JPH05190479A - 縦型熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 縦型熱処理装置に用いられる保温部の破裂事
故を防ぐ。 【構成】 反応容器１の下端開口部を塞ぐための蓋体４
を、保温部カバ−５と保温筒支持盤６とにより構成す
る。前記カバー５は下端が開口し、上端が有底の筒状に
作られている。このカバー５により囲まれる領域内に保
温筒７を配置し、この保温筒７を前記支持盤６により支
持する。保温筒７の底部及び支持盤６に夫々通気孔７
４、６１を形成し、保温筒７内を大気圧に維持する。保
温筒７はカバー５によって熱処理領域と気密に分離され
ているので保温筒７からのコンタミネーションはなく、
また保温筒７は大気圧に維持されるので破裂のおそれが
ない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、縦型熱処理装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハに対して酸化、拡散、ＣＶ
Ｄなどの熱処理を行う装置として、ウエハのロード、ア
ンロード時における反応容器内への空気の巻き込みが少
なくて自然酸化膜の成長を抑えることができる点で、従
来の横型炉に代って縦型炉が注目されてきている。

【０００３】従来の縦型の酸化、拡散炉の概略につい
て、図４を参照しながら説明すると、１は縦型の二重管
構造の反応容器であって、内管１ａ及び外管１ｂよりな
り、その下端外周面にはシリカ（ＳｉＯ_２）あるいはア
ルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）繊維よりなる断熱材１１が巻装さ
れている。この反応容器１の外周には、均熱管１２を介
して当該反応容器１を取り囲むようにヒ−タ１０が配設
されており、均熱管１２の下端には、アルミナ（Ａｌ_２
Ｏ_３）系の断熱材１３が設けられている。

【０００４】そして前記反応容器１内に、ウエハＷを多
数枚搭載したウエハボート２１を、ボートエレベータ２
２によって下端開口部よりロードして、蓋体２３により
前記開口部を密閉すると共に、図示しないガス導入管よ
りの処理ガスを内管１ａと外管１ｂの間に導入すると共
に、内管１ａの頂部の細孔１ｃを介して処理ガスを多数
枚のウエハＷへ供給し、図示しない排気管で内管１ａよ
り排気しながらウエハＷに対して所定の熱処理を行うも
のである。

【０００５】ここで反応容器１内の熱処理領域を外部か
ら熱的に遮断して保温するため、及び反応容器１下方側
を熱処理領域の熱から保護するためにウエハボート２１
と蓋体２３との間に保温筒２４が介在して設けられてい
る。この保温筒２４は、図４に示すようにコンタミネー
ションを避けるために石英よりなる筒状の容器２５を用
い、この容器２５内に断熱効果の高い綿状の石英ウール
２６を充填して構成されており、容器２５は、内部が減
圧状態とされた密閉構造となっている。

【０００６】保温筒２４をこのような構造とした理由
は、容器２５の表面が反応容器１内にさらされるので処
理ガスなどの付着により汚れ、このため定期的に洗浄す
る必要があるが、洗浄液が内部に入り込むと乾燥に長い
時間がかかるため密閉構造としており、また反応容器１
内は例えば千度前後に加熱されることから大気圧のまま
密閉すると空気の熱膨脹により破裂してしまうので所定
の真空度まで減圧する必要があるからである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら保温筒２
４は石英で作られていることから洗浄時あるいは運搬時
などにおける衝撃により、クラックが入るなど破損する
ことがある。ここでクラックが目視で認識できる場合に
は保温筒２４を交換すればよいが、クラックが非常に小
さくて目視で認識できない場合には、この状態で保温筒
２４を洗浄すると、内部に洗浄液が入り込み、これを反
応容器１内にて高温雰囲気にさらしたときに水蒸気の熱
膨脹により破裂事故を起こしてしまう。

【０００８】そしてこのような非常に小さいクラック
（マイクロクラック）や保温筒２４内の圧力変化を簡単
に検出できる適当な装置は現状では見当たらず、上述の
破裂事故を防止できないのが実情である。

