JPH0614480Y2 - 半導体熱処理装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本考案は、半導体熱処理炉内に反応ガスその他の処理ガ
スを流しながら、該処理炉内に収納された半導体ウエハ
を加熱し、酸化拡散その他の熱処理を行う半導体熱処理
装置に係り、更に詳細には炉外にまで延設する炉芯管の
所定部位に気密シール部を設けた半導体熱処理装置の改
良に関する。

「従来の技術」 従来より例えば第５図に示すように、炉芯管１周囲に発
熱体２を囲繞して形成される熱処理区域内に、ボート３
上に戴設させた半導体ウエハ群４を収納し、該熱処理区
域10内に処理ガスを流しながら炉芯管１を介して前記半
導体ウエハ群４を加熱する事により、ウエハ表面に酸化
拡散その他の熱処理を行うように構成した半導体熱処理
装置は公知であり、この種の装置において前記半導体ウ
エハ群４を収納する炉芯管１の両端側を熱処理区域10外
に延設させ、その一端側にボート３を搬出入させる開口
部11を又他端側に尾管12を夫々形成するとともに、前記
開口部11側にはキャップ５及び排気管６を、又尾管12側
にはガス供給管７を夫々取付け、前記尾管12側より処理
ガスが前記熱処理区域10内に供給可能に構成している。

そしてかかる炉芯管１と前記キャップ５やガス供給管７
同士をシールする為の構造として、従来より前記キャッ
プ５や供給管７を炉芯管１と同材質の石英ガラス材で形
成するとともに、互いに嵌合可能な凹凸構造とし、該石
英ガラス材同士のスリ合わせによる面接触によるシール
構造を採用していたが、このようなシール構造ではその
スリ合わせ面を形成する際に精密な機械加工を必要とす
るのみならず、熱処理工程終了毎に行われるフッ酸洗浄
等により前記スリ合わせ面が浸食されてその機械精度が
変化する為に、経時的に安定してシール性能を維持する
事が困難であった。

一方、近年の半導体熱処理工程の複雑化に伴ない、前記
炉芯管１内に導出入される処理ガスには毒性、発火性、
腐食性を有する危険性ガスが多く用いられてきており、
この為、前記ガスの漏洩に基づく各種事故を防止する為
に、前記嵌合部の気密性の維持が一層重視されつつあ
り、かかる装置には前記のようなスリ合わせによるシー
ル構造を採用しにくく、この為前記両部材の嵌合部の一
側にフッ素樹脂やシリコーン等の耐熱性を有する樹脂製
Ｏリングを取付け、該Ｏリングを介して炉芯管１とキャ
ップ５部やガス供給管７同士を嵌合させる事により安定
したシール性能を気密性の一層の向上を図ったものが用
いられている。

「考案が解決しようとする課題」 しかしながらかかるシール構造においても、前記熱処理
区域10内の温度は例えば熱酸化工程においては900〜120
0℃と極めて高温であり、而も該半導体ウエハの大口径
化と大処理枚数化が進むに連れその熱容量が大きくなっ
ている為に、前記熱処理区域10内の高温が炉外のＯリン
グ取付部位にまで容易に伝搬し、Ｏリングを形成するフ
ッ素樹脂やシリコーン樹脂の耐熱温度である200℃〜300
℃以上に加温されてしまう事が多々あり、この為前記Ｏ
リングを用いるシール構造であっても、Ｏリング自体の
熱変形と熱劣化によりシール性能が急速に低下し頻繁に
Ｏリングを交換する必要があるのみならず、該Ｏリング
の熱固着により前記キャップ５や炉芯管１等の分解が困
難になる場合がある。

一方、前記構成の半導体熱処理装置においては、前記ガ
ス導入側の炉心管１内に半導体ウエハ群４と対面させ
て、いわゆるバッファ板と呼ばれる円板状のガス流緩衝
部材を配し、炉芯管１内に導入された処理ガスを一旦前
記緩衝部材８に衝突させて分散させながら、該緩衝部材
８と炉芯管１の内壁間を通って前記熱処理区域10内に処
理ガスが供給されるよう構成し、これにより処理ガスの
通過に伴なう前記熱処理区域10内の温度変動の防止と、
ウエハの各表面への処理ガスの均等供給を図るように構
成したものが存在し、特に近年においては前記加熱域の
下流側にも緩衝部材８を配し、前記熱処理区域10内の一
層の温度分布の均一化とウエハ群の前方又は後方位置に
おける処理ガスの乱れを防止しつつガス流れ方向におけ
るガス流分布の均等化を図ったものが提案されている。

