JPH0732948U - 縦型熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱処理管内に配置された被熱処理板部材にお
いて要請される均一な温度分布及び所定ガスの流れを達
成しつつ、熱処理工程中に生ずる該板部材の周縁支持部
分と中央部分との間のたわみを解消し、該板部材の大口
径化に対応し得る縦型熱処理装置を提供する事を目的と
する。 【構成】 複数の円形又は方形の板部材を上下に積層配
置する保持体と、該保持体の周囲を囲繞する断面が円形
の外部炉管を備え、該外部炉管上方より所定のガスを流
し、該板部材間にガスを流通させながら熱処理を行う縦
型熱処理装置において、前記板部材を４０度から７０度
の範囲に略平行に傾斜起立させて配置し、前記所定のガ
スを前記円形外部炉管と前記板部材の傾斜方向の間隙に
沿って夫々の該板部材の傾斜上方から下方に向って流通
可能に構成した事を特徴とする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案はウエハ、液晶用石英ガラス基板等の熱処理を行う縦型熱処理装置に係 り、特に、前記基板等を上下に積層配置する保持体と、該保持体の周囲を囲繞す る内筒と、該内筒を収納する外筒とを備えた縦型熱処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

複数の半導体ウエハを熱処理を行うに当って、縦型熱処理装置が広く使用され てきた。即ち該縦型熱処理装置は、熱処理管の長手軸が垂直方向に延在配置され 、複数の半導体ウエハは保持体により熱処理管内に収納されており、該半導体ウ エハ間に所定のガスを流しながら、熱処理管の外部に配置された電熱ヒータ或い はランプヒータ等の加熱源により温度６００〜１２００°に加熱して熱処理を行 うよう構成されている。 このような縦型熱処理装置によると、それまでの水平型熱処理装置に比べ、熱 処理管と保持体或いはボートとの摺動によるパーティクル或いは塵埃の発生をな くす事が出来、更に、省スペース等、多くの長所を有している。

【０００３】 しかしながら量産化の要請により半導体ウエハの処理枚数を増加させるために 加熱処理管を延伸すると、長手軸方向の温度分布及び処理ガスの流れが不均一に なりやすいという問題が生じる。 そこで例えば、特開昭６１−２２６３４号においては、前記熱処理管を加熱源 に対して回転させウエハ相互間の温度分布を図り、しかも多数枚のウエハを傾斜 させて配置する事が出来るよう保持体を構成し、重力による静止摩擦によってウ エハを支持し、前記熱処理管と一体的に回転可能に構成している。

【０００４】 更に例えば、特開昭６１−２７６２５号においては、前記長手軸に垂直な面に 対して所定角度にウエハを傾斜させ、かつ前記垂直な面に略沿って回転させなが ら熱処理を行うよう構成している。かような構成によると、ウエハを傾斜させた 状態で回転可能であるのでウエハの近傍で乱流を生じ均一に処理ガスを当てるこ とが可能となる。またウエハは１〜４５°、より好ましくは１〜２０°傾斜させ る事で前記乱流効果が得られるとしている。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、近年のように被熱処理部材が更に大口径化するにつれ、或いは 被熱処理部材の材質によって、高温下における該被熱処理部材の自重による変形 の問題が顕化した。例えば、半導体ウエハを処理ガスによって薄膜生成を目的と する工程にあっては、該ウエハの周縁を支持するのではなくウエハ全面に亙って 支持することは製品の要求するところにより不可能であり、ウエハ中央部におけ る変形は生成薄膜の欠陥につながる。 本考案はかかる従来技術の欠点に鑑み、熱処理管内に配置された被熱処理部材 に要請される均一な温度分布及び所定ガスの流れを達成しつつ、被熱処理板部材 の上下表面における生成薄膜の均質性を達成しながら、熱処理工程中に生ずる該 板部材の周縁支持部分と中央部分との間のたわみを解消し、該板部材の大口径化 に対応し得る縦型熱処理装置を提供する事にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

本考案はかかる技術課題を解決するために、複数の円形又は方形の板部材を上 下に積層配置する保持体と、該保持体の周囲を囲繞する断面が円形の外部炉管を 備え、該外部炉管上方より所定のガスを流し、該板部材間にガスを流通させなが ら熱処理を行う縦型熱処理装置において、前記板部材を４０度から７０度の範囲 に略平行に傾斜起立させて配置し、前記所定のガスを前記円形外部炉管と前記板 部材の傾斜方向の間隙に沿って夫々の該板部材の傾斜上方から下方に向って流通 可能に構成した事を特徴とする縦型熱処理装置を提案する。 なお、前記保持体と該保持体を囲繞する内筒を前記外部炉管と該保持体との中 間に設置し、該内筒を、該内筒の内壁と該保持体に傾斜配置された前記板部材の 外周との距離が略均一である楕円筒又は長方筒に形成した場合も含む。 また、前記内筒と、該内筒内部に設置した前記保持体が一体的に回転可能に構 成した場合も、本考案に含まれる。 更に、前記内筒に、前記円板部材の傾斜角と略同一の傾斜角を有する貫通孔を 複数個設けてもよい。

