JPH0354821A - 縦型熱処理炉 - 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】 ｆｌｊ発明の目的 ［産業上の利用分野］ 本発明は、縦型熱処理炉に関し、特に、ウェーハ熱処理
用治具を熱処理管に収容した状態で炉芯管の内部空間に
対して挿入し、熱処理管の内部に対してガス供給手段に
より熱処理ガスを供給しかつ熱処理管の内部からガス排
出手段により使用済の熱処理ガスを排出しつつ、ウェー
ハ熱処理用治具に支持された半導体ウェーハを炉芯管の
内部空間から隔離して熱処理してなる縦型熱処理炉に関
するものである。

［従来の技術］ 従来、この種の縦型熱処理炉としては、炉蓋本体に対し
て載置された支持テーブル上のウェーハ熟処理用治具に
支持された半導体ウェーハを炉２管の内部空間に対して
直接に挿入した状態で炉２管の外部から熱処理ガス（た
とえば水素ガス）を供給しつつ熱処理することにより、
半導体ウェーハに含まれた鉄あるいは銅などの金属不純
物を除去してなるものが提案されていた。

［解決すべき問題点］ したがって、従来の縦型熱処理炉では、（ｉｌ炉芯管の
開口端部が比較的に低温となっていたことに起因して、
熱処理ガスによって半導体ウェーハの表面から運搬され
てきた金属不純物が炉芯管の開口端部および支持テーブ
ルなどに蓄積されてしまう欠点があり、このためｆｉｉ
ｌウェーハ熱処理用治具に支持された半導体ウェーハが
炉芯管の内部空間に対し直接に挿入された状態で熱処理
される場合、炉芯管の内部空間における熱処理もしくは
炉芯管の内部空間に対する挿入あるいは取出に際し、炉
芯管の開口端部あるいは支持テーブルなどに対して蓄積
された金属不純物によって、その半導体ウェーハが汚染
されてしまう欠点があり、ひいてはｆｉｉｉｌ炉芯管あ
るいは支持テーブルの使用回数が増加するに伴なって熱
処理済の半導体ウェーハの品質が低下してしまう欠点が
あった。

そこで、本発明は、これらの欠点を除去すべく、ウェー
ハ熱処理用治具を熱処理管に収容した状態で炉芯管の内
部空間に対して挿入しウェーハ熱処理用治具に支持され
た半導体ウェーハを炉芯管の内部空間から隔離して熱処
理してなる縦型熱処理炉を提供せんとするものである。

（２）発明の構成 ［問題点の解決手段］ 本発明により提供される問題点の解決手段は、「支持テ
ーブル上に載置されかつ半導体ウェーハを支持したウェ
ーハ熱処理用治具を炉芯管の内部空間に対して挿入し、
熱処理ガスを供給しつつウェーハ熱処理用治具に支持さ
れた半導体ウェーハの熱処理を実行したのち、ウェーハ
熱処理用治具と半導体ウェーハとともに炉芯管の内部空
間から取出してなる縦型熱処理炉において、 （ａ）　ウェーハ熱処理用治具を収容するための熱処理
管と、 （ｂｌ炉芯管の外部から炉蓋本体および支持テーブルを
貫通して熱処理管 の内部に対じ熱処理ガスを供給す るためのガス供給手段と、 ｆｃｌ熱処理管の内部から使用済の勿処理ガスを排除す
るためのガス排出 手段と を備えてなることを特徴とする縦型熱処理炉」 である。

［作用］ 本発明にかかる縦型熱処理炉は、支持テーブル上に載置
されかつ半導体ウェーハを支持したウェーハ熱処理用治
具を炉芯管の内部空間に対して挿入し、熱処理ガスを供
給しつりウェーハ熱処理用治具に支持された半導体ウェ
ーハの熱処理を実行したのち、ウェーハ熱処理用治具を
半導体ウェーハとともに炉芯管の内部空間から取出して
なる縦型熱処理炉であって、ウェーハ熱処理用治具を収
容するための熱処理管を備えており、炉芯管の外部から
熱処理管の内部に対しガス供給手段によって熱処理ガス
を供給しかつ使用済の熱処理ガスをガス排出手段によっ
て熱処理管の内部から排出しているので、 ｆｉｌ半導体ウェーハを炉芯管の内部空間から隔離して
熱処理する作用 をなし、ひいては （ｉｉ）炉芯管の開口端部および支持テーブルなどに予
め蓄積された金属不純物 によって半導体ウェーハが汚染され ることを回避する作用 をなし、結果的に ｆｉｉｉｌ熱処理済の半導体ウェーハを高純度化する作
用 をなし、加えて （１ｖ）炉芯管あるいは支持テーブルの使用回数が増加
しても、熱処理済の半導 体ウェーハの品質が低下することを 抑制する作用 をなす。

