JPH10270372A - 半導体製造装置の熱処理炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】被処理基板を加熱する際の被処理基板の均熱性
を向上させる半導体製造装置の熱処理炉を提供する。 【解決手段】側壁２５の上下に上盤４２、底盤４６を気
密に設け処理室５を形成し、前記側壁２５を内側壁部２
７と外側壁部２６により構成し、該内側壁部２７と該外
側壁部２６の境界部に冷却水路３３用の溝３４を形成
し、冷却水を前記冷却水路に流通させ側壁の内壁を全周
に亘って均等に冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体基板に熱処
理、或は成膜処理をして半導体を製造する半導体製造装
置、特に処理時に加熱を行う半導体製造装置の熱処理炉
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置は、ウェーハ或はガラス
基板等の被処理基板に種々の薄膜を生成し、或はエッチ
ング等を行い、被処理基板表面に多数の半導体素子を形
成するものである。

【０００３】斯かる半導体製造装置の一連の処理工程に
於いて、被処理基板を処理する際、加熱を行う工程があ
り、加熱を行う装置の一つに熱処理炉がある。

【０００４】半導体製造装置には多数の被処理基板を一
度に処理するバッチ式のものと、被処理基板を一枚ずつ
処理する枚葉式のものがある。

【０００５】図３及び図４に於いて、従来の枚葉式半導
体製造装置の熱処理炉について説明する。

【０００６】図中１は側壁であり、該側壁１はアルミニ
ウム合金製で、偏平な直方体から偏平な円柱を刳抜いた
形状を成し、該側壁１の上面には石英製で正方形状の上
盤２がＯリング３を介在させ気密に固着され、又、前記
側壁１の下面には石英製で前記上盤２と同形状の底盤４
が前記Ｏリング３を介在させ気密に固着され、偏平な円
筒状の処理室５が画成されている。

【０００７】前記側壁１の内部には、上下２段で全周に
亘り冷却水路６が設けられ、該冷却水路６は図示しない
冷却水給排管と接続されている。前記冷却水路６は以下
の様に形成される。

【０００８】第１側面７の端部から隣接する第２側面８
と平行に第１ドリル穴９を先端が対向する第３側面１０
の近傍に到達する様に穿設する。第２側面８の第３側面
１０側の端部に第２ドリル穴１１を先端が第４側面１２
の近傍に達する様穿設し、第１ドリル穴９の先端部と第
２ドリル穴１１の基部とを連通させる。同様に第３ドリ
ル穴１３を穿設して第２ドリル穴１１と連通し、第４ド
リル穴１４を穿設して第３ドリル穴１３と連設する。第
４ドリル穴１４の先端は第１ドリル穴９には達せず、該
第１ドリル穴９近傍で、該第１ドリル穴と平行に穿設し
た第５ドリル穴１５と連通する。前記第２ドリル穴１１
の開口部、第３ドリル穴１３の開口部、第４ドリル穴１
４の開口部はそれぞれメクラ栓１６により閉塞し、第１
ドリル穴９、第２ドリル穴１１、第３ドリル穴１３、第
４ドリル穴１４、第５ドリル穴１５により前記処理室５
の周りを巡回する冷却水路６を形成する。

【０００９】前記側壁１の外周１側面には基板搬送用の
開口部１７が、上下の冷却水路６の間を外部から前記処
理室５まで連通する様に穿設されている。前記上盤２の
上面には偏平な直方体形状の上部ランプユニット１８が
固着され、前記底盤４の下面には偏平な直方体形状の下
部ランプユニット１９が固着されている。

【００１０】図示しない搬送アームにより前記開口部１
７を介して被処理基板２０が前記処理室５内に挿入さ
れ、前記上部ランプユニット１８及び前記下部ランプユ
ニット１９からの光により前記被処理基板２０が加熱さ
れる。該被処理基板２０が所定の温度で処理されると、
前記搬送アーム（図示せず）により前記被処理基板２０
は前記開口部１７を介して前記処理室５の外部へ取出さ
れる。次に処理される被処理基板２０が前記搬送アーム
（図示せず）により前記開口部１７を介して前記処理室
５内に装入され、前記した加熱処理が順次繰返し行われ
る。

