JPH0982720A - 縦型熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 風量調整ダンパを必要としないで複数の空気
噴射ノズルに均等に送風空気を供給することができるよ
うにした縦型熱処理装置を提供する。 【解決手段】 被処理基板Ｗを熱処理する加熱炉１２内
を高さ方向に複数の領域に分けて強制空冷する複数の空
気噴射ノズル２０を備えた縦型熱処理装置１において、
送風空気をその流れ方向と直交する方向に複数に分流さ
せて上記空気噴射ノズル２０に均等に供給する分流手段
２５を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、縦型熱処理装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造においては、被処
理基板である半導体ウエハを酸化、拡散、ＣＶＤ（Chem
ical Vapor Deposition）、アニールなどの処理を行う
ために、各種の熱処理装置が使用されている。中でも、
多数枚のウエハのバッチ処理が可能な縦型熱処理装置
は、周囲にヒータを配置したホットウォール型の加熱炉
内に熱処理室である反応管（プロセスチューブ）を設
け、この反応管内に基板支持体であるウエハボートを介
してウエハを水平状態で上下方向に適宜間隔で配列支持
した状態で搬入し、これら多数枚のウエハを同時に熱処
理するように構成されている。

【０００３】上記縦型熱処理装置においては、熱処理後
の搬出を速めてスループットの向上を図るために、加熱
炉内を高さ方向に複数の領域に分けて強制空冷する複数
の空気噴射ノズルを備えたものがある。特に、このよう
な縦型熱処理装置においては、ウエハの歪等を防止する
ために、炉内を均一に冷却すべく上記空気噴射ノズルに
均等に送風空気を供給する必要があり、その観点から図
１２に示すような送風配管７０が用いられていた。

【０００４】この送風配管７０は、第１配管７１に複数
の領域に対応する複数の第２配管７２を分岐し、これら
第２配管７２に各領域の空気噴射ノズルに送風空気を分
流供給する第３配管７３を分岐している。また、第１配
管７１を流れる送風空気の慣性力等に起因して生じる第
２配管７２間の風量の不均衡を修正するために、各第２
配管７２には風量調整ダンパ７４が設けられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た縦型熱処理装置においては、複数の空気噴射ノズルに
送風空気を均等に供給するために、複数の風量調整ダン
パ７４を必要とする問題があった。また、第２配管７２
に風量調整ダンパ７４を備えていたとしても、第３配管
７３間で同様に送風空気の慣性力等に起因する風量の不
均衡が発生するため、ここにも風量調整ダンパを設けな
い限り、空気噴射ノズルに均等に送風空気を供給するこ
とが困難であった。

【０００６】本発明は、上記課題を解決すべくなされた
もので、風量調整ダンパを必要としないで複数の空気噴
射ノズルに均等に送風空気を供給することができるよう
にした縦型熱処理装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、被処理基板を熱処理する加熱炉内を高さ方
向に複数の領域に分けて強制空冷する複数の空気噴射ノ
ズルを備えた縦型熱処理装置において、送風空気をその
流れ方向と直交する方向に複数に分流させて上記空気噴
射ノズルに均等に供給する分流手段を備えてことを特徴
とする（請求項１）。

【０００８】すなわち、上記分流手段により送風空気が
その流れ方向と直交する方向に複数に分流されるため、
慣性力等に起因する分流の不均衡を生じることがない。
このため、風量調整ダンパを必要としないで複数の空気
噴射ノズルに均等に送風空気を供給することが可能とな
る。

【０００９】この場合、上記分流手段としては、空気噴
射ノズルの数に応じて効率よく送風空気を分流するため
に、送風空気を所定数ずつの空気噴射ノズル群の群数に
分流する一次分流部と、この一次分流部により分流され
た送風空気を更に各群の空気噴射ノズルの数に分流する
二次分流部とからなること好ましい（請求項２）。上記
一次分流部および二次分流部は、簡単な構造で均等な風
量の分流を可能とするために、それぞれ中空室を有し、
この中空室の一端に軸芯に沿って送風空気を導入する導
入口を設け、中空室の周壁に上記軸芯方向と直交する方
向へ送風空気を分流排出する所定数の排出口を設けてな
ることが好ましい（請求項３）。また、上記二次分流部
としては、風量調整を可能とするために、内周面に摺動
可能に設けられて上記排出口の開度を調節する風量調節
部材を有していてもよい（請求項４）。

