JPH05243365A

JPH05243365A - 基板熱処理装置

Info

Publication number: JPH05243365A
Application number: JP7871892A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Muraoka; 祐介村岡
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1992-02-27
Filing date: 1992-02-27
Publication date: 1993-09-21
Anticipated expiration: 2013-03-11
Also published as: JP2726354B2

Abstract

(57)【要約】【目的】炉芯管を移動させずに基板を冷却するとき
に、炉芯管内への大気成分の侵入を防止する。【構成】管軸芯方向の一端側に基板Ｗを保持した基板
ボート３を挿入する開口２を有するとともに内部にガス
を導入するようにした炉芯管１の周囲に、基板Ｗを加熱
するヒーターユニット６を設け、そのヒーターユニット
６よりも開口２側周囲で基板Ｗを冷却するように構成
し、基板ボート３を保持する支柱２７と蓋体２３とを、
挿通孔２８を介して相対移動可能に設け、蓋体２３によ
って開口２を閉じた状態で、基板ボート３を、ヒーター
ユニット６による加熱位置からその下方の冷却位置に変
位できるように構成する。

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、管軸芯方向の一端側に基板
を保持した基板ボートを挿入する開口を有するとともに
内部にガスを導入するようにした炉芯管と、その炉芯管
の周囲に設けて基板を加熱する加熱手段と、その加熱手
段よりも炉芯管の管軸芯方向の開口側周囲に設けて基板
を冷却する冷却手段と、基板ボートを保持して炉芯管の
管軸芯方向に移送する移送手段と、開口を閉塞する蓋体
とを備えた基板熱処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の従来の基板熱処理装置として
は、実開昭６１−９２０５０号公報に記載されているも
のが知られている。この従来例によれば、図１１の全体
概略縦断面図に示すように、炉芯管（プロセスチュー
ブ）０１の上下方向上方側にプロセスガス導入用のガス
供給口０２が、下方側にバスケットステージ０３に固定
したバスケット０４に保持した基板（半導体ウエハ）０
５…を出し入れするための開口（炉口）０６がそれぞれ
形成されている。

【０００３】また、炉芯管０１のガス供給口０２側に、
周囲に高温室用のヒータ０７を備えた高温室０８が設け
られている。一方、開口０６側に、低温室用のヒータ０
９を備えるとともに冷却用の空気を供給する冷却手段
（図示せず）を備えた低温室０１０が設けられている。

【０００４】以上の構成により、熱処理後において炉芯
管０１内から基板０５…を取り出すようなときに、炉芯
管０１を移動させずに、バスケットステージ０３を下降
して、基板０５…を低温室０１０内に位置させ、その状
態で冷却用の空気を供給し、所定の温度まで早期に下降
するように構成されている。

【０００５】なお、熱処理後において炉芯管０１内から
基板０５…を取り出す前に基板０５…を所定の温度まで
早期に下降するのは次の理由による。すなわち、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。

【０００６】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、金属シンター等では、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。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来例
の場合に、低温室０１０内で基板０５…を冷却するため
に下方に移動する途中や低温室０１０での冷却中に、開
口（炉口）０６が開放されており、その開口（炉口）０
６を通じて大気成分が炉芯管０１内に侵入し、不測に自
然酸化膜が形成されるなどプロセスの汚染を生じて品質
が低下する問題があった。

【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、炉芯管を移動させずに基板を冷却する
ときに、炉芯管内への大気成分の侵入を防止できるよう
にすることを目的とする。

【０００９】

【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、
管軸芯方向の一端側に基板を保持した基板ボートを挿入
する開口を有するとともに内部にガスを導入するように
した炉芯管と、その炉芯管の周囲に設けて基板を加熱す
る加熱手段と、その加熱手段よりも炉芯管の管軸芯方向
の開口側周囲に設けて基板を冷却する冷却手段と、基板
ボートを保持して炉芯管の管軸芯方向に移送する移送手
段と、開口を閉塞する蓋体とを備えた基板熱処理装置に
おいて、移送手段を、基板ボートを保持する支柱とそれ
を駆動変位する駆動機構とから構成し、蓋体に、支柱を
挿通して相対移動可能な挿通孔を形成するとともに、蓋
体を開き位置と閉じ位置とに変位する蓋体移送手段を設
け、蓋体が閉じ位置にある状態で移送手段によって基板
ボートを加熱手段による加熱位置と冷却手段による冷却
位置とにわたって変位可能に構成する。

【００１０】また、請求項２に係る発明の基板熱処理装
置では、前記冷却手段を、輻射熱吸収用の第１の冷却手
段と、冷却空気供給用の第２の冷却手段とによって構成
する。