【００１１】前記被処理基板２０は常温で前記処理室５
内に装入されるので、前記被処理基板２０が急加熱され
ない様、該被処理基板２０を前記処理室５内に装入前、
前記冷却水路６に冷却水を循環させ前記側壁１を冷却す
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の熱処理
炉では、前記処理室５の平面形状が円であるのに対し、
前記冷却水路６の平面形状が矩形であることから、該冷
却水路６と前記側壁１の内壁との距離が均等でない。従
って、前記側壁１の内壁が前記冷却水路６に接近する部
分では冷却効果が大きく、該冷却水路の角部に対応した
部分では冷却効果が小さい為、冷却水により前記側壁１
の内壁を全周に亘って均等に冷却できない。この為、冷
却後、前記側壁１の内壁に温度差が生じ、加熱工程に影
響を及ぼし、前記被処理基板２０を均等に加熱処理する
ことができなくなる。又、前記冷却水路６の内面の表面
処理ができない為、腐食により水漏れが発生する等の不
具合を有していた。更に、従来の冷却水路形成の加工方
法では前記メクラ栓１６の使用は避けられず、接合、溶
接作業が必須となるが、前記側壁１の材質であるアルミ
ニウム合金は接合、溶接加工が困難である為、前記メク
ラ栓１６を気密に固着させるには高度の技術が必要とさ
れていた。

【００１３】本発明は斯かる実情に鑑み、被処理基板を
加熱する際の被処理基板の均熱性を向上させ、腐食し難
く、而も加工しやすい冷却水路を有する半導体製造装置
の熱処理炉を提供しようとするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、側壁の上下に
上盤、底盤が気密に設けられて処理室が形成され、前記
側壁が内側壁部と外側壁部により構成され、該内側壁部
と該外側壁部の境界部に冷却水路用の溝を形成した半導
体製造装置の熱処理炉に係り、冷却水路内面に防食処理
を施した半導体製造装置の熱処理炉に係り、側壁の外側
壁部の内周面、及び内側壁部の外周面をテーパ状とし、
前記外側壁部に前記内側壁部を気密に嵌合した半導体製
造装置の熱処理炉に係り、処理室内に上下２段の均熱板
を設け、上下均熱板の間で被処理基板を加熱する様構成
した半導体製造装置の熱処理炉に係り、処理室内に側面
均熱筒を設けた半導体製造装置の熱処理炉に係り、前記
加熱源がランプであり、側壁内面の形状を、光が前記側
壁内面に反射し処理室内の被処理基板面へ集光する様に
した半導体製造装置の熱処理炉に係り、側壁内面を鏡面
研磨仕上した半導体製造装置の熱処理炉に係り、冷却水
により側壁の内壁を全周に亘って均等に冷却し、冷却水
路内部の腐食を抑止し、又、加熱ランプの光が内側壁部
内面に反射し、処理室内の被処理基板面へ集光する。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態を説明する。

【００１６】尚、図１及び図２中、図３及び図４中で示
したものと同様のものには同符号を付してある。

【００１７】側壁２５はアルミニウム合金製であり、外
側壁部２６と内側壁部２７が合体して構成されている。
前記外側壁部２６は外形が偏平な直方体で中央部は円柱
状に刳抜かれ、刳抜かれた内周面はテーパ形状となって
おり、下端に内鍔部２８が突設されている。

【００１８】前記内側壁部２７は平面的にドーナッツ形
状を成し、該内側壁部２７の外周は前記外側壁部２６と
嵌合可能な様にテーパ形状となっており、前記内側壁部
２７の上面は外周に凸部２９を形成する段差面３０であ
り、該段差面３０に第１Ｏリング溝３１が刻設され、前
記内側壁部２７の下面の前記第１Ｏリング溝３１と対向
する位置に第２Ｏリング溝３２が刻設されている。

【００１９】前記内側壁部２７が外側壁部２６に嵌合さ
れた状態で境界部に水密な冷却水路３３を形成する様、
前記内側壁部２７の外周にはそれぞれ上下２条の溝３４
が刻設され、該溝３４を挟んでそれぞれ第１Ｏリング３
５が嵌設されている。前記内側壁部に対する前記冷却水
路３３を刻設する場合は、旋盤等の工作機械で前記内側
壁部２７の外周面より容易に切削加工することができ
る。

