JPH05218007A - 基板熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱処理後において、炉芯管を加熱手段に対し
て変位させること無く、所定温度まで早期に下降できる
ようにして、安全かつ良好に単位時間当りの処理能力を
向上する。 【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、炉芯管１とヒーター
ユニット６との間に位置してヒーターユニット６からの
熱を遮断する遮断筒１３を、熱遮断位置と、そこから外
れた非熱遮断位置とに変位可能に設け、遮断筒１３が熱
遮断位置にある状態で炉芯管１とヒーターユニット６と
の間に冷却用ガスを流して炉芯管１および内部の基板Ｗ
…を冷却する。

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
ようにした基板熱処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の基板熱処理装置では、熱処理後
において炉芯管内から基板を取り出すときに、例えば、
酸化処理の場合に、高温状態で基板を取り出そうとする
と、基板に熱歪みを生じる問題があり、また、ゲート酸
化膜のように薄膜を形成する場合に、高温状態で基板を
取り出すと大気中の空気を巻き込んで自然酸化膜を発生
し、品質が低下する問題がある。また、Ａｌシンター等
の金属シンター処理の場合に、やはり金属の酸化を防ぐ
ため高温状態から常温に近い低温状態になるまで、炉芯
管内を不活性ガス雰囲気に維持する必要があり、基板を
取り出すことができない。ポリシリコンＣＶＤ等におい
ても酸化を防ぐため同様の不都合がある。このため、単
位時間当りの処理能力を向上するうえで、熱処理後にお
いて、基板の温度を高速で下降させる必要がある。さら
に、金属ハンター等では、配線の欠陥（金属スパイク、
シリコンノジュール）を防ぐため、同様に高温状態から
高速で温度を下降させる必要がある。そこで、従来で
は、特開昭６３−８１９２０号公報に開示されるよう
に、炉芯管を加熱手段に対して相対的に昇降させ、熱処
理後に、炉芯管を加熱手段による加熱位置から外部に引
き出し、加熱手段からの余熱による影響を阻止して、自
然空冷によって比較的低温になるまで冷却するように構
成されたものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例の場合に、自然空冷によるものであるために、冷却
による温度の下降が遅く、所定の低温状態になるまでに
時間がかかって単位時間当りの処理能力を向上できない
欠点があった。

【０００４】また、炉芯管が加熱手段の外部に引き出さ
れたときに、その引き出し直後の炉芯管の温度が、 800
℃あるいは1000℃以上と極めて高いため、その炉芯管の
近辺の機械部品やモータを加熱してしまい、動作上のト
ラブルを発生したり故障を生じたりする欠点があった。

【０００５】更に、炉芯管を可動とする場合に、プロセ
スガスの供給管や排気管も可動のため、管接続箇所にお
いて損傷を生じやすくなり、プロセスガスの種類によっ
ては、有害ガスが外部に漏洩して危険な事態を招く虞が
あり、また、外気が炉芯管内に侵入して不測に自然酸化
膜が形成されるなど基板の汚染を生じる虞があった。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、請求項１に係る発明の基板熱処理装置は、熱処理後
において、炉芯管を加熱手段に対して変位させること無
く、所定温度まで早期に下降できるようにして、安全か
つ良好に単位時間当りの処理能力を向上できるようにす
ることを目的とし、また、請求項２に係る発明の基板熱
処理装置は、所定温度までの下降速度をより一層高める
ことができるようにすることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明の基
板熱処理装置は、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熱処理装置に
おいて、炉芯管と加熱手段との間に位置して加熱手段か
らの熱を遮断する遮断筒を、熱遮断位置と、そこから外
れた非熱遮断位置とに変位可能に設け、遮断筒が熱遮断
位置にある状態で炉芯管と加熱手段との間に冷却用ガス
を流す冷却ガス供給手段を付設する。

【０００７】また、請求項２に係る発明の基板熱処理装
置は、上述のような目的を達成するために、請求項１に
記載の遮断筒を水冷構造で構成する。

【０００８】

【作用】請求項１に係る発明の基板熱処理装置の構成に
よれば、通常の熱処理時には、遮断筒を非熱遮断位置に
位置させておき、熱処理後において、遮断筒を非熱遮断
位置から熱遮断位置に変位させ、加熱手段からの余熱に
よる影響を阻止し、更に、その状態で炉芯管と加熱手段
との間に冷却用ガスを流して炉芯管を冷却し、基板の温
度を下降させることができる。

