に○リング６６を介して
気密的に内嵌され、排気チャンバブロンクロ５の底部に
形成された基板出入れ目６５ａを介して、多数の基板ｍ
を支持した基板ボート３１が石英炉芯管６１に対して挿
抜され、基板ボート３１の所定位置までの挿入によって
基板ボート３１と一体のシャンク板６７が基板出入れ口
６５ａを閉塞するように構成されている。

この場合、ヒータ６２が炉芯管６１のほぼ全長にわたっ
ているが、ガス導入管６３を介して常温のガスが炉芯管
６１内乙こ導入されると、炉芯管６１の上部が常温ガス
によって冷却されるために、第１１図で破線′ｒ１で示
すようにか芯管６１内の温度分布が管軸方向で不均一と
なり、基板ｍに対する熱処理作業の歩留りが悪化する。

ところで、ヒータ６２は、炉芯管６１の両端での熱損失
を補償する目的で、管軸方向で上流側領域ａ。

中間部領域す、下流側領域Ｃに区分され、両端の領域ａ
、ｃの温度を中間部領域すよりも高めに制御する方式が
採用されていることを利用して、上流側領域ａを、常温
ガスによる冷却を補うまで見込んでさらに高めに制御す
る工夫がなされている。

しかし、それでも、第１１図で実線Ｔ２で示すように上
流側領域ａと中間部領域すとの境界部分で、部分的な温
度降下が生じていた。その原因は、常温ガスによる冷却
の影響が、上流側領域ａの範囲内にだけにとどまってい
なかったためと思われる。

いずれにせよ、炉芯管６１内に流入するガスの温度が炉
内温度よりも低いことによる問題を解消するのは容易で
はなかった。

なお、枝管６１ａ、ポート６４のために炉長が大きく、
装置の据え付けやメンテナンスに支障を来す場合があっ
た。

以上のような不都合の解消を図るために、本出願人は、
第６図〜第８図に示すような二重管型の炉芯管を考えた
。第７図は第６図の下端部分の拡大断面図、第８図は第
７図でのＸ−Ｘ線における全体の横断面図である。

第６図に示すように、炉芯管４１が一端閉塞、他端開口
の石英外管４２と、この石英外管４２に間軸状に内挿さ
れた両端開口の石英内管４３とからなる二重音型炉芯管
に構成され、石英外管４２と石英内管４３との間には筒
状流路４４が形成されている。石英外管４２の周囲には
ヒータ４５が設けられている。

第７図に示すように、石英内管４３の下端は排気チャン
バブロック４６の周溝に嵌合され、石英外管４２の下端
は、排気チャンバブロック４６の上面にボルト４７によ
って固定された支持リング４８の周溝に嵌合されている
。石英外管４２と石英内管４３との間の筒状流路４４に
連通ずる状態で支持リング４８に内周溝部４８ａが形成
され、第８図に示すように、この内周溝部４８ａに半円
弧状に湾曲加工されたガス案内管４９が嵌合され、この
ガス案内管４９にはその円周方向の所定間隔おきにガス
導入孔４９ａが形成されている。ガス案内管４９は支持
リング４８を気密的に貫通して外部に導出され、図示し
ないガス供給源に連接されたガス導入管に接続されてい
る。

Ｏリング５０は、排気チャンバブロック４６と支持リン
グ４８との各テーパー面によって石英内管４３に圧接さ
れ、０リング５１は、支持リング４８と押えリング５２
との各テーパー面によって石英外管４２に圧接されてい
る。５３は基板ボートのシャツタ板との気密を図るため
に排気チャンバブロンク４６の下面に嵌着された０リン
グである。これらのＯリングル４− ５０、５３．５１を冷却するために、排気チャンバプロ
ッタ４６の上下、および支持リング４８に環状のウォー
タジャケット５４．５５．５６が形成されている。５７
は排気チャンバブロック４６に固着された排気パイプで
ある。