【００２０】前記外側壁部２６の外周１側面にはフラン
ジ３６が第２Ｏリング３７を介して水密に固着され、該
フランジ３６には冷却水入口３８、図示しない冷却水出
口が穿設され、該冷却水入口３８、冷却水出口（図示せ
ず）は前記外側壁部２６に穿設された連絡孔３９によっ
て前記冷却水路３３と連通されている。又、該冷却水路
３３内はアルマイト処理等の防食処理が施され、前記内
側壁部２７の内面４０は断面形状が、くの字形を成し、
表面が鏡面研磨されている。前記側壁２５の外周１側面
には基板搬送用の開口部４１が、上下の前記冷却水路３
３の間を外部から前記処理室５まで連通する様に穿設さ
れている。

【００２１】前記内側壁部２７の上面には円盤状の上盤
４２が設けられ、該上盤４２は前記段差面３０に内嵌
し、外形が矩形で中央部が円筒状に刳抜かれた形状の上
フランジ４３を前記外側壁部２６上面にボルト４４で固
着することにより、前記上盤４２は前記内側壁部２７と
前記上フランジ４３によって挾持され、前記内側壁部２
７と前記上盤４２間は第３Ｏリング４５により気密とな
っている。

【００２２】又、前記内側壁部２７の下面には前記上盤
４２と同形状の底盤４６が設けられ、該底盤４６は前記
内鍔部２８に内嵌し、前記上フランジ４３と同形状の下
フランジ４７を前記外側壁部２６下面に前記ボルト４４
で固着することにより、前記底盤４６は前記内側壁部２
７と前記下フランジ４７によって挾持され、前記内側壁
部２７と前記底盤４６間は前記第３Ｏリング４５により
気密となっている。

【００２３】前記上下のボルト４４を締込み、前記上フ
ランジ４３を前記外側壁部２６に、又、前記下フランジ
４７を前記外側壁部２６に固着することで前記内側壁部
２７には前記外側壁部２６に対して嵌合方向の荷重が作
用し、且、前記外側壁部２６と内側壁部２７との接合面
はテーパ面であるので、該外側壁部２６と内側壁部２７
間に固着手段を設けなくても強固な結合状態が得られ
る。

【００２４】前記処理室５には支柱４８により、前記上
盤４２及び底盤４６に平行に同心で石英製の均熱板が上
下２段に支持され、上段の均熱板４９は円盤形状を成
し、下段の均熱板５０はドーナツ盤形状を成している。
又、前記側壁２５の内側には、該側壁２５に近接して円
筒状の側面均熱筒５１が立設されている。前記下段の均
熱板５０の空洞部には、該下段の均熱板５０と同心で平
面が円形のステージ５２が前記底盤４６の中心部を気密
に貫通する回転軸５３を中心に水平回転可能に設けら
れ、前記ステージ５２上には基板支持ピン５４が立設さ
れ、該基板支持ピン５４上に被処理基板２０が載置可能
となっている。

【００２５】前記上フランジ４３の上面には上部ランプ
ユニット５５が固着され、前記下フランジ４７の下面に
は前記上部ランプユニット５５と同構造の下部ランプユ
ニット５６が前記上部ランプユニット５５を水平方向に
９０度回転させた形で固着されている。

【００２６】以下は下部ランプユニット５５について説
明する。

【００２７】前記下フランジ４７に固着される面が開放
された弁当箱形状のケ−ス５７の下面部中央には吸込口
５８が設けられ、該吸込口５８には図示しない風導を介
して図示しないブロアが接続され、前記ケ−ス５７の周
囲側面上部には図示しない吹出口が設けられている。前
記ケ−ス５７の内部には平面が矩形の反射板５９が設け
られ、該反射板５９により前記ケ−ス５７内部は第１チ
ャンバ６０と第２チャンバ６１に仕切られている。