【０００９】また、請求項２に係る発明の基板熱処理装
置の構成によれば、上述した遮断筒が熱遮断位置にある
状態で、遮断筒内に冷却水を流して遮断筒自体を冷却
し、冷却用ガスによる冷却構成との協働によって炉芯管
を冷却し、基板の温度の下降をいっそう促進することが
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、筒状体４の炉芯管１の開口２側とは反対側にガス導
入孔４０が形成されており、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側にガス導入管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の開口２の近くに、炉芯管１内に
連通するように排気管７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８で蓋した状態でプロセスガスやパー
ジガスをガス導入管５から流すときに、排気管７からこ
のようなガスを排出していくように構成されている。排
気管７には、図示しない排気手段が連通接続されてい
る。

【００１５】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複数の支柱、この実施
例では例えば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３ｂ側には、支柱９…に断熱板１０…
を取り付けた断熱支持部材１１が設けられている。

【００１６】図中１２は昇降支持アームを示し、この昇
降支持アーム１２を駆動昇降することによって炉口キャ
ップ８を保持し、その炉口キャップ８上に支持された基
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。

【００１７】炉芯管１の下方側には遮断筒１３が設けら
れ、この遮断筒１３の支持アーム１４が、電動モータ１
５によって駆動回転されるネジ軸１６とガイドロッド１
７（図３参照）を介して駆動昇降可能に設けられ、図１
に示す非熱遮断位置と、図２の全体概略縦断面図に示す
ように、ヒーターユニット６の内周面と炉芯管１の外周
面との間に入り込んだ熱遮断位置とに変位できるように
構成されている。

【００１８】遮断筒１３は、図３の斜視図に示すよう
に、一箇所に筒軸芯方向全長にわたるスリット１８を備
えた中空状の筒体で構成されている。遮断筒１３のスリ
ット１８に対して周方向に 120°づつの離間した位置そ
れぞれに、上端から下端に近い位置まで切欠き１９が形
成されている。これらのスリット１８と切欠き１９，１
９とによって、図４の断面図に示すように、炉芯管１を
支持するリブ２０を通し、かつ、スリット１８によっ
て、ガス導入孔５、排気管７および昇降支持アーム１２
を通し、炉芯管１の全体をヒーターユニット６から遮断
する位置まで上昇できるようになっている。

【００１９】遮断筒１３の内面は、黒アルマイトなどの
輻射熱吸収材でコーティング処理され、炉芯管１および
基板Ｗ…からの熱を効率良く吸収できるように構成され
ている。

【００２０】また、遮断筒１３は、その内部にパイプ２
１が埋め込まれるとともに、スリット１８の下端に近い
箇所で給水部２２と排水部２３とが付設され、給水部２
２と水タンク２４とがポンプ２５を介装した給水管２６
を介して接続され、一方、排水部２３と水タンク２４と
が冷却器２７を介装した排水管２８を介して接続され、
前述した熱遮断位置にある状態で冷却水の供給により遮
断筒１３自体を冷却するように水冷ジャケット等によっ
て構成される水冷構造を有している。

【００２１】また、遮断筒１３の下部側の位置に、通気
ダクト２９が付設されるとともに、この通気ダクト２９
に切欠き１９部分を迂回してＵ字パイプ３０が接続さ
れ、そして、通気ダクト２９に四方弁３１を介して吸気
ファン３２が接続されている。

【００２２】炉芯管１およびヒーターユニット６を覆う
ケーシング３３の上部に通気口３４が形成されるととも
に、その通気口３４と四方弁３１とが、ダンパー形式の
開閉弁３５を介装したダクト配管３６を介して接続され
ている。

【００２３】通気ダクト２９の幅は、図５の要部の拡大
断面図に示すように、炉芯管１の外周面とヒーターユニ
ット６の内周面との間に密接して嵌入するように構成さ
れ、かつ、通気ダクト２９の上面に、遮断筒１３を挟ん
で通気孔３７…が分散して形成されている。そして、上
述した通気ダクト２９、Ｕ字パイプ３０、四方弁３１、
吸気ファン３２、通気口３４、開閉弁３５、ダクト配管
３６および通気孔３７…が、炉芯管１の外周面とヒータ
ーユニット６の内周面との間に外気を流すための冷却ガ
ス供給手段を構成する。