【００１０】

【実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を添付図面
に基づいて詳述する。縦型熱処理装置の一例を概略的に
示す図２において、本例の縦型熱処理装置１は被処理基
板例えば半導体ウエハＷに拡散処理を施すのに適するよ
うに構成されている。この縦型熱処理装置１は、中央部
に円形の開口部２ａを有する例えばステンレススチール
製のベースプレート２を水平に備えている。

【００１１】上記ベースプレート２の下方には上端及び
下端に外向きのフランジ部３ａ，３ｂを有する例えばス
テンレススチール製の円筒状のマニホールド３が上記開
口部２ａと軸心を一致させて配置され、このマニホール
ド３上には縦長の熱処理炉を形成する耐熱性及び耐食性
を有する材料例えば石英からなる熱処理容器である反応
管（プロセスチューブ）４がＯリング５を介して気密に
接続されている。

【００１２】上記反応管４は、上端が閉塞され、下端が
開口されると共に下端に外向きのフランジ部４ａを有し
ている。本実施の形態における反応管４は、内側に上端
及び下端の開口された石英製の内管６をマニホールド３
内面に形成された内向きフランジ部３ｃに係止させて同
心円状に配置することにより、二重管構造に構成されて
いるが、一重管構造であってもよい。

【００１３】上記マニホールド３には反応管４内に図示
しない処理ガス供給源或いは不活性ガス供給源から処理
ガスないし不活性ガスを導入するための複数の導入管部
７が設けられると共に、図示しない真空ポンプ等の減圧
手段により反応管４内を排気して例えば１０〜１０^-8Ｔ
ｏｒｒ程度に真空引きするための排気管部８が設けられ
ている。

【００１４】上記反応管４の周囲には反応管４内を高温
例えば７００〜１２００℃程度に加熱する例えばカンタ
ル線等の電熱線（抵抗発熱体）をコイル状等に形成して
なる加熱源であるヒータ９が配置され、このヒータ９の
外周は断熱材１０を介して冷却ジャケット構造のアウタ
ーシェル１１で覆われている。これにより、いわゆるホ
ットウォール型の加熱炉１２が構成されている。この加
熱炉１２は上記ベースプレート２上に支持されている。
特に、この加熱炉１２は、後述するように急速空冷が可
能に構成されている。

【００１５】上記マニホールド３の下方にはその下端開
口１３を開閉する例えばステンレススチール製の蓋体１
４がローディング機構である昇降機構１５により昇降可
能に設けられ、この蓋体１４上には多数枚例えば３０〜
１５０枚程度のウエハＷを水平状態で上下方向に所定間
隔で多段に保持する基板支持体である例えば石英製のウ
エハボート１６が保温筒１７を介して載置されている。

【００１６】また、蓋体１４の上部には保温筒１７を載
置するための受台１８が設けられ、この受台１７にはウ
エハＷを均一に熱処理するために回転駆動手段によって
回転するように構成されていることが好ましいが、回転
しない構造であってもよい。上記蓋体１４にはマニホー
ルド３との間を気密にシールするＯリング１９が設けら
れている。

【００１７】上記加熱炉１２には、炉内を高さ方向に複
数の領域、図示例では上部、中部および下部の三つの領
域に分けて強制空冷するためのに複数、図示例では各領
域に周方向に適宜間隔で４個ずつの合計１２個の空気噴
射ノズル２０が炉壁１２ａを炉外から炉内に貫通させて
配設されている。上記空気噴射ノズル２０は、例えばス
テンレススチールにより形成されており、左右に噴射孔
２０ａを有する先端部が反応管４と炉壁１２ａとの間に
形成された環状空間部２１に配置されて環状空間部２１
の周方向に送風空気が噴射するように構成されている。
また、上記空気噴射ノズル２０の基部は、これを炉壁１
２ａの外面であるアウターシェル１１に固定する取付部
２２を有すると共に、送風空気を導入するための供給管
２３がＬ字状の管継手２４を介して接続されている。