【０００９】更にまた従来の縦型熱処理装置にあって
は、均熱管１２下部の断熱材としてアルミナ系のものが
使用されているが、アルミナ系の材質はアルミナの粉が
飛散しやすく、しかもこのアルミナの粉は半導体デバイ
スに対しては汚染物質であり、今後半導体デバイスのパ
タ−ンの微細化が進むにつれてデバイスの特性に悪影響
を与えることになる。また反応管１の下部の断熱材とし
て用いられているシリカ繊維についても繊維が飛散しや
すく、やはりパタ−ンの微細化に伴いパ−ティクルの発
生源になるという問題がある。

【００１０】本発明はこのような事情のもとになされて
ものであり、その目的は、被処理体に対してコンタミネ
−ションを抑えることのできる縦型熱処理装置を提供す
ることにあり、更には保温筒の破裂事故をなくし、安全
な運転を行うことのできる縦型熱処理装置を提供するこ
とにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、熱処理領域を
形成する縦型の反応容器内に、当該反応容器の下方側か
ら、被処理体収納部に収納された被処理体をロードし、
前記被処理体収納部の下方側に断熱材よりなる保温部を
介して設けられた蓋体によって、前記反応容器の下端開
口部を塞ぐ縦型熱処理装置において、前記保温部を熱処
理領域に対して気密に分離するための保温部カバーを設
け、前記保温部の配置される領域は、大気側に連通して
いることを特徴とする。

【００１２】前記保温カバーは、反応容器の下端開口部
を塞ぐための蓋体に保温部を覆うように設けてもよい
し、あるいは蓋体とは別途に保温部の上部に設けてもよ
い。

【００１３】また保温部としては種々の構造を採用する
ことができるが、例えば容器の中に石英ウールを収納し
たものや発泡石英よりなる例えばブロック体を用いるこ
とができる。

【００１４】更に蓋体を、下端が開口すると共に上端が
閉塞した筒状部と、この筒状部の下端周縁部に設けら
れ、反応容器の下端周縁部に気密に接合されるフランジ
部とから構成し、この蓋体により被処理体収納部の保持
台を兼用するようにしてもよい。この場合保温部を設け
ない構成とすることもできる。

【００１５】また他の発明では、熱処理領域を形成し、
均熱管により囲まれた縦型の反応容器内に、当該反応容
器の下方側から、被処理体収納部に収納された被処理体
をロ−ドする縦型熱処理装置において、前記均熱管の下
部に設けられた断熱材または前記反応容器の下部に当該
反応容器を囲むように設けられた断熱材のうち少なくと
も一方は発泡石英により構成されていることを特徴とし
ている。

【００１６】

【作用】被処理体を反応容器内にロードして蓋体により
反応容器の下端開口部を塞いだとき、保温部の断熱効果
により熱処理領域が所定の温度に維持される。そして保
温部は前記カバーにより熱処理領域と気密に分離されて
いるので、処理ガスなどにより汚れるおそれがなく従っ
て洗浄の必要がない。このため保温部は密閉しなくてよ
く、しかも大気と連通しているので内部ガスの熱膨脹に
よる破裂のおそれはない。また蓋体が保持台を兼用する
場合には、別途保持台を設ける必要がない。更にまた均
熱管の下部の断熱材または反応管の下部の断熱材の少な
くとも一方を発泡石英により構成しているのでパ−ティ
クルの発生が押さえられ、不純物汚染のおそれもない。

【００１７】

【実施例】図１は本発明を拡散炉に適用した実施例を示
す図であり、被処理体であるウエハが反応容器内にロー
ドされた状態を示している。熱処理領域を形成する反応
容器１は、各々略鉛直方向に沿って配置された内管１ａ
及び外管１ｂよりなる二重管構造に作られると共に、下
端のフランジ部１４を介して図示しないベースプレート
に固定されている。また内管１ａの頂部には、多数のガ
ス流路である細孔１ｃが形成されており、さらに外管１
ｂの側壁にはガス導入管３が連結されている。そして、
内管１ａには排気管３１が接続されており、所定の圧力
で排気が行われるように構成されている。