［実施例］ 次に、本発明にかかる縦型熱処理炉について、その好ま
しい実施例を挙げ、添付図面を参照しつつ、具体的に説
明する。しかしながら、以下に説明する実施例は、本発
明の理解を容易化ないし促進化するために記載されるも
のであって、本発明を限定するために記載されるもので
はない。換言すれば、以下に説明される実施例において
開示される各部材は、本発明の精神ならびに技術的範囲
に属する全ての設計変更ならびに均等物置換を含むもの
である。

二汲佳旦厘皇栽里Ｌ 第１図は、本発明にかかる縦型熱処理炉の第１の実施例
を示す断面図であって、熱処理管８２かも使用済の熱処
理ガスを排出するためのガス排出手段が支持テーブル８
ｌの熱反射板８１ａと炉蓋７０の炉蓋本体７１，炉蓋保
持部材７２および炉蓋移動部材７３を貫通するガス排出
管８５によって形成されている場合を示している。

第２図は、本発明にかかる縦型熱処理炉の第２の実施例
を示す断面図であって、熱処理管８２から使用冫斉の熱
処理ガスを排出するためのガス排出手段が熱処理管８２
の下端部に形成された排出孔８２ｂ゜とその排出孔８２
ｂ０を頂部まで案内するための案内通路８５゜とによっ
て形成されている場合を示している。

第３図は、本発明にかかる縦型熱処理炉の第３の実施例
を示す断面図であって、熱処理管８２゜がウェーハ熱処
理用治具８３の下側基板８３Ａに対して被冠されてなる
場合を示している。

１の　　の まず、第１図を参照しつつ、本発明にかかる縦型熱処理
炉の第１の実施例について、その構成を詳細に説明する
。

１０は、本発明にかかる縦型熱処理炉であって、石英な
どの適宜の材料で形成された炉芯管２ｏと、炉芯管並の
周囲に適宜の間隔を介して所望により配設された均熱管
並と、均熱管並の周囲に配設されており適宜の外部電源
に接続された加熱部材４０と、加熱部材赳の周囲に配設
されており開口部内周縁に形成された支持部５ｌによっ
て均熱管３０を支持するための断熱管並と、炉芯管並と
均熱管並と加熱部材Ｕと断熱管並とを保持するためにス
テンレスなどの適宜の材料で形成されたハウジング並と
、石英（不透明石英が好ましい）もしくは炭化珪素など
の高温使用可能な高純度材料（特に熱透過率が小さいも
のが好ましい）によって形成された炉蓋本体７ｌを有す
る炉蓋亙と、炉蓋本体７ｌ上に載置されかつ石英もしく
は炭化珪素などの高温使用可能な高純度材料によって形
成されており半導体ウェーハを熱処理するための熱処理
管装置８０とを備えている。

炉芯管践は、断熱管廷の外部から延長されかつ外周面に
そって軸方向に延長されたのち頂部において内部空間２
１に対し開口されており適宜の熱処理ガス（たとえば水
素ガスもしくは不活性ガス）を供給するためのガス供給
管２２と、開口端部２１Ａの近傍に開口されかつ断熱管
廷の外部へ延長されており使用済の熱処理ガスを排出す
るためのガス排出管２３とを包有している。ここで、炉
芯管並の内部空間に対して熱処理ガスが供給されている
根拠は、熱処理管８２の摺合部８２ｄから漏出する水素
ガスによる爆発を防止することにある。ガス供給管２２
およびガス排出管２３は、ともに、断熱管５ｏの内部に
位置する部分が、なるべく多く、石英などの適宜の材料
によって形成されていることが好ましい。