【００１８】上記空気噴射ノズル２０に送風空気を均等
に分流供給するために、図１、図３ないし図４に示すよ
うに送風空気をその流れ方向と直交する方向に複数に分
流させる分流手段２５が採用されている。この分流手段
２５は、送風空気を所定数ずつ（図示例では六つずつ）
の空気噴射ノズル２０群の群数（二つ）に分流する一次
分流部２５Ａと、この一次分流部２５Ａにより分流され
た送風空気を更に各群の空気噴射ノズル２０の数（六
つ）に分流する二次分流部２５Ｂとから主に構成されて
いる。

【００１９】上記一次分流部２５Ａは、図３〜図５に示
すように立方体ないし方形箱状の中空室２６を有し、こ
の中空室２６の一端の軸芯に送風空気を軸芯に沿って導
入する導入口２７を設け、中空室２６の周壁に上記軸芯
方向と直交する方向に送風空気を分流排出する二つの排
出口２８を設けている。すなわち、一次分流部２５Ａ
は、内部の圧力分布や流路面積が等価になるように排出
口２８が配設されている。上記導入口２７には送風源で
ある図示しないブロワ（送風機）からの清浄な送風空気
を導入する導入管２９が垂直に接続されている。

【００２０】上記二次分流部２５Ｂは、図６ないし図７
に示すように両端を閉塞した偏平な六角筒状の中空室３
０を有し、この中空室３０の一端の軸芯に軸芯に沿って
送風空気を導入する導入口３１を設け、中空室３０の周
壁に上記軸芯方向と直交する方向に送風空気を分流排出
する六つの排出口３２を周方向に等間隔で設けている。
二次分流部２５Ａは、一次分流部２５Ｂと同様に内部の
圧力分布や流路面積が等価になるように排出口３２が配
設されている。上記導入口３１にはＬ字状の導入管３３
が接続され、この導入管３３には上記一次分流部２５Ａ
の排出口２８が例えばフレキシブルダクトからなる接続
管３４を介して接続されている。

【００２１】上記二次分流部２５Ｂは、加熱炉１２の両
側に２個配置され、上記一次分流部２５Ａから分流され
た送風空気が接続管３４を介してそれぞれに均等に供給
されるようになっている。そして、各二次分流部２５Ｂ
の排出口３２には例えばスエッジロック継手からなる接
続口部３５が設けられ、この接続口部３５には上記空気
噴射ノズル２０に通じる供給管２３が接続されている。

【００２２】各二次分流部２５Ｂは、加熱炉１２におい
て隣合う２列の計６個の空気噴射ノズル２０に送風空気
を分流供給するように構成されている。このように分流
手段２５を構成する各部材は、耐食性を有する材質例え
ばステンレススチールで形成されていることが好まし
い。上記加熱炉１２の上部には強制空冷時の噴射空気を
炉外に排気する排気口３６が形成され、この排気口３６
には排気ダクト３７が接続されている。

【００２３】一方、上記加熱炉１２は、処理室を形成す
る箱状のハウジング３８内の後部上方に設置されてい
る。このハウジング３８内の前部には、複数枚例えば２
５枚程度のウエハを収容したプラスチック容器であるキ
ャリアを搬入搬出するキャリア搬出入口、搬入された複
数のキャリアを保管するキャリア保管部、キャリア搬送
装置等が配設されている（図示省略）。また、ハウジン
グ３８内の上記加熱炉１２の下方は、下降された蓋体１
４上のウエハボート１６とキャリアとの間でウエハ移載
装置によりウエハの移載を行う作業空間部（ローディン
グエリア）になっている。

【００２４】上記ハウジング３８内には、ウエハへの塵
埃、パーティクルの付着を防止するためにクリーンエア
を供給、循環、排気する空気清浄部を備えたクリーンエ
ア循環系が設けられている。また、図８ないし図９に示
すようにハウジング３８の後部に設けられた排気口３９
には、有害なガスおよび物質を除去するたもの除害フィ
ルタ装置４０が設けられている。