排気チャンバブロック４６．支持リング４８．ガス案内
管４９はステンレス鋼などの金属で作られている。

この第６図〜第８図に示す基板の熱処理装置では、その
炉芯管が二重音型炉芯管４１に構成されており、半円弧
状のガス案内管４９のガス導入孔４９ａから供給された
ガスは筒状流路４４を上昇する過程で石英外管４２を介
して外部のヒータ４５によって予熱されるため、筒状流
路４４の」一端の環状開口から石英内管４３の内部に流
入するときには適当な温度まで昇温されている。したが
って、基板ボート３１を収納している石英内管４３の管
軸方向での温度分布は均一なものとなる。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、第６図〜第８図に示す基板の熱処理装置
では、次のような新たな問題が生じる。

■　金属製のガス案内管４９が筒状流路４４に臨んでい
るため、ガス案内管４９の加工時に発生しガス案内管４
つに付着している金属微粒子その他塵埃等の不良微粒子
が筒状流路４４を介して石英内管４３内に侵入し、基板
の品質を悪化させる原因となる。

■　半円弧状のガス案内管４９においてガス導入孔４９
ａが隔設されているため、第９図に示すように、筒状流
路４４内におけるガスの流量分布が周方向で不均一なも
のとなり、その不均一さが石英内管４３内まで持続され
るために、基板に対するガスの接触流量が基板の周方向
で不均一となり、歩留り悪化の原因となる。

■　石英外管４２と石英内管４３とを結合するための構
造およびガス案内管４９の配設の構造が相当に複雑であ
り、部品の製造２Ｍｉみ立て面でコストアップを招くし
、メンテナンス時の分解や石英外管４２、石英内管４３
の洗浄に手間と時間を要することになる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであっ
て、基板を高品質かつ効率良く熱処理できるようにする
とともに、構造面での簡素化を図ることを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 本発明は、このような目的を達成するために、次のよう
な構成をとる。

すなわち、本発明は、 炉芯管内に挿入した基板を炉芯管の周囲に配設された加
熱手段によって加熱する基板の熱処理装置において、 前記炉芯管が、一端閉塞、他端開口の石英外管と、この
石英外管との間に筒状流路を形成する状態で石英外管に
同軸状に内挿された両端開口の石英内管とからなる二重
背型炉芯管に構成され、前記石英外管１石英内管それぞ
れの開口側端部に一体的に突出された石英フランジどう
しが気密に係合され、 前記筒状流路に連通ずる状態で前記フランジ係合部に形
成された溝または孔にガス導入管が気密的に挿通され、 前記石英外管の内周面および前記石英内管の外周面から
前記筒状流路に向けて整流用のバッファリングが一体的
に突出されている ことを特徴点するものである。

〈作用〉 本発明の構成による作用は、次のとおりである。

石英外管から一体突出された石英フランジと石英内管か
ら一体突出された石英フランジとの保合部においてガス
導入管を挿通しであるから、金属製ガス導入管を用いた
先の例（第６図〜第８図参照）のように金属微粒子その
他塵埃等の不良微粒子が石英内管内に侵入することがな
く、基板の品質悪化を招かない。

また、筒状流路内にバッファリングを設けて筒状流路を
流動するガスを整流するから、筒状流路内におりるガス
の流量分布が周方向で均一化され、石英内管内でのガス
流量の分布も均一なものとなる。

また、ガス導入管を挿通するフランジ係合部の各フラン
ジが石英外管１石英内管から一体突出されているため、
構造が簡素化される。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図は継型の熱処理装置の要部の断面図、第２関は熱
処理装置の全体を示す概略構成図である。

第２図に示すように、縦姿勢の炉芯管１の周囲に配設し
た電気ヒータなどの加熱手段２が外筒炉本体３に収容保
持され、外筒炉本体３がハウジング４内に収容保持され
ている。加熱手段２は、管軸方向で上流側領域ａ、中間
部領域す、下流側領域Ｃに区分され、両側の領域ａ、ｃ
の温度が中間部領域すよりも高めになるように温度制御
される。

炉芯管１は、一端閉塞、他端開口の石英外管５と、この
石英外管５に同軸状に内挿された両端開口の石英内管６
よからなる二重背型炉芯管に構成され、石英外管５と石
英内管６との間に筒状流路７が形成されている。