均熱管並は、たとえば炭化珪素などによって作成されて
おり、炉芯管並の全長を包囲するように配設されている
。

加熱部材Ｕは、均熱管並の外側に配設されており、炉芯
管並の軸方向にそって均熱領域を確保するために適宜に
配設されている。

断熱管並は、グラスファイバなどの適宜の材料によって
形成されており、炉芯管践，均熱管■および加熱部材赳
を全体として包囲している。

ハウジング並は、炉芯管支持部６１の上面によって炉芯
管並の開口端部２１Ａの端面を支持しており、断熱管支
持部５２の上面によって断熱管５ｏを支持している。炉
芯管支持部６１の上面には、炉芯管並の開口端部２１Ａ
の端面に当接された状態で、その開口端部２１Ａの端面
との間をシールするためのＯリング６３が配設されてい
る。

炉蓋亙は、熱処理管装置廷に含まれた支持テーブル８１
が載置される石英もしくは炭化珪素などの高温使用可能
な高純度材料によって形成された炉蓋本体７ｌと、炉蓋
本体７１を保持するステンレスなどの適宜の材料で形成
された炉蓋保持部材７２と、炉蓋保持部材７２の下面を
支持しており炉蓋本体７１を炉芯管堕の開口端部２１Ａ
に向けて接近離間せしめる炉蓋移動部材７３と、炉蓋移
動部材７３の上面に対して配設されており，炉蓋保持部
材７２の上面がハウジング並の炉芯管支持部６１の下面
に対して当接されるとき緩衝材として機能する弾性部材
７４と、炉蓋移動部材７３の一端部に対して配設された
駆動シャフト７５と、駆動シャフト７５と同様に炉蓋移
動部材７３の一端部に対して配設された案内シャフト７
６と、ハウジング廷の炉芯管支持部６ｌの下面に対して
炉蓋本体７１の上面が当接されたとき炉蓋保持部材７２
の上面とハウジング廷の炉芯管支持部６ｌの下面との間
をシールするために炉蓋保持部材７２の上面に配設され
たＯリング７７とを包有している。

熱処理管装置８０は、炉蓋７０の炉蓋本体７１に対して
載置されており複数の熱反射板８１ａを適宜の間隔をお
いて配置して形成された支持テーブル８ｌと、支持テー
ブル８１上に載置されており頂部開口の摺合面に対して
蓋体８２Ａが取外可能に配置（蓋体８２Ａとの接触部を
゛摺合部８２ｄ”という）されている熱処理管８２と、
熱処理管８２の底部に載置することによってその内部に
収容されており半導体ウェーハ（図示せず）が熱処理の
ために載置されるウェーハ熱処理用治具８３と、炉蓋７
０の炉蓋移動部材７３，炉蓋保持部材７２および炉蓋本
体７ｌを貫通しかつ支持テーブル８１に含まれた熱反射
板８１ａを貫通したのち熱処理管８２の下面に形成され
た貫通孔８２ａに対して先端部が挿入されており適宜の
熱処理ガス（たとえば水素ガスなど）を熱処理管８２の
内部に供給するためのガス供給管８４と、熱処理管８２
の下面に形成された貫通孔８２ｂから支持テ−ブル８ｌ
に含まれた熱反射板８１ａを貫通したのち炉蓋７０の炉
蓋本体７１，炉蓋保持部材７２および炉蓋移動部材７３
を貫通しており熱処理管８２の内部から使用済の熱処理
ガスを外部へ排除するためのガス排出管８５とを備えて
いる。ガス供給管８４によって熱処理管８２の内部に供
給された熱処理ガスは、熱処理管８２の内面に形成され
た案内通路８２ｃによって頂部まで案内されたのち、ウ
ェーハ熱処理用治具８３の頂部近傍に対して放出される
。ここで、熱処理管８２の内部に対して熱処理ガスが供
給される根拠は、半導体ウェーハの表面から金属不純物
を除去することにある。ガス供給管８４およびガス排出
管８５は、炉蓋保持部材７３に対し、それぞれ、シール
ナット８４Ａ，　８５Ａによって固定されている。ここ
では、ガス供給管８４が無処理管８２に対するガス供給
手段として機能しており、またガス排出管８５が熱処理
管８２からのガス排出手段として機能している。