【００２８】前記反射板５９と前記下フランジ４７の間
には、該下フランジ４７下面に平行な面内に並列に等間
隔で、所要本数、本実施の形態では１２本の加熱ランプ
６２が前記反射板５９に近接して設けられ、該反射板５
９には前記加熱ランプ６２と相対する面に、該加熱ラン
プ６２を収納し該加熱ランプ６２からの光を前記被処理
基板２０に向けて反射する様に、凹部６３が前記加熱ラ
ンプ６２と同数形成され、前記反射板５９の前記凹部６
３の薄肉部分には前記各加熱ランプ６２と対応する孔６
４が設けられている。

【００２９】前記下部ランプユニット５６内には、前記
吸込口５８から前記第１チャンバ６０、孔６４、前記凹
部６３と前記加熱ランプ６２との間の隙間６５及び前記
第２チャンバ６１を経て、前記吹出口（図示せず）に至
るまでの冷却気体流通路６６が形成されている。

【００３０】又、前記上部ランプユニット５５には、前
記下部ランプユニット５６と同様にケース６７、吸込口
（図示せず）、吹出口（図示せず）、反射板６８、第１
チャンバ６９、第２チャンバ７０、加熱ランプ７１、凹
部（図示せず）、孔７２、隙間（図示せず）、冷却気体
流通路７３が設けられている。

【００３１】以下、作動について説明する。

【００３２】図示しない搬送アームにより、前記開口部
４１を介して前記被処理基板２０が前記処理室５内に装
入され、前記被処理基板２０は前記基板支持ピン５４上
に載置される。

【００３３】前記被処理基板２０は、前記上部ランプユ
ニット５５及び前記下部ランプユニット５６からの光７
４により直接加熱されると共に、該光７４が前記側壁２
５の内面４０に反射し、前記被処理基板２０面へ集光す
ることにより間接的に加熱される。又、前記上段の均熱
板４９、下段の均熱板５０及び側面均熱筒５１は、前記
光７４により直接加熱されると共に、該光７４が前記側
壁２５の内面４０に反射することにより間接的に加熱さ
れ、更に、前記被処理基板２０は、前記加熱ランプ６
２，７１によって加熱された前記上段の均熱板４９、下
段の均熱板５０及び側面均熱筒５１からの輻射熱により
加熱される。加熱処理中、前記ステージ５２は前記回転
軸５３を中心に一定の速度で水平回転し、該ステージ５
２上の前記被処理基板２０は均等に加熱される。

【００３４】前記被処理基板２０が所定の温度で処理さ
れると、前記搬送アーム（図示せず）により前記被処理
基板２０は前記開口部４１を介して前記処理室５の外部
へ取出される。次に処理される被処理基板２０が、前記
搬送アーム（図示せず）により前記開口部４１を介して
前記処理室５内に装入され、前記した加熱処理が順次繰
返し行われる。

【００３５】前記被処理基板２０は常温で前記処理室５
内に装入されるので、前記被処理基板２０が前記基板支
持ピン５４上に載置された際に、前記上段の均熱板４
９、下段の均熱板５０、及び側面均熱筒５１により急加
熱されない様、前記被処理基板２０を前記処理室５内に
装入前、前記冷却水路３３に冷却水を循環させることに
より、前記側壁２５の内壁を全周に亘って冷却する。前
記冷却水路３３は前記側壁２５の内壁と同心の円形であ
るので該側壁２５の内壁の冷却状態は均等となる。

【００３６】又、前記被処理基板２０が加熱された後、
次の該被処理基板２０が前記処理室５内に装入される
前、前記ブロア（図示せず）が駆動され送風が開始さ
れ、冷却気体は前記風導（図示せず）、前記吸込口５
８、（図示せず）を経て、前記孔６４，７２より前記加
熱ランプ６２，７１と前記凹部６３、（図示せず）との
隙間６５、（図示せず）を流通して前記第２チャンバ６
１，７０に流入し、前記上盤４２、及び底盤４６の表面
を冷却した後、前記吹出口（図示せず）より流出する。
冷却気体が前記加熱ランプ６２，７１と前記凹部６３、
（図示せず）との間を流通する道程で前記加熱ランプ６
２，７１も冷却される。又、冷却は加熱時に行なっても
よい。而して、前記上部ランプユニット５５、下部ラン
プユニット５６の温度も一処理毎に一定に維持できるの
で加熱再現性が向上する。