そしてこれらの緩衝部材８は単独で炉芯管１内に設置さ
せるものや、ウエハ収納位置を挟んでボート３両端部に
一体的に組付け又は固着させるものが存在するが、いず
れも化学的安定性と耐熱性を保証する為に、石英ガラス
材で形成したものが多い。

しかしながら石英ガラス材は一般に透明である為に、前
記熱処理区域10よりの放射熱がそのまま通過し、熱処理
区域10内の熱が逃げてしまう為に、該区域10内の一層の
温度分布の均一化を図る事が困難であるとともに、前記
熱処理区域10よりの放射熱がそのまま通過し、Ｏリング
を設けた気密シール部位まで達してしまい、前記欠点の
解消に何等つながらない。

この為前記緩衝部材８をSiC材で形成する事も可能であ
るが、SiC材は逆に有色である為に、前記熱処理区域10
の熱が吸熱され、その分消費電力の増大につながるとと
もに、前記吸熱により緩衝部材８より二次放熱が行わ
れ、該二次放熱によりやはり前記気密シール部位が加熱
されてしまう。

本考案はかかる従来技術の欠点に鑑み、前記熱処理区域
内の保温効果と均熱化の一層の向上とともに、消費電力
の低減を図った半導体熱処理装置を提供する事を目的と
する。

又本考案の他の目的とする所は、炉芯管の両端側のよう
に半導体熱処理区域から外れた個所に設けた気密シール
部位への熱伝搬を極力低減させ、これにより該シール部
位に設けたＯリングその他のシール部材の熱変形や熱劣
化を防止し、長期に亙って安定した気密シール性能を維
持し得る半導体熱処理装置を提供する事にある。

更に本考案の他の目的とする所は前記遮熱が熱処理区域
内に流されるガスの流れを乱す事なく気密シール性能を
維持し得る半導体熱処理装置を提供する事にある。

「課題を解決しようとする手段」 先ず、半導体ウエハ群４の熱処理を行う熱処理区域10か
ら、例えば炉芯管１両端側に位置する気密シール部位11
a，12aへの熱伝搬のメカニズムとして、炉芯管１内雰囲
気の対流によるもの、処理ガス中の熱伝達、炉芯管１壁
面上の熱伝導、加熱処理域10高温部からの放射熱等によ
るものが考えられるが、加熱処理中は前記処理ガスが炉
芯管１内軸方向に向け継続して流れている事から前記滞
留に起因する熱伝搬の影響は少なく、又前記気密シール
部位11a，12aが処理ガス流れ方向上流側に位置する場合
には処理ガス中の熱伝達の影響も少ない。又炉芯管１に
ついても熱伝導性の乏しい石英ガラス材で形成されてい
る為に、やはり炉芯管１壁面上の熱伝導の影響も少な
い。

従って気密シール部位11a，12aへの熱伝搬、最も影響が
あると考えられるのは、加熱処理域10からの放射熱で、
通常炉芯管１内部では加熱処理域10中央部付近が最も高
温であり、ここからの放射熱を遮断すればＯリング9a，
9bの加熱を防止することが出来る事が理解される。

そこで前記半導体ウエハ群４の熱処理を行う熱処理区域
10と気密シール部位11a，12a間に、放射熱を遮断する遮
熱板を配する事により前記問題点が解決されるが、炉芯
管１内に不用意に遮熱板を配する事は炉心管１内を流れ
るガス流に乱れが生じ、半導体ウエハの円滑な加熱処理
を行う上で好ましくない。

そこで本考案は、炉芯管１内に供給されたガス流の流れ
方向等の調整を行う、前記ガス流緩衝部材8A…を有効に
利用して前記ガス流の乱れが生じる事なく前記放射熱の
気密シール部位11a，12a側への伝搬防止とともに、前記
熱処理区域10の一層の均熱化を図ったものである。