【００１８】前記反応容器１の下端開口部をウエハのロ
ード時に気密に塞ぐための蓋体４は、保温部カバ−５と
支持盤６とにより構成される。前記保温部カバ−５は、
下端が開口し、上端が閉塞した例えば石英よりなる筒状
部５０と、この筒状部５０の下端周縁部に形成されたフ
ランジ部５１とよりなり、このフランジ部５１の上面が
反応容器１のフランジ部１４の下面と密合することによ
り反応容器１の下端開口部を気密に塞ぐと共に、後述の
保温筒を反応容器１内の熱処理領域に対して気密に分離
する役割をもつ。

【００１９】またこの保温部カバ−５の上部には、被処
理体収納部としてのウエハボート２１が載置されてお
り、保温部カバ−５の上面に周方向に沿って設けられた
突出部５２とウエハボート２１の脚部２１ａとが係合す
ることによりウエハボート２１が脱落しないようになっ
ている。従ってこの例では、蓋体４は、ウエハボート２
１を保持する保持台を兼用している。

【００２０】前記支持盤６は、前記保温部カバ−５の下
端開口部を塞ぐように当該カバー５の下面に取り付けら
れていて、前記フランジ部５１の外周縁に係合してお
り、ボートエレベータ２２によって保持されている。

【００２１】前記保温部カバ−５で囲まれた領域内に
は、保温部としての保温筒７が配置されており、この保
温筒７は、下面周縁に脚部７１を備えていて、当該脚部
７１を介して前記支持盤６により支持されている。前記
保温筒７は、例えば石英よりなる筒状の容器７２内に断
熱効果の高い断熱材としての綿状の石英ウール７３が充
填されて構成されている。そして前記容器７２の底面及
び支持盤６の中央部には、夫々通気孔７４、６１が形成
されており、容器７２の内部空間は前記通気孔７４、６
１を介して大気側に連通して大気圧に維持されるように
なっている。

【００２２】次に上述実施例の作用について述べる。先
ずボートエレベータ２２を反応容器１の下方側に位置さ
せておいてウエハボート２１に未処理のウエハＷを例え
ば９９枚載置した後、ウエハボート２１を蓋体４により
（詳しくは保温部カバ−５のフランジ部５１により）反
応容器１の下端開口部を塞ぐ位置（図１に示す位置）ま
で上昇させ、ウエハＷを反応容器１内にロードする。次
いで図示しないヒータにより反応容器１内が所定の温度
に達した後、ガス導入管３から細孔１ｃを経て内管１ａ
内に処理ガスを導入すると共に図示しない排気管により
排気しながら反応容器１内を所定の圧力に維持して、ウ
エハＷに対して例えば拡散処理を行う。ここで反応容器
１内とその下方側とは大きな温度差があるが、保温筒７
による断熱効果のため熱処理領域は所定の均一な温度に
維持されると共に、反応容器１の下方側の温度上昇が抑
えられる。

【００２３】そして保温筒７内は可成り高い温度になる
が、上述のように通気孔７４、６１を介して外部に連通
しているので大気圧に維持され、内部のガスの熱膨脹に
よる破裂は起こり得ない。また保温筒７は保温部カバ−
５により熱処理領域とは気密に分離されているので、保
温筒７内から放出されるガスは熱処理領域に入り込むこ
とがないし、逆に反応容器１内の処理ガスが保温筒７に
接触することもない。従って保温筒７は従来のように処
理ガスによって汚染されないので洗浄する必要がない。

【００２４】以上において本発明は、拡散炉に適用する
ことに限定されるものではなく、酸化、ＣＶＤ、エッチ
ングなどの熱処理を行う熱処理装置に適用することがで
き、またウエハボート２１が鉛直軸のまわりに回転する
構造の装置に適用してもよい。ウエハボート２１を回転
させる構造に適用する場合、例えば保温部カバ−５の上
面に差動排気シ−ル機構部を伴う回転軸部や磁気シール
部を伴う回転軸部を設けると共に、保温筒７の下部側に
回転機構を設け、この回転機構により保温筒７及び回転
軸部を介してウエハボートを回転させるといった構造と
すればよい。

【００２５】更に保温部カバ−５は、保温部を熱処理領
域から気密に分離する役割を果たせばよいので、図２に
示すように、円盤状に成形して保温筒７の上部に配置
し、内管１ｂの内周縁に環状に設けた突起部１５に保温
部カバ−５の周縁が密接して保温部カバ−５の上方側と
下方側とを気密に分離するようにしてもよい。

