JPH10321531A - 縦型熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 反応管の排気速度を大きくし、しかも反応管
の下方側のロ−ディングエリアの高さを大きくとって被
処理基板の一括処理枚数の減少を避けること。 【解決手段】 下端部が開口している縦型の反応管２の
下端部に設けられた筒状のマニホ−ルド４に排気管６を
接続する。この排気管６は、マニホ−ルド４に接続され
た一端側は横に偏平な形状に形成され、他端側は円形に
形成されており、断面形状が排気方向に徐々に変化する
ように構成されている。マニホ−ルド４の排気口４２は
横に偏平な形状に形成されているので、マニホ−ルド４
の高さを変えずに排気口４２の面積を大きくすることが
できる。またマニホ−ルド４の高さが変わらないので、
ウエハボ−ト７の長さも変わらない。これによりウエハ
Ｗの一括処理枚数を低下させずに、反応管２内の排気速
度を大きくすることができるので、熱処理のスル−プッ
トを向上させることができる。

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
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハにポリシリコン膜などの薄
膜を形成する手法の一つとして減圧ＣＶＤ（Chemical V
apor Deposition)法があり、この方法を実施するバッチ
炉としては、大気の巻き込みが少ない等の理由から縦型
熱処理装置が主流になりつつある。この縦型熱処理装置
について図８、図９を参照しながら説明すると、反応管
１は、マニホ−ルド１０の上に設けられていて、反応管
１の下端側のベ−スプレ−ト１ａとマニホ−ルド１０の
上端側に設けられたフランジ部１０ａとはＯリング１０
ｂを介して気密に接合されている。前記反応管１は、上
端が閉じられると共に下端が開口している外管１１と、
この外管１１内に設けられ両端が開口している内管１２
とからなり、この反応管１の周囲には加熱炉１３が設け
られている。

【０００３】前記反応管１のベ−スプレ−ト１ａの下方
側にはロ−ディングエリア１４が設けられている。前記
マニホ−ルド１０はこのロ−ディングエリア１４内に突
出しており、円形の排気管１５とガス供給管１６とが側
周壁に接続されている。前記反応管１の下方側には、多
数枚の半導体ウエハ（以下ウエハという）Ｗを棚状に保
持するウエハボ−ト１７がボ−トエレベ−タ１８により
昇降するように設けられている。

【０００４】このような装置では、反応管１内にウエハ
ボ−ト１７を搬入し、反応管１内を外管１１と内管１２
との間から排気管１５により真空排気して所定の減圧雰
囲気に維持しながら、ガス供給管１６を介して処理ガス
を内管１２の下方側から導入し、所定の処理温度に制御
して、処理ガスの化学気相反応によりウエハＷに薄膜を
形成する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで近年、上述の
減圧ＣＶＤ処理はより真空度を高める傾向にあり、また
ウエハＷの大口径化に伴い反応管及びマニホ−ルドの容
積も大きくなりつつある。この場合今までの排気性能の
ままでは、真空排気に長い時間がかかり、スル−プット
が低下する。反応管１内の排気速度は、排気管１５の断
面積と指数関数的な関係があり、前記排気速度を大きく
し、所定の真空度まで排気する際の排気時間を短縮する
ためには排気管１５の口径を大きくすればよい。しかし
ながら排気管１５の口径を大きくすると、図１０に示す
ように、マニホ−ルド１０の高さ（上下の長さ）ｈが大
きくなってしまう。

【０００６】ここで加熱炉１３の上端からロ−ディング
エリア１４の下端までの距離Ｌ１を大きくすることは、
加熱炉１３の上端はクリ−ンル−ムの天井近傍に位置し
ているので困難である。従って既述のようにマニホ−ル
ド１０の高さｈが大きくなってマニホ−ルド１０の下端
の位置が下がると、マニホ−ルド１０の下端からロ−デ
ィングエリア１３の下端までの距離Ｌ２が小さくなる。