即ち請求項1)に記載された本考案は、 前記熱処理区域10内に収納された半導体ウエハ群４の
外側の任意の個所にほぼ透明材料で形成された石英ガラ
ス製のガス流緩衝部材8A…を配した事を第１の特徴とす
る。

即ち、前記ガス流緩衝部材8A…ほぼ透明の石英ガラス材
で且つ熱処理区域10と実質的に対面可能に配置したが故
に後記項の作用を円滑に営む事が可能である。

尚、前記ガス流緩衝部材8A…は板状又は円筒状等その形
状に特に限定されないが、前記部材内部に熱線散乱手段
を設ける場合には板状部材で形成するのが好ましい。又
該緩衝部材8A…の配置数においても単数又は一対のみで
はなく、必要に応じて片側に複数枚又半導体ウエハ群４
を挟んでその両側に複数枚設ける事も可能である。

又、前記ガス流緩衝部材8A…の配設位置は熱処理区域10
よりの放射熱の散乱が容易な位置、具体的には前記熱処
理区域10より僅かに外側付近に設けるのがよく、この場
合前記半導体ウエハ群４を挟む如く一対又は複数対のガ
ス流緩衝部材8A…を配する事により加熱域の均熱化も一
層達成される。

前記緩衝部材8A…の前記熱処理区域よりの放射熱が通
過する面内に微小気泡8aの集合体をもうけるとともに、
その表面を例えばサンドブラスト加工により微小凹凸面
8b状に形成する。

尚、公知の石英ガラス材で形成した緩衝部材8A…におい
ても、１cm³当り100前後の微小気泡8aは存在するが、こ
の程度の気泡数では後記実施例に示すように前記熱線散
乱手段8a，8bとしての効果を得る事は出来ず、該具体的
には１０〜１００μｍの直径の微小気泡を１cm³当り600
0個以上含有させるのがよい。

一方請求項2)に記載された考案は、半導体熱処理装置
が、熱処理区域10から外れた個所に気密シール部位11
a，12aを有する装置に適用されるもので、 ほぼ透明材料で形成されたガス流緩衝部材8A…を、熱処
理区域10内に収納された半導体ウエハ群４と気密シール
部位11a，12a間の任意個所に、熱線散乱手段8a，8bを設
けたガス流緩衝部材8A…を配した点，を特徴とするもの
である。

「作用」 本考案によれば、前記緩衝部材8A…を、熱線散乱手段8
a，8bを有する透明材料で形成しつつ、更に好ましくは
該緩衝部材8A…を熱処理区域10に対面させた為に、熱処
理区域10よりの放射熱が前記緩衝部材8A…を通過途中に
その面内及び面上に設けた熱線散乱手段8a，8bにより散
乱され且つ熱処理区域10側に反射される為に、熱処理区
域10側の熱が外部に逃げる事なく且つ遮熱される為に、
前記熱処理区域内の保温効果と均熱効果を得る。

又同様に本技術手段によれば、該緩衝部材8A…は前記し
たようにほぼ透明である為に、Sic材のように前記熱処
理区域10よりの放射熱が吸熱されて該緩衝部材8A…より
二次放熱が行われる事もない為に、前記熱処理区域内の
保温効果と均熱化が一層向上するとともに、消費電力の
低減を図る事が出来る。

一方、請求項2)に記載した考案によれば、半導体ウエハ
群４と気密シール部位11a，12a間の任意個所に前記構成
のガス流緩衝部材8A…を配した為に、その外側に位置す
る気密シール部位11a，12aへの熱伝搬を極力低減させる
事が出来、これにより該シール部位11a，12aに設けたＯ
リング9a，9bその他のシール部材の熱変形や熱劣化を防
止し、長期に亙って安定した気密シール性能を維持し得
る。

そして特に本考案は第３図（ａ）（ｂ）に示すように10
〜100μｍの気泡8aを１cm³当り約6000〜約8000個含む緩
衝板8Aの両面又は片面に微小凹凸面8bを形成したため
に、微小凹凸面8bの散乱角と気泡8aによる散乱角が異な
る為に、両者が複合して夫々単体の場合に比較して一層
顕著に放射熱が通過しずらくなり、前記作用が一層円滑
に達成される。