第１の　　１の 更に、第１図を参照しつつ、本発明にかかる縦型熱処理
炉の第１の実施例について、その作用を詳細に説明する
。

連去豊立 ウェーハ熱処理用治具８３は、熱処理すべき半導体ウェ
ーハを支持せしめたのち、適宜の作業具を用いて熱処理
管８２の内部に収容される。

熱処理管８２は、蓋体８２Ａを配置したのち、予め駆動
シャフト７５および案内シャフト７６によって矢印ｘ１
方向に向けて炉蓋移動部材７３を移動せしめた状態（す
なわち降下せしめた状熊）で、炉蓋本体７ｌ上に載置せ
しめられる。このとき、ガス供給管８４の先端部および
ガス排出管８５の先端部が、それぞれ、熱処理管８２の
下面に形成された貫通孔８２ａ，　８２ｂに対して挿入
される。

そののち、駆動シャフト７５および案内シャフト７６に
よって炉蓋移動部材７３を矢印Ｘ，方向へ移動せしめる
ことにより、ウェーハ熱処理用治具８３は、熱処理管８
２の内部に収容された状態で、炉芯管■の内部空間２ｌ
に対して挿入される。このため、本発明によれば、炉芯
管赳の内部空間２１へ挿入されるに際し、炉芯管２０の
開口端部２１Ａなどに蓄積された金属不純物によって熱
処理すべき半導体ウェーハが汚染されることを回避でき
る。

なお、炉芯管２０の内部空間２１に対しては、熱処理ガ
スが、ガス供給管２２を介して供給されており、その熱
処理ガスは、ガス排出管２３を介して炉芯管２０の外部
へ排出されている。

また、熱処理管８２には、炉芯管２０の内部空間に挿入
されるに先立ち、熱処理ガスが、ガス供給管８４を介し
て供給され始め、かつガス排出管８５を介して排出され
始めている。

旌旦里勲葺 熱処理管８２に収容された状態でウェーハ熱処理用治具
８３が炉芯管２０に挿入されると、ウェーハ熱処理用治
具８３に支持された半導体ウェーハの熱処理が熱処理管
８２によって炉芯管践の内部空間２ｌから隔離された状
態において、熱処理ガス中で実行される。このため、本
発明によれば、炉芯管２０の開口端部２１Ａなどに予め
蓄積された金属不純物によって半導体ウェーハが汚染さ
れることを回避できる。

ちなみに、ガス供給管８４を介して熱処理管８２の下部
に供給された熱処理ガスは、案内通路８２ｃを介してウ
ェーハ熱処理用治具８３の頂部近傍に対して放出される
。ウェーハ熱処理用治具８３の頂部近傍に対して放出さ
れた熱処理ガスは、ウェーハ熱処理用治具８３に支持さ
れた半導体ウェーハの近傍を通過して、熱処理管８２の
下面に形成された貫通孔８２ｂから突出するガス排出管
８５に向けて移動し、そのガス排出管８５を介して炉芯
管践の外部へ排出される。

逍量勤狂 ウェーハ熱処理用治具８３に支持された半導体ウェーハ
の熱処理が終了したのち、駆動シャフト７５および案内
シャフト７６により、炉蓋移動部材７３が矢印ｘ１方向
に移動される。これにより、ウェーハ熱処理用治具８３
は、熱処理管８２に収容された状態で、炉芯管２０の内
部空間２ｌから取出される。このため、本発明によれば
、炉芯管２０の開口端部２１Ａなどに予め蓄積された金
属不純物によって熱処理済の半導体ウェーハが汚染され
ることを回避できる。

炉芯管２０の内部空間２ｌから取出されたウェーハ熱処
理用治具８３は、熱処理管８２に収容された状態で、適
宜の作業具によって支持テーブル８ｌから除去され、そ
ののち熱処理管８２から取出される。

第２の　　　の　　および 加えて、第２図を参照しつつ、本発明にかかる縦型熱処
理炉の第２の実施例について、その構成および作用を詳
細に説明する。

第２の実施例は、ガス供給管２２およびガス排出管８５
が除去されかつ熱処理管８２の下端部に形成した排出孔
８２ｂ０をその側面にそって頂部まで延長された案内通
路８５１によって頂部近侍において炉芯管２０の内部空
間２ｌに対して開放されていることを除き、第１の実施
例と実質的に同一の構成を有している。