【０００７】このようにＬ２が小さくなると、反応管１
や装置全体の高さを変えないことを前提とした場合、ウ
エハボ−ト１７の長さをマニホ−ルド１０の増加分の２
倍の長さだけ短くしなければならない。つまりマニホ−
ルド１０の下端位置が仮に１ｃｍ低くなるとすると、ロ
−ディングエリア１４内の所定位置にあるウエハボ−ト
１７の上端位置が１ｃｍ低くなる。このためウエハボ−
ト１７を反応管１内に搬入すると、ウエハボ−ト１７の
下端位置が１ｃｍ下がり、ウエハＷの載置領域が熱処理
領域からはみ出してしまうので、これを防止するために
ウエハボ−ト１７の下端位置を１ｃｍ高くしなければな
らなくなり、結局ウエハボ−ト１７の長さは合計２ｃｍ
短くなる。この結果当該ボ−ト１７のウエハ載置領域が
小さくなるので、ウエハＷの一括処理枚数が少なくなっ
てしまう。

【０００８】以上のように排気管１５の口径を大きくし
て排気速度を大きくしようとすると、反応管１の下方側
のロ−ディングエリア１４の上下の長さが小さくなって
しまい、この結果ウエハＷの一括処理枚数が少なくなっ
てしまうので、結果として減圧ＣＶＤ処理のスル−プッ
トを高めることは困難な状況にある。

【０００９】本発明はこのような事情の下になされたも
のであり、その目的は、反応管の排気速度を大きくする
ことができ、しかも反応管の下方側のロ−ディングエリ
アの高さを大きくとることができて、被処理基板の一括
処理枚数の減少を避けることができる縦型熱処理装置を
提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このため本発明は、下端
部が開口している縦型の反応管と、この反応管の下端部
に設けられ、前記反応管内を真空排気するための排気管
が側周部に接続された筒状のマニホ−ルドと、複数の被
処理基板を棚状に保持し、前記マニホ−ルドの下端開口
部から反応管内に搬入される保持具と、を備え、前記マ
ニホ−ルドの下端開口部を蓋体で気密に閉じ、前記被処
理基板を減圧雰囲気で熱処理する縦型熱処理装置におい
て、前記排気管のマニホ−ルドとの接続部を横に偏平な
形状に形成することを特徴とする。また前記排気管は、
マニホ−ルドから離れた所では断面を円形に形成するよ
うにしてもよい。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態に用い
られる縦型熱処理装置を示す断面図である。図中２は石
英製の反応管であり、この反応管２は上端が閉じられる
と共に下端が開口している外管２ａと、この外管２ａ内
に設けられ両端が開口している内管２ｂとから構成され
ている。この反応管２の周囲には、これを取り囲むよう
に加熱炉３が配設され、この加熱炉３は断熱体３１の内
周面に抵抗発熱体よりなるヒ−タ３２を設けて構成され
る。

【００１２】反応管２の下部側には金属製のマニホ−ル
ド４が設けられており、反応管２の下端のフランジ部が
マニホ−ルド４とベ−スプレ−ト５１との間に挟まれた
状態で固定されていて、反応管２のフランジ部とマニホ
−ルド４の接合部分にはＯリング５２が介在されてい
る。

【００１３】マニホ−ルド４の側壁にはガス供給管４１
が突入して設けられると共に、排気口４２が形成されて
おり、この排気口４２には短い排気管（排気ポ−ト）６
が接続されて、当該マニホ−ルド４及び排気管６が１つ
のユニットになっている。ここでマニホ−ルド４と排気
管６とは溶接により接合されている。前記排気管６のマ
ニホ−ルド４とは反対側の端部は、排気管８１を介して
図示しないメンテナンスル−ムに設けられた真空ポンプ
８に接続されている。

【００１４】前記排気口４２は、例えば図２に示すよう
に、横に偏平な形状に形成されており、具体的には長方
形の両端に、夫々円弧が外側になるように半円を組み合
わせた形状に形成されている。このような排気口４２
は、例えば長方形部の長さａ１が１１４ｍｍ、半円部の
長さａ２が２９ｍｍ、ト−タルの長さａ３が１７２ｍ
ｍ、高さｂ１が５８ｍｍに設定されている。