「実施例」 以下、図面を参照して本考案の好適な実施例を例示的に
詳しく説明する。ただしこの実施例に記載されている構
成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特
定的な記載がない限りは、この考案の範囲をそれのみに
限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

第１図は本考案の実施例に係る半導体熱拡散装置の概略
図で、前記したように水平方向に延設する炉芯管１の略
中央部周囲に発熱体２を囲繞して熱処理区域10を形成す
るとともに、該熱処理区域10外に延設する開口部11側に
Ｏリング9a，9bを介してキャップ５を、又尾管12側にも
Ｏリング9a，9bを介してガス供給管７を夫々取付け、尾
管12側より熱処理区域10内に処理ガスが供給可能に構成
している。

前記熱処理区域10内にウエハを収納するボート３は石英
ガラス材で形成され、その形状は第２図に示すように、
長手方向に平行に延設する２本の石英ガラス棒30a，30b
の対面する側に多数のウエハ溝30cを同一ピッチ間隔で
刻設して形成されるウエハ収納部30と、その長手方向両
端側に形成されるボート搬送部位31，32からなる。

そして前記ウエハ収納部30は熱処理区域10内のほぼ均熱
域と同等又は僅かに小なる程度の長さをもって形成し、
又その両端側のボート搬送部位31，32は、少なくともそ
の両端部が前記熱処理区域10よりはみ出す程度の長さを
もって形成する。

そしてウエハ直径より僅かに大なる直径を有する石英ガ
ラス製の透明円板に後記する熱線散乱手段8a，8bを形成
した緩衝板8Aを用意し、該緩衝板8Aを、前記熱処理区域
10より僅かに大なる距離を有するボート搬送部位31，32
上の所定個所に、支持棒33を介して溶着させる。

この場合前記緩衝板8Aはウエハと対面可能にほぼ直立さ
せて配置するが、必要に応じて前後に傾斜させて溶着す
る場合もある。

そしてかかるボート３は所定の搬送手段を利用して開口
部11より炉芯管１内に装入して前記ウエハ収納部30が熱
処理区域10内のほぼ中央位置に位置するように配置する
事により、前記緩衝板8Aが熱処理域の入口側と出口側付
近に位置する事になり、前記熱処理域が実質的に一対の
緩衝板8Aにより挟まれる事となる。

次にかかる実施例を用いて本発明の効果を確認する為
に、直径が10〜100μｍの気泡8aの数を種々変化させた
各一対の緩衝板8Aを複数組用意し、該緩衝板8Aを順次交
換して形成される前記ボート３を用いて、同一条件下で
半導体ウエハの熱拡散を行いながら、各拡散工程におけ
る、キャップ５部及びガス供給部のＯリング9a，9bの劣
化状況を調べた。その結果を下記に示す。

この結果、前記気泡8aが１cm³当り100以下の従来の緩衝
板8Aの場合（表１、試料８）は熱処理工程終了後におい
てキャップ５部及びガス供給部いずれのＯリング9a，9b
の劣化度合が大であり、これらの気密シール部位11a，1
2aより漏洩が生じていた。

次に積極的に気泡8aを内包している緩衝板8Aの場合は表
１、試料１〜７より明らかな如く、１cm³当りの気泡8a
の数を多くするに連れ、Ｏリング9a，9bの劣化度合が低
減し、前記気泡8aが１cm³当り6000個以上あれば実用上
差し支えない程度に放射熱を遮熱出来ることが分かっ
た。

これは、炉内の高温部からの放射熱が、透明の緩衝板8A
内を通過する際に気泡8a表面で散乱させられる為に、通
過が妨げられるものと考えられるが、気泡8aの数や大き
さが不充分であった場合、放射熱の散乱が少なく通過し
てしまう為と考えられる。

尚、熱線を散乱させる方法には、緩衝板8A表面にサンド
ブラス加工を行い微小凹凸面8bを形成する方法も存在す
るが、例えば60メッシュのSiC研削粒でサンドブラスト
加工を両面に施こした緩衝板8Aを用いた場合において
は、外径の大なるキャップ５部側のＯリング9aに劣化が
生じ、前記気泡8aを含んだ緩衝板8Aに比較して、その効
果が低い事が確認出来た。