したがって、第２の実施例では、熱処理管８２の内部に
おいてウェーハ熱処理用治具８３に支持された半導体ウ
ェーハの熱処理に使用された熱処理ガスが排出孔８２ｂ
０および案内通路８５゜を介して炉思管２０の内部空間
２１に対して放出されたのち、ガス排出管２３を介して
炉芯管践の外部へ排出されることを除き、第１の実施例
と実質的に同一の作用をなしている。

このため、ここでは、説明を簡潔とするために、第１の
実施例に含まれた部材に対応する部材に対し同一の番号
を付すことにより、その他の構成および作用の詳細な説
明を省略する。

３の　　　の　　および 最後に、第３図を参照しつつ，本発明にかかる縦型熱処
理炉の第３の実施例について、その構成および作用を詳
細に説明する。

第３の実施例は、熱処理管８２４がその開口の摺合面を
ウェーハ熱処理用治具８３の下側基板８３Ａに対して接
触することにより転倒して載置（下側基板８３Ａとの接
触部を゛摺合部８２ｄ４”という）されておりかつ下側
基板８３Ａに対しガス供給管８４およびガス排出管８５
を挿通するための貫通孔８２ａ０および貫通孔８３ｂ゛
が形成されたことを除き、第１の実施例と実質的に同一
の構成を有している。

したがって、第３の実施例では、ウェーハ熱処理用治具
８３を熱処理管８２°に対して収容する作業を簡潔化で
きることを除き、第１の実施例と実質的に同一の作用を
有している。

このため、ここでは、説明を簡潔とするために、第１の
実施例に含まれた部材に対応する部材に対し同一の番号
を付すことにより、その他の構成および作用の詳細な説
明を省略する。

工夫胤皿公盟旦と 上述した第１ないし第３の実施例を参照すれば明らかな
ごとく、本発明にかかる縦型熱処理炉は、ウェーハ熱処
理用治具を熱処理管に収容した状態で炉芯管の内部空間
に対して挿入し、熱処理管の内部に対してガス供給手段
により熱処理ガスを供給し、かつ熱処理管の内部からガ
ス排出手段により使用済の熱処理ガスを排出しているの
で、（ｉｌ　ウェーハ熱処理用治具に支持された半導体
ウェーハを炉芯管の内部空間から隔離して熱処理でき、
ひいては（Ｌｉｔ炉芯管の開口端部および支持テーブル
などに予め蓄積された金属不純物によって半導体ウェー
ハが汚染されることを回避でき、結果的にｆｉｉｉｌ熱
処理済の半導体ウェーハを高純度化でき、加えて（ｉｖ
ｌ炉芯管あるいは支持テーブルの使用回数が増加しても
熱処理済の半導体ウェーハの品質が低下することを抑制
できる。

ユ且生廻よ 加えて、第１図を参照しつつ、本発明にかかる縦型熱処
理炉について、一層理解を深めるために、具体的な数値
などを挙げて説明する。

丈犯舅 炉芯管の内部空間の温度を１　１００℃に維持しかつ２
０ｍｌ／分の割合で水素ガスを供給しつつ、ウェーハ熱
処理用治具に支持された半導体ウェーハを３０分間だけ
熱処理した。

熱処理済の半導体ウェーハの表面における金属不純物に
よる汚染は、銅および鉄の双方に関し、ともに０．３Ｘ
１０”涸／ａｍ”以下であった。

比較舅 熱処理管を除去しかつガス供給管を介して水素ガスを供
給することなく、半導体ウェーハの熱処理を実行した。

熱処理済の半導体ウェーハの表面における金属不純物に
よる汚染は、銅に関し１１５Ｘ　１０”個／Ｃｍ”であ
り、かつ鉄に間し９Ｘ　１０”個／ｃｍ”であった。

例と　　例との　　評 実施例と比較例とを比較すれば明らかなように、本発明
によれば、熱処理に際し半導体ウェーハが金属不純物に
よって汚染されることを十分に抑制できた。