【００２５】有害な処理ガスを使用する熱処理例えばヒ
素拡散処理等においては、熱処理後に行う反応管４内の
真空置換等が十分でなかった（パージ不足）場合、或い
はたとえ真空置換等が十分であったとしても、ウエハボ
ート１６等に有害物質を含むパーティクルが付着してい
る場合、蓋体１４を下降させてウエハボート１６を搬出
するアンロード時に微量ではあるがローディングエリア
に有害ガスや有害物質を含むパーティクルが流出ないし
飛散し、上記排気口３９からハウジング３８外に排出さ
れることが考えられる。そこで、このような有害ガスや
有害物質を含むパーティクルの排出を防止するために、
上記排気口３９に除害フィルタ装置４０が設けられてい
る。

【００２６】上記除害フィルタ装置４０は、上記有害ガ
スおよび有害物質を含むパーティクルを捕獲する活性炭
を充填した前段フィルタ４１と、この前段フィルタ４１
から排出されることがある活性炭の微粉体を捕獲する中
性能の後段フィルタ４２とを備えた複数段構成になって
いる。上記前段フィルタ４１は、偏平箱状のケーシング
４３内にハニカム状の仕切壁４４を設けて粒状の活性炭
４５を充填してなる。また、上記後段フィルタ４２は、
ガラス長繊維を抄いてなるガラスペーパ４６を表面積が
大きなるように蛇腹状に成形し、ケーシング４７内に設
けてなる。

【００２７】また、上記除害フィルタ装置４０は、上記
ハウジング３８の外面に排気口３６を囲むようにネジ等
で取付けられ、上記排気口３６の出口側に圧力損失を低
減すべく大きい断面積を形成する第１ダクト４８を有
し、この第１ダクト４８には上記フィルタ４１，４２を
収容した第２ダクト４９がネジ等で取付けられている。
なお、５０，５１はパッキンである。このように構成さ
れた除害フィルタ装置４０により、ハウジング３８の排
気口３６から微量ではあるが排出されることがある有害
ガスや有害物質を含むパーティクルを未然に除去するこ
とができる。

【００２８】以上のように構成された縦型熱処理装置１
においては、先ず昇降機構１５により反応管４下方のロ
ーディングエリアに蓋体１４を下降移動させ、蓋体１４
上に保温筒１７を介して載置されたウエハボート１６に
移載装置によりウエハＷを移載する。次に、上記蓋体１
４を上昇移動させて、ウエハボート１６および保温筒１
７を反応管４内に搬入すると共に蓋体１４をマニホール
ド３の下端フランジ部３ｂに当接させて反応管４を密閉
する。

【００２９】次に、排気管部８からの排気（真空引き）
により反応管４内を真空置換すると共に、導入管部７か
らの不活性ガス例えば窒素（Ｎ₂）ガスの導入により反
応管４内を窒素ガスで置換した後、加熱炉のヒータ９に
よりウエハＷを所定の処理温度まで昇温させたなら、導
入管部７から所定の処理ガスを導入しつつ反応管４内を
所定の減圧状態に維持して拡散等の熱処理を行う。

【００３０】上記熱処理が終了したなら、ブロワを始動
させ、ブロワからの送風空気を導入管２９、一次分流部
２５Ａ、接続管３４、二次分流部２５Ｂおよび供給管２
３を介して加熱炉１２における各領域の空気噴射ノズル
２０に均等に供給し、空気噴射ノズル２０から加熱炉１
内の環状空間部２１に送風空気を噴射させて炉内を均一
に強制空冷する。なお、空気噴射ノズル２０からの送風
空気の噴射量は、ブロワの出力の調節によって調節され
る。

【００３１】上記強制空冷と並行して反応管４内の真空
置換および不活性ガス置換を行う。そして、上記強制空
冷により上記ウエハＷを所望の温度例えば室温近くまで
急速降温させることができ、この降温後に、蓋体１４を
下降させてウエハボート１６を反応管４内からローディ
ングエリアに搬出すればよい。