第１図に示すように、石英外管５１石英内管６それぞれ
の下端開口側に径方向外側に向かう環状の石英フランジ
５ａ、６ａが一体的に突出形成され、また、筒状流路７
に臨む石英外管５の内周面および石英内管６の外周面か
らそれぞれ、整流用の石英製の環状のバッファリング５
ｂ、６ｂが互いに段違いに近接する状態で一体的に突出
形成されている。石英外管５のフランジ５ａは石英内管
６のフランジ６ａの−Ｆ面に当接されてフランジ保合部
８を構成するのであるが、上側のフランジ５ａの下面に
おいて、直径方向に対向する２箇所に下方に開放され下
側のフランジ６ａの上面によって閉塞され、筒状流路７
に対して径方向で連通ずる連通溝５ｃが形成されている
。

外周部分から筒壁部９ａが一体的に立ち上げられた環状
の排気チャンバブロック９が第２図に示すようにハウジ
ング４に収納保持されている。第１図に示すように、筒
壁部９ａの内側において、排気チャンバブロック９の上
面９ｂに石英内管６のフランジ６ａがＲＷされ、ブロッ
ク上面９ｂに形成された環状アリ溝に嵌着された０リン
グ１０がフランジ６ａの下面に圧接する一方、フランジ
６ａの外周面に形成された環状アリ溝に嵌着のＯＩＪン
グｌｌａが筒壁部９ａの内周面に圧接して気密性を保つ
ように構成されている。

排気チャンバブロック９の筒壁部９ａにおいて、フラン
ジ係合部８の２箇所の連通溝５０のそれぞれに対向する
位置に０リング押え１２が螺合されている。この０リン
グ押え１２には、その軸方向に沿った貫通孔１２ａが形
成され、ガス供給源から導出された石英製ガス導入管１
３が、途中にボートを介することなく直接的に貫通孔１
２ａに挿通されている。ガス導入管１３の開口端部１３
ａは連通溝５Ｃ内に位置している。

Ｏリング押え１２の内側位置においてガス導入管１３に
０リング１４が外嵌されており、筒壁部９ａに対するＯ
リング押え１２のねじ込めによって、上下のフランジ５
ａ、６ａに形成されたテーパー面と０リング押え１２に
形成されたテーパー面およびガス導入管１３に０リング
１４が圧接されて気密性を保つように構成されている。

また、石英外管５のフランジ５ａの外周面に形成された
環状アリ溝に嵌着のＯリングｌｌｂが筒壁部９ａの内周
面に圧接して気密性を保つように構成されている。

石英外管５に外嵌された環状のフランジ押え１５の下面
に形成された環状アリ溝にメタル０リング、１６が嵌着
され、このメタル０リング１６が上側のフランジ５ａを
押圧する状態で、フランジ押え１５が筒壁部９ａの上端
にポル目７によって締付は固定されている。この締付け
によって０リング１０が下側のフランジ６ａに圧接され
る。

排気チャンバブロック９の中央部に基板ボート３１を出
し入れする貫通部９ｃが形成され、この貫通部９ｃを形
成する内周面に周方向等配の状態で複数の排気孔９ｄが
形成されている。排気チャンバブロック９の内部には、
各排気孔９ｄを介して貫通部９ｃと連通ずる周回排気路
９ｅと、この周回排気路９ｅに連通ずる直線排気路９ｆ
が形成され、排気パイプ１８が直線排気路９ｒに連通ず
る状態で排気チャンバブロック９に固着されている。

複数枚の基板ｍを上下多段に支持した基板ボート３１の
Ｗ降軸３２には、基板ボート３１を二重管型炉芯管１内
の所定の位置まで挿入したときに排気チャンバブロック
９の貫通部９ｃを閉塞するシャツタ板３３が取り付けら
れているが、このシャンク板３３との気密性を保つため
のＯリング１９が排気チャンバブロック９の下面に形成
された環状アリ溝に嵌着されている。排気チャンバブロ
ック９の内部には、また、周回排気路９ｅの上下におい
て０リング１０．１９の近傍に環状のウォータジャケッ
ト２０゜２１が形成され、それぞれが図示しない給水パ
イプ。

排水パイプに接続されている。

この実施例の基板の熱処理装置は、ガス導入管１３を挿
通ずるフランジ保合部８の各フランジ５ａ。

６ａおよび整流用のバッファリング５ｂ、６ｂが石英外
管５や石英内管６において一体に形成されているため、
構造が簡素なものとなり、部品の製造２組み立て面での
コストダウン、メンテナンス時の分解や石英外管５９石
英内管６の洗浄の作業性が大幅に改善されている。