【００１１】

【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、蓋体移送手段によって蓋
体を閉じ位置に位置させるとともに、駆動機構によっ
て、基板ボートを加熱手段による加熱位置に変位させ、
熱処理後においては、蓋体を閉じ位置に維持させた状態
で、駆動機構によって基板ボートのみを冷却手段による
冷却位置に変位させ、蓋体によって開口を閉じた状態の
炉芯管内で基板を冷却することができる。

【００１２】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、従来の冷却室の構成と異なり、冷却
速度を向上させることができる。

【００１３】

【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。

【００１４】＜第１実施例＞図１は、基板熱処理装置の
第１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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】炉芯管１のヒーターユニット６と開口２と
の間の周囲には、冷却水供給用のパイプ７を埋め込んだ
水冷ジャケット８が設けられ、その給水部９と水タンク
１０とが、ポンプ１１を介装した給水管１２を介して接
続され、一方、排水部１３と水タンク１０とが、冷却器
１４を介装した排水管１５を介して接続され、冷却水の
供給によって炉芯管１および基板Ｗ…を冷却するように
第１の冷却手段が構成されている。

【００１８】水冷ジャケット８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。

【００１９】また、水冷ジャケット８の上方に連ねて、
ヒーターユニット６を覆うようにケーシング１６が設け
られるとともに、そのケーシング１６の内周面が断熱材
１７で被覆され、ケーシング１６の上部に排気口１８が
付設されるとともに、水冷ジャケット８の下方側に冷却
用の空気を供給する給気口１９が付設され、その給気口
１９に、吸気ファン２０を介装した給気管２１が接続さ
れ、冷却用空気の供給によって炉芯管１および基板Ｗ…
を冷却するように第２の冷却手段が構成されている。図
示しないが、ヒーターユニット６の上方側および下方側
それぞれに対応する位置に、ケーシング１６から一体的
に、ヒーターユニット６の上下を支持するヒーター支持
部材が設けられている。

【００２０】前記第１の冷却手段と第２の冷却手段とか
ら成る構成をして、請求項１でいうところの冷却手段と
称する。請求項１に係る発明としては、第１の冷却手段
と第２の冷却手段のいずれか一方のみを備えるものでも
良い。

【００２１】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２２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を蓋体２３で閉塞した状態でプロセスガスやパージ
ガスをガス導入孔５から流すときに、排気管２２から排
出していくように構成されている。排気管２２には、図
示しない排気手段が連通接続されている。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】下方の板体３ａ側には、支柱２４…に断熱
板２５…を取り付けた断熱支持部材２６が設けられてい
る。更に、断熱支持部材２６の下方に支柱２７…が一体
的に延設されるとともに、その支柱２７…が、蓋体２３
に形成された挿通孔２８…に相対移動可能に挿通されて
いる。

【００２５】支柱２７…の下端が支持材２９に一体的に
取り付けられ、その支持材２９が、蓋体２３に一体的に
取り付けられた支持ブラケット３０に回転可能に取り付
けられた第１のネジ軸３１とガイドロッド（図示せず）
とに取り付けられるとともに、支持ブラケット３０に設
けられた電動モータ３２が第１のネジ軸３１に連動連結
され、基板ボート３を蓋体２３と相対的に駆動昇降でき
るように移送手段が構成されている。第１のネジ軸３１
と、電動モータ３２と、第１のネジ軸３１に支持材２９
を取り付ける構成とから成るものをして駆動機構と称す
る。

【００２６】支持ブラケット３０に昇降支持アーム３３
が一体的に取り付けられ、その昇降支持アーム３３が、
第２のネジ軸３４とガイドロッド（図示せず）とに取り
付けられるとともに、第２のネジ軸３４に第２の電動モ
ータ３５が連動連結され、支持ブラケット３０と一体的
に蓋体２３を駆動昇降できるように蓋体移送手段が構成
されている。

【００２７】以上の構成により、支柱２７…を支持ブラ
ケット３０の最下方位置まで下降するとともに、支持ブ
ラケット３０を第２のネジ軸３４の最下方位置まで下降
することによって、基板ボート３を炉芯管１外に位置さ
せた状態にできる。

【００２８】そして、支持ブラケット３０を上昇するこ
とによって、蓋体２３によって開口２を閉塞し、しかる
後に、支柱２７…を支持ブラケット３０の最上方位置ま
で上昇することにより、基板ボート３をヒーターユニッ
ト６による加熱位置に位置させて熱処理を行うことがで
きる。