【００１５】また前記排気管６は、例えば図３及び図４
に示すように、一端側（マニホ−ルド側）の基端開口部
６ａと真空ポンプ８側の先端開口部６ｂとの断面形状が
異なるように形成されており、横に偏平な断面形状を有
する偏平筒状体６１と、円形（ほぼ真円）の断面形状を
有する円形筒状体６３と、これら互いに異なる口径部同
士を接合し、先端側に向かうにつれてラッパ状に広がる
口径を有する口径変換部６２とから構成されている。

【００１６】前記偏平筒状体６１の基端開口部６ａの形
状（偏平筒状体６１の断面形状）は、前記排気口４２と
適合するように形成されている。また前記円形筒状体６
３は、断面形状が円形（ほぼ真円）の排気管８１と接続
されるため、先端開口部６ｂの形状が前記排気管８１と
同一の構成の円形に形成されていると共に、この先端開
口部６ｂには前記排気管８１と接続されるためのフラン
ジ部６３ａが設けられている。

【００１７】ここで各部材の寸法について説明すると、
口径変換部６２の内径ｂ２は１０８ｍｍ、偏平筒状体６
１の長さｃ１は３０ｍｍ、口径変換部６２の長さｃ２は
７５ｍｍ、円形筒状体６３の長さｃ３は３０ｍｍ、変換
用排気管６ト−タルの長さｃは１３５ｍｍに夫々設定さ
れており、偏平筒状体６１（基端開口部６ａ）の断面積
と、円形筒状体６３（先端開口部６ｂ）の断面積とはほ
ぼ同じ大きさになるように設定されている。このように
両者の断面積をほぼ同じ大きさにするのは、排気管６及
び排気管８１よりなる排気路のコンダクタンスの変化を
極力抑えるためである。

【００１８】前記反応管２内には、多数枚例えば１５０
枚の被処理基板であるウエハＷが棚状に、即ち各々ほぼ
水平な状態で上下に間隔をおいて保持具であるウエハボ
−ト７に載置されており、このウエハボ−ト７は蓋体７
１の上に断熱体である保温筒７２を介して保持されてい
る。蓋体７１はウエハボ−ト７を反応管２内に搬入、搬
出するためのボ−トエレベ−タ７３の上に搭載されてお
り、上限位置にあるときにはマニホ−ルド４の下端開口
部を閉じる役割を持っている。

【００１９】次に上述の装置の作用について述べる。先
ず反応管２内を所定の温度に設定し、例えば１５０枚の
ウエハＷをウエハボ−ト７に載せて、ボ−トエレベ−タ
７３を上昇させることにより反応管２内に下端開口部か
ら搬入する。次いで反応管２内を図示しない真空ポンプ
により排気管６、８１を通じて例えば０．１Ｔｏｒｒま
で真空排気すると共に、ウエハＷ表面を処理温度まで加
熱し、反応管２内に処理ガスを導入して、ウエハＷ上に
薄膜を形成する。

【００２０】このような装置では、真空ポンプ８とマニ
ホ−ルド４とを接続する排気路の断面積が９２ｃｍ² と
大きく、反応管２内の排気速度は排気管の断面積と指数
関数的な関係があるので排気速度がかなり大きくなり、
反応管２内を所定の真空度まで排気するまでの時間が短
縮される。

【００２１】しかもマニホ−ルド４の排気口４２を既述
のように偏平な形状に形成したので、マニホ−ルド４の
側壁における排気管６の接合部分が占める上下方向領域
が小さくて済み、従ってマニホ−ルド４の高さを大きく
することなく排気口４２の面積を大きくすることができ
る。

【００２２】このようにマニホ−ルド４の高さを大きく
しなくても済むので、「発明が解決しようとする課題」
の項で既述したようなウエハボ−ト７の長さの短縮化を
避けることができる。従って本実施の形態では、ウエハ
Ｗの処理枚数を従前と同等に確保しながら反応管２の排
気速度を大きくすることができるので、結果として熱処
理のスル−プットを高めることができる。