また、先の例（第６図〜第８図参照）のような枝管６１
ａやボート６４がなく、炉長がその分だけ短くなり、装
置の据え付けやメンテナンスを容易なものにしている。

次に、この熱処理装置の組み立ての手順を説明する。

■　０リング１０．１１　ａ　、　１１　ｂ　、　１４
．１９とメタルＯリング１６を各部品に取り付ける。

■　石英内管６を排気チャンバブロック９にセントし、
石英外管５を石英内管６に外嵌させる。

これにより、連通溝５Ｃの箇所を除いて」−下のフラン
ジ５ａ、６ａが当接する。

■　フランジ押え１５をボルト１７によって筒壁部９ａ
に締付は固定する。これによって、石英外管５、石英内
管６および排気チャンハブロンク９が一体化される。

■　０リング押え１２にガス導入管１３を挿通し、Ｏリ
ング押え１２を筒壁部９ａにねじ込む。

次に、この熱処理装置の動作を説明する。

常時的に加熱手段２を駆動するとともにウォータシャケ
ｙ　ト２０．２１に冷却水を流動させておく。

基板ｍを支持している基板ボート３１を排気チャンバブ
ロック９の貫通部９Ｃを通して二重背型炉芯管１の石英
内管６内の所定位置まで挿入する。

このときシャンク板３３が０リング１９に圧接し、炉芯
管１の内部が外気に対して気密化される。次いで、各ガ
ス導入管１３から反応ガスを供給するとともに、図示し
ない排気ブロワを駆動し排気パイプ１８を介して排気チ
ャンハブロンク９からの排気を開始する。

ガス導入管１３は石英製であり、かつ、これを挿通して
いる士下のフランジ５ａ、６ａがともに石英製であるか
ら、金属製ガス導入管を用いた先の例（第６図〜第８図
参照）のように金属微粒子その他塵埃等の不良微粒子が
石英内管６内に侵入することがきわめて少なく、基板ｍ
の品質悪化を招かない。バンファリング５ｂ、６ｂも石
英製であるから問題はない。

反応ガスは各ガス導入管１３の開口端部１３ａから連通
溝５ｃを介して筒状流路７内に流入し、筒状流路７内を
上昇する過程で、環状のハンファリング５ｂ、６ｂによ
って整流され周方向での流量分＝１５− 布が均一化されるとともに、石英外管５を介して加熱手
段２からの熱を受は適当な温度まで予熱される。そして
、石英内管６の上端の環状開口から石英内管６の内部を
下降流動し、基板ｍと反応する。

上記のように反応ガスは石英内管６内にその−１−端の
環状開口から流入するときには適当温度まで昇温されて
いるから、第３図で実線］゛３で示すように石英内管６
内での管軸方向での温度分布は均一なものとなり、また
、第４図に示すように周方向での流量分布も均一化され
ているため、基板ｍに対する反応が均一化され、基板ｍ
の処理を高品質かつ効率良く行うことができる。

なお、管軸方向での温度分布の均一化のための他の手段
として、加熱手段２の外側の外筒炉本体３の周面に金や
アルミニウムなどからなる熱線反射膜を形成するという
手段があるが、本実施例の場合にはそのような熱線反射
膜を付設しても構わない。

排気ガスは、す１気チヤンハブロツク９の複数の排気孔
９ｄを介して周回排気路９ｅに流入し、この周回排気路
９ｅを周回して直線排気路９ｆに至り排気パイプ１８を
介して排出される。排気チャンバブロック９はウォータ
ジャケット２０．２１内を流動する冷却水によって冷却
されているから、排気ガスは周回排気路９ｅを周回する
間に熱を奪われて冷やされる。また、０リング１０．　
ｌｌａ、　ｌｌｂ。

Ｍ、１９も過熱を免れ、長期間にわたる気密効果を発揮
する。

所要時間にわたる反応ガスの供給が終了すると、今度は
ガス導入管１３から清浄ガスを供給して石英外管５１石
英内管６および排気チャンハブロンク９のパージを行う
。このガスパージの完了後、基板ポート３１を下降して
二重背型炉芯管１から取り出す。