【００２９】熱処理を終了した後には、ヒーターユニッ
ト６への通電を停止するとともに支柱２７…のみを支持
ブラケット３０の最下方位置まで下降することにより、
図２の全体概略縦断面図に示すように、蓋体２３によっ
て開口２を閉塞した状態で、基板ボート３を、第１およ
び第２の冷却手段による冷却位置に位置させ、冷却水お
よび冷却用空気それぞれを供給することによって、炉芯
管１および基板Ｗ…を高速で冷却することができる。

【００３０】従来のものは、高温室に対する冷却が考慮
されていないために、そこから低温室への熱伝達があっ
た。また、低温室はヒータの熱容量が大きく、冷却用の
空気しか送ることができなかった。すなわち、高速冷却
というよりは、低温室は高温室から炉外にゆっくりアン
ロードする（取り出す）際の熱ストレスの低減のための
いわばバッファ的な中間的温度に保たれることを主目的
としていたにすぎなかった。これに比べると、本発明で
は冷却速度が大幅に向上できたのである。

【００３１】図３は、支柱２７…と蓋体２３との間での
シール構造の第１変形例を示す要部の一部省略断面図で
あり、蓋体２３から下方に、挿通孔２８…それぞれを囲
む状態で、基板ボート３を前述した加熱位置から冷却位
置に変位するに足る長さの有底筒状の筒体３６が連接さ
れ、各筒体３６…それぞれ内に支柱２７が嵌入されると
ともに、下端に第１のマグネット３７が取り付けられて
いる。

【００３２】一方、支持材２９に筒体３６…を相対移動
可能に挿通する筒体挿通孔３８が形成されるとともに、
筒体挿通孔３８の内周面に、前記第１のマグネット３７
との磁力により基板ボート３を支持する第２のマグネッ
ト３９が付設され、蓋体２３の挿通孔２８…に対して確
実にシールするように構成されている。

【００３３】図４は、支柱２７…と蓋体２３との間での
シール構造の第２変形例を示す要部の断面図であり、蓋
体２３の挿通孔２８…それぞれの内周面に、第３のマグ
ネット４０と、その磁力によって保持される磁性流体油
４１とが設けられ、蓋体２３の挿通孔２８…に対して良
好にシールするように構成されている。

【００３４】図５は、支柱２７…と蓋体２３との間での
シール構造の第３変形例を示す要部の断面図であり、蓋
体２３の挿通孔２８…それぞれの内周面に、上下方向二
段にＯーリング４２，４２が設けられ、蓋体２３の挿通
孔２８…に対して良好にシールするように構成されてい
る。上記Ｏーリングに代えてロッドシールを用いても良
い。

【００３５】＜第２実施例＞図６は、基板熱処理装置の
第２実施例の要部の断面図であり、ヒーターユニット６
の下方と水冷ジャケット８との間に、ケーシング１６の
下端部に、耐熱性材料で形成されるとともに炉芯管１の
外径よりもやや大きい円形開口を有する第１の環状部材
４３が取り付けられ、その第１の環状部材４３の下方
に、耐熱性材料で形成されるとともに炉芯管１の外径よ
りもやや大きい円形開口を有する第２の環状部材４４が
取り付けられ、かつ、第１および第２の環状部材４３，
４４の内周面と炉芯管１の外周面との間に、断熱性のセ
ラミックスファイバクロス４５が介装され、ヒーターユ
ニット６側と水冷ジャケット８側とをシールするように
構成されている。

【００３６】第１の環状部材４３には、図７の（ａ）の
平面図、および、図７の（ｂ）の要部の斜視図それぞれ
に示すように、その円形開口側に周方向に間隔を隔てて
８個の開口４６…が形成され、また、第２の環状部材４
４には、前述第１の環状部材４３におけるよりも径方向
外方側の位置において、周方向に間隔を隔てて８個の開
口４７…が形成されるとともに、その開口４７…それぞ
れの径方向内方側に連ねて凹部４８が形成され、両開口
４６…、４７…が凹部４８を介して接続されている。

【００３７】第１の環状部材４３の上面の開口４６…よ
りも径方向外方側に、周方向に間隔を隔てて、ヒーター
ユニット６の下部を支持するヒーター支持部材４９…が
突設されている。

【００３８】第２の環状部材４４の開口４７…それぞれ
に、上下方向に揺動可能に、耐熱性材料で形成されたチ
ェッキダンパ５０が設けられ、冷却用の空気を供給する
ときには、その供給圧で開きながら、冷却用の空気を供
給しないときには自重で閉じ、ヒーターユニット６側か
らの熱風が水冷ジャケット８側に逃げないように構成さ
れている。

