JPH05190477A - 基板用熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 炉芯管内の温度を、熱処理に必要な温度にま
で短時間で上昇できるようにする。 【構成】 内部にガスを導入するようにした炉芯管１の
周囲にヒーターユニット６を設け、そのヒーターユニッ
ト６と炉芯管１との間に、ヒーターユニット６により加
熱される透明の石英製の燃焼室７を設け、燃焼用ガスを
燃焼室７に分散供給する小孔を多数備えたガス分散管９
を燃焼室７内に設けるとともに、ガス分散管９に燃焼用
ガスを供給する第１のガス供給管１０を接続し、燃焼用
ガスの燃焼に伴う大量の発熱により、炉芯管１内の基板
Ｗ…を高速で加熱する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板やセラミッ
クス基板といった各種の基板に対して、酸化、アニーリ
ング、ＣＶＤ（化学気相成長）、あるいは、拡散などの
各種の熱処理を行うために、内部にガスを導入するよう
にした炉芯管の周囲に加熱手段を設けて基板を加熱する
ようにした基板用熱処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の基板用熱処理装置は、従来一般
に、次のように構成されている。図５は、従来例の基板
用熱処理装置を示す全体概略縦断面図であり、炉芯管０
１の管軸芯方向の下端側に開口０２が形成され、多数の
基板Ｗを保持した基板ボート０３を挿脱するように構成
されている。

【０００３】炉芯管０１内に中空筒状の筒状体０４が設
けられ、その筒状体０４の外周面と炉芯管０１の内周面
との間に環状のガス供給路Ｒが形成されるとともに、炉
芯管０１の開口０２側にガス導入孔０５が設けられ、パ
ージガスとしてのＮ₂ ガスやＡｒガスや反応用のプロセ
スガスを炉芯管０１内に導入するように構成されてい
る。

【０００４】炉芯管０１の周囲には、基板Ｗを加熱する
加熱手段としてのヒーターユニット０６が設けられてい
る。炉芯管０１の外周面とヒーターユニット０６との間
に、環状の冷却用ガス流路Ｒ１が形成されるとともに、
その冷却用ガス流路Ｒ１に空気供給管０７を介して送気
ファン０８が接続され、熱処理の終了後に、空気を供給
して炉芯管０１を冷却し、基板Ｗ…の温度を下降するよ
うになっている。

【０００５】基板ボート０３の下部が、支柱０９…に断
熱板０１０…を取り付けた断熱支持部材０１１が設けら
れている。

【０００６】図中、０１２は昇降支持アームを示し、こ
の昇降支持アーム０１２を駆動昇降することによって炉
口キャップ０１３を保持し、その炉口キャップ０１３上
に支持された断熱支持部材０１１および基板ボート０３
を昇降して炉芯管１に挿脱するように構成されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述従
来例の場合に、ヒーターユニット０６のヒーターが抵抗
加熱タイプであり、電源電圧や利用できるヒーター線の
関係から、大きな電力を投入しづらく、ヒーターユニッ
ト０６に通電して加熱を開始しても、炉芯管０１内の温
度を急激に上昇することが難しく、その昇温速度は50℃
／min 程度であり、熱処理に必要な温度にまで上昇する
のに時間がかかり、単位時間当りの処理能力を向上する
うえで限界があった。

【０００８】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、炉芯管内の温度を、熱処理に必要な温
度にまで短時間で上昇できるようにすることを目的とす
る。

【課題を解決するための手段】本発明は、上述のような
目的を達成するために、内部にガスを導入するようにし
た炉芯管の周囲に加熱手段を設けて基板を加熱するよう
にした基板用熱処理装置において、炉芯管の周囲に設け
られた透明材料製で加熱手段により加熱される燃焼室
と、その燃焼室内に設けられて燃焼用ガスを燃焼室に分
散供給する小孔を多数備えたガス分散管と、ガス分散管
に燃焼用ガスを供給するガス供給管とから成る補助加熱
手段を備えて構成する。

【０００９】

【作用】本発明の基板用熱処理装置の構成によれば、燃
焼用ガスをガス分散管を通じて燃焼室に供給し、加熱手
段による燃焼室の加熱によって燃焼用ガスに着火し、そ
の燃焼に伴う大量の発熱により燃焼室の温度を高速で上
昇し、その輻射熱によって炉芯管内の基板を加熱するこ
とができる。