この理由は、サンドブラス加工による微小凹凸面8bの深
さは、緩衝板8Aの表面側に10〜50μｍ程度の深さしかな
く、他の肉厚部分は透明である為に、該緩衝板8Aに入射
した放射熱は、その入射面又は出射面でその一部が散乱
させられるのみで、緩衝板8A内部通過中は何等散乱放射
がなされない為と考えられる。

次に前記料光散乱手段を組み合わせて、第３図（ａ）
（ｂ）に示すように10〜100μｍの気泡8aを１cm³当り約
6000〜約8000個含む緩衝板8Aの両面又は片面に前記サン
ドブラスト加工を行った所、より著しい遮熱効果がある
ことが確認出来た。

（表２試料10〜12） 又、この理由はサンドブラスト加工による微小凹凸面8b
の散乱角と気泡8aによる散乱角が異なる為に、両者ガ複
合して夫々単体の場合に比較して一層顕著に放射熱が通
過しずらくなるものと考えられる。

尚前記緩衝板8Aは必ずしも左右各一枚のみに限定される
ものではなく、第４図に示すように必要に応じてボート
３両端側に緩衝板80、81を各２枚づつ溶着して緩衝部材
8Bとして形成する事も可能である。

「考案の効果」 以上記載した如く本考案によれば、前記緩衝部材によ
り、半導体熱処理区域からの放射熱を散乱反射させる事
により、該処理区域内の保温効果と均熱化が一層向上
し、消費電力の低減とともに高品質熱処理が可能とな
る。

又前記遮熱は、処理ガス流が流れる炉芯管内に特別な部
材を設ける事なくガス流緩衝部材を用いて行っている為
に、熱処理区域内に流れる処理ガスの流れが乱れる事な
く円滑な処理が可能である。

更に請求項2)に記載した考案によれば、前記効果に加え
て炉芯管の両端側のように半導体熱処理区域から外れた
個所に設けた気密シール部位への熱伝搬を極力低減さ
せ、これにより該シール部位に設けたＯリングその他の
シール部材の熱変形や熱劣化を防止し、長期に亙って安
定した気密シール性能を維持させる事が出来るととも
に、Ｏリングの交換その他のメインテナンス作業の煩雑
さから開放される。

等の種々の著効を有す。

尚、本考案は前記実施例に示すような横型処理装置に限
定される事なく縦型処理装置にも適用可能である事は容
易に理解出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本考案の実施例に係る半導体熱拡散
装置を示し、第１図は全体断面概略図、第２図は該装置
に用いるボート形状を示す斜視図、第３図（ａ）（ｂ）
は前記ガス流緩衝部材の断面図とその拡大図である。第
４図は前記ボート上に溶着される緩衝板の変形例を示す
要部斜視図である。 第５図は従来技術に係る半導体熱拡散装置を示す全体断
面概略図である。 １：炉芯管、２：発熱体、３：ボート、４：半導体ウエ
ハ群、8A…：ガス流緩衝部材、8a，8b：熱線散乱手段
（8a：気泡、8b：微小凹凸面）、10：熱処理区域、11
a，12a：気密シール部位

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−34753（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−58822（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−23741（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−148427（ＪＰ，Ａ) 実開 昭54−184078（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭53−15763（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】熱処理区域内に収納された半導体ウエハ群
   の外側の任意の個所に、略透明石英ガラス製ガス流緩衝
   部材を配してなる半導体熱処理装置よりなり、 緩衝部材の前記熱処理区域よりの放射熱が通過する面内
   に微小気泡群を、又少なくとも一の面上に微小凹凸面を
   夫々設けるとともに、前記面内に、１０〜１００μｍの
   直径の微小気泡を１cm³当り6000個以上含有させた事を
   特徴とする半導体熱処理装置
2. 【請求項２】前記半導体熱処理装置が、熱処理区域から
   外れた個所に気密シール部位を持ち、前記熱処理区域内
   に収納された半導体ウエハ群と気密シール部位間の任意
   個所に前記熱線散乱手段を設けた緩衝部材を配置した請
   求項1)記載の半導体熱処理装置