【００３９】＜第３実施例＞図８は、基板熱処理装置の
第３実施例の全体概略縦断面図であり、第１実施例と異
なるところは次の通りである。

【００４０】すなわち、炉芯管１の管軸芯方向を水平方
向に向けた横型タイプで構成されており、基板ボート３
が、２本のセラミックス製の蓋体２３の挿通孔２８に相
対水平移動可能なサポート５２（通常２本で構成され
る）によって保持されている。５３，５３は炉芯管支持
部材を示している。この図８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。

【００４１】＜第４実施例＞図９は、基板熱処理装置の
第４実施例の要部の一部省略断面図、図１０は要部の側
断面図であり、第３実施例の構成に第２実施例に相当す
る構成を付加したものであり、第２実施例と異なるとこ
ろは次の通りである。

【００４２】第１および第２の環状部材４３，４４それ
ぞれに、上下方向中間位置を外して上下それぞれに偏ら
せて６個の開口４６ａ…，４７ａ…および凹部４８ａ…
が形成され、そして、開口４７ａ…それぞれにおいて、
上側の軸芯周りで揺動可能にチェッキダンパ５０が取り
付けられるとともに、下部に、チェッキダンパ５０が閉
じ位置から水冷ジャケット８側に揺動することを阻止す
るストッパー５４が設けられ、冷却用の空気を供給する
ときには、その供給圧で開きながら、冷却用の空気を供
給しないときには自重で閉じ、ヒーターユニット６側か
らの熱風が水冷ジャケット８側に逃げないように構成さ
れている。この図９および図１０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。

【００４３】

【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、熱処理後における基板の
冷却を、蓋体で閉じた状態の炉芯管内で行うから、大気
成分の侵入による不測の自然酸化膜の形成などといった
プロセスの汚染を回避して品質を向上することができ
る。

【００４４】また、請求項２に係る発明の基板熱処理装
置によれば、冷却速度不足による、例えば、アルミ配線
の欠陥等も回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る基板熱処理装置の第１実施例を加
熱位置にある状態で示す全体概略縦断面図である。

【図２】冷却位置にある状態で示す全体概略縦断面図で
ある。

【図３】支柱と蓋体との間でのシール構造の第１変形例
を示す要部の一部省略断面図である。

【図４】支柱と蓋体との間でのシール構造の第２変形例
を示す要部の断面図である。

【図５】支柱と蓋体との間でのシール構造の第３変形例
を示す要部の断面図である。

【図６】本発明に係る基板熱処理装置の第２実施例の要
部の断面図である。

【図７】（ａ）は平面図、（ｂ）は要部の斜視図であ
る。

【図８】本発明に係る基板熱処理装置の第３実施例の全
体概略縦断面図である。

【図９】本発明に係る基板熱処理装置の第４実施例の要
部の一部省略断面図である。

【図１０】要部の側断面図である。

【図１１】基板熱処理装置の従来例を示す全体概略縦断
面図である。

【符号の説明】

１…炉芯管２…開口３…基板ボート６…加熱手段としてのヒーターユニット２３…蓋体２７…支柱２８…挿通孔Ｗ…基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/22 Ｂ 9278−4Ｍ 21/31 Ｆ 8518−4Ｍ 21/324 Ｄ 8617−4Ｍ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】管軸芯方向の一端側に基板を保持した基
板ボートを挿入する開口を有するとともに内部にガスを
導入するようにした炉芯管と、前記炉芯管の周囲に設けて前記基板を加熱する加熱手段
と、その加熱手段よりも前記炉芯管の管軸芯方向の前記開口
側周囲に設けて前記基板を冷却する冷却手段と、前記基板ボートを保持して前記炉芯管の管軸芯方向に移
送する移送手段と、前記開口を閉塞する蓋体とを備えた基板熱処理装置にお
いて、前記移送手段を、前記基板ボートを保持する支柱とそれ
を駆動変位する駆動機構とから構成し、前記蓋体に、前記支柱を挿通して相対移動可能な挿通孔
を形成するとともに、前記蓋体を開き位置と閉じ位置と
に変位する蓋体移送手段を設け、前記蓋体が閉じ位置に
ある状態で前記移送手段によって前記基板ボートを加熱
手段による加熱位置と冷却手段による冷却位置とにわた
って変位可能に構成したことを特徴とする基板熱処理装
置。
【請求項２】請求項１の冷却手段が、輻射熱吸収用の
第１の冷却手段と、冷却空気供給用の第２の冷却手段と
によって構成したものである基板熱処理装置。