（３）発明の効果 上述より明らかなように、本発明にかかる縦型熱処理炉
は、支持テーブル上に載置されかつ半導体ウェーハを支
持したウェーハ熱処理用治具を炉芯管の内部空間に対し
て挿入し、熱処理ガスを供給しつつウェーハ熱処理用治
具に支持された半導体ウェーハの熱処理を実行したのち
、ウェーハ熱処理用治具を半導体ウェーハとともに炉芯
管の内部空間から取出してなる縦型熱処理炉であって、
ウェーハ熱処理用治具を収容するための熱処理管を備え
ており、炉芯管の外部から熱処理管の内部に対しガス供
給手段によって熱処理ガスを供給しかつ使用済の熱処理
ガスをガス排出手段によって熱処理管の内部から排出し
ているので、ｆｉｌ半導体ウェーハを炉芯管の内部空間
から隔離して熱処理できる効果 を有し、ひいては ｆｉｉｌ炉芯管の開口端部および支持テーブルなどに予
め蓄積された金属不純物に よって半導体ウェーハが汚染されるこ とを回避できる効果 を有し、結果的に （ｉｉｉｌ熱処理済の半導体ウェーハを高純度化できる
効果 を有し、加えて （ｉｖｌ炉芯管あるいは支持テーブルの使用回数が増加
しても、熱処理済の半導体 ウェーハの品質が低下することを抑制 できる効果 を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる縦型熱処理炉の第１の実施例を
示す断面図、第２図は本発明にかかる縦型熱処理炉の第
２の実施例を示す断面図、第３図は本発明にかかる縦型
熱処理炉の第３の実施例を示す断面図である。 ｌＯ・・・・・・・・・・・・・・・・・・縦型熱処理
炉２０・・・・・・・・・・・・・・・・・・炉芯管２
１・・・・・・・・・・・・・・・・内部空間２ＬＡ・
・・・・・・・・・・・開口端部２２・・・・・・・・
・・・・・・・・ガス供紬管２３・・・・・・・・・・
・・・・・ガス排出管３０・・・・・・・・・・・・・
・・・・・均熱管４０・・・・・・・・・・・・・・・
・・加熱部材５０・・・・・・・・・・・・・・・・・
断熱管５１・・・・・・・・・・・・・・・支持部６０
・・・・・・・・・・・・・・・・・・ハウジング６１
・・・・・・・・・・・・・・・・炉芯管支持部６２・
・・・・・・・・・・・・・・断熱管支持部６３・・・
・・・・・・・・・・・・・０リング７０・・・・・・
・・・・・・・・・・・炉蓋７ｌ・・・・・・・・・・
・・・・・・炉蓋本体７２・・・・・・・・・・・・・
・炉蓋保持部材７３・・・・・・・・・・・・・炉蓋移
動部材７４・・・・・・・・・・・・・・・・弾性部材
７５・・・・・・・・・・・・・・・・駆動シャフト７
６・・・・・・・・・・・・・・・案内シャフト７７・
・・・・・・・・・・・・・・・０リング８０・・・・
・・・・・・・・・・・・・熱処理管装置８ｌ・・・・
・・・・・・・・・・・・支持テーブル８１ａ・・・・
・・・・・・・熱反射板８２．　８２°・・・・・・・
・・・・熱処理管８２Ａ・・・・・・・・・・・・蓋体 ８２ａ，８２ｂ；８２ａ”　８２ｂ” ・・・・・・・・・・・貫通孔

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　支持テーブル上に載置されかつ半導体 ウェーハを支持したウェーハ熱処理用治具を炉芯管の内
   部空間に対して挿入し、熱処理ガスを供給しつつウェー
   ハ熱処理用治具に支持された半導体ウェーハの熱処理を
   実行したのち、ウェーハ熱処理用治具を半導体ウェーハ
   とともに炉芯管の内部空間から取出してなる縦型熱処理
   炉において、 （ａ）ウェーハ熱処理用治具を収容するた めの熱処理管と、 （ｂ）炉芯管の外部から炉蓋本体および支 持テーブルを貫通して熱処理管の内 部に対し熱処理ガスを供給するため のガス供給手段と、 （ｃ）熱処理管の内部から使用済の熱処理 ガスを排除するためのガス排出手段 を備えてなることを特徴とする縦型熱処理 炉。