【００２６】図３は本発明の他の実施例を示す図であ
り、この実施例では保温部カバ−５で囲まれた領域内に
は、発泡石英で作られたブロック体よりなる保温部８が
配置されており、この保温部８は下面周縁に脚部８１を
備えていて当該脚部８１を介して支持盤６に支持されて
いる。前記発泡石英は、例えば合成石英を溶融させ（溶
融点１７００〜１８００℃）て発泡させ、これを冷却し
てなる多孔質石英である。

【００２７】また前記反応容器１の下部には、当該反応
容器１を囲むように発泡石英よりなる断熱材９１が設け
られており、この断熱材９１によって反応容器１の下部
外周面からの放熱を抑え、反応容器１と後述の均熱管９
２との間隙の対流を防止している。そして反応容器１の
外側には、断熱層１０ａの内面に電熱線１０ｂを巻装し
てなるヒ−タ１０が設けられ、このヒ−タ１０と反応容
器１との間には例えばＳｉＣよりなる均熱管９２が配設
されている。この均熱管９２の下部には発泡石英よりな
る断熱材９３が設けられ、この断熱材９３はベ−スプレ
−ト９４に固定されている。

【００２８】このような実施例によれば、発泡石英は内
部に気泡を含むため断熱効果が大きい上、非常に軽量で
あるため、反応容器１内にロ−ドされる部分を軽量化す
ることができる。また石英ウ−ルを用いる場合のように
容器を用いなくて済むので構造が簡単であり、しかも発
泡石英は低コストであるため保温部８の製作上有利であ
る。この保温部８について発泡石英を用いるにあたって
は、例えば発泡石英のブロック体の上にアルミナの板を
組み合わせるなど種々の構造を採用することができる。

【００２９】そして発泡石英は一体成型されているので
パ−ティクルの発生が少なく、従って反応管１や均熱管
９２の断熱材９１、９３を発泡石英により構成すること
によりパ−ティクルの発生が抑えられ、また不純物汚染
のおそれもない。なお本発明では、断熱材９１、９３の
うち少なくとも一方が発泡石英により構成されていれば
よい。

【００３０】以上において保温部については、容器７２
内に石英ウール７３を充填する構造や発泡石英よりなる
ブロック構造とする代わりに、石英板をブラスト加工し
たものを用いてもよいし、また保温部が熱処理領域と気
密に分離されているので汚染源になることがなく、従っ
て石英以外の断熱材により保温部を構成してもよい。具
体的には、保温部は、アルミナなどの断熱ブロックや、
あるいはその断熱ブロックを石英のブラスト構造体の上
に載置したものなど種々の構成を採用することができ
る。

【００３１】以上において従来では、ウエハボートをヒ
ータにより加熱される均熱領域に位置させるために、熱
処理温度がそれ程高くない場合にも蓋体とウエハボート
との間に保持台を兼用する保温筒を一律に用いていた
が、例えば図１の実施例のように蓋体によりウエハボー
トの保持台を兼用させれば、保温筒が不要になるので、
構造が簡単になる。このような構造とした場合、熱処理
領域の温度が例えば５００℃と低い場合には保温筒など
の保温部は必ずしも必要とするものではない。又、反応
容器は二重構造に限らず単管構造にも応用することがで
きるのは勿論である。なお被処理体としては半導体ウエ
ハに限らずガラス基板などであってもよい。

【００３２】

【発明の効果】請求項１、２の発明によれば、保温部カ
バーにより保温部を熱処理領域に対して気密に分離して
いるため、保温部は処理ガスなどにより汚れることがな
いので洗浄する必要がなくなり、従って保温部を密閉構
造としなくてよいので従来のような破裂の危険がない
し、熱処理時に被処理体に対するコンタミネ−ションの
おそれもない。しかも保温部自体が熱処理における汚染
源とならないことから、石英以外の材質を用いることが
できるし、構造にも制限がなくなるので、設計上の自由
度が大きい。この結果本発明は安全に運転することがで
き、更に設計上においても有利である。