【００２４】以上の構成により、遮断筒１３を非熱遮断
位置に位置させた状態で、ヒーターユニット６に通電し
て基板Ｗ…に対して所定の熱処理を行い、基板Ｗ…に対
する加熱による処理を終了した後、遮断筒１３を熱遮断
位置に上昇した状態で、冷却水を供給して遮断筒１３を
冷却するとともに、上記冷却ガス供給手段によって炉芯
管１の外周面とヒーターユニット６の内周面との間に外
気を冷却用ガスとして流し、ヒーターユニット６からの
余熱による影響を遮断しながら、炉芯管１を冷却できる
ようになっている。このとき、四方弁３１を所定の時間
間隔で切換えることにより、冷却用の空気を上下方向に
反転して流し、より一層効率良く炉芯管１を冷却できる
ようになっている。

【００２５】本発明は、上述実施例に示したような、炉
芯管１の管軸芯方向を上下方向に向けた縦型の基板熱処
理装置に限らず、図６および図７に示すような炉芯管１
の管軸芯方向を水平方向に向けた横型の基板熱処理装置
にも適用できる。

【００２６】図６および図７において、図１ないし図５
それぞれにおいて使用した符号と同一の符号は、上記で
説明したものと同一の機能および作用をなす同一部材で
あり、その説明を省略する。

【００２７】上記縦型の実施例においては、炉芯管１は
リブ２０によって支持され、したがって遮断筒１３が熱
遮断位置にある状態において、このリブ２０を通すため
の切り欠き１９，１９が遮断筒１３に形成されていた
が、この横型の実施例では、炉芯管１は炉芯管シーリン
グ支持部１００および炉芯管支持部１０１によって支持
され、遮断筒１３には切り欠きは形成されない。

【００２８】なお、図６において、１０２は基板ボート
３を保持するためのセラミックス製のサポート、１０３
はサポート１０２を水平方向に駆動移動することによっ
てサポート１０２に保持された基板ボート３を炉芯管１
に挿脱するためのサポート駆動部である。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る発
明の基板熱処理装置によれば、熱処理後において、遮断
筒により加熱手段からの余熱による影響を阻止した状態
で炉芯管と加熱手段との間に冷却用ガスを流して炉芯管
を強制的に冷却するから、基板の温度を所定の低温状態
まで早期に下降させることができ、単位時間当りの処理
能力を向上できるし、さらに金属シンターの配線の欠陥
も防止できる。

【００３０】また、炉芯管を変位させないから、炉芯管
を加熱手段の外部にまで引き出す従来例の場合のよう
に、周辺機器に対する加熱を回避でき、周辺機器の動作
上のトラブル発生や故障を回避できる。

【００３１】更に、プロセスガスの供給管や排気管を変
位させないから、変位に起因する管接続箇所の損傷を回
避でき、有害ガスの漏洩を防止して安全性を向上できる
とともに、外気の侵入による不測の自然酸化膜の形成な
どといった基板の汚染を回避して品質を高めることがで
きる。

【００３２】また、請求項２に係る発明の基板熱処理装
置によれば、遮断筒内に冷却水を流して遮断筒自体を冷
却するから、基板の温度を所定の低温状態までより早期
に下降させることができ、単位時間当りの処理能力を一
層向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る基板縦型熱処理装置の実施例を非
熱遮断状態で示す全体概略縦断面図である。

【図２】熱遮断状態で示す全体概略縦断面図である。

【図３】遮断筒の斜視図である。

【図４】図２のＡ−Ａ線断面図である。

【図５】要部の拡大断面図である。

【図６】本発明に係る基板横型熱処理装置の実施例を非
熱遮断状態で示す全体概略縦断面図である。

【図７】図６に係る実施例における遮断筒の斜視図であ
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 １３…遮断筒 Ｗ…基板

Claims (2)

【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
   板熱処理装置において、 前記炉芯管と前記加熱手段との間に位置して前記加熱手
   段からの熱を遮断する遮断筒を、熱遮断位置と、そこか
   ら外れた非熱遮断位置とに変位可能に設け、前記遮断筒
   が熱遮断位置にある状態で前記炉芯管と前記加熱手段と
   の間に冷却用ガスを流す冷却ガス供給手段を付設したこ
   とを特徴とする基板熱処理装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の遮断筒を水冷構造とし
   た基板熱処理装置。