【００３２】上記縦型熱処理装置１によれば、ウエハＷ
を熱処理する加熱炉１２内を高さ方向に複数の領域に分
けて強制空冷する複数の空気噴射ノズル２０を備え、送
風空気をその流れ方向と直交する方向に複数に分流させ
て上記空気噴射ノズル２０に均等に供給する分流手段２
５を備えているため、慣性力等に起因する分流の不均衡
を生じることがなく、風量調整ダンパを必要としないで
複数の空気噴射ノズル２０に均等に送風空気を供給する
ことができる。これにより、上記ウエハＷに歪等を生じ
させることなく急速降温させて搬出することができ、ス
ループットの向上が図れる。

【００３３】この場合、上記分流手段２５が送風空気を
所定数ずつの空気噴射ノズル２０群の群数に分流する一
次分流部２５Ａと、この一次分流部２５Ａにより分流さ
れた送風空気を更に各群の空気噴射ノズル２０の数に分
流する二次分流部２５Ｂとからなるため、空気噴射ノズ
ル２０の数に応じて効率よく送風空気を均等に分流する
ことができる。また、上記一次分流部２５Ａおよび二次
分流部２５Ｂが、それぞれ中空室２６，３０を有し、こ
の中空室２６，３０の一端に軸芯に沿って送風空気を導
入する導入口２７，３１を設け、中空室２６，３０の周
壁に上記軸芯方向と直交する方向へ送風空気を分流排出
する所定数の排出口２８，３２を設けてなるため、簡単
な構造で均等な風量の分流を行うことができる。

【００３４】図１０ないし図１１は二次分流部の他の実
施の形態を示している。本実施の形態の二次分流部２５
Ｂは、円筒状の中空室３０を有しており、その内周面に
はほぼ等間隔で形成された排出口３２の開度を調節する
風量調節部材５２が摺動可能に設けられている。上記中
空室３０は、有底円筒状の中空室本体５３の上部開口端
に、中央に送風空気の導入口３１を有する蓋５４をネジ
等で取付けてなる。

【００３５】上記風量調節部材５２は、上部、中部およ
び下部の各領域ごとに風量を調節できるように上部、中
部および下部の三つの調節部材５２ａ，５２ｂ，５２ｃ
からなっている。上部および下部の調節部材５２ａ，５
２ｃは、上部領域用および下部領域用として対向する位
置に形成された二つずつの排出口３２ａ，３２ｃとそれ
ぞれ対応する連通孔５５ａ，５５ｃを有する円弧状のス
ライド板からなる。中空室本体５３の底部５３ａには上
記上部および下部の調節部材５２ａ，５２ｃを内周面に
沿って摺動可能に案内する溝５６が形成されている。

【００３６】また、上記中部の調節部材５２ｂは、中部
領域用として対向する位置に形成された排出口３２ｂと
対応する連通孔５５ｂを有する一対の円弧状スライド部
５７ａ，５７ｂを水平板５７の両端に形成してなる。こ
の水平板５７の中央には中空室本体５３の底部軸芯に形
成された窪み５８に回転可能に係合する支軸５９が設け
られ、これにより中部調節部材５２ｂが回動可能に支持
されている。

【００３７】上記上部、中部および下部の調節部材５２
ａ，５２ｂ，５２ｃには調節用の摘み６０が上記蓋５４
を貫通するようにそれぞれ突設され、上記蓋５４には摘
み６０の移動を可能とするスリット６１が形成されてい
る。また、気密性を図るために中空室本体５３の内周面
にはＯリング６２が設けられ、蓋５４には調節部材５２
ａ〜５２ｃをＯリング６２に押圧するテーパ６３が形成
されている。このように構成された二次分流部２５Ｂに
よれば、簡単な構造で各領域ごとに風量調整を容易に行
うことができる。

【００３８】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形
実施が可能である。例えば、本発明が適用される縦型熱
処理装置としては、拡散以外に、例えば酸化、ＣＶＤ、
アニールなどの熱処理を行うものであってもよい。ま
た、被処理基板としては、半導体ウエハ以外に、例えば
ＬＣＤ基板等が適用可能である。