【００１０】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。

【００１１】図１は、基板用熱処理装置の実施例の全体
概略縦断面図であり、管軸芯方向が上下方向を向くよう
に赤外線透過性を有する石英材料によって形成された炉
芯管１が設けられ、その炉芯管１の管軸芯方向下端側に
開口２が設けられ、この開口２を通じて、多数の基板Ｗ
…を保持した基板ボート３を挿脱できるように構成され
ている。

【００１２】炉芯管１内に中空筒状の筒状体４が設けら
れ、その筒状体４の外周面と炉芯管１の内周面との間に
環状のガス供給路Ｒが形成されるとともに、炉芯管１の
開口２側にガス導入孔５が設けられ、図示しないパージ
ガスの供給手段とプロセスガス供給手段とが選択的に連
通接続可能に接続され、パージガスとしてのＮ₂ ガスや
Ａｒガスや反応用のプロセスガスを炉芯管１内に導入す
るように構成されている。

【００１３】炉芯管１の周囲には、管軸芯方向に短い第
１のヒータ６ａと長い第２のヒータ６ｂと短い第３のヒ
ータ６ｃとから成る基板Ｗを加熱する加熱手段としての
ヒーターユニット６が設けられている。

【００１４】炉芯管１の外周面とヒーターユニット６と
の間に、図２の要部の拡大断面図、および、図３の横断
面図それぞれに示すように、赤外線透過性を有する透明
で石英材料製の環状の燃焼室７が設けられるとともに、
その燃焼室７内に、燃焼用ガスを分散供給する小孔８を
多数備えたセラミックス製のガス分散管９…が周方向に
所定間隔を隔てて設けられている。

【００１５】ガス分散管９…それぞれの上端側に、燃焼
用ガスとしての純水素ガスを供給する第１のガス供給管
１０が接続されるとともに、その第１のガス供給管１０
に流量調節弁１１が付設されている。

【００１６】また、燃焼室７の上端側に、空気を供給す
る第２のガス供給管１２が接続されるとともに、その第
２のガス供給管１２に送気ファン１３が接続されてい
る。

【００１７】前記燃焼室７の内周面と炉芯管１の外周面
との間に環状の排ガス流路Ｒ２が形成され、燃焼室７の
下端側と排ガス流路Ｒ２が接続されるとともに、排ガス
流路Ｒ２の上部側に排ガス口１４が設けられている。

【００１８】炉芯管１の開口２の近くに、炉芯管１内に
連通するように排気管１５が設けられ、基板Ｗ…を保持
した基板ボート３を炉芯管１内に挿入するとともに、開
口２を炉口キャップ１６で蓋した状態でプロセスガスを
ガス導入孔５から流すときに、排気管１５から排出して
いくように構成されている。排気管１５には、図示しな
い排気手段が連通接続されている。

【００１９】基板ボート３は、周方向に間隔を隔てて設
けた基板支持用の石英製で透明の３本の支柱３ｃ…の長
手方向両端側それぞれに石英製の板体３ａ，３ｂを一体
的に設けて構成されている。支柱３ｃ…それぞれには、
長手方向に微小ピッチで基板挿入溝（図示せず）が形成
され、基板Ｗの外周縁所要部を挿入して三点で保持でき
るように構成されている。下方の板体３ａ側には、支柱
１７…に断熱板１８…を取り付けた断熱支持部材１９が
設けられている。

【００２０】図中２０は昇降支持アームを示し、この昇
降支持アーム２０を駆動昇降することによって炉口キャ
ップ１６を保持し、その炉口キャップ１６上に支持され
た断熱支持部材１９と基板ボート３を昇降して炉芯管１
に挿脱するように構成されている。

【００２１】以上の構成により、炉芯管１内の基板Ｗを
加熱するときに、先ず、ヒーターユニット６に通電し、
所定時間経過後に、第１および第２のガス供給管１０，
１２を通じて純水素ガスをガス分散管９に供給するとと
もに燃焼室７に空気を供給し、燃焼室７の加熱に伴って
着火して大量の発熱を生じさせ、その輻射熱によって基
板Ｗ…を加熱し、熱処理に必要な温度に高速で上昇する
ようになっている。また、燃焼排ガスを排ガス流路Ｒ２
に流して炉芯管１を対流により加熱してより一層高速で
基板Ｗ…の温度を上昇できるようになっている。熱処理
に必要な温度に到達した後には、第１および第２のガス
供給管１０，１２からの純水素ガスおよび空気の供給を
停止してヒーターユニット６のみによる加熱状態に切換
える。