【００２３】ここで例えば図５に示すように、従前のよ
うに排気口を円形に形成した場合には、本実施の形態の
排気口４２と同じ面積を得ようとすると、マニホ−ルド
４の高さが大きくなってしまう。例えば上述の例では、
偏平な排気口の高さは５８ｍｍであり、円形の排気口の
高さ（内径）は１０８ｍｍであるので、円形の排気口を
形成した場合にはマニホ−ルドの高さが５０ｍｍ大きく
なってしまう。このようにマニホ−ルド４の高さが大き
くなると、既述のように、ウエハボ−ト７の長さは、マ
ニホ−ルド４の大きくなった長さの２倍分短くなってし
まうので、ウエハＷの搭載枚数が低下してしまい、スル
−プットを高めることは困難である。

【００２４】また本実施の形態では、従前と同等の排気
機能を得るためにはマニホ−ルド４の高さを低くするこ
とができるので、その分反応管２の下端位置を下げるこ
とにより、既述のように反応管２の上端位置を上げるこ
とが出来なくても、ウエハボ−ト７を長くするといった
設計も可能であるし、マニホ−ルド４の高さを従前と同
等とするならば、反応管２の排気速度を高めるに際し
て、既存のウエハボ−ト７を変更することなくそのまま
利用することができる。

【００２５】さらに本実施の形態では、断面形状が偏平
な形状から円形に変換する排気管６を設けているので、
この排気管６と真空ポンプ８との間を一般に用いられて
いる円形の排気管８１で接続することができ、例えば既
に円形の排気管が配管されていれば、そのまま用いるこ
とができるので、従前のシステムに変更を加えなくて済
む。また排気管６のフランジ部６３ａは、円形の先端側
開口部６ｂに設けられており、一般の排気管のフランジ
部と同様に形成すればよいので、フランジ部６３ａの形
成が容易になる。

【００２６】以上において本実施の形態では、排気口４
２の形状は、横に偏平な形状であればよく、例えば図６
（ａ）に示すように楕円状に形成してもよいし、図６
（ｂ）に示すように長方形状に形成してもよい。

【００２７】また本発明では、例えば図７に示すよう
に、排気管６を設ける変わりに、排気口４２と適合する
形状の排気管９を接続し、当該横に偏平な断面形状を有
する排気管９を真空ポンプ８側まで配管するようにして
もよい。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、反応管の排気速度を大
きくすることができ、しかも反応管の下方側のロ−ディ
ングエリアの高さを大きくとることができて、被処理基
板の一括処理枚数の減少を避けることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の縦型熱処理装置の一実施の形態を示す
断面図である。

【図２】マニホ−ルドの一例を示す側面図である。

【図３】変換用排気管の一例を示す斜視図である。

【図４】変換用排気管の一例を示す側面図である。

【図５】偏平な形状の排気口を形成したマニホ−ルドと
円形の排気口を形成したマニホ−ルドとの高さの違いを
説明するための側面図である。

【図６】マニホ−ルドに形成された排気口の他の例を示
す側面図である。

【図７】マニホ−ルドに接続される排気管の他の例を示
す斜視図である。

【図８】従来の縦型熱処理装置を示す断面図である。

【図９】従来の縦型熱処理装置を示す断面図である。

【図１０】マニホ−ルドを示す側面図である。

【符号の説明】

２ 反応管 ３ 加熱炉 ４ マニホ−ルド ４２ 排気口 ６、８１、９ 排気管 ７ ウエハボ−ト ８ 真空ポンプ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下端部が開口している縦型の反応管と、
   この反応管の下端部に設けられ、前記反応管内を真空排
   気するための排気管が側周部に接続された筒状のマニホ
   −ルドと、複数の被処理基板を棚状に保持し、前記マニ
   ホ−ルドの下端開口部から反応管内に搬入される保持具
   と、を備え、前記マニホ−ルドの下端開口部を蓋体で気
   密に閉じ、前記被処理基板を減圧雰囲気で熱処理する縦
   型熱処理装置において、 前記排気管のマニホ−ルドとの接続部を横に偏平な形状
   に形成することを特徴とする縦型熱処理装置。
2. 【請求項２】 前記排気管は、マニホ−ルドから離れた
   所では断面が円形に形成されていることを特徴とする請
   求項１記載の縦型熱処理装置。