【００３９】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果が得られる。

【００４０】（１）請求項１記載の縦型熱処理装置よれ
ば、被処理基板を熱処理する加熱炉内を高さ方向に複数
の領域に分けて強制空冷する複数の空気噴射ノズルを備
え、送風空気をその流れ方向と直交する方向に複数に分
流させて上記空気噴射ノズルに均等に供給する分流手段
を備えているため、慣性力等に起因する分流の不均衡を
生じることがなく、風量調整ダンパを必要としないで複
数の空気噴射ノズルに均等に送風空気を供給することが
できる。

【００４１】（２）請求項２記載の縦型熱処理装置よれ
ば、上記分流手段が送風空気を所定数ずつの空気噴射ノ
ズル群の群数に分流する一次分流部と、この一次分流部
により分流された送風空気を更に各群の空気噴射ノズル
の数に分流する二次分流部とからなるため、空気噴射ノ
ズルの数に応じて効率よく送風空気を分流することがで
きる。

【００４２】（３）請求項３記載の縦型熱処理装置よれ
ば、上記上記一次分流部および二次分流部が、それぞれ
中空室を有し、この中空室の一端に軸芯に沿って送風空
気を導入する導入口を設け、中空室の側壁に上記軸芯方
向と直交する方向へ送風空気を分流排出する所定数の排
出口を設けてなるため、簡単な構造で均等な風量の分流
を行うことができる。

【００４３】（４）請求項４記載の縦型熱処理装置よれ
ば、上記二次分流部が内周面に摺動可能に設けられて上
記排出口の開度を調節する風量調節部材を有しているた
め、簡単な構造で風量調整を容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態である縦型熱処理装置にお
ける加熱炉の外観を概略的に示す斜視図である。

【図２】同加熱炉の炉内構造を概略的に示す断面図であ
る。

【図３】処理室のハウジング内に設けられた加熱炉の周
囲の構成を部分的に示す側面図である。

【図４】同加熱炉の平面図である。

【図５】一次分流部の断面図である。

【図６】二次分流部の平面断面図である。

【図７】同二次分流部の側面図である。

【図８】ハウジングの排気口に設けられる除害フィルタ
装置の構成を示す分解斜視図である。

【図９】同除害フィルタ装置の組立断面図である。

【図１０】二次分流部の他の実施の形態を示す平面断面
図である。

【図１１】同二次分流部の側面断面図である。

【図１２】従来の縦型熱処理装置に用いられている送風
配管の構成を概略的に示す説明図である。

【符号の説明】 １ 縦型熱処理装置 Ｗ 半導体ウエハ（被処理体） １２ 加熱炉 ２０ 空気噴射ノズル ２５ 分流手段 ２５Ａ 一次分流部 ２５Ｂ 二次分流部 ２６，３０ 中空室 ２７，３１ 導入口 ２８，３２ 排出口 ５２ 風量調節部材

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理基板を熱処理する加熱炉内を高さ
   方向に複数の領域に分けて強制空冷する複数の空気噴射
   ノズルを備えた縦型熱処理装置において、送風空気をそ
   の流れ方向と直交する方向に複数に分流させて上記空気
   噴射ノズルに均等に供給する分流手段を備えたことを特
   徴とする縦型熱処理装置。
2. 【請求項２】 上記分流手段が、送風空気を所定数ずつ
   の空気噴射ノズル群の群数に分流する一次分流部と、こ
   の一次分流部により分流された送風空気を更に各群の空
   気噴射ノズルの数に分流する二次分流部とからなること
   を特徴とする請求項１記載の縦型熱処理装置。
3. 【請求項３】 上記一次分流部および二次分流部が、そ
   れぞれ中空室を有し、この中空室の一端に軸芯に沿って
   送風空気を導入する導入口を設け、中空室の周壁に上記
   軸芯方向と直交する方向へ送風空気を分流排出する所定
   数の排出口を設けてな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】 上記二次分流部が、内周面に摺動可能に
   設けられて上記排出口の開度を調節する風量調節部材を
   有していることを特徴とする請求項３記載の縦型熱処理
   装置。