【００３３】請求項３の発明によれば、容器内に石英ウ
ールを収納した構造であるため、断熱効果が非常に大き
く、しかも保温部が配置されている領域は、大気と連通
しているので容器内を密閉構造とすることなく大気に連
通した構造とすることができ、この結果大きな断熱効果
と安全性とを同時に確保することができ、非常に実用的
である。

【００３４】請求項４の発明によれば、保温部を発泡石
英で構成しているため、複雑な構造としなくとも大きな
断熱効果が得られる上、装置を軽量化できる。

【００３５】請求項５の発明によれば、蓋体により被処
理体収納部の保持台を兼用した構造としているので、格
別に保持台を介在させて被処理体収納部をヒータの加熱
領域に持ち上げなくてもよいので、構造が簡単になる。

【００３６】請求項６の発明によれば、均熱管または反
応容器の下部の断熱材の少なくとも一方を発泡石英によ
り構成しているため、パ−ティクルの発生、不純物汚染
を抑えることができ、被処理体に対するコンタミネ−シ
ョンを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す断面図である。

【図２】本発明の他の実施例を示す断面図である。

【図３】本発明の更に他の実施例を示す断面図である。

【図４】従来装置の一例を示す断面図である。

【図５】従来装置の一部を拡大して示す断面図である。

【符号の説明】

１ 反応容器 ２１ ウエハボート ２３、４ 蓋体 ５ 保温筒カバー ６ 保温筒支持盤 ２４、７ 保温筒 ２５、７２ 容器 ２６、７３ 石英ウール ８ 保温部 ９２ 均熱管 ９１、９３ 断熱材

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱処理領域を形成する縦型の反応容器内
   に、当該反応容器の下方側から、被処理体収納部に収納
   された被処理体をロードし、前記被処理体収納部の下方
   側に断熱材よりなる保温部を介して設けられた蓋体によ
   って、前記反応容器の下端開口部を塞ぐ縦型熱処理装置
   において、 前記保温部を熱処理領域に対して気密に分離するための
   保温部カバーを設け、 前記保温部の配置される領域は、大気側に連通している
   ことを特徴とする縦型熱処理装置。
2. 【請求項２】 熱処理領域を形成する縦型の反応容器内
   に、当該反応容器の下方側から、被処理体収納部に収納
   された被処理体をロードし、前記被処理体収納部の下方
   側に断熱材よりなる保温部を介して設けられた蓋体によ
   って、前記反応容器の下端開口部を塞ぐ縦型熱処理装置
   において、 保温部を熱処理領域に対して気密に分離するように覆う
   保温部カバーを蓋体に設け、 前記保温部の配置される領域は、大気側に連通している
   ことを特徴とする縦型熱処理装置。
3. 【請求項３】 保温部は、容器の中に石英ウールを収納
   してなり、 前記容器の内部は、大気側に連通していることを特徴と
   する請求項２記載の縦型熱処理装置。
4. 【請求項４】 保温部は発泡石英により構成されること
   を特徴とする請求項２記載の縦型熱処理装置。
5. 【請求項５】 熱処理領域を形成する縦型の反応容器内
   に、当該反応容器の下方側から、被処理体収納部に収納
   された被処理体をロードし、蓋体によって、前記反応容
   器の下端開口部を塞ぐ縦型熱処理装置において、 前記蓋体を、下端が開口すると共に上端が閉塞した筒状
   部と、この筒状部の下端周縁部に設けられ、前記反応容
   器の下端周縁部に気密に接合されるフランジ部とから構
   成し、 前記蓋体の筒状部は、上面に被処理体収納部を保持する
   ための保持台を兼用することを特徴とする縦型熱処理装
   置。
6. 【請求項６】 熱処理領域を形成し、均熱管により囲ま
   れた縦型の反応容器内に、当該反応容器の下方側から、
   被処理体収納部に収納された被処理体をロ−ドする縦型
   熱処理装置において、 前記均熱管の下部に設けられた断熱材または前記反応容
   器の下部に当該反応容器を囲むように設けられた断熱材
   のうち少なくとも一方は発泡石英により構成されている
   ことを特徴とする縦型熱処理装置。