【００３７】尚、上記実施の形態に於いては、内側壁部
２７に溝３４が刻設されているが、該溝３４は外側壁部
２６に刻設されてもよく、又、該外側壁部２６と前記内
側壁部２７の両方に跨がって刻設されていてもよい。更
に、前記内側壁部２７の内面４０の断面形状はくの字形
を成しているが、前記光７４が前記内側壁部２７の内面
４０に反射して、処理室５内の被処理基板２０面へ集光
する様な形状であれば、凹曲面等、他の形状であっても
よい。更に又、上記に於いては、熱処理炉の平面外形形
状を正方形としているが、円形、六角形等であってもよ
い。

【００３８】

【発明の効果】以上述べた如く本発明によれば、以下の
優れた効果を発揮する。

【００３９】 冷却水路の平面形状が、側壁の内壁と
同心の円形であり、冷却水路と前記側壁の内壁との距離
が一様に等しい為、冷却水により側壁の内壁が全周に亘
って均等に冷却され、冷却後、被処理基板を均等に加熱
処理することが可能となる。

【００４０】 冷却水路は外側壁部と内側壁部が密着
されることにより形成され、冷却水路自体は前記外側壁
部、内側壁部に旋盤加工等によって容易に形成でき、更
に冷却水路自体は前記外側壁部と内側壁部との嵌合前は
外部に露出しているので、前記冷却水路の内面に防食処
理が可能となり、該冷却水路内面の腐食を抑止すること
ができる。

【００４１】 溶接、ろう接合加工することなく、組
立て及び分解が可能である為、製作費を低減化でき、
又、メンテナンス性も向上する。

【００４２】 側壁の内側壁部と外側壁部の境界面を
テーパ状としている為、Ｏリングを着脱しやすく、熱処
理炉の組立て及び分解が容易である。

【００４３】 側壁の内側壁部内面の形状を加熱ラン
プの光が該内側壁部内面に反射し処理室内の被処理基板
面へ集光する様にし、且、前記光が反射しやすい様に前
記内側壁部内面を鏡面研磨仕上としている為、熱処理炉
の加熱効率が著しく向上する。

【００４４】 処理室内の上段の均熱板、下段の均熱
板、側面均熱筒によって炉内温度の均等化が図られ、炉
内の温度分布特性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す断面図である。

【図２】図１のＡ矢視部分拡大図である。

【図３】従来の熱処理炉を示す図４のＣ矢視図である。

【図４】従来の熱処理炉を示す図３のＢ矢視図である。

【符号の説明】

２６ 外側壁部 ２７ 内側壁部 ３３ 冷却水路 ４２ 上盤 ４６ 底盤 ４９ 上段の均熱板 ５０ 下段の均熱板 ５１ 側面均熱筒 ５５ 上部ランプユニット ５６ 下部ランプユニット

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 側壁の上下に上盤、底盤が気密に設けら
   れて処理室が形成されると共に上盤、底盤の上側、下側
   に加熱源が設けられ、前記側壁が内側壁部と外側壁部に
   より構成され、該内側壁部と該外側壁部の境界部に冷却
   水路用の溝を形成したことを特徴とする半導体製造装置
   の熱処理炉。
2. 【請求項２】 冷却水路内面に防食処理を施した請求項
   １の半導体製造装置の熱処理炉。
3. 【請求項３】 側壁の外側壁部の内周面、及び内側壁部
   の外周面をテーパ状とし、前記外側壁部に前記内側壁部
   を嵌合した請求項１の半導体製造装置の熱処理炉。
4. 【請求項４】 処理室内に上下２段の均熱板を設け、上
   下均熱板の間で被処理基板を加熱する様構成した請求項
   １の半導体製造装置の熱処理炉。
5. 【請求項５】 処理室内に側面均熱筒を設けた請求項１
   の半導体製造装置の熱処理炉。
6. 【請求項６】 前記加熱源がランプであり、側壁内面の
   形状を、光が前記側壁内面に反射し処理室内の被処理基
   板面へ集光する様にした請求項１の半導体製造装置の熱
   処理炉。
7. 【請求項７】 側壁内面を鏡面研磨仕上した請求項１、
   請求項６の半導体製造装置の熱処理炉。