【０００７】

【作用】

かかる技術手段によれば、前記被熱処理板部材を傾斜起立させたことにより、 周縁を支持された該板部材の中央部における変形を減少可能となる。 しかし、傾斜角をあまり大きくすると、前記保持体に配置するに困難が伴い、 また該保持体に多数の該板部材を収納することが困難になり、更に該板部材の上 面側と下面側との間で処理ガスの濃度が同一でなく生成薄膜に差が見られるやも しれない。 逆に、傾斜角をあまりに小さいときは、期待した効果が得られず前述した自重 による変形が、製品に要求される限度を超える虞がある。 本考案にあっては、実用されている被熱処理部材の材質、形状及び寸法、並び に熱処理温度について実験を行い、前記傾斜角度として４０〜７０°の範囲を得 た。

【０００８】 しかも前記技術手段によれば、前記内筒を傾斜して収納した前記被熱処理板部 材の投影形状に合わせた形状にしたため、該内筒から何れの該板部材に至るまで の通路を略同一長さとすることが出来、且つ、該板部材の傾斜角と略同一の傾斜 角で複数個の貫通孔を設ける事により、所定のガスを該板部材に対して均一に流 す事ができる。 更に、前記内筒とその内部に設置した前記保持体を一体的に回転可能としたの で、内筒内に収納された前記被熱処理板部材も加熱源に対して回転するので該板 部材相互間において加熱温度の均一化を図る事ができる。

【０００９】

【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。但し 、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。

【００１０】 図１乃至図４は、本考案の実施例に係わる縦型熱処理装置を示す。 図１及び図２に示す一の実施例に係わる本装置は、円板上の基台１０と、該基 台１０上に設置され頂端にガス導入口２１を設けた円筒鐘状の外部炉管２０と、 該外部炉管２０周囲に囲繞し該外部炉管２０を加熱する複数のランプヒータ６０ と、前記外部炉管２０内に、該外部炉管２０と夫々同心状に基台１０の中心を貫 通する回転軸１９により回動自在に設置された回転台１２と、該回転台１２に設 置された保温筒７０と、該回転台１２に立設し断面形状が楕円筒状の内筒３０と 、該内筒３０の一側面には所定の傾斜角で穿孔された複数の貫通孔３１を有し、 該内筒３０内に配置され保温筒７０上に立設された支持棒４１，４２，４３を含 む保持体４０とから成り、そしてランプヒータ６０を除く各部材はいずれも石英 ガラス材で形成されている。

【００１１】 次に、これら各部材について詳細に説明する。 前記回転台１２に、処理ガスの通気孔１３を設け、基台１０には、回転軸１９ に沿って処理ガスの通路１４を設け、さらに基台１０を貫通する排気孔１１を設 け、その下流側に吸引ポンプ（不図示）を連結する事により、ガス導入口２１よ り反応室２３内に導入され、内筒３０に設けられた複数の貫通孔３１を通過し、 ウエハ５１の上下表面と接触後の処理ガスを前記排気孔１１より排気可能に構成 する。

【００１２】 前記外部炉管２０は、赤外線の吸収を低く抑えた透明石英ガラス材を用いて円 筒鐘状に形成され、基台１０と接触する開口部側には耐圧シール手段２２を介在 させ、反応室２３内を密封空間となすとともに不図示の昇降部材を利用して前記 反応室２３を開放可能に構成する。

【００１３】 前記内筒３０は、所定の均熱性を得るために気泡を含む半透明石英ガラス材を 用いて上下両端部が開放された楕円筒状にするとともに、内筒３０の一側面に所 定の傾斜角を有する多数の貫通孔３１を穿孔し、該貫通孔３１を通じて処理ガス が内筒３０内に一方向に進入可能に形成する。 なお、内筒３０上方開口より直接処理ガスが進入するのを防ぐために楕円形状 の蓋体３２を設ける。この場合、保持体４０を内筒３０内に設置した後、その上 面に蓋体３２を設置してもよく、また内筒３０自体に蓋体３２を固着してもよい 。 また該内筒３０の断面形状は、図２に示すとおり、収納するウエハ５１を所定 の傾斜角αにて傾斜起立させた投影形状に相似する楕円形状とする。

【００１４】 前記保持体４０は、天井板と底板とを軸線方向に沿って結ぶ３本の支柱棒４１ 、４２、４３からなり（図２参照）、該支柱棒４１、４２、４３に多段状にウエ ハ５１の保持溝４４を刻設し、該保持溝４４に嵌合保持させたウエハ５１が所定 の角度（α＝４０〜７０°）に傾斜起立して上下に積層配置可能に構成する。そ して該ウエハ５１を傾斜起立させた上端部に対面する内筒３０の一側面には、該 所定角度で穿孔した貫通孔３１を多数配設し、該貫通孔３１を通過して内筒３０ 内に進入した処理ガスが略ウエハ５１の傾斜上下面に沿って流れるよう構成する 。