【００２２】また、熱処理後に炉芯管１内の温度を低下
するときには、ヒーターユニット６の通電を停止すると
ともに第２のガス供給管１２から空気を供給し、燃焼室
７から排ガス流路Ｒ２に空気のみを流すことにより、炉
芯管１の外表面を冷却して極力高速で基板Ｗ…の温度を
下降できるようになっている。

【００２３】上記基板Ｗ…の温度の経時的変化について
説明すれば、図４のグラフに示すように、ヒーターユニ
ット６に通電するに伴い、基板Ｗ…および燃焼室７それ
ぞれの温度が50℃／min で上昇し、その温度が 450℃に
達するに伴って燃焼用ガスが着火し、その大量の発熱に
伴って 100℃／min で上昇し、熱処理に必要な温度1100
℃に到達する。そのときに純水素ガスおよび空気の供給
を停止してヒーターユニット６のみによる加熱状態に切
換え、温度1100℃に維持する。熱処理後には、燃焼室７
から排ガス流路Ｒ２に空気のみを流して冷却し、35℃／
min で基板Ｗ…の温度を下降するのである。

【００２４】一方、ヒーターユニット６のみによって基
板Ｗ…を加熱した場合には、二点鎖線Ｌで示すように、
熱処理に必要な温度1100℃に到達するまでに時間ｔ（６
分30秒）の遅れを生じることとなり、本発明によって処
理能力を向上できることが明らかである。

【００２５】前記燃焼室７とガス分散管９と第２のガス
供給管１０とから成る構成をして補助加熱手段と称す
る。

【００２６】上記実施例では、燃焼用ガスとして純水素
ガスを供給するようにしているが、例えば、プロパンガ
スなど各種の可燃性ガスを使用でき、また、燃焼室７に
空気を供給しているが、純酸素ガスを供給しても良く、
更には、第２のガス供給管１２を設けずに、第１のガス
供給管１０に供給する前に、純水素ガスと空気とを予じ
め混合し、それを燃焼用ガスとして供給するようにして
も良い。

【００２７】なお、排気管１５と第１のガス供給管１０
とを接続し、還元処理を行うために炉芯管１内に純水素
ガスを供給する場合に、余剰の純水素ガスを燃焼用ガス
として利用するようにしても良い。また、第２の供給管
１２から純酸素ガスを供給する場合には、その排ガスの
一部を炉芯管１内に供給してウェット酸化を行うように
しても良い。

【００２８】本発明は、上述実施例に示したように、炉
芯管１の管軸芯方向を上下方向に向けた縦型タイプの基
板用熱処理装置に限らず、炉芯管１の管軸芯方向を水平
方向に向けた横型タイプの基板用熱処理装置にも適用で
きる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の基板用熱
処理装置によれば、加熱手段によって、燃焼用ガスを着
火するに足る温度にまで燃焼室を加熱しさえすれば、燃
焼用ガスを燃焼して大量の発熱により燃焼室の温度を高
速で上昇し、その輻射熱によって炉芯管内の基板を加熱
するから、炉芯管内の温度を、熱処理に必要な温度にま
で短時間で上昇できて単位時間当りの処理能力を向上で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る基板用縦型熱処理装置の実施例の
全体概略縦断面図である。

【図２】要部の拡大断面図である。

【図３】横断面図である。

【図４】基板の温度の経時的な変化を示すグラフであ
る。

【図５】従来例の基板用熱処理装置の全体概略縦断面図
である。

【符号の説明】

１…炉芯管 ６…加熱手段としてのヒーターユニット ７…燃焼室 ８…小孔 ９…ガス分散管 １０…第１のガス供給管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部にガスを導入するようにした炉芯管
   の周囲に加熱手段を設けて基板を加熱するようにした基
   板用熱処理装置において、 前記炉芯管の周囲に設けられた透明材料製で前記加熱手
   段により加熱される燃焼室と、 前記燃焼室内に設けられて燃焼用ガスを前記燃焼室に分
   散供給する小孔を多数備えたガス分散管と、 前記ガス分散管に燃焼用ガスを供給するガス供給管とか
   ら成る補助加熱手段を備えたことを特徴とする基板用熱
   処理装置。