第５図は石英製ガス導入管１３とフランジ係合部８との
構造の別の実施例を示し、石英外管５のフランジ５ａを
上記実施例よりも厚く形成し、このフランジ５ａの内部
に筒状流路７に連通ずる連通孔５ｄを貫通状に形成し、
この連通孔５ｄにガス導入管１３を挿入するようにした
ものである。フランジ５ａが厚くなったことを利用して
、このフランジ５ａの外周面に環状アリ溝を形成し、そ
れに筒壁部９ａに圧接するＯリング２２を嵌着している
。

また、下部のフランジ６ａの上面に環状アリ溝を形成し
、それに−ヒ部のフランジ５ａの下面に圧接するＯリン
グ２３を嵌着している。

その他の構成は上記実施例と同様であるので、対応また
は相当する部分に同一符号を付すにとどめ、説明を省略
する。

以上の各実施例は縦型の熱処理装置に関するものであっ
たが、本発明はこれに限定されるものではなく、横型の
熱処理装置に適用してもよい。

〈発明の効果〉 本発明によれば、次の効果が発揮される。

炉芯管を二重背型にして石英外管と石英内管との間に筒
状流路を形成し、ガス導入管から供給されたガスをまず
この筒状流路内を通過させるように構成しであるため、
筒状流路内においてガスを予熱することとなり、筒状流
路から石英内管に流入するときのガス温度を適当温度ま
で昇温することができる。したがって、石英内管内での
管軸方向での温度分布を均一化できる。

加えて、筒状流路内に設けたバッファリングが筒状流路
を流動するガスを整流して筒状流路内におけるガスの流
量分布を周方向で均一化するので、石英内管内において
も周方向でのガスの流量分布を均一化できる。

しかも、石英製のフランジが直接ガス導入管を気密に挿
通支持しているから、金属製ガス案内管を用いた先の例
のように金属微粒子その他塵埃等の不良微粒子が石英内
管内に侵入するを確実に防止する。

以上の相乗によって基板を高品質かつ効率良く熱処理す
ることができる。

また、ガス導入管を挿通するフランジ保合部の各フラン
ジが石英外管９石英内管から一体突出されているため、
構造が簡素なものとなり、部品の製造１組み立て面での
コストダウン、メンテナンス時の分解や石英外管５石英
内管の洗浄の作業性を大幅に改善することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第４図は本発明の一実施例に係り、第１図は
縦型の熱処理装置の要部の断面図、第２図は熱処理装置
の全体を示す概略構成図、第３図は温度分布特性の説明
図、第４図は流量分布の説明図である。 第５図は別の実施例に係る熱処理装置の要部の断面図で
ある。 第６図から第９図は本発明に対する比較例に係り、第６
図は熱処理装置の全体の概略構成図、第７図は第６回の
下端部分の拡大断面図、第８図は第７図でのｘ−Ｘ線に
おける全体の横断面図、第９図は流量分布の説明図であ
る。また、第１０図は一般的な熱処理装置の概略構成図
、第１１図はその温度分布の説明図である。 １・・・二重背型炉芯管 ２・・・加熱手段 ５・・・石英外管 ６・・・石英内管 ５ａ、６ａ・・・石英フランジ ５ｂ、６ｂ・・・バッファリング ５ｃ・・・連通溝 ５ｄ・・・連通孔 ７・・・筒状流路 ８・・・フランジ保合部 １３・・・ガス導入管 ｍ・・・基板 出願人　大日本スクリーン製造株式会社代理人　弁理士
　　　杉　谷　　　勉 第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図 第１１図 ｉ軸方向

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）炉芯管内に挿入した基板を炉芯管の周囲に配設の
   加熱手段によって加熱する基板の熱処理装置において、 前記炉芯管が、一端閉塞、他端開口の石英外管と、この
   石英外管との間に筒状流路を形成する状態で石英外管に
   同軸状に内挿された両端開口の石英内管とからなる二重
   管型炉芯管に構成され、前記石英外管、石英内管それぞ
   れの開口側端部に一体的に突出された石英フランジどう
   しが気密に係合され、 前記筒状流路に連通する状態で前記フランジ係合部に形
   成された溝または孔にガス導入管が気密的に挿通され、 前記石英外管の内周面および前記石英内管の外周面から
   前記筒状流路に向けて整流用のバッファリングが一体的
   に突出されている 基板の熱処理装置。