【００１５】 図３及び図４は、他の実施例に係わる縦型熱処理装置の保持体４５を示すもの で、該保持体４５には、正方形の石英ガラス基板５２を支持するための保持溝４ ４を有する支持棒４６，４７，４８，４９を含む。 なお該保持体４５は、断面形状が略長方形の内筒３５（不図示）内に収納され る。その断面形状は、傾斜角αで傾斜起立した石英ガラス基板５２の投影形状と 相似するものである。

【００１６】 次にかかる構成において、好適な傾斜角αを求めるため、被熱処理板部材とし て石英ガラス基板５２について行った実施例について説明する。 石英ガラス基板５２の寸法は、厚さ１．５ｍｍ、大きさ２００×２００ｍｍの 正方形であり、該基板５２を上下８ｍｍの間隔に積層配置し、前記縦型熱処理装 置内で処理ガスを一定流速で流しながら、且つ内筒３０を石英ガラス基板５２と 一体的に回転させながら、温度１１００度において４時間熱処理を行った。ここ で、該基板５２を傾斜角度αを０〜８０°の範囲内で傾斜起立させ前記条件のも とで熱処理を繰返し実施した。 前記熱処理後、該熱処理装置から石英ガラス基板５２を取り出し放冷後、石英 ガラス基板５２の周縁部と中央部とのたわみΔｈ（μｍ）と、石英ガラス基板５ ２の上下表面に生成した薄膜の厚さを夫々測定しそれらの差（μｍ）を求める。 前記熱処理の結果を図５の表図に示す。

【００１７】 本実施例によれば、傾斜角度４０°未満であると、該基板の周縁部から中央部 に向ったたわみΔｈは製品として要求される最小たわみを超え、傾斜角を大きく するにつれて、たわみΔｈは小さくなり、特に傾斜角度を７０°以上にすると、 測定不能の程度に小さくなる。 一方、石英ガラス基板の上下表面に生成した薄膜の厚さの差を見ると、傾斜角 度が７０°を超えると薄膜品質として許容できない厚さの差となり、特に傾斜角 度が８０°にあっては、該石英ガラス基板の下面側の生成薄膜の厚さに比べて上 面側の厚さは８μｍも厚くなり製品として使用できない。 上記実施例から、傾斜角αが小さければたわみΔｈが大きくなるために、逆に 傾斜角αをむやみに大きくすると上下表面に生成される薄膜の厚さの不均一性か ら、該基板は製品として許容されないことが分った。本実施例にあっては、傾斜 角度が４０〜７０°の範囲内であれば、好適な結果を得られる事が可能となる。

【００１８】

【考案の効果】

以上記載のごとく本考案によれば、被熱処理板部材の上下表面における生成薄 膜の均質性を図りながら、該板部材の自重によるたわみ変形或いは残留ストレス による熱処理欠陥の減少を図る事が出来る。 また本考案によれば、従来の縦型熱処理装置の省スペース、塵埃・パーティク ル発生の抑圧、良好な操作性等の長所をそのまま維持する事が可能となる。 等の種々の著効を有する。

【００１９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例に係わる縦型熱処理装置の全体
断面正面図

【図２】本考案の実施例に係わる縦型熱処理装置の部分
断面平面図

【図３】本考案の他の実施例に係わる保持体の斜視図

【図４】本考案の他の実施例に係わる保持体の部分側面
図

【図５】本考案の実施例に係わる傾斜角と被熱処理板部
材のたわみ及び上下表面側の生成薄膜厚さの差の関係を
示す表図

【符号の説明】

１２ 回転台 １９ 回転軸 ２０ 外部炉管 ３０ 内筒 ３１ 貫通孔 ４０ 保持体 ４５ 保持体 ５１ ウエハ ５２ 石英ガラス基板

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【手続補正書】

【提出日】平成６年１１月８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

【図１】

【図２】

【図３】

【図５】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 木村 博至 福井県武生市北府２丁目13番60号 信越石 英株式会社武生工場内

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の円形又は方形の板部材を上下に積
   層配置する保持体と、該保持体の周囲を囲繞する断面が
   円形の外部炉管を備え、該外部炉管上方より所定のガス
   を流し、該板部材間にガスを流通させながら熱処理を行
   う縦型熱処理装置において、 前記板部材を４０度から７０度の範囲に略平行に傾斜起
   立させて配置し、前記所定のガスを前記円形外部炉管と
   前記板部材の傾斜方向の間隙に沿って夫々の該板部材の
   傾斜上方から下方に向って流通可能に構成した事を特徴
   とする縦型熱処理装置
2. 【請求項２】 前記保持体と該保持体を囲繞する内筒を
   前記外部炉管と該保持体との中間に設置し、該内筒は、
   該内筒の内壁と該保持体に傾斜配置された前記板部材の
   外周との距離が略均一である楕円筒又は長方筒の内筒で
   ある請求項第１項記載の縦型熱処理装置
3. 【請求項３】 前記内筒と、該内筒内部に設置した前記
   保持体が一体的に回転可能に構成した請求項第２項記載
   の縦型熱処理装置
4. 【請求項４】 前記内筒に、前記円板部材の傾斜角と略
   同一の傾斜角を有する貫通孔を複数個設けた請求項第２
   項記載の縦型熱処理装置